銅ブスバーの電流密度は周囲温度でどう補正するか|係数と計算例
銅ブスバーの電流密度は、周囲温度が上がるほど下げなければなりません。目安の「2〜3A/mm²」は周囲温度40℃・温度上昇65Kのような前提の上に成り立つ数字で、盤内が50℃になる場所でそのまま使うと設計値を超えます。この記事では周囲温度の補正係数の求め方(平方根の式)、設置条件による減少係数、1200Aを盤内50℃で通すときの断面積の決め方を、数値と計算例で示します。
銅ブスバー
電流密度
周囲温度
補正係数
許容電流
温度上昇
JIS C 8480
設計計算
この記事の内容
銅ブスバーの電流密度とは何か
電流密度とは、導体の断面積1mm²あたりに流す電流値のことで、単位は A/mm² です。銅ブスバーの選定では「必要な断面積 = 定格電流 ÷ 電流密度」という形で使われ、実務上の目安は2〜3A/mm²の範囲に収まります。ただしこの数字は規格が直接定めた絶対値ではなく、温度上昇がいくらまで許されるかを断面積に換算した結果にすぎません。
断面積 (mm²) = 板厚 (mm) × 幅 (mm)
熱を出す側(発熱)
- 導体抵抗による損失(電流の2乗に比例)
- 交流では表皮効果・近接効果による実効抵抗の増加
- 接続部の接触抵抗による局所発熱
熱を捨てる側(放熱)
- 表面からの自然対流(周囲温度との差で決まる)
- 表面からの放射(表面の色・処理で変わる)
- 支持物・接続先機器への熱伝導
発熱が電流の2乗に比例し、放熱が温度差にほぼ比例するため、許容電流は温度差の平方根に比例するという関係が出てきます。周囲温度の補正がすべて平方根で書かれるのは、この構造から来ています。
断面積と電流密度別の目安電流(周囲40℃基準)
| 板厚×幅 | 断面積 | 2.0A/mm² | 2.5A/mm² | 3.0A/mm² |
|---|---|---|---|---|
| 3×20mm | 60mm² | 120A | 150A | 180A |
| 5×40mm | 200mm² | 400A | 500A | 600A |
| 8×60mm | 480mm² | 960A | 1200A | 1440A |
| 10×100mm | 1000mm² | 2000A | 2500A | 3000A |
断面積と電流密度別の目安電流(周囲40℃基準)
3×20mm / 60mm²
2.0A/mm² 120A / 2.5A/mm² 150A / 3.0A/mm² 180A
5×40mm / 200mm²
2.0A/mm² 400A / 2.5A/mm² 500A / 3.0A/mm² 600A
8×60mm / 480mm²
2.0A/mm² 960A / 2.5A/mm² 1200A / 3.0A/mm² 1440A
10×100mm / 1000mm²
2.0A/mm² 2000A / 2.5A/mm² 2500A / 3.0A/mm² 3000A
ここで注意したいのは、大電流ほど電流密度を下げる必要があることです。断面積を2倍にしても放熱に使える表面積は2倍にならず、断面積あたりの放熱面積は減ります。小容量では3A/mm²近くまで取れても、1000Aを超える幹線側では2A/mm²前後に落として考えるのが安全側です。
電流密度は固定値ではなく、温度上昇の許容値を断面積に翻訳した「結果」である。
なぜ周囲温度で電流密度を補正するのか
周囲温度が上がると、最高許容温度までの「余裕(温度上昇の許容幅)」が減るため、同じ断面積で流せる電流が減ります。最高許容温度105℃・周囲40℃を前提にした表は温度上昇65Kを使い切る設計ですが、周囲60℃なら使える幅は45Kしかありません。この幅の減り方が、そのまま許容電流の減り方(平方根)になります。
2026年の状況:盤内温度は上がる方向にある
