電圧降下の結果を理解する
降下率は、以下の一般的に使われる設計ガイドラインと比較されます。これらの基準値は目安となる工学的な目標であり（例えばNECの解説注記に引用されています）、拘束力のある要件は各設備に適用される地域の電気規格が定めます。
| 降下率（供給電圧に対する%） | 評価 | 一般的な設計上の解釈 |
|---|---|---|
| 3%以下 | ガイドライン内 | 一般的な分岐回路の設計目標を満たす |
| 3%～5% | 要検討 | フィーダーと分岐回路を合わせた値としては許容範囲の可能性あり。より大きな導体の検討を推奨 |
| 5%超 | 高い | 一般に過大とみなされる。断面積を増やすか、配線区間を短くする |
- 抵抗率の値は20°Cにおける工学的な数値です。負荷がかかって温まった導体は抵抗が高くなり、降下量はわずかに大きくなります。
- 三相の計算式は、平衡負荷における線間降下を示します。不平衡負荷や力率の影響はモデル化されていません。
- 3%／5%という数値は目安となる設計ガイドラインであり、法的な上限ではありません。実際の設備における導体サイズの選定は、地域の電気規格（許容電流、保護、施工方法）によって規定され、資格を持つ電気技術者が対応する必要があります。
電圧降下とは？
電圧降下とは、導体自体の抵抗によって生じる、その導体に沿った電圧の低下です。すべてのケーブルはそれ自体が抵抗体であり、オームの法則により、その抵抗を流れる電流は供給電圧の一部を熱に変換します。そのため、配線の末端にある機器は、電源が供給する電圧より低い電圧しか受け取れません。ケーブルが長く細いほど、また電流が大きいほど、降下は大きくなります。
導体の抵抗は、材料の抵抗率、配線区間の長さ、断面積によって決まります：R = ρ × L ÷ A。この計算機は、広く公表されている20°Cでの工学的な抵抗率の値——銅0.0172 Ω·mm²/m、アルミニウム0.0282 Ω·mm²/m——を使用します。つまり、同じサイズのアルミニウムは、銅よりも約64%多く電圧が降下します。抵抗率は温度とともに上昇するため、負荷が大きくかかって温まった導体では、20°Cの数値よりわずかに降下量が大きくなります。
過大な電圧降下は、照明が暗くなる、モーターが発熱して性能が低下する、電子機器で誤作動が起きるといった問題を引き起こします。広く引用される設計ガイドライン——例えば米国の National Electrical Code（NFPA 70）の解説注記——では、分岐回路で約3%、フィーダーと分岐回路を合わせて約5%に降下を抑えることが推奨されています。これらは目安となる設計目標であり、普遍的な法的上限ではありません。拘束力のある要件は、当該設備に適用される地域の電気規格から生じるものであり、配線工事は資格を持つ電気技術者が実施または確認する必要があります。
この電圧降下計算機の使い方
- 導体の材質——銅またはアルミニウム——を選択します。
- 回路の種類を選択します。直流と単相交流はどちらも往復2本の導体経路を使い、三相交流では√3の線間係数を使います。
- 系統電圧、アンペア単位の負荷電流、メートル単位の片道ケーブル長、mm²単位の導体断面積を入力します。
- 電圧降下（ボルト）、供給電圧に対する割合、負荷側に残る電圧が表示されます。色分けされたバンドは、この割合を一般的な3%／5%の設計ガイドラインと比較します。
電圧降下の計算式
直流回路と単相回路では、電流は行きと帰りの両方を流れるため、抵抗経路は片道長の2倍になります：Vd = 2 × ρ × L × I ÷ A。平衡三相回路では、線間降下は2の代わりに√3係数を使います：Vd = √3 × ρ × L × I ÷ A。ここでρはΩ·mm²/m単位の抵抗率、Lはメートル単位の片道長、Iはアンペア単位の電流、Amm²単位の断面積です。
計算例：単相230V回路が2.5 mm²の銅線25 mを通じて16Aを流す場合。Vd = 2 × 0.0172 × 25 × 16 ÷ 2.5 = 5.5Vです。これは供給電圧の5.5 ÷ 230 = 2.39%にあたり、負荷側には約224.5Vが残ります——一般的な分岐回路の3%ガイドライン以内です。
よくある間違い
