スターデルタ制御盤内配線：電線サイズ選定と配線ルートの最適化

この記事では、スターデルタ制御盤における電線サイズの選定方法と、配線ルートの最適化について詳しく解説します。200Vおよび400Vの三相電動機を制御する際の配線サイズ決定、配線方法によるサイズへの影響、そして安全かつ効率的な配線設計のポイントを、具体的な事例を交えながらご紹介します。電気工事士の方々や、電気設備の設計・保守に携わる皆様にとって、実務に役立つ情報を提供することを目指します。

スターデルタの制御盤内配線での電線サイズについて教えてください。200Vおよび400Vの三相電動機の配線サイズで、制御盤内のスターデルタの場合の配線サイズはどのようにして求めるのでしょうか？スター及びデルタに使用するサイズは同じでいいのでしょうか？配線サイズ選定の表などがあれば助かります。配線のやり方（ルート）で、サイズを下げたりも出来るとも聞きました。基本は M、D、S の三つのコンタクタ仕様です。ブレーカーの二次側からサーマル（最初に書くのを忘れていました）に行く場合などもあります。ブレーカー、サーマル、コンタクタの M、D、S、そして端子台までです。シーケンスによる機器の位置関係など、ブレーカーから端子台まで、いろいろなパターンに応じての配線サイズ及び配線ルート（MとDの一次側を渡るか、単独にブレーカーから出すか）（DとSの二次側を渡るか端子台から単独に出すか）など、配線の持って行き方などでサイズなども変わるのでしょうか？

スターデルタ始動の基本と電線サイズ選定の重要性

スターデルタ始動は、三相誘導電動機の始動電流を抑制し、電源への負荷を軽減するための効果的な方法です。この方法では、始動時に電動機をスター結線（Y結線）で始動し、定格回転数に近づいた時点でデルタ結線に切り替えます。この切り替えによって、始動電流を定格電流の約1/3に抑えることができます。しかし、適切な電線サイズの選定は、安全かつ効率的なシステム運用に不可欠です。電線サイズが不適切だと、過熱による絶縁劣化や短絡事故のリスクが高まります。また、配線ルートの最適化は、電線サイズの削減だけでなく、盤内のスペース効率向上にも貢献します。

電線サイズ選定の基礎知識

電線サイズを選定する際には、以下の要素を考慮する必要があります。

定格電流: 電動機の定格電流は、電線サイズ選定の基本となる要素です。電動機の銘板に記載されている定格電流を確認し、それ以上の許容電流を持つ電線を選定します。
始動電流: スターデルタ始動では、始動電流が定格電流よりも大きくなるため、始動時の電流にも対応できる電線サイズを選定する必要があります。
電圧降下: 電線が長くなると、電圧降下が発生し、電動機の効率が低下する可能性があります。電圧降下を許容範囲内に抑えるために、電線サイズを大きくしたり、配線ルートを短くしたりする必要があります。
周囲温度: 制御盤内の周囲温度が高い場合、電線の許容電流が低下します。周囲温度を考慮して、適切な補正を行う必要があります。
配線方法: 配線方法（単線、多条配線など）によっても、電線の許容電流は異なります。配線方法に応じた許容電流を確認し、選定する必要があります。
短絡電流: 短絡電流は、電線に流れる可能性のある最大の電流です。短絡電流に耐えられる電線を選定し、保護協調を図る必要があります。

電線サイズ選定の手順

具体的な電線サイズ選定の手順は以下の通りです。

電動機の定格電流を確認する: 電動機の銘板に記載されている定格電流を確認します。
始動電流を計算する: スターデルタ始動の場合、始動電流は定格電流の約3～4倍になります。
許容電流を計算する: 電線の許容電流は、周囲温度や配線方法によって異なります。これらの要素を考慮して、必要な許容電流を計算します。
電線サイズを選定する: 電線メーカーのカタログや電線サイズ選定表を参照し、必要な許容電流を満たす電線サイズを選定します。
電圧降下を確認する: 選定した電線サイズで、電圧降下が許容範囲内であることを確認します。
短絡電流に対する保護を確認する: 選定した電線が、短絡電流に耐えられることを確認し、適切な保護機器（ブレーカー、ヒューズなど）を選定します。

