低圧・高圧モーター向け精密ケーブルサイズ計算：安全性・効率・コスト削減

低圧（LT）および高圧（HT）モーターのケーブルサイズ計算方法

モーターに適切なケーブルサイズを選定することは、設置・試運転時だけでなく運転中も、産業界にとって重要なパラメータです。安全性、コスト最小化、不要な損失削減の観点から極めて重要です。アンダーサイズケーブルはモーター運転中に焼損し、人命、機械、インフラ、生産損失、交換コストのリスクを生じます。

一方、オーバーサイズ導体は、長距離ケーブル本体だけでなく、それに付随する端末材料（ラグ、グランド、ジョイントキット（将来故障時）、オーバーサイズケーブルトレイ）にも不必要なコストを発生させます。より太いケーブルの敷設人件費も、同等の細いケーブルより高くなります。これらの重要なポイントを考慮し、モーター向け適切なケーブルサイズ計算を行うことが重要です。

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詳細に入る前に、LTモーターとHTモーターの主な違いを整理します。

LTモーターとHTモーターの違い

LT（低圧＝低電圧）とHT（高圧＝高電圧）、または低トルクと高トルクという言葉自体が物語っています。

供給電圧の可用性にも依存します。米国・EUでは：

LTモーター範囲 = 230V 〜 415V

HTモーター範囲 = 3.3kV、6.6kV 〜 11kV

なお、LTモーターはHTモーターより多くの電流を必要とします。

他地域では、LTモーターを1kV未満、HTモーターを1kV超と分類する場合もあります。

それでは本題のモーターのケーブルサイズ計算方法について説明します。

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125kW LTモーターのケーブルサイズ計算

モーター容量 = 125kW

力率 = 0.8、効率 = 94%

系統電圧、V₁ = 415V

ケーブル長 = 200m

負荷電流 = P / (1.732 × V × 力率 × 効率) → (P = √3 × V × I × cosΦ = 三相回路の場合)

= 125,000 / (1.732 × 415 × 0.8 × 0.94)

≈ 230A

これは理想条件下でケーブルが対応すべき全負荷電流です。しかし実際には複数のディレーティング係数を考慮する必要があります。

ケーブルの定格電流は周囲温度40℃での値です。周囲温度がこれより高い場合、ケーブルの許容電流はディレートされます。

ケーブルがケーブルトレイ上にエア敷設されていると仮定：

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周囲温度（℃）		20°	25°	30°	35°	40°	45°	50°	55°
	標準PVC	1.32	1.25	1.16	1.09	1.00	0.90	0.80	0.80
ディレーティング係数	耐熱PVC	1.22	1.17	1.12	1.06	1.00	0.94	0.87	0.80
	XLPE	1.20	1.16	1.11	1.06	1.00	0.95	0.88	0.82

周囲温度変化に伴う定格補正係数

温度補正係数、K₁（エア敷設・ケーブル） = 0.88（周囲温度50℃、XLPEケーブルの場合）

ケーブルの群設も許容電流をディレートさせます。多数のケーブルを束ねると、すべてが発熱し、熱が適切に放散できず、ケーブル自体と接触するケーブルがさらに温度上昇します。したがって、群設係数に従ってケーブルの許容電流をディレートする必要があります。

最悪ケースを想定：3段トレイ並列、各段に9本のケーブルが接触配置。

段数	段あたりケーブル本数					段あたりケーブル本数
	1	2	3	6	9	1	2	3	6	9
1	1.00	0.98	0.96	0.93	0.92	1.00	0.84	0.80	0.75	0.73
2	1.00	0.95	0.93	0.90	0.89	1.00	0.80	0.76	0.71	0.69
3	1.00	0.94	0.92	0.89	0.88	1.00	0.78	0.74	0.70	0.68
6	1.00	0.93	0.90	0.87	0.86	1.00	0.76	0.72	0.65	0.66

表：ケーブル群設係数（トレイ段数係数）、K2 = 0.68（3段トレイ、各段9本の場合）

総ディレーティング係数 = K₁ × K₂

= 0.88 × 0.68 = 0.5984

1.1kV、3心、240mm²、アルミニウム、XLPE、アーマードケーブル（単回路）を選定

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1.1kV、3心、アルミニウム/銅導体、XLPE絶縁、アーマードケーブルの技術詳細