- 往復のケーブル長を入力してしまうこと。直流と単相回路では、計算式がすでに片道長を2倍にしているため、往復長を入力すると結果がさらに2倍になってしまいます。
- 三相の計算で線間量と線間・中性線間量を混同すること。ここでの√3の計算式は、平衡負荷における線間降下を示します。
- 電圧降下だけで導体サイズを決めてしまうこと。許容電流、過電流保護、施工方法は規格上の要件であり、降下の計算結果よりも大きいサイズを求める場合があります。
- AWGゲージ番号をmm²の値として使ってしまうこと——2.5 mm²はAWG 2.5ではありません。先にゲージを断面積に変換してください。
- アルミニウムが銅と同じように振る舞うと想定すること——同じサイズであれば、アルミニウムは約64%多く電圧が降下します。そのため、アルミニウムの配線は通常より大きいサイズが選ばれます。
よくある質問
許容される電圧降下はどれくらいですか？
米国の National Electrical Code（NFPA 70）の解説注記などに引用される広く使われる設計ガイドラインでは、分岐回路で約3%、フィーダーと分岐回路を合わせて約5%に電圧降下を抑えることが推奨されています。これらは目安となる効率目標であり、普遍的な法的上限ではありません。実際に拘束力を持つ要件は、お住まいの地域に適用される電気規格が定めます。
ケーブルの電圧降下はどのように計算しますか？
直流または単相回路の場合：Vd = 2 × ρ × L × I ÷ A。ここでρは抵抗率（20°Cの銅で0.0172 Ω·mm²/m）、Lはメートル単位の片道長、Iはアンペア単位の電流、Aはmm²単位の断面積です。例えば、2.5 mm²の銅線25 mに16Aを流すと、2 × 0.0172 × 25 × 16 ÷ 2.5 = 5.5Vの降下になります。
なぜ三相では2ではなく√3を使うのですか？
平衡三相システムでは、各相の帰り電流が専用の帰路導体ではなく他の相を通じて流れるため、線間の実効的な電圧降下は、単一導体の降下の2倍ではなく√3倍（約1.732倍）になります。これにより、同じ導体サイズでも三相配電の方が効率的になります。
銅とアルミニウムで電圧降下は異なりますか？
はい。20°Cでは、アルミニウムの抵抗率（0.0282 Ω·mm²/m）は銅の抵抗率（0.0172 Ω·mm²/m）より約64%高いため、同じ断面積のアルミニウム導体はそれに応じてより多くの電圧が降下します。実務上、アルミニウム導体はこれを補うために、銅の同等品より1～2サイズ大きいものが選ばれます。
電圧降下が大きすぎるとどうなりますか？
機器は設計時に想定された電圧より低い電圧しか受け取れません。照明は暗くなり、抵抗式ヒーターは出力が低下し、モーターは同じ機械的負荷に対してより多くの電流を引いて発熱し、繊細な電子機器はリセットや誤動作を起こすことがあります。失われた電圧はケーブル内で熱として放散され、エネルギーの無駄にもなります。
この計算機を自宅の配線サイズ決定に使えますか？
いいえ——これはあくまで教育用の見積もりツールです。実際の設備における導体サイズは地域の電気規格によって規定され、許容電流、過電流保護、施工方法、ディレーティングが電圧降下に加えて考慮されます。固定配線工事は、ほとんどの管轄区域で資格を持つ電気技術者が実施または認定する必要があります。
参考文献
- NFPA 70. National Electrical Code — informational notes on voltage drop (3% branch circuit / 5% combined design guidance).
- IEC 60228. Conductors of insulated cables — standard conductor classes and resistance values.
- Bureau International des Poids et Mesures (BIPM). The International System of Units (SI Brochure), 9th edition, 2019 — units of resistance and resistivity.