電験三種 学習ノート

はじめに

電子レンジとドライヤーを同時に使うと、ブレーカーが落ちる

安全に流せる電流を超えると、電線が熱くなり火災になる

絶縁が壊れて電気が漏れると、触れた人が感電する

分電盤には、流れすぎ用と漏れ用の2種類が並ぶ

過電流遮断器から地絡遮断装置まで、順に学ぶ

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「電子レンジとドライヤーを同時に使ったら、ブレーカーが落ちて部屋が真っ暗になった……」

こんな経験をしたことがある人は多いでしょう。そのときは不便に感じますが、実はブレーカーは、大事な仕事をしてくれたのです。

電線には、安全に流せる電流の大きさがあります。それを超える電流を流し続けると、電線が熱くなり、被覆が溶けて、やがて火災になります。また、絶縁が壊れて電気が大地へ漏れると、触れた人が感電するおそれがあります。

実は、分電盤の中には、役割の違う2種類のブレーカーが並んでいることが多いです。電流が流れすぎたときに止めるものと、電気が漏れたときに止めるものです。

そこで登場するのが、今回の主役 過電流遮断器 と 地絡遮断装置 です。

前回の記事では、A種〜D種の接地工事と、地絡のときの外箱の電圧の求め方を学びました。今回の記事では、危ない電流が流れたときに電路を止める装置について、過電流遮断器の役割、ヒューズと配線用遮断器の性能、幹線と分岐回路への施設のしかた、そして地絡遮断装置と漏電遮断器の決まりを解説します。

過電流遮断器：電線の焼損と火災を防ぐ

決められた大きさを超える電流で、自動的に電路を切る

過負荷は、定格より少し大きい電流が流れ続けること

短絡は、電線どうしが触れて大きな電流が一気に流れること

過負荷は蛇口を全開にした状態、短絡は管の破裂

過負荷は少し時間をおいて、短絡はすぐに切る

低圧の過電流遮断器は、短絡電流を遮断できる能力が要る

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はじめに、過電流遮断器について紹介します。

電技では、電路の必要な箇所に、過電流による過熱焼損から電線や電気機械器具を守り、火災の発生を防げるよう、過電流遮断器 を施設することを定めています。過電流遮断器は、決められた大きさを超える電流が流れたときに、自動的に電路を切る装置です。

過電流には、大きく分けて2つの種類があります。

【過電流の2つの種類】

• 過負荷： 電気機器を使いすぎて、定格より少し大きい電流が流れ続けること
• 短絡（ショート）： 電線どうしが直接触れて、とても大きな電流が一気に流れること

水道にたとえると、過負荷は「蛇口を全部開けて、管の能力ぎりぎりの水を流し続ける」状態で、短絡は「管が破裂して、水が一気に噴き出す」状態です。過負荷はじわじわと電線を熱し、短絡は一瞬で大きな被害を出します。

そのため、過電流遮断器には、過負荷のときは少し時間をおいて、短絡のときはすぐに切る、という性質が求められます。また、低圧の過電流遮断器は、施設する場所を流れる 短絡電流を遮断できる能力 を持っていなければなりません。大きすぎる電流を切りそこねると、遮断器そのものが壊れてしまうからです。

このように、過電流遮断器は、過負荷や短絡で流れる過電流を自動的に切って、電線の焼損と火災を防ぐ装置です。

以上が、過電流遮断器についてです。

ヒューズと配線用遮断器：2つの過電流遮断器

低圧の過電流遮断器の代表は、ヒューズと配線用遮断器

ヒューズは自分の熱で溶けて切れる。切れたら取り替える

配線用遮断器は、レバーを戻してくり返し使える

ヒューズは割れたら交換する安全弁、配線用遮断器は戻せる

ヒューズは1.1倍に耐え、1.6倍で60分、2倍で2分以内に溶断

配線用遮断器は1倍で動かず、1.25倍で60分、2倍で2分以内

20Aのヒューズは22Aで切れず、32Aで60分、40Aで2分以内

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次に、ヒューズと配線用遮断器について紹介します。

低圧の過電流遮断器の代表は、ヒューズ と 配線用遮断器 の2つです。

ヒューズは、電流が流れすぎると、中の金属が自分の熱で溶けて切れる部品です。しくみが簡単で、大きな短絡電流をすばやく切るのが得意です。ただし、一度切れたら、新しいものに取り替えなければなりません。

配線用遮断器は、家の分電盤に並んでいる、いわゆるブレーカーです。過負荷の電流は熱で曲がる金属（バイメタル）などで、短絡の電流は電磁石の力で検出して、スイッチを切ります。原因を取り除けば、レバーを戻してくり返し使えます。

たとえると、ヒューズは「一度割れたら交換する安全弁」、配線用遮断器は「何度でも戻せる安全弁」です。

解釈では、低圧の電路に使うものについて、次の性能を求めています。

【低圧の過電流遮断器の性能（定格電流 30A 以下の場合）】

• ヒューズ： 定格電流の 1.1 倍の電流に耐える。1.6 倍の電流で 60分以内、2 倍の電流で 2分以内に溶断する
• 配線用遮断器： 定格電流の 1 倍の電流では自動的に動作しない。1.25 倍の電流で 60分以内、2 倍の電流で 2分以内に自動的に動作する

ふだんの電流では切れず、流れすぎたら切れる、という線引きです。定格電流が大きいものほど、動作までの時間は長めに決められています。

具体的に見てみましょう。定格電流 20A のヒューズは、1.1 倍の 22A では切れません。1.6 倍の 32A が流れると 60分以内に、2 倍の 40A が流れると 2分以内に溶断します。電流が大きいほど、早く切れるのです。