AI・データセンター向けの電力需要は2022年比で約2倍規模に膨らみ、電力用変圧器の納期は平均で約128週(2年半前後)、超高圧の大型品では4〜5年に及ぶ例も出ています。LME銅は2026年7月時点で1トン13,500ドル台の高値圏で、供給制約は2027〜2028年まで続くという見方が一般的です。この状況では「盤を大きくする」「断面積を厚くする」という解決策のコストが上がるため、既存の盤に容量を詰め込む設計が増え、周囲温度の条件が厳しくなります。補正係数の扱いが以前より効いてくる局面です。
周囲温度は「どこを測った値か」も定義が必要です。外気温、設置室温、盤内部の空気温度はすべて違い、補正の基準にするのはブスバー直近の空気温度です。屋内盤でも上部の密閉区画は室温より15〜25K高くなることがあります。
周囲温度の測り分け
外気温 30℃
└─ 機械室の室温 ── 35℃
├─ 盤内下部の空気 ── 40℃
└─ 盤内上部の空気 ── 55℃ ← 補正の基準
└─ ブスバー表面 ── 90℃(温度上昇35K)
周囲温度の補正係数はどう計算するか
周囲温度の補正係数は、「最高許容温度 − その場の周囲温度」を「最高許容温度 − 基準の周囲温度」で割り、平方根を取ることで求めます。電線・ケーブルの許容電流補正と同じ形の式で、裸の銅ブスバーでも目安として使えます。
θmax:導体の最高許容温度(℃)
θa :実際の周囲温度(℃)
θa0 :その許容電流表の基準周囲温度(℃)
メーカーの許容電流表で広く使われる前提(θmax = 105℃、θa0 = 40℃、つまり基準の温度上昇65K)で計算すると、次の値になります。
周囲温度ごとの補正係数(θmax=105℃ / 基準40℃)
| 周囲温度 | 使える温度上昇幅 | 補正係数 k | 1000A表示バーの実力 |
|---|---|---|---|
| 25℃ | 80K | 1.11 | 1110A |
| 35℃ | 70K | 1.04 | 1040A |
| 40℃(基準) | 65K | 1.00 | 1000A |
| 45℃ | 60K | 0.96 | 960A |
| 50℃ | 55K | 0.92 | 920A |
| 55℃ | 50K | 0.88 | 880A |
| 60℃ | 45K | 0.83 | 830A |
| 70℃ | 35K | 0.73 | 730A |
周囲温度ごとの補正係数(θmax=105℃ / 基準40℃)
周囲25℃(温度上昇幅80K)
係数 1.11 → 1000A表示バーで 1110A
周囲35℃(70K)
係数 1.04 → 1040A
周囲40℃(65K・基準)
係数 1.00 → 1000A
周囲45℃(60K)
係数 0.96 → 960A
周囲50℃(55K)
係数 0.92 → 920A
周囲55℃(50K)
係数 0.88 → 880A
周囲60℃(45K)
係数 0.83 → 830A
周囲70℃(35K)
係数 0.73 → 730A
コツ:温度上昇の要求値からも逆算できる
「温度上昇を30Kに抑えたい」という要求も同じ式で扱えます。基準65Kの表に √(30 ÷ 65) = 0.68 を掛ければよく、1000A表示のバーは約680A相当。50Kなら √(50 ÷ 65) = 0.88 です。「余裕を見て0.8掛け」のような勘に頼る必要はありません。
補正係数は温度差の比の平方根。基準の周囲温度と最高許容温度を明示しない表は使えない。
温度上昇の基準はどこで決まっているか(JIS C 8480 / IEC 61439)
盤に組み込むブスバーの温度上昇は、盤の規格側で基準が決まっています。国内のキャビネット形分電盤はJIS C 8480、その国際整合元はIEC 61439で、温度上昇の限度値は設置場所の周囲温度の24時間平均が35℃であることを前提に適用されます。使用状態としての最高周囲温度は40℃までが許容範囲です。