スターデルタ回路の各部の電線サイズ選定

スターデルタ回路の各部の電線サイズ選定について、具体的な例を挙げて解説します。

主回路（ブレーカー～サーマルリレー～コンタクタ～電動機）: 主回路は、電動機に直接電力を供給する部分です。この部分の電線サイズは、電動機の定格電流と始動電流に基づいて選定します。一般的に、スターデルタ始動では、デルタ結線時の電流が最大となるため、デルタ結線時の電流を基準に電線サイズを選定します。
スターコンタクタ: スターコンタクタは、スター結線時に使用されるコンタクタです。スター結線時の電流は、デルタ結線時の約1/3になるため、デルタ結線で使用する電線サイズよりも小さいサイズを選定できます。ただし、始動時の過渡的な電流に対応できるように、ある程度の余裕を持たせる必要があります。
デルタコンタクタ: デルタコンタクタは、デルタ結線時に使用されるコンタクタです。デルタ結線時の電流が流れるため、主回路と同様の電線サイズを選定します。
タイマー回路、制御回路: タイマー回路や制御回路は、比較的低い電流しか流れないため、細い電線サイズで対応できます。ただし、電圧降下や配線の取り回しなどを考慮して、適切なサイズを選定する必要があります。

配線ルートの最適化

配線ルートの最適化は、電線サイズの削減、盤内のスペース効率向上、そして作業性の向上に貢献します。以下の点に注意して、配線ルートを検討しましょう。

最短距離: 配線距離が短いほど、電圧降下を抑えられ、電線サイズの削減につながります。
直線的な配線: 直線的な配線は、電線の曲げによるストレスを軽減し、配線作業を容易にします。
ケーブルラックの活用: ケーブルラックを使用することで、配線を整理し、盤内のスペースを有効活用できます。
配線図の作成: 正確な配線図を作成し、配線ルートを事前に計画することで、配線ミスを防ぎ、作業効率を向上させます。
端子台の配置: 端子台の配置を工夫することで、配線距離を短縮し、作業性を向上させることができます。

配線サイズ選定表の活用

電線サイズを選定する際には、電線メーカーのカタログや、電気設備の技術基準に基づいた配線サイズ選定表を活用することが一般的です。これらの表には、電線の種類、許容電流、電圧降下、短絡電流に対する保護などが記載されており、適切な電線サイズを選定するための重要な情報源となります。以下に、電線サイズ選定表の活用例を示します。

電線の種類: 電線の種類（IV、CV、CVTなど）を選択します。
定格電流: 電動機の定格電流を入力します。
周囲温度: 制御盤内の周囲温度を入力します。
配線方法: 配線方法（単線、多条配線など）を選択します。
許容電流: 上記の条件に基づいて、必要な許容電流を計算します。
電線サイズ: 電線サイズ選定表を参照し、必要な許容電流を満たす電線サイズを選定します。

これらの情報を基に、適切な電線サイズを選定し、安全で効率的な配線設計を行いましょう。

配線方法による電線サイズへの影響

配線方法は、電線の許容電流に大きな影響を与えます。同じサイズの電線でも、配線方法によって許容電流が異なるため、注意が必要です。以下に、主な配線方法とその影響について解説します。

単線配線: 単線配線は、電線を単独で配線する方法です。電線同士が密着しないため、放熱性が良く、許容電流を大きく取ることができます。
多条配線: 多条配線は、複数の電線を束ねて配線する方法です。電線同士が密着するため、放熱性が悪くなり、許容電流が小さくなります。多条配線を行う場合は、電線サイズを大きくしたり、電流低減係数を考慮したりする必要があります。
管内配線: 管内配線は、電線を電線管に通して配線する方法です。電線管の種類や、電線管内の電線の本数によって、許容電流が異なります。電線管内の電線の本数が多くなるほど、放熱性が悪くなり、許容電流が小さくなります。
ラック配線: ラック配線は、ケーブルラックを使用して配線する方法です。ケーブルラックの構造や、電線の配置によって、許容電流が異なります。ケーブルラックを使用することで、配線を整理し、盤内のスペースを有効活用できます。

