ケーブル電圧降下計算ツール | AWG & mm² 配線サイズ決定ツール

ケーブル電圧降下計算機は、電流が電線の一定の長さを流れるときに失われる電圧を算出します。電線の抵抗、長さ、電流から、電圧降下、熱として失われる電力、負荷に実際に到達する電圧を求めます。

すべての電線にはある程度の抵抗があります。電流がその抵抗を通過すると、電源電圧の一部が反対側の端にある機器へ到達する前に消費されます。短く太い電線では、電圧の損失はごくわずかです。長く細い電線では、モーターが過熱したり、照明が暗くなったり、バッテリーが十分に充電されなかったりするほどの電圧が失われることがあります。

電圧降下の計算方法

計算機には、ケーブル長、長さの単位（フィートまたはメートル）、電線サイズ、サイズの表記体系（AWGまたはmm²）、負荷電流（アンペア）、電源電圧（ボルト）の6つの入力が必要です。その後、電圧降下、降下率、熱として失われる電力、負荷への供給電圧を返します。

計算式

標準的な2導体回路（負荷へ向かう1本の電線と、戻る1本の電線）では、電圧降下は次のようになります。

$V_{drop} = 2 \times I \times \frac{R}{1000} \times L$

• $I$ = 負荷電流（アンペア）
• $R$ = 1000フィートあたり（AWG）または1000メートルあたり（mm²）の電線抵抗。したがって、フィートまたはメートルあたりの抵抗を得るには1000で割ります
• $L$ = 一方向のケーブル長（AWGではフィート、mm²ではメートル）
• 2という係数は、電流が行きと帰りの両方を流れるため、二本の導体を考慮したものです

電線で熱として失われる電力は次のようになります。

$P_{loss} = I^2 \times R_{total}$

ここで$R_{total}$は二本の導体を合わせた抵抗です（単位をそろえて、$R_{total} = 2 \times \frac{R}{1000} \times L$）。

負荷に到達する電圧は次のとおりです。

$V_{delivered} = V_{supply} - V_{drop}$

また、電源電圧に対する降下の割合は次のとおりです。

$\%_{drop} = \frac{V_{drop}}{V_{supply}} \times 100$

電線抵抗値

American Wire Gauge（AWG）のサイズでは、NEC第9章の表8に記載された、1000フィートあたりのオーム値を、一般的な建築用電線の標準動作温度である75 °Cにおける値として使用します。

メートル法（mm²）のサイズは、20 °Cで公表されているIEC 60,228の導体抵抗限度値を基準にします。銅の抵抗は温度とともに上昇するため、計算機は各mm²の値をAWG値と比較する前に、同じ75 °C基準へ調整します。この調整には、銅の抵抗温度係数である摂氏一度あたり約0.00393を使用します。

$R_{75°C} = R_{20°C} \times [1 + 0.00393 \times (75 - 20)]$

これにより、各IEC値は約1.216倍になります。たとえば、6 mm²の電線は、20 °Cで1000メートルあたり3.08オームと定格されていますが、75 °Cでは1000メートルあたり約3.75オームになります。補正前の20 °Cの値を使うと、実際の電圧降下をおよそ18%過小評価することになります。

長さは自動的に変換されます。入力した単位にかかわらず、AWGサイズにはフィート、mm²サイズにはメートルが使われます。変換には定義済みの国際フィートを使用し、1フィート = 正確に0.3048メートルとします。

計算例

住宅用分岐回路

120 Vの回路が、12 AWG電線（1000フィートあたり1.93オーム）を100フィート配線し、15 Aの電流を流しています。

• 電圧降下：5.79 V（電源の4.82%）
• 電力損失：86.85 W
• 負荷への供給電圧：114.21 V

これは、分岐回路で一般的に用いられる3%の指針値を超えています。10 AWGに変更すると、降下は3.63 V（3.02%）まで減少しますが、3%をわずかに上回ります。8 AWGに変更すると、2.292 V（1.91%）となり、制限値を十分に下回ります。

太陽光発電の直流回路

48 Vの直流システムが、50メートルの6 mm²電線（20 °Cで1000メートルあたり3.08オーム、75 °Cに補正すると1000メートルあたり約3.75オーム）に20 Aの電流を流しています。

• 電圧降下：7.491 V（電源の15.61%）
• 電力損失：149.83 W
• 負荷への供給電圧：40.51 V

この大きな降下では、システム出力のかなりの割合が熱として失われ、インバーターやバッテリーバンクに十分な電圧が届きません。16 mm²の電線に変更すると、降下は2.797 V（5.83%）、損失は約56 Wまで減少します。