前提の整理
JIS C 8480:2023 は IEC 61439 に整合した版で、温度上昇限度は「24時間平均35℃・最高40℃」を基準条件としています。ブスバーそのものの限度値は単独では決まらず、導体の機械的強度、接する絶縁物の耐熱クラス、隣接する機器の許容温度、接触面の表面処理のうち最も低いものに縛られます。銅の強度だけを見て105℃まで許されると考えると、絶縁チューブや遮断器の端子側で先に限界が来ます。
また、JIS C 8480 に基づく盤では導電率96%以上の銅材を使うことが求められます。当社が主に使う C1100(タフピッチ銅)は導電率100%IACS前後、C1020(無酸素銅)は101%前後で、いずれもこの条件を満たします。ブスバーとは何か・材質の位置づけについては別ページで整理しています。
規格が定めているのは温度上昇の限度と試験方法で、「電流密度は何A/mm²にせよ」という数値ではありません。2A/mm²でも3A/mm²でも温度上昇試験に通れば成立し、逆に密閉盤で多条に並べれば2A/mm²でも限度を超えることがあります。
規格が縛るのは温度上昇。電流密度はそれを満たすための手段でしかない。
盤内の設置条件でどれだけ落ちるか
周囲温度の補正とは別に、設置条件による減少係数を掛けます。放熱を邪魔する要素(隣接導体・積層・密閉・水平置き)がそれぞれ効き、条件が重なると単独開放時の6〜7割まで落ちることがあります。
同じ断面積でも放熱の効き方が違う
【縦置き(良い)】 【平置き(不利)】
┃ ━━━━━━━━
┃ ← 上昇気流が 上面に熱気が滞留し、
┃ 表面に沿って 下面は対流しにくい
┃ 抜ける
【3本並列・隙間あり】 【密着積層(2枚重ね)】
┃ ┃ ┃ ┃┃
└─┴─┘ └┘
隙間 = 板厚以上を確保 接触面は放熱せず、
すると干渉が小さい 電流は2倍にならない
設置条件による減少係数の目安
| 設置条件 | 目安係数 | 理由 |
|---|---|---|
| 単独・縦置き・開放 | 1.00 | 自然対流が最も効く基準状態 |
| 単独・水平置き | 0.90〜0.95 | 上面に熱気が滞留し対流が弱まる |
| 3本並列(隙間が板厚以上) | 0.85〜0.95 | 互いの熱と近接効果の影響 |
| 3本並列(隙間が板厚未満) | 0.75〜0.85 | 放熱面が互いに塞がれる |
| 密着積層2枚重ね | 0.70〜0.80(1枚あたり) | 接触面が放熱に寄与しない |
| 密閉盤内(換気なし) | 0.80〜0.90 | 盤内空気が温まり温度差が縮む |
設置条件による減少係数の目安
単独・縦置き・開放
1.00(自然対流が最も効く基準状態)
単独・水平置き
0.90〜0.95(上面に熱気が滞留)
3本並列(隙間が板厚以上)
0.85〜0.95(互いの熱と近接効果)
3本並列(隙間が板厚未満)
0.75〜0.85(放熱面が互いに塞がれる)
密着積層2枚重ね
0.70〜0.80(1枚あたり。接触面は放熱しない)
密閉盤内(換気なし)
0.80〜0.90(盤内空気が温まる)
注意:係数の掛け算は「重複」に気をつける
「密閉盤内0.85」と「周囲温度50℃で0.92」を両方掛けると二重計上になることがあります。密閉の結果が周囲温度50℃という数字なら、周囲温度の補正にすでに密閉の影響が入っているためです。①ブスバー直近の空気温度を実測または解析で押さえる → ②その温度で周囲温度補正を掛ける → ③並べ方(並列・積層・向き)の係数だけを追加する、の順が安全です。
断面形状も効きます。同じ800mm²でも10×80mmの周長は180mm、8×100mmは216mmで、薄く広い断面のほうが放熱面積が約20%大きい。表皮効果の影響も薄板側が小さいため、大電流では「厚く狭い」より「薄く広い」が有利です。ただし反りが出やすくなるため、加工方法との兼ね合いで決めます。
