銅線の電流容量表: バスバーの規定とサイズの確認方法 |バスバー工場

産業用配電プロジェクトに適切な銅導体のサイズを選択することは、多くの場合、「このバーまたはケーブルはどのくらいの電流を安全に流すことができるか?」という 1 つの質問から始まります。銅の電流容量グラフは答えを提供しますが、それは正しい仮定の下で読んだ場合に限られます。オンラインで見つかる一般的なチャートは、米国電気工事規程 (NEC) に従って、電線管内の絶縁ワイヤ用に作成されています。これらの数値は、自由空気中に取り付けられた裸の銅バスバーには直接適用されません。この記事では、両方のタイプのグラフを解釈する方法を説明し、メートル銅母線参照表を提供し、選択したサイズが特定の設置に耐えられるかどうかを決定する要因について説明します。

電流容量とは何ですか、また銅導体にとって電流容量が重要である理由

電流容量は、導体がその温度定格を超えずに連続的に流すことができる電流の最大量です。物理的なロジックは単純です。導体を流れる電流は電気抵抗により熱を発生します。発生した熱が周囲環境への放散熱と等しくなるとき、導体は安定した温度に達します。そのバランスを超えると、温度が上昇し、絶縁体または金属の機械的特性の限界を超えます。

導体のサイズは電流容量に影響を与える主な要因ですが、それだけではありません。周囲温度、絶縁定格、導体の数、設置方法のすべてにより、最終的な数値は変わります。銅の電流容量チャートでは、これらの変数が表形式で表示されるため、特定の条件に基づいてサイズを選択できます。電流容量を定格電流または短絡容量と区別することが重要です。電流容量は、連続的な定常状態の限界です。短絡耐力は熱エネルギー (I²t) に基づいて別個に計算されるため、個別に確認する必要があります。

銅線の電流容量チャートの見方

米国で最も広く参照されている銅線の電流容量表は、NEC Table 310.15(B)(16) および (B)(17) に基づいています。これらの表は、通電導体が 3 本以下、周囲温度 30°C、最大 2,000 V の電圧を想定しています。設置がこれらの想定から外れる場合は、補正係数を適用する必要があります。その前に、表のどの列が指揮者に適用されるかを特定する必要があります。

温度定格とその意味

電流容量表の 60°C、75°C、および 90°C の列は、周囲温度ではなく、導体の絶縁体の最大許容動作温度を指します。正しい列は、絶縁タイプと終端点の温度定格によって異なります。たとえば、定格 90°C の THHN ワイヤは 90°C カラムを使用して選択できますが、定格 75°C の機器で終端する場合、最終電流容量は 75°C カラムによって決まります。これは、パネル設計におけるオーバーサイズ エラーの一般的な原因です。

チャート上の設置条件 前提条件

NEC の電流値は、指定された設置条件下でのみ有効です。つまり、電線管またはケーブル内の導体が 3 本以下、周囲温度 30°C、および表で指定されている自由空気または電線管の設置です。より多くの導体を束ねると、熱放散が低下するため、ディレーティング係数を適用する必要があります。周囲温度が 30°C を超える場合は、温度補正係数が必要です。これらの調整係数は NEC テーブル 310.15(B)(1) および 310.15(B)(2) に記載されており、コードに準拠した設計には必須です。

以下の表は、NEC 表 310.15(B)(16) に基づく代表的な銅線の電流容量を示しています。これらの値は、導管内の通電導体が 3 本以下、周囲温度が 30°C、絶縁定格が 60°C、75°C、および 90°C であることを前提としています。

これらの値は、建物の配線と一般的な電気設備に役立ちます。これらは、裸の銅バスバーの電流容量を表すものではありません。

銅線と銅バスバー: 用途ごとに異なるグラフ

銅の電流容量表を探している多くのエンジニアはワイヤ テーブルにたどり着き、誤ってそれをバスバーの選択に適用してしまいます。このアプローチでは、バスバーのサイズが大幅に小さくなります。その理由は物理的な仮定にあります。導管内の絶縁ワイヤは、絶縁体が熱障壁として機能し、導管が空気の循環を制限するため、熱放散が不十分です。自由空気中の裸の銅バスバーは、対流と放射を通じてはるかに効果的に熱を放散するため、同じ断面積で実質的により多くの電流を流すことができます。

