第二種電気工事士覚え書き②

 平日の仕事終わりは電気の勉強、土日の休日はソニックブレイドの制作というルーティンが確立されつつあります。
 しかしさ、最近趣味らしい趣味がなくてさ。一番楽しい暇つぶしがメダルゲームって終わってるだろ、と。そのメダルゲームも、確変23連チャンとかなのに、ほぼ枚数が現状維持って、電気工事士の資格で配線繋ぎ直してやろうかって感じで、馬鹿馬鹿しくなりつつあって。
 かつてよく行ってた映画館もさ、アナログの逆襲以来、マジで観たい映画がないんだよね。サブカルチャーなんて、もってのほかだよ。
 私って、どんなものでもハマるときはワーってなるんだけど、あんまり長続きしないんだよな。たしろはわれにかえった、みたいな。
 そいで、振り返ると一番長く続いてた趣味はやっぱり漫画制作なんかな、と。次いで、大学の単位取得だね。わりと辛いことも多かったから、振り返ると、はたしてあれが趣味だったのかよくわからないけど。趣味に熱中ってある種の依存症的なところあるしな。

配電理論と配電設計
こういうのって一般式を丸暗記をするよりも、具体的な数字を当てはめて計算の練習をしたほうが、理論込みでマスターできると思う。

電力系統
発電所→変電所→配電用変電所→電柱→需要家(住宅・工場など)といった一連の流れ。
発電所から配電用変電所までの流れを送電、配電用変電所から需要家までの流れを配電という。

高圧配電線
配電用変電所~電柱の変圧器(柱上トランス)まで。6600V。

低圧配電線
柱上トランス~家庭まで。100Vないしは200V。

低圧配電①単相2線式(1φ2W)
3本の高圧電線ABCのうち、2本の組み合わせが3組(AとB、BとC、AとC)できる。この3組の単相交流のうちどれかひとつから電圧を取り出し、トランスによって6600Vを100Vにまで落として供給する方式。
往復で2線あるので、電圧降下や電力損失を計算する場合は×2をする。

電圧降下v=電源電圧Vs-抵抗負荷の電圧Vr=2×電流I×電線1本あたりの抵抗r

電力損失p=2I²r(※p=VI=IR×I=I²Rより)

低圧配電②単相3線式(1φ3W)
単相の交流をABNの3本の電線で配電する方式。3本のうち1本(N)が接地されている中性線で、この中性線と残り2本の電線のうち、どちらかと接続することで100Vの電圧を取り出すことができる。
また、中性線でない電線2本の間Cから200Vも取り出せる。
一般的な住宅で最もよく使用されている方式。

平衡負荷場合
中性線N-N’間の電流=0(流れない)
その他のルートA-A’とB-B’の電圧降下=Ir
回路全体の電力損失=2I²r(※AとBの電力損失の値が等しいので×2)

不平衡負荷の場合
中性線の電流=(A→Nの電流Ia)-(N→Bの電流Ib)
A→Nの電圧降下=(Ia+Ic)r+(Ia-Ib)r
N→Bの電圧降下=(Ib+Ic)r-(Ia-Ib)r

低圧配電③三相3線式(3φ3W)
3本の線で送られてくる三相交流をそのまま配電する方式。
電圧を6600Vから200Vに下げて供給される(3線式だが、中性線がなく200Vしか供給できない)。
工場など大電力を必要とする場合用いられ、6600Vの高圧のまま使用することもある。
ちなみに△結線の一本が断線した場合は、直並列回路となる。

2線間の電圧降下=√3×Ir
回路全体の電力損失=3I²r


許容電流
その電線に流すことができる最大の電流値。
抵抗が大きい細い電流に大電流を流すとジュール熱により断線したり、絶縁被覆が溶けたりするおそれがあるため、電線の種類ごとに設けられている。

絶縁電線①単線
1本の銅線。

直径1.6ミリ:許容電流27A
直径2.0ミリ:許容電流35A
直径2.6ミリ:許容電流48A


絶縁電線②より線
複数本の銅線をまとめたもの。

断面積5.5平方ミリ:許容電流49A
断面積8.0平方ミリ:許容電流61A


ケーブル
絶縁電線をいくつかまとめて、さらにその上を外装(シース)で覆ったもの。
熱がこもって温度が上昇しやすいため、電流減少係数をかけて許容電流を低く抑えなければならない。
ちなみに、ケーブルの中に収められている絶縁電線の数は本ではなく心(しん)で数えるらしい。

