ブスバーを2枚並列にしても、許容電流はきれいに2倍にはなりません。理由は2つあり、①電流が各枚に均等に分かれない(直流では接触抵抗と経路差、交流では表皮効果と近接効果)、②枚数を増やしても放熱に使える表面積が同じ比率では増えないことです。この記事では、なぜ偏るのか、枚数効果がどこで頭打ちになるのか、そして実務でどう決めればよいのかを、計算式と数値で整理します。

ブスバー
並列
電流分担
表皮効果
近接効果
許容電流
配電盤設計

2枚並列にしても許容電流は2倍にならない

ブスバーを2枚並列にしたときの許容電流は、一般に1枚の2倍には届かず、条件によっては1.5~1.8倍程度にとどまります。断面積は確かに2倍になりますが、電流が均等に分かれず、また放熱条件が1枚のときより悪化するためです。3枚、4枚と増やすほど、この「1枚あたりの実効的な効き」は下がっていきます。

要点:断面積は枚数どおり増えるが、許容電流は増えない。増えないのは「分担の偏り」と「放熱」が原因。

なぜ電流は均等に分かれないのか

並列にした導体に流れる電流は、各経路のインピーダンスの比で分かれます。したがって、各枚のインピーダンスが違えば、電流は必ず偏ります。直流では抵抗だけを見ればよいのに対し、交流ではインダクタンスと、後述する表皮効果・近接効果が加わるため、偏りははるかに大きくなります。

直流・低周波で偏る要因

要点:電流はインピーダンス比で分かれる。分担が偏ると、発熱は偏りの2乗で効いてくる。

表皮効果:厚くしても中心には電流が流れない

表皮効果とは、交流電流が導体の表面付近に集中して流れ、中心部にはほとんど流れなくなる現象です。このため、板厚を増やしても増やした分だけ許容電流が伸びず、「厚い1枚」より「薄い複数枚」のほうが有利になる場面が生まれます。並列化が使われる技術的な理由の一つがこれです。

銅の抵抗率を約1.72×10⁻⁸ Ω・m(20℃)、真空の透磁率を4π×10⁻⁷ H/m として計算すると、周波数ごとの表皮深さは次のようになります。

要点:50/60Hzなら板厚10mm程度まで影響は小さい。高周波では薄板複数枚のほうが有利。

近接効果:隣の導体が電流分布を歪める

近接効果とは、近くに置かれた別の導体が作る交流磁界の影響で、導体内の電流分布が偏る現象です。並列に重ねたブスバーでは、この効果によって外側の枚に電流が寄り、内側(中央)の枚ほど電流が流れにくくなります。3枚以上並べたときに「真ん中の1枚が効かない」と言われるのは、この近接効果と、後述する放熱条件の悪さが重なるためです。

      枚① (外側)   枚② (中央)   枚③ (外側)
   ┌───────────┐┌───────────┐┌───────────┐
   │ ▓▓▓░░░░▓▓ ││ ░░░░░░░░░ ││ ▓▓░░░░▓▓▓ │   ▓ = 電流が多い
   └───────────┘└───────────┘└───────────┘   ░ = 電流が少ない
        ↑ 外側面に集中      ↑ 全体に流れにくい
        放熱も良い          放熱も悪い(両面が挟まれている)
  

近接効果を弱める方法

要点:並列では外側の枚に電流が寄る。中央は電流も放熱も不利。間隔をあけることが基本。

枚数効果が頭打ちになる本当の理由は放熱

枚数効果が頭打ちになる最大の要因は、電流分担の偏りよりも「放熱に使える表面積が枚数どおりには増えないこと」です。ブスバーの許容電流は最終的に温度上昇で決まり、温度上昇は発熱量と放熱量の釣り合いで決まります。断面積が2倍でも放熱面が1.4倍しか増えなければ、温度上昇の観点では2倍の電流を流せません。

  【1枚】             【2枚を間隔をあけて並列】
   ┌─────┐            ┌─────┐  ┌─────┐
   │     │ ← 4面全部   │     │  │     │
   └─────┘   が放熱    └─────┘  └─────┘
                        ↑ 向かい合う内側の面は、
                          相手の熱を受けて放熱しにくい
  

グラフのとおり、枚数を増やすほど1枚あたりの追加効果は落ちていきます。4枚にしても4倍にはならず、2.6倍前後にとどまる計算です。ここに材料費が枚数どおりかかることを合わせると、3枚を超えたあたりから「幅を広げる」「板厚を上げる」「配置を見直す」ほうが合理的になることが多くなります。

要点:許容電流を決めるのは温度上昇。放熱面が枚数どおり増えないから、枚数効果は頭打ちになる。

実務での決め方:何を確認して枚数を選ぶか

並列枚数を決めるときは、「1枚の許容電流を枚数倍する」のではなく、並列配置を前提とした許容電流表を参照し、そのうえで盤内の実条件で補正するのが実務の手順です。配電盤類の銅ブスバーでは、JIS H 3140(銅ブスバー)で材料寸法を、JIS C 4620(キュービクル式高圧受電設備)の解説表などで許容電流の目安を確認するのが一般的な参照点になります。

要点:並列時の表を見る。枚数倍しない。間隔と接続条件を揃えることが、表どおりの性能を出す前提。

短絡時、並列バーの間には何が起きるか

並列にした同相のブスバーには同じ向きの電流が流れるため、短絡時には互いに引き寄せ合う力(吸引力)が働きます。相間では逆向きになる瞬間があるため反発力が働き、こちらは支持碍子を壊す方向に効きます。並列化した設計では、この2つを分けて確認する必要があります。

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