スイッチを入れると、ライトが点灯します。しかし、長い延長コードの先にあるランプが暗く見えることに気づいたことはありますか？あるいは、コンセントから遠く離れた場所に接続すると、電動工具の力が弱く感じられることに気づいたことはありますか？それは電圧降下職場では、目に見えない泥棒が電気エネルギーを盗み、機器に届く前に奪っていきます。電圧降下は欠陥ではなく、物理法則による自然な現象です。しかし、放置するとエネルギーの浪費、機器の損傷、さらには火災の原因にもなりかねません。この記事では、電圧降下とは何か、なぜ発生するのか、そしてどのように抑制すればよいのかを解説します。
1. 電圧降下とは何ですか？
電圧降下とは電気圧力の喪失電流が導体を流れるとき、水がパイプを流れる様子を想像してみてください。パイプの壁との摩擦によって、水圧は長さに沿って低下します。同様に、すべての電線にはわずかな内部抵抗があります。電流が流れると、その抵抗に逆らうために電圧の一部が「消費」されます。電線が長いほど、あるいは断面積が小さいほど、電圧降下は大きくなります。
電圧降下は、ボルト（または供給電圧に対する割合）で測定され、機器の終端で利用可能な電圧を低下させます。230V回路の場合、10Vの電圧降下は、機器に220Vしか供給されないことを意味し、多くの場合、トラブルの原因となります。
2. 電圧降下が重要な理由とは？
わずかな電圧降下は正常であり、避けられない。しかし、過度の電圧降下は問題を引き起こす。
薄暗い照明白熱灯はもちろん、一部のLEDライトも明らかに暗くなります。
モーターの過熱誘導電動機は低電圧時に消費電流が増加するため、過熱や寿命の短縮につながる。
パフォーマンスが低い工具、ヒーター、電子機器の動作が遅くなったり、発熱量が減ったり、故障したりする可能性があります。
エネルギーの無駄遣い失われた電圧は電線の中で熱として放出されるが、これは全くの無駄である。
火災リスク電線が過熱すると、特に束ねられていたり高温環境にある場合は、絶縁体が発火する可能性があります。
電気規格（NEC、IEC）では、分岐回路の電圧降下を通常3%、システム全体（幹線＋分岐）の電圧降下を5%に制限しています。これは安全性のためだけでなく、信頼性の高い動作を確保するためでもあります。
3. 物理学：オームの法則の応用
電圧降下は、オームの法則: V = I × R。
で＝電圧降下（ボルト）
私＝電流（アンペア）
R＝導体の全抵抗（オーム）
長さL（メートル）、導体断面積A（mm²）、材料抵抗率ρ（銅 ≈ 0.0175 Ω·mm²/m、20℃）のケーブルの場合、抵抗は次のようになります。
R = ρ × (L / A)
のために往復（2本のワイヤー – 出入口）の場合、全体の抵抗はその2倍になります。
例：20m延長コード（合計40mの銅線経路）1.5 mm²10 Aの電流を流す導体：
R = 0.0175 × (40 / 1.5) ≈ 0.467 Ω
電圧降下 = 10 × 0.467 = 4.67 V (230 V の約 2%) – 許容範囲内)。
長さを2倍にするか、断面積を半分にすると、落下量は2倍になる。
4. 電圧降下を増加させる要因
| 要素 | 効果 | なぜ |
|---|---|---|
| 長いケーブル長 | より大きな下落 | 単位メートルあたりの抵抗が大きくなる。 |
| 小型導体サイズ | より大きな下落 | 細い電線ほど抵抗値が高くなる。 |
| 高電流 | より大きな下落 | I × R; 降下は電流に比例する。 |
| 高温 | やや高い落下 | 銅の抵抗は温度の上昇とともに増加する（1℃あたり0.4%）。 |
| 接続不良 | 大幅な減少 | 端子が緩んでいたり腐食していたりすると、抵抗が増加します。 |
注: AC回路の場合、50/60 Hzでは表皮効果と近接効果により、非常に大きな導体(200 mm²)の実効抵抗がわずかに増加し、電圧降下が数パーセント増加します。
5. 電圧降下が最も問題となる箇所
長距離の屋外ランニング―庭の照明、納屋、人里離れた離れ家。
高電流機器溶接機、モーター、EV充電器。
一時的な電力―建設現場で使用される長い延長コード。