3心以下:電流減少係数0.70
4心:0.63
5または6心:0.56


コード
細い銅線を何本もより合わせ、ゴムやビニルを被覆して柔らかく作った電線。
絶縁電線とケーブルは同じ規格だが、コードはそれらよりも細いので独自の規格が設けられている。

断面積0.75平方ミリ:7A
断面積1.25平方ミリ:12A
断面積2平方ミリ:17A


引込線・引込口配線の設計
けっこう具体的になってきた。

架空引込線
電柱~家屋の軒先に取り付けられた引込線取付点までを結んだ電線。
この工事は電力会社が行う。
引込線取付点の位置は原則地上から垂直4メートルの高さを確保しなければならないが、技術上やむおえない場合、交通に支障がない場合は2.5メートル以上で構わない。

引込口配線
引込線取付点~分電盤までの配線。
この間に取り付けられる電力量計と分電盤内の配線用遮断器(ブレーカー)の工事も電力会社が行う。
なお、木造家屋の引込口配線においては金属製の保護器具は使用できない(漏電した際に火災を引き起こす恐れがあるため)。

引込開閉器
引込み口に近いところに付ける通電をON/OFFできるスイッチ。
かつてはカバー付きナイフスイッチが使われていたが、現在では開閉器の役割も兼ねる配電用遮断器が主流になっている。
開閉器は、物置など敷地内の別の建物に母屋から電気を引き込む場合でも取り付ける必要があるが、使用電圧が300V以下で、20Aの配線用遮断器(ヒューズの場合は15A)で保護された母屋の電路に接続する場合は、屋外電路の距離が15メートル以下であれば、開閉器を省略することができる。

過電流遮断器
エアコンや電子レンジなど過大な電流が流れたとき電路を遮断して保護する装置。
一般的な住宅にある分電盤にあるブレーカーなどで、この役割をする二大巨頭がヒューズと配線用遮断機である。

ヒューズ
過電流が流れると自ら発熱して溶け、電路を溶断する金属片。
溶断したヒューズの交換は手間がかかるため、現在では手動で電路を復帰できる配線用遮断機に代わりつつある。
しかし、高圧電力回路、三相電動機用の手元開閉器、医療用、車載用などの特定の用途では根強い人気がある。
ヒューズの溶断時間は以下のように規定されている。

定格電流の1.1倍:溶断しない
定格電流の1.6倍:60分以内
定格電流の2倍:30A以下は2分以内、30A超60A以下は4分以内


配電用遮断器
過電流が流れると検知回路が働いて自動的にスイッチをきり、電路を遮断する装置。
屋内配線の幹線、分岐回路ごとに設置される。
配電用遮断器の遮断時間は以下のように規定されている。

定格電流の1.25倍:60分以内
定格電流の2倍:30A以下は2分以内、30A超50A以下は4分以内


過電流遮断器の回路構成
電源とつなぐ端子の極P(ポール)と、過電流を検知し遮断スイッチにある素子E(エレメント)がある。素子のない極はニュートラルということでN極と呼ばれる。
遮断機によって極と素子の数は異なり、2P1E、2P2E、3P2Eなどのタイプがある。

2極1素子
単相3線式の100Vの電路の分岐回路に用いられる。

2極2素子
200Vの電路の分岐回路に用いられる。

3極2素子
単相3線式の幹線に接続されるメインブレーカーとして用いられる。
なお、このタイプの中性線には過電流遮断器を入れてはいけない。
ここが遮断されると、単なる直列回路ができて各100Vの電路に200Vが不均等に加わり、危機が破損するため(中性線欠相事故)。

漏電遮断器
漏電(地絡電流など電気回路以外に電気が流れること)があると電路を遮断する装置。
零相変流器が電気の不足を検知して、ただちに電流を遮断する。
主幹電路だけではなく、分岐回路に接続される電気機器が、金属製の外箱を有し、使用電圧が60Vを超え、簡易接触防護措置を施していない場合、その電気機器の電路にも施設しなければならない。

漏電遮断器が省略できる場合
・電気機器を乾燥した場所に施設したとき
対地電圧150V以下で水気のない場所に施設するとき
・電気機器にC種接地工事またはD種接地工事が施されていて、その接地抵抗が3Ω以下のとき
・電気用品安全法適用の二重絶縁構造の機器のとき

