電流密度は電流と導体断面積の関係を示し、並列抵抗計算は電気経路を比較します。いずれの計算も、それだけでケーブルの許容電流を定めたり、導体の並列接続を許可したりするものではありません。これらのモデルを計画中の構成に適用する前に、実際の導体、回路条件、設計根拠をまず特定します。
ケーブル引込部では、この区別が重要です。電気計算には金属導体の断面積を使い、グランドや後部シールの選定には仕上がり状態のケーブル径を使います。絶縁被覆を含むケーブル全体を中実導体とみなしても、一方から他方を求めることはできません。
導体断面積と電流を先に定義する
電流が理想的かつ一様に分布すると仮定した場合、平均電流密度は次の式で表されます。
電流はアンペア単位、金属導体断面積はmm²単位で用いると、A/mm²で表す平均電流密度が得られます。面積には、絶縁体、外被、より線間の空隙、その他の非導電部を含めません。複数の回路導体があるケーブルでも、それらの断面積の合計を1つの電流経路に自動的に算入できるわけではありません。
断面積が指定された導体の公称サイズなのか、実測した金属断面積なのかを記録します。IEC 60228:2023は、その適用範囲内で、導体の公称断面積、構造、抵抗に関する要件を規定しています。公称サイズはそれらの要件と併せて使う呼称であり、特定の試料を精密測定した値として示すべきではありません。
電流が24 Aで、指定された断面積が4 mm²の場合、平均電流密度は6 A/mm²です。8 mm²を入力すれば、計算結果は3 A/mm²になります。この比較は、電流を面積で規格化した値を示します。冷却、絶縁体温度、束ね方、設置方法、導体を終端する接点は考慮されません。
電流の条件も明確にする必要があります。直流計算、熱的比較に使う実効値電流、過渡ピーク電流には、それぞれ異なる用途があります。周波数や導体寸法によって電流分布が一様でなくなる場合、この単純な平均値では局所的な電流分布を表せません。
入力した電流密度の設計根拠と比較する
電流密度計算ツールは、入力されたプロジェクト限度に対する余裕を示せます。例示の6 A/mm²を、別途提示された7.5 A/mm²の設計根拠と比較すると、計算上の余裕は1.5 A/mm²、使用率は80%です。
私は7.5 A/mm²の出典を比較結果と併記します。ここでは仮定した例示入力であり、一般的な推奨値ではありません。根拠が文書化されていない数値に対する正の余裕は、ケーブルが許容温度内にとどまる証拠にはなりません。
候補となる2本の導体を比較するときは、同じ電流条件と同じ適用可能な比較根拠を使います。根拠が導体構造や設置方法によって変わるなら、その違いを明確に記録します。そうしなければ、整然とした比較表の中に、互換性のない前提が隠れてしまうことがあります。
指定された維持率は一度だけ適用する
サイトの予備的な電流容量モデルでは、面積に、提示された設計電流密度と維持率を掛けます。
ここでは指定された設計電流密度、は指定調整後に維持される割合です。仮に断面積が6 mm²、提示された設計根拠が5 A/mm²、維持率が80%なら、調整前は30 A、調整後は24 Aとなります。
「80%を維持する」と「80%低減する」は異なる指示です。前者ではを使いますが、後者で残るのは20%です。パーセントを入力する前に、その指示の意味を確認してください。
設計電流密度に、該当する熱補正や束ね補正がすでに含まれているかを確認してください。同じ補正を二重に適用すると、比較結果が歪みます。複数の補正係数は、関係のない資料から都合のよい割合を拾って掛け合わせるのではなく、基準となる設計・評価方法で定められた方法に従って組み合わせてください。
このモデルは、正式なプロジェクト設計根拠から入力値が提示されている場合に役立ちます。面積だけからその根拠を作り出すことはできません。電線サイズ選定ガイドでは、回路、接点、シールに関する個別の選定判断を説明しています。
同一の並列経路における理想抵抗を計算する
本の同一抵抗経路を考えます。各経路の抵抗値はで、すべて同じ2つのノード間に接続されています。
経路数は正の整数でなければなりません。抵抗値が等しく、各分岐の両端に同じ電圧がかかる場合、電流は等分されます。RMIT Universityの並列回路ガイドは、この並列回路の関係を説明しています。この関係は、明示的に理想化した導体経路モデルに適用できます。
例として、抵抗値がそれぞれ0.060 Ωの同一経路3本に、合計30 Aが流れる場合を考えます。合成抵抗は0.020 Ωとなり、各経路には10 Aが流れます。共通の電圧降下は0.60 Vです。抵抗計算の対象とする経路の範囲を一貫させてください。導体の片道抵抗を、往路と復路の両方を含む回路全体の抵抗として扱えるとは限りません。
ここで「同一」とは、選んだ境界内で材料、断面積、長さ、温度、端末接続部の抵抗分が等しいことを指します。一様な導体の関係は、長さ、断面積、材料が重要である理由を示しています。NBSの銅線表は、この関係と温度による抵抗変化の背景を示しています。理想的な中実断面から計算するより、実際のケーブル抵抗データの方が有用な場合があります。
不均等な分岐が電流分担に与える影響を示す
見た目が似ているというだけで、2つの経路が均等に電流を分担するとは限りません。同じ電圧がかかる抵抗分岐では、次の関係が成り立ちます。