240mm² XLPEアーマードアルミケーブルのエア中許容電流 = 402A

240mm²ケーブルの総ディレーティング電流 = 402 × 0.5984 = 240.55A

抵抗 = 0.162 Ω/km
リアクタンス = 0.072 Ω/km

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PVC/XLPEアルミケーブルの推定電圧降下（交流システム用）
	(電圧降下 - V/km/A)
導体公称断面積 (mm²)	PVCケーブル		XLPEケーブル
	単相	三相	単相	三相
1.5	43.44	37.62	46.34	40.13
2.5	29.04	25.15	30.98	26.83
4	17.78	15.40	18.98	16.44
6	11.06	9.58	11.80	10.22
10	7.40	6.41	7.88	6.82
16	4.58	3.97	4.90	4.24
25	2.89	2.50	3.08	2.67
35	2.10	1.80	2.23	1.94
50	1.55	1.30	1.65	1.44
70	1.10	0.94	1.15	1.00
95	0.79	0.68	0.83	0.70
120	0.63	0.55	0.66	0.56
150	0.52	0.46	0.55	0.48
185	0.42	0.37	0.44	0.40
240	0.34	0.30	0.35	0.30
300	0.28	0.26	0.30	0.26
400	0.24	0.22	0.24	0.22
500	0.23	0.20	0.23	0.20
630	0.20	0.18	0.21	0.18
800	0.19	—	0.20	—
1000	0.18	—	0.18	—

電圧降下、V₂ = 0.3 V/km/A（ハベルカタログ値）

= 0.3 × 230 × (200 / 1000)

= 13V

モーター端子電圧、V₂ = 415 - 13 = 402V

%降下 = (V₁ – V₂) / V₁

= (415 – 402) × 100 / 415

= 3.13%

240mm²ケーブル採用判断のため、ケーブル選定条件を確認

1. ケーブルディレーティング電流（240.55A） > 負荷全負荷電流（230A） = OK
2. ケーブル電圧降下（3.13%） < 許容電圧降下（10%） = OK
3. ケーブル短絡耐量（22.56kA） > 該当点の系統短絡容量（X kA） = OK

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240mm²ケーブルは3条件すべてを満たすため、3心240mm²ケーブルの使用を推奨します。

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350kW HTモーターのケーブルサイズ計算

低圧システムではケーブルを許容電流と電圧降下で選定できますが、中・高圧システムではケーブル短絡耐量が重要・決定的な要素となります。HTモーターの場合、ケーブル短絡耐量だけでケーブルサイズを決定でき、残り2パラメータは自動的に満たされます。

以下の例で検討：

モーター容量 = 350kW

力率 = 0.8、効率 = 94%

系統電圧、V₁ = 6.6kV

ケーブル長 = 200m

負荷電流 = P / (1.732 × V × 力率 × 効率)

= 350,000 / (1.732 × 6600 × 0.8 × 0.94)

= 41A

HT系統の短絡レベル/故障レベル、I_sh（継続時間 t=1秒） = 26.2kAと仮定

アルミ導体、XLPE絶縁ケーブルの場合 =

= 278.72mm²

したがって、直近の上位サイズ 300mm² が必要です。

以下の表からも、300mm²ケーブルの短絡耐量は28kAで、故障レベル26.2kAを超えています。

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(6.6kV非接地 / 11kV接地グレード)

6.6kV、3心、アルミニウム/銅導体、XLPE絶縁、アーマードケーブルの技術詳細

残り2条件も自動的に満たされることがわかります。

6.6kV、3心、300mm²、アルミニウム、XLPE、アーマードケーブル（単回路）を選定

温度補正係数、K₁（エア敷設） = 0.88（周囲温度50℃、XLPEケーブル）

ケーブル群設係数（トレイ段数係数）、K₂ = 0.68（3段トレイ、各段9本）

総ディレーティング係数 = K₁ × K₂ = 0.88 × 0.68 = 0.5984

300mm² XLPEアーマードアルミケーブルのエア中許容電流 = 450A

300mm²ケーブルの総ディレーティング電流 = 450 × 0.5984 = 269.28A

抵抗 = 0.130 Ω/km

リアクタンス = 0.0999 Ω/km

電圧降下 = 0.26 V/km/A（ハベルカタログ値）

= 0.26 × 200 × 41 / 1000

= 2.132V

モーター端子電圧、V₂ = 6600 - 2.132 = 6597.868V

%降下 = (V₁ – V₂) / V₁

= (6600 – 6597.8) × 100 / 6600

= 0.032%

300mm²ケーブル採用判断のため、ケーブル選定条件を確認

1. ケーブルディレーティング電流（269.28A） > 負荷全負荷電流（41A） = OK
2. ケーブル電圧降下（0.032%） < 許容電圧降下（5%） = OK
3. ケーブル短絡耐量（28.20kA） > 系統短絡容量（26.2kA） = OK

300mm²ケーブルは3条件すべてを満たすため、3心300mm²ケーブルの使用を推奨します。

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