ブスバー用オンライン電圧降下計算機

均一な断面をもつまっすぐな導体に対しては、R = ρ(T) · L / A という基本関係が成り立ちます。電圧降下とは、通電電流値に電流経路全体の合成抵抗を乗じた量そのものです。DC 回路あるいは単相二線回路では、電流は必ず往路と復路を一組で流れるため、実効的な経路長は幾何学的な片道長さのちょうど二倍になります。したがってこの方式では ΔV = 2 · I · R を用いて計算します。

これに対し三相三線回路では、他の二相線が自然に帰路の役割を担います。負荷が三相同士で電気的にバランスしている理想条件下では、相間の電圧降下に対し ΔV = √3 · I · R が成り立ちます。もし三相回路で誤って単相用の係数を当てはめると、降下は約 15% ほど過大に見積もられます。逆に片道長だけを入力して係数を掛け忘れると、降下を半分に過小評価してしまいます。こうした経路係数の取り違いによる誤差は、実在する量産仕様書の中でもしばしば発見されます。

導体材料の固有抵抗は、温度上昇とともに単調に増加します。20 °C を基準とした場合、純銅は約 1,724 × 10⁻⁸ Ω·m、アルミニウムは約 2,82 × 10⁻⁸ Ω·m とされています。たとえば連続定格通電で平衡温度が 90 °C に達したバーは、冷間状態の 20 °C 時に対して約 27% も抵抗値が増えています。給電路を温度上限いっぱいの条件で設計する必要がある場面では、この温度上昇を経た後の抵抗値こそが判定基準になるのです。

このツールが返すのは、あくまで導体本体のオーム抵抗分だけです。突合せ部の移行抵抗、ボルト端子の接触抵抗、コネクタを一経由するごとの降下は、計算結果に一切含まれていません。規定トルクで正しく締結されたねじ接続はマイクロオーム台のオーダーですが、締め付け不良や接触面の酸化があればミリオーム台に跳ね上がり、その接続点そのものが発熱源に変わります。

また本計算は、最初から最後まで均一な断面が連続し、かつ電流全体をただ一本の導体が担っているという前提を置いています。実際に筐体内で複数本のバーを並列に並べた場合、電流は各バーの抵抗値と筐体内での相対位置に応じて不均等に分配されます。二本並べたからといって、それぞれがきっちり半分ずつの電流を流すことは稀です。

したがって本ツールの結果は、一次選定段階での断面積の目安として用いてください。選定後は必ず、温度上昇限度・短絡電流耐久力・実装時に必要な空間距離 clearance といった他の制約と改めて照合してください。もし降下が許容値の近くまで迫っている場合は、多くのケースで導体に使う銅を増やすか物理経路を短くするのが実効的な解決策です。定格電圧クラスを上げることではありません。

例として、30 × 5 mm の銅バーは断面積 150 mm² を持ち、20 °C において 1 メートルあたり約 0,115 mΩ の抵抗値となります。これに 200 A を通電した場合、往復 1 メートルあたりの降下は約 46 mV です。48 V 系の回路から見れば無視できる大きさですが、この 1 メートルあたり 0.1% という降下率が、Rack 内配線 10 メートルを通じて累積すると決して看過できない値になります。

次に 800 V・400 A の高電圧 DC 系を見てみます。この条件では 400 mm² の導体を用いると、往復 1 メートルあたり約 0,19 V の降下、率にして約 0,024% にとどまります。このように系統電圧の高い DC 分配は、48 V 系であれば到底許容できないほど長い給電距離を難なく許容できるのです。

ここで浮かび上がるパターンこそが実務上の要点です。電圧降下は本質的に低電圧系の課題です。Rack 内の 48 V あるいは 400 V DC 環境では、設計の第一候補は降下量そのものです。対して 800 V 級のトラクションや急速充電設備では、設計の主役は温度上昇と短絡耐久性に移ります。