産業用240 V回路

240 Vの回路が、6 AWG電線（1000フィートあたり0.491オーム）を200フィート配線し、40 Aの電流を流しています。

• 電圧降下：7.856 V（電源の3.27%）
• 電力損失：314.24 W
• 負荷への供給電圧：232.14 V

これは3%の指針値をわずかに超える程度です。4 AWGに変更すると、降下は4.928 V（2.05%）まで減少します。

電線サイズが無駄な電力に与える影響

電力損失は電流の二乗に比例して増加する一方、抵抗には比例して増加するため、電線サイズは熱損失に直接影響します。50 フィートの配線で20 Aを流す場合、10 AWG電線（1000フィートあたり1.21オーム）は熱として約48.4 Wを失いますが、6 AWG電線（1000フィートあたり0.491オーム）では、同じ電流での損失は約19.6 Wです。太い電線にすると、供給されずに失われる29 W近くの電力を節約できます。

推奨される電圧降下限度

NEC（National Electrical Code、米国全土で使用される配線規格）は、厳格な規則ではなく情報提供の注記として、一般に引用される次の限度値を示しています。

• 分岐回路単体では3%
• 幹線と分岐回路の合計では5%

これらの限度を超えても直ちに違法になるわけではありませんが、照明が暗くなったり、モーターが高温で動作したり、電子機器が不安定に動作したりする可能性があります。IEEE Std 141も、産業用および商業用電力システムについて同様の指針を示しています。

AWGとmm²の比較

American Wire Gaugeは1857年に始まり、逆向きの対数尺度を使用します。数値が小さいほど電線は太くなります。ゲージ番号が三つ下がると、断面積はおよそ二倍になります。北米全域で標準的に使われています

mm²方式では銅の断面積を平方ミリメートルで直接示すため、2.5 mm²の電線には2.5平方ミリメートルの銅が含まれます。世界のその他の大部分の地域で使用されています。

制限事項

この計算機が対象とするのは、2導体の直流回路または単相交流回路だけです。次の回路には適用できません。

• 三相回路。√3の係数を含む別の計算式を使用し、同じ電力を流す単相回路よりも一般に降下率が低くなります。
• 大型の交流導体。およそ1/0 AWGを超える導体では、誘導リアクタンスが単純な抵抗に加わります。この場合のインピーダンス値は、NEC第9章の表9に記載されています。
• 管内占積率および周囲温度が75 °Cを超える場合。いずれも、ここで使用する標準表の値を超えて電線の実際の抵抗を増加させます。

計算された電圧降下が電源電圧以上になる場合、その回路は入力された電流をまったく供給できません。そのため計算機は、供給電圧が負になる表示ではなく、その状態を警告します。

よくある質問

電圧降下とは何ですか？ 電圧降下とは、電流が電線の抵抗を通過するときに生じる電圧の損失です。長い庭用ホースで水圧が低下するのに似ています。電源電圧の一部は負荷に到達しません。

許容される電圧降下率は何パーセントですか？ NECで一般に引用される指針は、分岐回路では3%、幹線と分岐回路の合計では5%です。これを超えると、モーター、照明、電子機器が正常に動作しないことがあります。

電圧降下を減らすにはどうすればよいですか？ 太い電線を使う、ケーブルの配線距離を短くする、負荷電流を減らす、または可能な場合は電源電圧を高くします。最も一般的な対策は太い電線を使うことです。

なぜ計算式では2を掛けるのですか？ 電流は一方の導体を通って負荷へ流れ、もう一方の導体を通って戻ります。両方の導体が抵抗を加えるため、両方を数えます。

電圧降下によってエネルギーは無駄になりますか？ はい。降下を引き起こす同じ抵抗が、$P = I^2 \times R$に従って電流の一部を熱に変えます。その熱は料金を支払ったエネルギーですが、負荷には供給されません。

抵抗値はどの温度を基準にしていますか？ 一般的な建築用電線であるTHHNやTHWNなどの標準定格、75 °C（167°F）を基準にしています。AWG値は、その温度におけるNEC表8から直接取得しています。mm²値は、IEC 60,228で公表されている20 °Cの値から換算しています。

この計算機は三相電力に対応していますか？ いいえ。2導体の単相回路向けに作られています。三相の電圧降下には、√3の係数を含む別の計算式が必要です。

参考文献

1. National Fire Protection Association、『NFPA 70: National Electrical Code』、2023年版 — 第9章、8表（導体抵抗）、9表（交流インピーダンス）、第210.19条(A)（分岐回路の電圧降下）。
2. Institute of Electrical and Electronics Engineers、『IEEE Std 141-1993 (Red Book)』、産業プラントの電力配電に関する推奨実務。
3. International Electrotechnical Commission、『IEC 60,228: Conductors of Insulated Cables』。