同じ断面積でも、向き・隙間・積層・断面形状で実力は3割変わる。
計算例:1200Aを周囲50℃の盤内で通す
結論から示すと、この条件では10×80mm(800mm²)を選定します。基準表のまま2.0A/mm²で計算すると600mm²で足りるように見えますが、補正を入れると必要断面積は約767mm²になり、600mm²では不足します。
計算の手順
- 条件の確認:定格1200A(3相・R/S/T の3本並列)、ブスバー直近の空気温度50℃、密閉盤、絶縁チューブなし、C1100、最高許容温度105℃
- 基準電流密度を決める:1000Aを超える幹線なので 2.0A/mm² を採用(3A/mm² は小容量向け)
- 周囲温度補正:k = √((105−50) ÷ (105−40)) = √(55 ÷ 65) = 0.92
- 配置の減少係数:3本並列で隙間を板厚以上に確保 → 0.85
- 実効電流密度:2.0 × 0.92 × 0.85 = 1.56A/mm²
- 必要断面積:1200 ÷ 1.56 = 約767mm²
- 寸法の選定:10×80mm = 800mm²(余裕率 約1.04)
必要断面積 = 1200 ÷ 1.56 ≒ 767 mm²
選定 = 10mm × 80mm = 800 mm²
補正を入れる前と後の比較(1200A)
| 計算の段階 | 実効電流密度 | 必要断面積 | 選定寸法 |
|---|---|---|---|
| 補正なし(表そのまま) | 2.00A/mm² | 600mm² | 8×75mm |
| 周囲温度50℃補正のみ | 1.84A/mm² | 652mm² | 10×70mm |
| 温度+配置係数(採用) | 1.56A/mm² | 767mm² | 10×80mm |
| さらに温度上昇30K要求 | 1.15A/mm² | 1044mm² | 12×90mm |
補正を入れる前と後の比較(1200A)
補正なし(表そのまま)
2.00A/mm² → 600mm² → 8×75mm
周囲温度50℃補正のみ
1.84A/mm² → 652mm² → 10×70mm
温度+配置係数(採用)
1.56A/mm² → 767mm² → 10×80mm
さらに温度上昇30K要求
1.15A/mm² → 1044mm² → 12×90mm
補正なしの600mm²と採用値800mm²では、断面積・重量で約33%の差が出ます。銅が高値圏にある2026年、この差はコストに直結します。逆に言えば、盤内温度を実測して「50℃ではなく42℃だった」と確認できれば、断面積を減らして材料費を落とせるということです。
コツ:余裕率は係数を盛るより実測で削る
試作段階で盤内に熱電対を入れ、ブスバー表面温度と周囲空気温度を測っておけば、次の号機から根拠のある係数で設計できます。当社は試作・小ロットにも対応しているため、温度実測用の1本だけを先に作るという進め方も可能です。
補正を積むと断面積は3割増える。逆に実測で削れるのも同じ3割。
材質・導電率による補正はどう扱うか
導電率が異なる材質に置き換えるときの電流補正は、導電率の比の平方根で見積もります。100%IACS基準の許容電流表に対して、導電率σ[%IACS]の材料では √(σ ÷ 100) を掛けます。アルミ(約61%IACS)なら0.78で、同じ断面積では銅の約8割の電流しか通せません。
材質別の導電率(%IACS)
C1100とC1020の差(1.00と1.005)は誤差の範囲で、材質の選定理由は導電率ではなく加工性・溶接性です。JIS下限の96%材でも補正は0.98にとどまります。
めっきについて誤解が多いのですが、めっきは電流容量を増やす処理ではありません。電流は母材の銅を流れるため、数μmのめっき層が導電率を変えることはほぼありません。めっきの役目は接触面の酸化を防いで接触抵抗を長期に安定させることで、これは接続部の局所発熱を抑えるという別の効き方をします。詳しくは銅ブスバーへのめっきのページで整理しています。
