電圧降下計算式の解説

基礎：オームの法則

すべての電圧降下計算は、電気工学における最も基本的な関係の1つであるオームの法則に基づいています。1827年にゲオルク・オームによって発見されたこの法則は、回路内の電圧、電流、抵抗の間の直接的な関係を確立します。専門的な電気設計で使用されるより複雑な電圧降下式を深く掘り下げる前に、この基礎を理解することが重要です。

電圧降下の文脈では、導体自体にこの法則を適用します。導体は抵抗器として機能し（ごくわずかですが）、流れる電流がその長さに沿って電圧降下を生み出します。これが、導体の総抵抗に電流を乗じることで電圧降下を計算できる理由です。

単相およびDC電圧降下式

単相AC回路およびDC回路の場合、電圧降下式は電流が往復導体の両方を流れることを考慮します。これが2を乗じる理由です。回路の総長には2本の導体が含まれます。

係数2は往復の電流経路を表します。電流は電源から1本の導体を通って負荷へ流れ、別の導体を通って戻ります。両方の導体が総電圧降下に寄与します。1000で割るのは、抵抗単位を1000フィートあたりのオームからフィート単位の長さに合わせて変換するためです。

三相電圧降下式

三相システムは、導体間に120°の位相関係があるため、異なる乗数を使用します。2の代わりに√3（約1.732）を使用します。この係数は、平衡三相システムにおける位相間のベクトル関係を考慮します。

平衡三相システムでは、3本の導体の電流は大きさが等しく、位相が120°ずれています。√3係数は三相構成における電圧のベクトル加算から生じます。線間電圧計算の場合、この係数は相量と線量の間の関係を正しく考慮します。

パーセント電圧降下

ボルト単位の絶対電圧降下は有用ですが、パーセント電圧降下はシステム電圧に関係なく回路性能を評価する標準化された方法を提供します。NECの推奨値はパーセンテージで表現されており、これがコンプライアンスチェックの最も実用的な形式となっています。

120Vでの3%の電圧降下は3.6ボルトに相当しますが、480Vでの3%は14.4ボルトに相当します。パーセンテージ表現により、関連する電圧レベルに関係なく、直接比較とコンプライアンス検証が可能になります。

抵抗値：NEC第9章表8

電圧降下計算で使用される導体抵抗値は、NEC第9章表8から取得されます。この表は、75°Cでの銅および アルミニウム導体のDC抵抗値を提供します。簡素化された式を使用するほとんどの実用的な電圧降下計算では、これらのDC抵抗値が許容可能な精度を提供します。

これらの値は直流抵抗を表しています。交流回路の場合、特に大型導体や高周波では、表皮効果と近接効果により実効抵抗がわずかに高くなる可能性があります。しかし、600V以下の典型的な配電回路では、これらの効果は最小限であり、第9章表8の値が適切な設計精度を提供します。

温度補正係数

導体抵抗は温度とともに変化します。NEC表8の値は75°Cで与えられていますが、実際の動作温度が大幅に異なる場合は補正が必要になることがあります。銅の場合、抵抗は温度が1°C上昇するごとに約0.393%増加します。

極端な温度環境（高温の屋根裏部屋、寒冷地の屋外設置など）の場合、温度補正により電圧降下計算がより正確になります。標準的な室内設置の場合、75°Cの値が十分な精度を提供します。

高度な考慮事項：AC抵抗とリアクタンス

より正確な交流電圧降下計算では、導体のリアクタンスと抵抗を考慮する必要があります。リアクタンスはインダクタンスから生じ、大型導体や長距離回路で重要になります。

この式は、電流と電圧の間の位相角を考慮します。力率が1.0に近い（純粋に抵抗性の負荷）場合、簡素化された式で十分な精度が得られます。産業用設備でよく見られる力率が低い大型モーター負荷の場合、リアクタンス項により計算精度が向上します。

計算器を試す

これで式を理解したので、専門的な電圧降下計算器を使用して実践してみましょう。回路パラメータを入力すると、NECコンプライアンスチェック付きの即座かつ正確な結果が得られます。