ケーブル設計計算

ケーブルの選定、電圧降下、電力損失を計算します。

有効電力をP, 線電流をI, 線間電圧(単相 3 線式の場合は中性線と電圧線間)をV, 力率をconsφとすると、

// 単相2線
I = P / (V * cosφ)

// 単相3線
I = P / (2 * V * cosφ)

// 三相3線
I = P / (√3 * V * cosφ)

ケーブルサイズは流れる電流が許容電流より小さくなるサイズの最小値を選定します。電圧降下と電力損失は選定されたケーブルの単位長あたりのインピーダンスとケーブル長さから抵抗値Rを求めます。

このとき、ケーブルの電圧降下をΔV, ケーブルの単位長インピーダンスをr+jx, ケーブルの長さを l とすると、

// 単相2線
ΔV = 2 * I * l * (r * cosφ + x * sinφ)

// 単相3線
ΔV = I * l * (r * cosφ + x * sinφ)

// 三相3線
ΔV = √3 * I * l * (r * cosφ + x * sinφ)

また、ケーブルの電力損失Plをとすると、

// 単相2線 & 単相3線
Pl = (2 * I) ^ (2 * r * l);

// 三相3線
Pl = (3 * I) ^ (2 * r * l);

なお、単相 3 線負荷と三相 3 線負荷は平衡であることが条件です。

電線管設計

ケーブルのサイズに応じたケーブル断面積の和と各電線管の断面積を比較し、電線管の設計を行います。

電線管の設計は内線規定に基づき、占有率32%と48%の場合を計算します。ただし、FEP管については規定がなく、参考値扱いとしているので、使用されるメーカーの仕様書に基づき、各自で計算してください。なお、補正係数は使用しておりません。

各ケーブルの直径(外径)をR、断面積の総和をSa、設計される電線管の断面積をSb、円周率をpiとすると、

// ケーブル断面積の和
Sa = Σ((R / 2) ^ (2 * pi));

// 占有率32%の場合の比較をしたときの断面積の関係式
Sa < Sb * 0.32;

// 占有率48%の場合の比較をしたときの断面積の関係式
Sa < Sb * 0.48;

600V CVTケーブルを使用した場合は、それぞれ線心の外径から線心の断面積を算出し、3 倍するように計算しています。

600V CVTケーブルの直径(外径)をRcvt、断面積をScvt、円周率をpiとすると、

// 600V CVTの場合の断面積の計算式
Scvt = ((Rcvt / 2) ^ (2 * pi)) * 3;

電力計算

線間電圧、電流、力率から各電力を求めます。

線電流をI, 線間電圧(単相 3 線式の場合は中性線と電圧線間)をV, 力率をconsφ, 皮相電力をS, 有効電力をP, 無効電力をQとすると、

// sinφ
sinφ = √(1 - (cosφ)^2)

// 単相2線
S = V * I
P = V * I * cosφ
Q = V * I * sinφ

// 単相3線
S = 2 * V * I
P = 2 * V * I * cosφ
Q = 2 * V * I * sinφ

// 三相3線
S = √3 * V * I
P = √3 * V * I * cosφ
Q = √3 * V * I * sinφ

なお、単相 3 線負荷と三相 3 線負荷は平衡であることが条件です。

需要率計算

需要率は全設備の合計の電気容量に対する実際に使用する設備の容量のことです。

(需要率) = (最大需要電力) / (設備容量の合計)

また、負荷率はある期間中の需要電力の平均値と需要電力の最大の比です。

(負荷率) = (平均需要電力) / (最大需要電力)

参考サイト - 公益社団法人日本電気技術者協会

ケーブルのデータ

各ケーブルデータの条件について、以下にまとめます。

条件	内容
ケーブル種類	`600V CV-2C`, `600V CV-3C`, `600V CVT`, `IV`, `CVV-2C`から`CVV-30C`, `CVVS-2C`から`CVVS-30C`, `6600V CV-3C`, `6600V CVT`
周囲温度(`CV`, `CVT`)	`40℃`
周囲温度(`IV`)	`30℃`
周囲温度(`CVV`, `CVVS`)	`20℃`
敷設条件(`CV`, `CVT`)	気中暗渠敷設
敷設条件(`IV`)	同一管内に 3 本以下
電流補正係数	なし
電源周波数	`50Hz`
ケーブルインピーダンス温度	`90℃`

※CVV ケーブル、CVVS ケーブルのインピーダンスデータは無いため、導体抵抗のみを使用し、リアクタンスは 0 で計算しています。

ケーブルのデータは参考サイトから引用しています。