具体的に比較してみるとこれが分かります。 90°C 絶縁の 2 AWG 銅線は、NEC あたり約 130 A を伝送します。公開されている銅バスバーのデータによると、1/4 インチ x 2 インチ (約 6.35 mm × 50.8 mm) の裸の銅バスバーは、自由空気中で 30°C の温度上昇で約 710 A を伝送します。どちらの導体にも同程度の銅の質量が含まれていますが、バスバーの露出表面積と優れた冷却により、5 倍を超える電流を処理できます。このため、バスバーの選択では、絶縁定格ではなく、温度上昇に基づいて異なる参照テーブルが使用されます。

銅母線電流容量参照表 (メートル寸法)

産業用バスバーの選択では、絶縁温度定格ではなく、周囲温度を超える温度上昇が制御パラメータとなります。以下の表は、公開されている銅バスバーの電流容量データからの変換に基づいた、裸銅バスバーの参考電流容量をメートル寸法で示しています。この値は、自由空気中で 60 Hz AC で動作し、放射率が約 0.4 (工業用空気に約 60 日間さらされた表面の典型値) の単一の裸の銅バーを想定しています。

これらの値は、最終的な設計データではなく、初期サイジングのエンジニアリング基準です。実際の電流容量は、特定の表面状態、正確な合金、バスバーの配置、およびエンクロージャによって異なります。最終定格は必ずバスバーのメーカーに問い合わせるか、テストを通じて確認してください。

実際の設置における銅線電流容量に影響を与える要因

参考チャートは、自由空気中の単一の裸バーを想定しています。実際のインスタレーションでは、イメージを変える条件が導入されます。バスバーのサイズを決定する前に、4 つの要素を考慮する必要があります。

周囲温度と温度上昇

温度上昇は、導体の動作温度と周囲温度との差です。上の表は特定の周囲温度を想定しています。設置場所の周囲温度が高い場合、同じ電流でも導体全体の温度が高くなります。導体を最大動作温度内に維持するには、定格温度上昇を減らす必要があります。たとえば、周囲温度 30 °C で 50 °C 上昇するように設計されたバスバーは、合計 80 °C に達します。周囲温度 40°C の室内では、同じバーが同じ電流で 90°C に達し、許容限度を超える可能性があります。

導体の配置と筐体

並列に取り付けられた複数のバスバーは熱を発生し、互いの冷却を妨げます。密閉された筐体内のバスバーは空気の流れが制限されるため、熱放散が減少します。密閉されたバスウェイは、屋外の同じ裸のバーよりも電流容量が大幅に低くなります。開閉装置のラインナップや母線路の配管を設計する場合は、単一バーの自由空気データから推定するのではなく、アセンブリ全体に対してメーカーが公表している定格を使用してください。スペースが狭く、熱放散が制限されている設置環境では、エンクロージャと導体間隔が意図した定格に合わせて設計されているため、高密度でコンパクトな母線路システムが実用的なエンジニアリングの選択肢となることがよくあります。

高電流時の表皮効果

AC システムでは、交流電流が導体の外表面に向かって集中します。これが表皮効果です。断面積が大きくなると、実効的な通電面積が全体の面積に比べて縮小し、実効的な抵抗が増加します。 AC アプリケーション用に公開されているバスバー電流容量表には、バーのサイズとともに増加する表皮効果比が組み込まれています。 60 Hz で 120 × 10 mm のバーは、断面積が 2 倍であっても、60 × 10 mm のバーの 2 倍の電流を流すことはできません。小さなバスバーからはるかに大きなバスバーに移行する場合は、表の注記にある AC 軽減係数を適用します。非常に大きな電流の場合は、1 つの大きなバーではなく、複数の小さなバーを並列に配置することを検討してください。これにより表面積の利用率が向上し、機械的な取り扱いが容易になります。

