ワイヤ断面積の説明: 式、計算、AWG、およびケーブルの選択

ワイヤーの断面積はどれくらいですか?

「2.5mm² の銅導体を取り付ける」というプロジェクト仕様を想像してみてください。 2.5 mm が直径であると推測するのは簡単です。そうではない。ワイヤの断面積は、導体をきれいに切断したときに得られる円形の面の面積であり、2.5 mm² はケーブルの幅ではなく、その面積を指します。導体面積によって抵抗、通電容量、電圧降下、およびケーブルが負荷の下で安全に動作するかどうかが決まるため、この区別は重要です。

このガイドでは、ワイヤ断面積の意味、計算方法、およびケーブルを選択する際の使用方法について説明します。

これらの値は裸の導体のみを表します。絶縁体とシースを追加すると、ケーブル全体の直径がはるかに大きくなるため、導体領域を特定するためにケーブルの外側のサイズを使用するべきではありません。

直径からワイヤー断面積を計算する方法

ソリッド ワイヤがあり、その面積を知る必要がある場合、プロセスは簡単です。

1. 銅線に傷を付けずに絶縁体の短い部分を剥がします。
2. 裸導体の直径をマイクロメーターで測定します。
3. 直径を 2 で割って半径を求めるか、直径を直接使用します。
4. A = π × d² / 4 を使用して面積を計算します。
5. 結果を最も近い標準メトリック サイズに丸めます。

たとえば、測定直径が 1.78 mm の純銅線の場合、A = 3.1416 × 1.78² / 4 = 2.49 mm² となります。最も近い標準サイズは 2.5 mm² です。

より線導体の場合、総金属面積は個々のより線面積の合計です。導体にそれぞれ直径 d の同一のストランドが n 本ある場合、総面積はおよそ A = n × π × d² / 4 となります。ストランド間のギャップによって束が実際の金属面積よりも大きく見えるため、その式を束の直径以上に適用しないでください。

なぜ断面積が重要なのでしょうか?

導体面積と電気的性能の間には直接的な関係があります。金属導体の場合、抵抗は抵抗率、長さ、面積によって決まります。

R = 抵抗率 × 長さ / 面積

これは、断面積を 2 倍にすると、同じ長さの導体抵抗が半分になることを意味します。抵抗が低いと、ケーブルに次の 3 つの実際的な利点が得られます。

• 長いケーブル配線でも電圧降下が低くなります。
• 同じ電流でも発熱量が少なくなります。
• 絶縁体が定格温度に達する前の、より高い電流容量。

安全上の利点もあります。負荷電流に対して導体が小さすぎると、より早く発熱し、絶縁を損傷したり、火災の危険が生じたり、迷惑なトリップを引き起こす可能性があります。正しいエリアを選択することは、ケーブル設計における最初の決定事項の 1 つです。

北米では、導体のサイズは AWG で表されることがよくあります。大まかな参考として、10 AWG の断面積は約 5.26 mm²、12 AWG の断面積は約 3.31 mm² です。 mm² とは異なり、AWG 番号は面積に比例しないため、設計で 1 つの規則が使用され、サプライヤーが別の規則を使用する場合、変換エラーがよく発生します。

より線、隙間、その領域の本当の意味

産業用および公共用ケーブルでは、ほとんどの導体は単線ではなく撚り線です。撚り線により、ケーブルは電線管に引き込んだり、ケーブル トレイの周りで曲げたり、開閉装置で終端したりするのに十分な柔軟性が得られます。しかし、より線構造では、測定上重要な問題が発生します。つまり、束全体の直径には、丸いストランド間の空隙が含まれるということです。

したがって、撚り線導体の断面積は、束に等しい直径を持つ円の面積と同じではありません。代わりに、それは同等の金属領域です。 16 mm² のより線導体は、16 mm² の単線導体とほぼ同じ抵抗と連続電流容量を持ちますが、ギャップがあるため、その束の直径は 4.51 mm より大きくなります。より詳細な比較については、以下を参照してください。 より線と単線の選択ガイド .

架空線はその良い例です。裸導体など AAAC、AAC、および ACSR 架空導体 強度と柔軟性を高めるために層状に撚られていますが、定格電流は完成した導体の外径ではなく金属断面から計算されます。厚い架空導体が見つかった場合でも、使用可能なアルミニウム領域は全体のプロファイルが示すよりも小さい可能性があるため、キャリパーの外径を測定するのではなく、宣言された導体領域を常に確認してください。

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適切な導体断面の選択

設置用のケーブルを選択する場合、導体面積は次のいくつかの条件を同時に満たすように選択されます。

• 連続負荷電流は、選択した設置方法のケーブルの電流容量を超えてはなりません。
• 実際のケーブル長での電圧降下は、プロジェクトの制限内に収める必要があります。
• 導体は、保護装置が故障を解消するまで短絡電流に耐える必要があります。
• ディレーティングの計算には、グループ化、周囲温度、埋設または日光への曝露を含める必要があります。
• 将来の負荷の増大や予想される負荷の変化に備えて、少なくともある程度の余裕を持たせてください。

これが、同じ定格電流でも設置場所によって導体面積が異なる可能性がある理由です。自由空気中のケーブルはより低温で動作しますが、導管内に束ねられた 5 本のケーブルでは、同じ容量に達するにはより大きな導体が必要になる場合があります。

典型的な LV 建物分布の場合、 0.6/1 kV XLPE/PVC 電源ケーブル これらは実用的なコストで強力な電気的および機械的特性を提供するため、最も一般的なオプションの 1 つです。導体面積の選択は、負荷スケジュールと電圧降下の計算から確認する必要があります。プロジェクトの断熱材を比較する場合は、 XLPE と PVC の間で低電圧ケーブルを選択 ガイドでは違いが説明されています。

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大きな断面積と高電圧アプリケーション

電力レベルが上昇すると、導体の断面積が増加します。大きな導体は損失を減らしますが、それ自体が問題を引き起こします。それらは重く、曲げにくく、終端が難しく、設置費用が高くなります。通常の丸撚り構造では不必要に太いケーブルが製造される可能性があるため、大きな断面積の導体の製造には慎重な撚り合わせと圧縮も必要です。

地中送電および産業用高電圧回路の場合、選択される導体エリアは多くの場合、大きな銅断面と堅牢な絶縁およびシース システムを組み合わせています。 銅導体と波形アルミニウムシースを備えた高電圧 XLPE 電源ケーブル 大きな金属領域により抵抗と誘電損失が許容範囲内に保たれるため、実用的な解決策となります。波形金属シースの機械的設計は、設置時および操作時のケーブルの保護にも役立ちます。大型導体で何が問題になるのか、またメーカーがそれらの問題をどのように解決するのかについて詳しくは、 大きな断面積の導体のエンジニアリング上の課題 主題をより深くカバーします。

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実践的なポイント

ワイヤの断面積は、電気的性能を予測するのに最も役立つ数値です。単線丸線の場合は直径から直接計算します。より線ケーブルの場合は、外側の束を測定するのではなく、メーカーが宣言した面積と単位長さあたりの抵抗を信頼してください。負荷電流、回路長、設置条件、および保護設定を使用して、適切なサイズを選択します。導体エリアは技術仕様ですが、電気設備の安全性、効率性、コスト効率を維持するための最も簡単な方法の 1 つでもあります。