盤内ブスバーの温度上昇試験は、「何℃になったか」ではなく「周囲温度から何K上がったか」で判定します。判定値は適用する規格ごとに決まっており、キャビネット形分電盤のJIS C 8480では、基準周囲温度40℃に対してブスバーの温度上昇限度を65Kとする値が使われています。この記事では、測定点の決め方・定常状態の見極め方・判定の考え方に加えて、設計計算値と実測値がずれたときに疑うべき5つの点までをまとめます。

温度上昇試験
盤内母線
銅ブスバー
JIS C 8480
IEC 61439
熱電対
許容電流

温度上昇試験とは何か

温度上昇試験とは、定格電流を連続して流したときに、各部が周囲温度からどれだけ温度上昇するかを測定し、規定値以下であることを確認する試験です。盤の設計検証(型式試験)の中核をなす項目で、母線・分岐導体・端子・外郭・操作部などが対象になります。

盤内ブスバーの場合、狙いは大きく2つあります。ひとつは導体自身が許容温度を超えないこと、もうひとつは導体の熱で周囲の絶縁物・機器・手で触れる部分が損なわれないことです。ブスバーは断面積で許容電流を決めますが、実際の盤では通風の悪さや隣接導体からの受熱で、計算どおりに冷えないことがあります。試験はその答え合わせにあたります。

関係する主な規格の位置づけ

温度上昇試験は「盤の中で導体が想定どおりに冷えているか」を確かめる試験。参照規格は盤の種類で変わる。

判定はなぜ「℃」ではなく「K」で見るのか

温度上昇試験の判定は、測定温度そのものではなく「測定温度 − 周囲温度」で求めた温度上昇値(単位K)で行います。冬に試験して合格、夏に試験して不合格、という結果のブレを避けるためです。

例えばキャビネット形分電盤では、基準周囲温度40℃に対してブスバーの温度上昇限度を65Kとする値が使われます。この場合、母線の到達温度は40 + 65 = 105℃が上限の目安という読み方になります。周囲温度25℃の室内で試験して母線が85℃だったなら、温度上昇値は60Kなので判定はこの範囲に収まります。

温度が上がると発熱そのものが増える

銅は温度が上がると抵抗が増えます。20℃を基準とした抵抗温度係数はおよそ0.00393/Kで、温度が上がるほど同じ電流でも損失(I²R)が増えていきます。設計計算を常温の抵抗値で行うと、高温側での発熱を過小評価することになります。

断面積250mm²(板厚5mm × 幅50mm)の銅ブスバーに1,000Aを流したときの、1mあたりの損失を温度別に計算すると次のようになります(20℃の抵抗率を約1.72×10⁻⁸ Ω·mとした場合)。

判定は温度上昇値(K)で見る。そして温度が上がるほど発熱も増えるため、常温の抵抗値で計算すると甘く出る。

どこを測るか — 測定点の決め方

測定点は「最も温度が高くなりそうな場所」と「限度値が低く設定されている場所」の両方に置きます。前者を外すと最悪値を見逃し、後者を外すと判定そのものができません。

盤内ブスバーで、実務上まず押さえておきたい測定点は次のとおりです。

断面が減る箇所は必ず測る

ボルト穴のある位置は、その分だけ通電に使える断面積が減ります。幅50mm・板厚5mm(250mm²)の母線にφ11の穴を1つあけると、その断面は 5 × 11 = 55mm² 減って195mm²になり、断面積は約22%減、その部分の発熱密度は約1.3倍になります。締結部は接触抵抗も加わるため、温度上昇試験でピークが出やすい場所です。穴の配置や縁距離の考え方は、加工技術のページでも触れています。