配線方法を決定する際には、これらの要素を考慮し、安全かつ効率的な配線設計を行う必要があります。

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安全対策と保護協調

電線サイズの選定と配線ルートの最適化に加えて、安全対策と保護協調も非常に重要です。適切な保護機器（ブレーカー、ヒューズ、サーマルリレーなど）を選定し、電線や機器を過電流や短絡から保護する必要があります。保護協調とは、これらの保護機器が連携して、最も効率的にシステム全体を保護するように設計することです。以下に、安全対策と保護協調のポイントをいくつか紹介します。

ブレーカーの選定: ブレーカーは、過電流や短絡から電線や機器を保護する役割を果たします。電動機の定格電流と始動電流を考慮し、適切な定格電流と遮断容量を持つブレーカーを選定します。
ヒューズの選定: ヒューズは、短絡電流から電線や機器を保護する役割を果たします。ブレーカーよりも高速に動作するため、短絡保護に有効です。電動機の定格電流と始動電流を考慮し、適切な定格電流を持つヒューズを選定します。
サーマルリレーの選定: サーマルリレーは、過負荷から電動機を保護する役割を果たします。電動機の定格電流に合わせて、適切な設定値を持つサーマルリレーを選定します。
接地: 制御盤や電動機の金属部分は、接地する必要があります。接地不良は、感電事故や漏電火災の原因となる可能性があります。
絶縁: 電線の絶縁状態を確認し、絶縁不良がある場合は、適切な対策を講じる必要があります。
保護協調: ブレーカー、ヒューズ、サーマルリレーなどの保護機器が連携して、最も効率的にシステム全体を保護するように設計します。

これらの安全対策を講じることで、電気設備の安全性を確保し、事故のリスクを低減することができます。

事例紹介

実際の事例を通じて、電線サイズの選定と配線ルートの最適化の効果を見てみましょう。

事例1: ある工場では、200Vの三相誘導電動機を使用したポンプ設備を導入しました。当初、配線設計が不適切で、電圧降下によるポンプの性能低下が発生していました。そこで、配線ルートを見直し、電線サイズを大きくした結果、電圧降下が改善され、ポンプの効率が向上しました。
事例2: あるビルでは、400Vの三相誘導電動機を使用した空調設備を導入しました。当初、盤内のスペースが不足しており、配線作業が困難でした。そこで、ケーブルラックを活用し、配線ルートを整理した結果、盤内のスペースが有効活用され、配線作業が容易になりました。
事例3: あるプラントでは、スターデルタ始動方式を採用した電動機を使用していました。当初、電線サイズが小さく、始動時に過熱が発生していました。そこで、電線サイズを見直し、適切なサイズに変更した結果、過熱が解消され、設備の安全性が向上しました。

これらの事例から、電線サイズの選定と配線ルートの最適化が、設備の性能向上、安全性の確保、作業性の向上に大きく貢献することがわかります。

まとめ

スターデルタ制御盤における電線サイズの選定と配線ルートの最適化は、安全で効率的な電気設備の運用に不可欠です。電線サイズの選定には、電動機の定格電流、始動電流、電圧降下、周囲温度、配線方法などを考慮し、適切な電線サイズを選定する必要があります。また、配線ルートの最適化は、電線サイズの削減、盤内のスペース効率向上、作業性の向上に貢献します。安全対策と保護協調を徹底し、電気設備の安全性を確保しましょう。この記事で解説した内容を参考に、安全で効率的な配線設計を行い、電気設備の信頼性を高めてください。

追加のヒントと注意点

電線サイズの選定と配線ルートの最適化に関する追加のヒントと注意点をご紹介します。

法規と規格の遵守: 電気設備に関する法規や規格（電気設備技術基準、JIS規格など）を遵守し、安全な配線設計を行いましょう。
専門家への相談: 電気設備の設計や施工に関する専門知識がない場合は、専門家（電気工事士、電気設計技術者など）に相談し、適切なアドバイスを受けましょう。
定期的な点検: 電気設備は、定期的に点検し、異常がないか確認しましょう。異常を発見した場合は、速やかに修理や交換を行いましょう。
最新情報の収集: 電気設備に関する技術は、常に進化しています。最新の技術情報を収集し、スキルアップに努めましょう。
省エネルギー: 省エネルギーを意識し、省エネ性能の高い電線や機器を選定しましょう。

これらのヒントと注意点を参考に、安全で効率的な電気設備の運用を目指しましょう。

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