低電圧システム– 12Vまたは24V回路（例：太陽光発電、LEDテープ、ボート）。12Vで2V降下すると16%の損失となり、非常に大きい。
充電器や精密電子機器電圧が低すぎると動作を拒否する場合があります。
6．負荷を移動させずに電圧降下を最小限に抑える方法
電圧降下を完全に排除することはできませんが、無視できるレベルまで低減することは可能です。
より太い導体を使用する断面積を2倍にすると、落下量は半分になる。これが最も効果的な解決策だ。
ケーブルの長さを短くする―ソースを近づけるか、経路を再設定してください。
供給電圧を上げる長距離配線の場合は、終端に変圧器を設置し、より高い電圧（例えば、240Vではなく480V、または12Vではなく24V）を使用してください。
接続を改善する清潔でしっかりとした端子は、余分な抵抗を低減します。
並列の小型ケーブル2本の同一のケーブルを並列に接続すると、抵抗（および電圧降下）は半分になりますが、電流の共有には注意が必要です。
アルミニウムの代わりに銅を使用する銅の抵抗率はアルミニウムの約60%なので、同じサイズであれば銅の方が電圧降下が小さくなります。
実際には、最も一般的な解決策はケーブルのサイズを大きくする―場合によっては、標準サイズで1つか2つ異なる。
7. 電圧降下とエネルギー効率
過度の電圧降下は、熱としてエネルギーを浪費します。年間を通して、この浪費されたエネルギーは蓄積されます。20mのコードで10Aの負荷を連続的にかけ、電圧降下が4.7Vの場合、電力損失は10×4.7＝47Wとなります。24時間365日稼働させると、年間47×8760≈412kWhとなり、これは電気代として約50～100ドルに相当し、さらにこの浪費されたエネルギーに伴う二酸化炭素排出量も発生します。
数キロメートルにも及ぶケーブルを使用する大規模施設においては、電圧降下を制御することは省エネルギー対策となる。
8．電圧降下と電力損失は同じではない
電圧降下と電力損失を混同する人が多い。電力損失＝I²×R（ワット）。電圧降下＝I×R（ボルト）。ケーブルの電圧降下は小さくても、電流が大きい場合はかなりの電力を浪費する可能性がある。逆に、非常に長い高インピーダンスケーブルは、電流が小さい場合は電圧降下は大きいが電力損失は小さい可能性がある。どちらも重要だが、理由は異なる。
モーターの始動においては、電圧降下が極めて重要であり、大きな電圧降下はモーターの加速を妨げる可能性がある。連続運転においては、電力損失（および発熱）が主な懸念事項となる。
9. 電圧降下を簡単に計算する方法
単相交流の場合（ほとんどの家庭および小規模事業所）：
Vd = 2 × I × (ρ × L / A)三相交流（産業用および大型建築物）の場合：
Vd = √3 × I × (ρ × L / A)（ここでLは片道長さである。）
オンライン計算機やコード表を使えば簡単です。NECでは以下の式を提供しています。
Vd = 2 × K × I × L / A（銅の場合、K ≈ 12.9、アルミニウムの場合、K ≈ 21.2 ― これらの数値には温度効果と表皮効果が含まれています。）
分岐回路では、常に3%未満の電圧降下を目指しましょう。
電圧降下は目に見えない泥棒です。機器が正常に動作するために必要な電圧を奪い取ります。エネルギーを浪費し、不要な熱を発生させ、機器の寿命を縮める原因にもなります。しかし、幸いなことに、電圧降下は予測可能で、予防も可能です。適切なサイズの導体を選び、長さを適正に保ち、接続をしっかり行うことで、電圧降下を安全な範囲内に抑えることができます。次に工具の調子が悪かったり、照明が暗く感じたりしたら、配線に電圧降下の問題が潜んでいる可能性があることを思い出してください。これで、その泥棒を捕まえる方法が分かりましたね。
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低圧および高圧XLPE絶縁電力ケーブル
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低煙・低ハロゲン難燃性ケーブル
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