   母線A ─────┐
              ├─ ボルト締結部(接触抵抗 Rc)
   母線B ─────┘

   1,000A × 1,000A × 10μΩ = 10W … 1か所あたり
   締結部が6か所あれば 60W が盤内に追加される
  

最高温度が出そうな場所と、限度値が低い場所の両方に測定点を置く。周囲温度の基準点の位置が判定を左右する。

熱電対の取り付けと定常状態の見極め

温度上昇試験は熱電対を測定点に密着させ、温度変化が飽和した(定常状態になった)時点の値で判定します。取り付けが甘いと実際より低い温度が出るため、判定を誤ります。

取り付けで守ること

定常状態はどう判断するか

温度は通電開始から指数関数的に上がり、やがて頭打ちになります。多くの試験手順では「1時間あたりの温度変化が1K以下になった状態」を定常とみなしますが、判定条件は適用規格ごとに定められているため、必ず該当規格の規定に従ってください。

盤内母線の熱時定数は、導体の質量と放熱条件で決まります。厚板・大断面の母線ほど時定数が長く、飽和までに時間がかかります。試験時間を短く見積もると、上がりきる前に測ってしまうことになります。

熱電対は密着と引き回しが命。定常判定は「時間あたりの変化量」で行い、記録で裏付ける。

計算値と実測がずれるときに疑う5点

設計計算と実測がずれる原因は、ほとんどが「計算が前提にしていた条件と、実物の条件が違う」ことにあります。計算式が間違っているケースは多くありません。次の5点から順に確認すると原因に早く辿り着けます。

① 放熱係数の置き方

密閉筐体の放熱量は「P = U × S × ΔT」(U:熱通過率、S:有効表面積、ΔT:内外温度差)で概算します。この U は実務で5〜6 W/(m²·K)前後の値が使われますが、設置環境・表面の色や仕上げ・盤の向きで実際の値は変わります。壁付けや盤の連結で有効表面積 S が減っていると、計算どおりには冷えません。

② 周囲温度の実態

設計では周囲温度40℃を前提にしても、盤が密集した電気室や、他機器の排気が当たる位置では、盤の吸気温度が想定より高くなります。周囲温度が10K高ければ、そのまま到達温度も10K上がります。

③ 接触抵抗のばらつき

前述のとおり、締結部の接触抵抗は設計計算に現れにくい発熱源です。締め付けトルクの不足、酸化皮膜、平面度の不足、座金の選び方で数倍に変わります。実測でピークが締結部に出ているなら、まずここを疑います。

④ 交流特有の損失(表皮効果・近接効果)

交流では電流が導体表面側に偏って流れるため、直流換算の抵抗値より実効抵抗が大きくなります。同じ断面積でも、厚みで稼いだ断面は電流容量に効きにくいのはこのためです。複数枚を密着して並列にした場合は、隣接導体の磁界による近接効果も加わります。

⑤ 電流の偏り

母線を複数枚並列にしたとき、電流は均等には分かれません。外側の板に多く流れる傾向があり、枚数を増やしても許容電流は比例して増えません。計算で「4枚だから4倍」としていると、実測でずれます。

ずれたら計算式ではなく前提条件を疑う。どこが高いかで原因はかなり絞り込める。

温度上昇を下げるために設計側でできること

温度上昇が限度に届かなかったとき、最初に検討されるのは断面積の拡大ですが、盤の寸法を変えずに効く手はいくつもあります。効果と手戻りの小ささで並べると次の順になります。

試験の前に効く「見える化」

試験で初めて温度分布を知るのではなく、設計段階で発熱の内訳を出しておくと手戻りが減ります。母線1本ごとに「長さ × 単位長さあたり損失」を足し、締結部の数 × 1か所あたりの発熱を加えれば、盤内に投入される熱量の概算が出ます。この値と筐体の放熱能力を突き合わせれば、試験前に無理があるかどうかは判断できます。

断面積を増やす前に、締結部・姿勢・間隔で稼げる分がある。設計段階での発熱の見える化が最も効く。

よくあるご質問

盤内母線の温度上昇は、断面積だけでは決まりません。姿勢・間隔・締結部の仕上げ・盤の放熱条件が組み合わさった結果です。ブスバーとはのページで基礎を押さえたうえで、実際の盤の条件に合わせて詰めていくのが確実です。