比抵抗
ワイヤ抵抗の設計
導体の電流容量の評価は、電流が火災の危険を引き起こす可能性に基づいた抵抗の大まかな評価です。ただし、回路内のワイヤ抵抗によって生じる電圧降下が、火災回避以外の懸念を引き起こす状況に遭遇する可能性があります。たとえば、コンポーネントの両端の電圧が重要であり、特定の制限を下回ってはならない回路を設計している場合があります。この場合、ワイヤ抵抗に起因する電圧降下は、電流容量の安全な（火災）制限内に十分ある一方で、エンジニアリング上の問題を引き起こす可能性があります。
上記の回路の負荷が230ボルトの電源電圧で、220ボルト未満を許容しない場合は、配線が途中で10ボルトを超えて降下しないようにすることをお勧めします。この回路の供給導体と戻り導体の両方を数えると、これにより、各ワイヤの長さに沿って5ボルトの最大許容降下が残ります。オームの法則（R =E / I）を使用して、各ワイヤの最大許容抵抗を決定できます。
ワイヤーの長さは各ワイヤーで2300フィートであることはわかっていますが、特定のサイズと長さのワイヤーの抵抗量をどのように決定するのでしょうか。そのためには、別の式が必要です：
この式は、導体の抵抗をその比抵抗（小文字の「p」に似たギリシャ文字の「rho」（ρ））、長さ（「l」）、および断面積に関連付けます。エリア（「A」）。フラクションの上部にある長さ変数を使用すると、長さが長くなると抵抗値が増加し（アナロジー：短いパイプよりも長いパイプに液体を強制的に通すのが難しい）、断面積が大きくなると抵抗値が減少することに注意してください（類推：液体は細いパイプよりも太いパイプを通って流れやすくなります）。比抵抗は、計算される導体材料のタイプの定数です。
いくつかの導電性材料の比抵抗は、次の表に記載されています。表の下部近くに銅があり、比抵抗が低い（導電率が良い）という点で銀に次ぐものです。
摂氏20度での比抵抗
* =99.5パーセントの鉄、0.5パーセントの炭素の鋼合金
上記の表の比抵抗の数値は、「オーム-cmil / ft」（Ω-cmil/ ft）という非常に奇妙な単位で示されていることに注意してください。この単位は、抵抗式（R =ρl/ A）。この場合、比抵抗のこれらの数値は、長さがフィートで測定され、断面積が円形ミルで測定される場合に使用することを目的としています。
比抵抗のメートル単位は、オームメーター（Ω-m）またはオームセンチメートル（Ω-cm）で、1.66243 x 10 -9 Ω-メートル/Ω-cmil/ft（1.66243 x 10 -7 Ω-cm/Ω-cmil/ ft）。表のΩ-cmの列では、大きさが非常に小さいため、数値は実際にはµΩ-cmとしてスケーリングされています。たとえば、鉄は9.61 µΩ-cmと表示されますが、これは9.61 x 10 -6 と表すことができます。 Ω-cm。
R =ρl/ Aの式で比抵抗にΩメートルの単位を使用する場合、長さはメートル、面積は平方メートルである必要があります。同じ式でΩセンチメートル（Ω-cm）の単位を使用する場合、長さはセンチメートル、面積は平方センチメートルである必要があります。
比抵抗のこれらの単位はすべて、すべての材料（Ω-cmil/ ft、Ω-m、またはΩ-cm）に有効です。ただし、断面積がすでに円形ミルでわかっている丸線を扱う場合は、Ω-cmil/ ftを使用することをお勧めします。逆に、長さ、幅、高さの直線寸法のみがわかっている、金属ストックから切り出された奇妙な形状のバスバーまたはカスタムバスバーを扱う場合は、ΩメートルまたはΩcmの特定の抵抗単位がより適切な場合があります。
解決
例の回路に戻ると、2300フィートの長さにわたって0.2Ω以下の抵抗を持つワイヤを探していました。銅線（製造される最も一般的なタイプの電線）を使用すると仮定すると、次のように式を設定できます。
Aを代数的に解くと、116,035サーキュラーミルの値が得られます。ソリッドワイヤのサイズ表を参照すると、133,100 cmilsの「ダブルオット」（2/0）ワイヤが適切であるのに対し、105,500 cmilsの次に小さいサイズの「シングルオット」（1/0）は小さすぎることがわかります。 。私たちの回路電流は適度な25アンペアであることを覚えておいてください。自由空気中の銅線の電流容量表によると、14ゲージの線で十分でした（ 発火が懸念されます）。ただし、電圧降下の観点からは、14ゲージのワイヤは非常に受け入れられませんでした。
楽しみのために、14ゲージのワイヤが電源回路のパフォーマンスにどのように影響するかを見てみましょう。ワイヤサイズの表を見ると、14ゲージのワイヤの断面積は4,107サーキュラーミルであることがわかります。ワイヤー材料として銅をまだ使用している場合（本当にでない限り、良い選択です。 豊富で、4600フィートの14ゲージの銀線を購入できます！）、その場合でも、比抵抗は10.09Ω-cmil/ ftになります：
これは、14ゲージの銅線の2300フィートあたり5.651Ωであり、回路全体で2300フィートの2つの配線があるため、それぞれ 回路内のワイヤ部分の抵抗は5.651Ωです：
私たちの総回路ワイヤ抵抗は5.651の2倍、つまり11.301Ωです。残念ながら、これは遠い 230ボルトの電源電圧で25アンペアの電流を許容するには抵抗が大きすぎます。負荷抵抗が0Ωであっても、配線抵抗が11.301Ωの場合、回路電流はわずか20.352アンペアに制限されます。ご覧のとおり、「少量の」ワイヤ抵抗は、特に電子回路で通常発生する電流よりもはるかに高い電流が流れる電力回路で、回路性能に大きな違いをもたらす可能性があります。
カスタムカットのバスバーの抵抗問題の例を見てみましょう。幅4センチメートル、高さ3センチメートル、長さ125センチメートルの頑丈なアルミニウム棒があり、長さ（125 cm）に沿った端から端までの抵抗を計算するとします。まず、バーの断面積を決定する必要があります：
また、この用途に適した単位（Ω-cm）で、アルミニウムの比抵抗を知る必要があります。比抵抗の表から、これは2.65 x 10 -6 であることがわかります。 Ω-cm。 R =ρl/ Aの式を設定すると、次のようになります。
ご覧のとおり、バスバーの厚みが非常に大きいため、非常に 比抵抗の大きい材料を使用した場合でも、標準のワイヤサイズに比べて抵抗が低くなります。
バスバーの抵抗を決定する手順は、丸線の抵抗を決定する手順と基本的に異なりません。断面積が適切に計算され、すべての単位が適切に対応していることを確認する必要があります。
レビュー：
- 導体抵抗は、長さが長くなると増加し、断面積が大きくなると減少します。他のすべての要因は同じです。
- 比抵抗 （「ρ」）は、導電性材料の特性であり、次の式で長さと面積が与えられた場合の導体の端から端までの抵抗を決定するために使用される数値です。R=ρl/ A
- 材料の比抵抗は、Ω-cmil/ ftまたはΩ-メートル（メートル法）の単位で示されます。これら2つの単位間の変換係数は1.66243x 10 -9 です。 Ω-メートル/Ω-cmil/ ft、または1.66243 x 10 -7 Ω-cm/Ω-cmil/ ft。
- 回路の配線電圧降下が重要な場合は、ワイヤサイズを選択する前に、ワイヤの正確な抵抗計算を行う必要があります。
関連するワークシート：
- 導体の比抵抗ワークシート
産業技術