銅バスバーのサイズを決定するための実際的な手順

電流容量の基準を取得したら、構造化された手順に従って、負荷要件をバスバーのサイズに変換します。以下の手順は、産業用配電設計の標準的なエンジニアリング手法を反映しています。

1. 負荷電流を決定します。 合計連続負荷電流を計算し、将来の拡張に備えて適切なマージンを追加します。 NEC は通常、導体が連続負荷の 125% に耐えられるサイズであることを要求します。バスバー システムの場合は、該当するコードとプロジェクトの仕様を確認してください。
2. 設置条件を確認します。 周囲温度、バーが自由空気にあるか密閉された母線路にあるか、平行バーの数、システム周波数 (50 Hz または 60 Hz) を文書化します。これらの要因により、どの補正係数が適用されるかが決まります。
3. 電流容量表から暫定的なサイズを選択します。 予想される温度上昇時の電流容量が必要な電流に最も近く、かつそれを下回らないバスバーの寸法を選択してください。一般的な屋内開閉装置用途には 50°C 上昇カラムを使用し、近くに敏感な機器がある設置には 30°C 上昇カラムを使用します。
4. 補正係数を適用します。 チャートの値に周囲温度と筐体の影響の補正係数を掛けます。ディレーティング値が依然として負荷電流にマージンを加えた値を超えている場合、その選択は適切です。そうでない場合は、次のバー サイズにステップアップします。
5. 機械的制限および短絡制限を確認します。 選択したバーが利用可能なスペースに適合し、実際のエンクロージャ条件下での温度上昇が断熱材またはコーティングの制限内に収まっていることを確認してください。故障電流デューティが高い場合は、I²t 値を使用して別途短絡耐熱性チェックを実行してください。

囲まれた母線路内に設置された、周囲温度 40°C で 1,000 A の負荷を考えてみましょう。フリーエアテーブルから開始すると、50°C 上昇時の 100 × 6 mm バーの定格は 1,290 A です。この構成の一般的な密閉母線路ディレーティング係数は約 0.8 で、1,032 A になります。必要な安全マージンを追加すると、1,000 A 負荷を超えるマージンは最小限になるため、80 × 10 mm バー (1,470 A × 0.8 = 1,176 A) または 120 × 5 mm バー (1,360 A × 0.8 = 1,088 A) から始めるのがより安全です。この種の調整はまさに、生のチャート値だけでは最終的な選択に十分ではない理由です。

銅製バスバーとアルミニウム製バスバー: 銅製バスバーを選択する場合

すべてのバスバー用途において銅が常に自動的に選ばれるわけではありません。銅とアルミニウムのどちらを選択するかは、電流定格、スペース、コスト、および環境への曝露によって決まります。銅は約 100% IACS の導電率と優れた耐食性を備えているため、同じ電流であれば銅バーの方がアルミニウム バーよりも小さくなる可能性があります。 IACS が約 61% のアルミニウムは、同じ電流を流すためにより大きな断面積 (約 1.6 倍) を必要とし、さらに重量は銅の約 3 分の 1 です。

スペースに制約があり、接続の信頼性が重要なアプリケーションでは、銅が最適です。銅の安定した酸化物層は導電性を保ちますが、アルミニウムの酸化物は絶縁体であるため、ホットスポットを避けるために慎重な表面処理と特殊なコネクタが必要です。攻撃的な雰囲気のある沿岸環境や工業環境では、銅の自然な耐食性によりメンテナンスが軽減されます。一方、アルミニウムは軽量であるため、バスバーを長く配線したり、重量が設計上の制約となる風力タービンタワーのような構造物にとっては魅力的です。電流定格が中程度でスペースが利用可能な場合には、コストが低いことも決定的です。

円形断面の機械的および熱的利点を備えた絶縁管状バスバーが必要な場合、銅とアルミニウムの両方が有力な導体材料です。エポキシ樹脂鋳造管状バスバーなどの絶縁システムの選択は、多くの場合、過酷な環境における誘電性能と長期信頼性にとって、導体金属よりも重要です。