抵抗値が0.020 Ωと0.030 Ωの仮想的な2つの経路に、合計30 Aが流れる場合を考えます。合成抵抗は0.012 Ωとなるため、共通の電圧降下は0.36 Vです。抵抗値が低い経路には18 A、もう一方には12 Aが流れます。各経路に15 Aずつ流れると仮定すると、負荷の大きい側を見落とします。
これは回路モデルであり、端子への配線提案ではありません。私は実際の導体と接続部について、長さ、断面積、接触抵抗、温度に差がないかを確認します。交流システムでは、直流抵抗に加えてインピーダンスや配置も関係する場合があります。同一経路の計算ツールは、こうした違いをモデル化していません。
ケーブルの並列経路と、太陽光発電の並列ストリングは別のものです。PVアレイの電源電流、保護、コネクタに関する規則を、上記の理想的な導体電流分担モデルで置き換えてはなりません。ケーブルと接点に分布する損失については、電圧降下ガイドで抵抗の境界を明確にしています。
熱設計と保護の判断は個別に完了する
予備的な計算は採用した電気設計方法と併せて扱うものであり、その代わりにはなりません。IEC 60287-1-1:2023は、同規格が定める定常状態条件におけるケーブル許容電流の計算を扱い、構造と環境条件のパラメーターを求めています。その適用範囲からも、電流密度だけでは不十分であることが分かります。
端子接続部には、独自の電流・温度限界があります。IEC 60512-5-2:2002は、特にコネクタなどの電気機械部品を対象とする電流・温度ディレーティング試験を記載しています。導体の比較だけでは、コネクタの試験済み通電能力や、その端子が複数の導体を受け入れられるかどうかは確認できません。
提案する構成については、次の項目を個別に確認します。
| 判断事項 | これらの式以外に必要な根拠 |
|---|---|
| ケーブル許容電流 | 採用した方法、構造、冷却、周囲条件、束ね条件 |
| 導体の並列運転 | 適用される配線規則、許容される構造、実際の分岐間の電流分担 |
| 故障に対する保護 | 保護協調と該当する故障条件 |
| 端子接続 | 正確な接点または端子、導体サイズ範囲、導体本数、導体の前処理 |
| ケーブル引込 | 仕上がりケーブル外径（OD）、グランドの適用範囲、ケーブル支持、筐体形状 |
合計電流が一定なら、合成抵抗が低いほど電圧降下を減らせる場合がありますが、それだけで許容電流が倍になったり、新しい構成が認められたりするわけではありません。構成を選ぶ前に、その利点を熱、保護、インターフェースに関する要件全体と照らし合わせます。
結論
電流密度は、断面積、電流条件、比較根拠が明確な場合に有用な規格化比較です。提示された設計電流密度と維持率を用いれば初期の推定ができ、同一の並列経路を仮定すれば、簡易的な抵抗と電流分担のモデルを得られます。それぞれの結果は、導出に用いた前提と併せて扱う必要があります。
最終的に確認すべきなのは、実際のケーブル定格、許容される並列構成、分岐の挙動、端子接続能力です。回路全体を承認するものとして計算を扱うのではなく、不均等な経路や分母の誤りを明らかにするために使えます。筐体では、金属導体断面積とは別に、実際のケーブル径と引込形状を確認します。
電流密度と並列導体に関するよくある質問
電流密度はケーブルの許容電流と同じですか？
いいえ。電流密度は電流を導体断面積で割った値です。許容電流は、ケーブル構造、絶縁体温度、冷却、束ね方、設置方法など、適用する設計方法と条件によって決まります。私は、設計根拠が特定されている場合に限って電流密度を比較に使います。この結果だけで、回路に許容される電流を独立に定めることはできません。
導体断面積が2倍なら、許容電流も常に2倍になりますか？
いいえ。電流密度計算に用いる面積は変わり、抵抗も一般に変化しますが、電流定格は熱的挙動と設置条件によって決まります。より太い導体は、正確な接点、端子、ケーブル引込構成にも適合しなければなりません。面積を単純に倍にするだけでは、完全なサイズ選定方法にはなりません。
導体1本の抵抗を並列経路数で割ってよいのは、どのような場合ですか？
抵抗評価で対象とする経路の範囲内で各経路が同一で、同じ2つのノード間に接続されている場合です。均等な電流分担には、分岐条件も等しいことが前提になります。私は長さ、材料、断面積、温度、端末接続を確認します。この計算自体は並列運転を許可するものではなく、複数の導体を1つの端子に接続することを認めるものでもありません。
80%のディレーティング入力は、電流を80%低減するという意味ですか？
計算ツールが「維持率」を入力する仕様であれば、そうではありません。80%の維持率では、調整前の結果の5分の4が残り、低減率は20%です。入力欄の説明と出典の指示を合わせて読み、調整を適用する前に、その補正が設計根拠にすでに含まれているかを確認します。
出典と技術資料
- IEC 60228:2023 — 絶縁ケーブルの導体、閲覧日2026-10-22。
- RMIT University — 並列回路、閲覧日2026-10-22。
- NBSハンドブック100 — 銅線表、閲覧日2026-10-22。
- IEC 60287-1-1:2023 — 電気ケーブル、許容電流の計算、閲覧日2026-10-22。
- IEC 60512-5-2:2002 — 電流通電容量試験、電流・温度ディレーティング、閲覧日2026-10-22。