設計時に確認する8項目
電流密度の補正は、条件を先に決めてしまえば機械的に処理できます。図面を出す前に次の8項目を埋めておくと後戻りが減ります。
補正計算の前に確定させること
- ①基準の明示 — 許容電流表の基準周囲温度(30℃か40℃か)と最高許容温度
- ②周囲温度の定義 — 室温ではなくブスバー直近の空気温度(盤上部は室温+15〜25K)
- ③温度上昇の要求値 — 65Kでよいか、絶縁物や隣接機器の都合で50K・30Kに絞るか
- ④配置 — 縦置き/平置き、並列本数、相間の隙間(板厚以上か)
- ⑤積層の有無 — 重ねる場合は1枚あたり0.7〜0.8(枚数分の電流にはならない)
- ⑥換気 — 密閉か、換気口・ファンがあるか
- ⑦断面形状 — 同じ断面積なら薄く広い方が有利。曲げRとの兼ね合いを確認
- ⑧接続部 — ボルト本数・締付トルク・接触面積(電流密度の計算に入っていない)
注意:接続部は別勘定
電流密度の計算はブスバー本体の発熱だけを扱っており、ボルト接続部の接触抵抗による発熱は含まれていません。実際の温度異常は母材ではなく接続部で起きることが多く、締付トルクの管理と接触面の平面度・表面処理は断面積を増やすことでは代替できません。
図面や仕様書には「電流密度1.56A/mm²(基準2.0 × 温度補正0.92 × 配置係数0.85)」のように掛け算の内訳を残します。丸めた結果だけを残すと、盤設計が変わるたびに一から考え直すことになります。
補正計算は8項目を先に確定させれば機械的に片づく。残すべきは結果ではなく内訳。
よくあるご質問
1000Aを流すには銅ブスバーの寸法は何mm×何mmが必要ですか
周囲温度40℃・温度上昇65K・単独開放の条件で電流密度2.0A/mm²を採ると、必要断面積は500mm²(例:10×50mm)です。周囲50℃の密閉盤で3本並列にする場合は実効1.56A/mm²となり、必要断面積は約641mm²(例:10×70mm=700mm²)まで増えます。条件を決めずに寸法だけを決めることはできません。
電流密度は2A/mm²と3A/mm²のどちらを使えばよいですか
目安として、数百A以下の小容量・単独配置なら3A/mm²近くまで、1000Aを超える幹線や密集配置では2A/mm²前後に落とすのが安全側です。断面積が大きくなるほど断面積あたりの放熱面積が減るため、大電流では低い電流密度を使います。最終的には温度上昇の要求値から逆算するのが正確です。
周囲温度が40℃を超える場所ではどう計算しますか
補正係数 k = √((最高許容温度 − 周囲温度) ÷ (最高許容温度 − 基準周囲温度)) を許容電流に掛けます。最高許容温度105℃・基準40℃の表なら、周囲50℃で0.92、60℃で0.83、70℃で0.73です。この係数を許容電流に掛けるか、必要断面積を係数で割るかのどちらかで反映させます。
温度上昇を30Kに抑えたい場合はどうしますか
基準が温度上昇65Kの表であれば、√(30 ÷ 65) = 0.68 を許容電流に掛けます。1000A表示のブスバーは約680A相当になり、同じ電流を流すには断面積を約1.5倍にする必要があります。温度上昇50Kに抑える場合の係数は0.88です。
銅をアルミに置き換えると断面積はどれだけ増えますか
アルミの導電率は約61%IACSで、電流補正は √(61 ÷ 100) = 0.78 です。同じ電流を流すには断面積を約1.3倍(1 ÷ 0.78)にする必要があります。導体抵抗を銅と同等に揃える目的なら約1.6倍(100 ÷ 61)が目安です。重量は軽くなりますが、接続部の酸化対策とクリープ(締付部の緩み)への配慮が別途必要になります。