屋内幹線の設計
引き込み口から屋内に引き入れて分岐するまでの配線部分を幹線という。
一般的に引き込み口から引き入れた電線は分電盤に入る。

幹線の許容電流の見積もり
幹線に使う電線を決めるために必要。
幹線には分岐線の各負荷に流れる電流の合成電流が流れるので、その最大値(幹線許容電流IL)を見積もって、使う電線の太さを決める。
計算方法は、電動機の定格電流の総量IMと、電動機以外の定格電流の総量IHを比較する必要がある(電動機には始動時に大きな電流が流れるため)。

IM≦IH・・・IL≧IM+IH
IM(50A以下)>IH・・・IL≧1.25IM+IH
IM(50A超)>IH・・・IL≧1.1IM+IH


需要率
実際に使用する電力のパーセンテージを求める(接続したすべての電気機器が同時に稼動することはまずないため)。

需要率=(実需用電力の最大値/総設備容量)×100

幹線を保護する過電流遮断機の定格電流
原則として、過電流遮断機の定格電流IBは幹線の許容電流より小さくなければいけない。
また、電動機はスイッチを入れたとき大きな電流が流れるため、それも考慮する。

電動機なし:IB(遮断器の定格電流)≦IL(幹線許容電流)
電動機あり:IB≦3IM(電動機定格電流)+IH(電動機以外の定格電流)もしくは2.5IL


分岐した細い幹線過電流遮断機が省略できる場合
マンションなど多数の階がある建物では、大元の太い幹線から細い幹線を分岐させて、それぞれの階毎に細い幹線から分岐回路を施設する。
原則的には、この細い幹線にも過電流遮断器を取り付けなければならないが、次の条件では省略できる。

・細い幹線の許容電流が、主幹線の過電流遮断機の定格電流IB×0.55以上
・細い幹線の許容電流が、IB×0.35以上、ただし幹線の長さは8メートル以下
・長さ3メートル以下で、負荷側に幹線を接続しない場合

分岐回路の設計
電気機器をいくつも接続する。分岐回路の電線は幹線の電線よりも細い場合が多いので、許容電流は少なめ。
ユーザの最も身近なところにある電路なので、安全対策も念入りで、過電流遮断器の施設位置など細かい規定がある。

分岐回路の開閉器および過電流遮断器の施設位置
分岐回路に施設される過電流遮断器は省略できない。原則として分岐点から3メートル以内に設置する。
ただし、分岐回路の電線の許容電流によって3メートルを超える位置に取り付けられる場合がある。

・分岐回路の電線の許容電流が過電流遮断機の定格電流の35%以上55%未満の場合は8メートル以内までOK
55%以上はどこに取り付けてもOK

屋外配線
常夜灯など。原則としてひとつの負荷だけがつながる専用の分岐回路にしなければならない。
ただし、屋内配線の分岐点より8メートル以内の場合は、屋内配線の延長で配線することができる。しかしこの場合は、20A以下の配線用遮断器が分岐回路についてなければならない。

電動機の分岐回路
原則として1台ごとに専用の分岐回路を設ける。
ただし、以下のどちらかの場合は2台以上接続できる。
・配電用遮断器の定格電流が20A以下、または過電流遮断器の定格電流が15A以下
・各電動機に負荷保護装置が施設されている

コンセントの分岐回路
分岐回路の種類にあった電線の太さやコンセントを選ばないと事故につながる(40A回路に20Aのコンセントをさすと過電流遮断器が作動しない)。

①15A回路
過電流遮断機の定格電流:15A以下
電線の太さ:直径1.6ミリ以上
コンセントの定格電流:15A以下

②B20A回路(配電用遮断器)
過電流遮断機の定格電流:15A超20A以下の配電用遮断器
電線の太さ:直径1.6ミリ以上
コンセントの定格電流:20A以下

③20A回路(ヒューズ)
過電流遮断機の定格電流:15A超20A以下のヒューズ
電線の太さ:直径2.0ミリ以上
コンセントの定格電流:20A

④30A回路
過電流遮断機の定格電流:20A超30A以下
電線の太さ:直径2.6ミリ以上、断面積5.5平方ミリ以上
コンセントの定格電流:20~30A

⑤40A回路
過電流遮断機の定格電流:30A超40A以下
電線の太さ:断面積14平方ミリ以上
コンセントの定格電流:40~50A

⑤50A回路
過電流遮断機の定格電流:40A超50A以下
電線の太さ:断面積8平方ミリ以上
コンセントの定格電流:30~40A
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