補足（ここは読み飛ばしてOK）：高圧の電路に使うヒューズにも決まりがあります。包装ヒューズは定格電流の 1.3 倍に耐え、2 倍の電流で 120分以内に溶断するもの、非包装ヒューズは 1.25 倍に耐え、2 倍の電流で 2分以内に溶断するものです。

このように、ヒューズと配線用遮断器は、ふだんの電流には耐え、定格を超える電流が続くと決められた時間内に切れる過電流遮断器です。

以上が、ヒューズと配線用遮断器についてです。

幹線と分岐回路：過電流遮断器の施設のしかた

幹線は木の幹、分岐回路は幹から分かれた枝

幹線にも分岐回路にも、太さに合った過電流遮断器が要る

電動機は、動き始めに定格の何倍もの始動電流が流れる

電動機が多い幹線は、許容電流を1.25倍や1.1倍で求める

遮断器は3IM+IH以下。2.5IWを超えるなら2.5IW以下

IM 40A・IH 20Aなら許容電流70A、遮断器は140A以下

分岐回路の過電流遮断器は、分岐点から3m以下が原則

分岐の電線が太ければ遠くに置ける。35%で8m、55%で制限なし

幹線100Aで分岐40Aなら40%。分岐点から8m以下に置く

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続いて、幹線と分岐回路について紹介します。

工場やビルでは、引込口から各階や各設備へ電気を運ぶ太い電線を 幹線、幹線から枝分かれして個々の機器やコンセントへ向かう電線を 分岐回路 と呼びます。木にたとえると、幹線が幹で、分岐回路が枝です。どちらにも、電線の太さに合った過電流遮断器が要ります。1つずつ見ていきましょう。

1. 幹線の太さと過電流遮断器

電動機は、動き始めるときに定格の何倍もの大きな電流（始動電流）が流れます。そこで、電動機が多い幹線は、電線を少し太めにします。

電動機などの定格電流の合計を $I_M$、それ以外の機器の定格電流の合計を $I_H$ とすると、幹線の電線の許容電流 $I_W$ は次のとおりです。

【幹線の許容電流 $I_W$】

• $I_M \leqq I_H$ のとき： $I_M + I_H$ 以上
• $I_M > I_H$ で、$I_M$ が 50A 以下のとき： $1.25 I_M + I_H$ 以上
• $I_M > I_H$ で、$I_M$ が 50A を超えるとき： $1.1 I_M + I_H$ 以上

幹線を守る過電流遮断器の定格電流は、原則として幹線の許容電流以下にします。ただし、電動機などがつながる場合は、始動電流で切れてしまわないように、$3 I_M + I_H$ 以下でよいとされています。この値が $2.5 I_W$ を超えるときは、$2.5 I_W$ 以下にします。

例題：幹線の許容電流と過電流遮断器

電動機の定格電流の合計が 40A、電熱器の定格電流の合計が 20A の幹線があります。幹線の電線の許容電流の最小値と、過電流遮断器の定格電流の上限を求めましょう。

【解き方】

1. $I_M = 40$ A は $I_H = 20$ A より大きく、50A 以下なので 1.25 倍： $1.25 \times 40 + 20 = 70$ A
2. 過電流遮断器の上限を求める： $3 \times 40 + 20 = 140$ A
3. $2.5 I_W$ と比べる： $2.5 \times 70 = 175$ A。140A はこれを超えないので、140A のまま

答えは、許容電流が 70A 以上、過電流遮断器の定格電流が 140A 以下です。

2. 分岐回路の過電流遮断器の位置

分岐回路の過電流遮断器は、原則として、幹線との分岐点から電線の長さが 3m 以下 の箇所に施設します。ただし、分岐した電線が太ければ、次のように遠くに置いてもよいとされています。

【分岐回路の過電流遮断器の位置】

• 分岐した電線の許容電流が、幹線の過電流遮断器の定格電流の 35% 以上： 分岐点から 8m 以下
• 分岐した電線の許容電流が、幹線の過電流遮断器の定格電流の 55% 以上： 長さの制限なし

例えば、幹線の過電流遮断器が 100A で、分岐した電線の許容電流が 40A なら、40 ÷ 100 = 0.4 で 40% です。35% 以上 55% 未満なので、分岐点から 8m 以下に施設します。

試験のポイント：幹線の許容電流は「$1.25 I_M + I_H$（$I_M$ が 50A を超えるなら 1.1 倍）」、過電流遮断器は「$3 I_M + I_H$ と $2.5 I_W$ の小さいほう以下」、分岐回路は「3m・8m（35%）・制限なし（55%）」です。

このように、幹線は電動機の始動電流を見こんで太さと過電流遮断器を決め、分岐回路の過電流遮断器は電線の太さに応じて分岐点の近くに置きます。

以上が、幹線と分岐回路についてです。

地絡遮断装置と漏電遮断器：漏れた電気から人を守る

地絡が起きたときに自動的に電路を切るのが地絡遮断装置

地絡電流2Aでは20Aの配線用遮断器は動かず、外箱は60V

60Vを超える金属製外箱の機器で、人が触れやすい所に施設

乾燥した場所、150V以下で水気なし、二重絶縁なら省略できる

浴室や屋外など、水気のある場所ではとても大切

漏電遮断器は、行きと帰りの電流の差を零相変流器で見る

入った人数と出た人数が合わなければ、どこかで抜けている

人の感電を防ぐには、30mA以下・0.1秒以内の高感度高速形

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最後に、地絡遮断装置と漏電遮断器について紹介します。

電技では、電路に地絡が起きた場合に、電線や機器の損傷、感電、火災のおそれがないよう、地絡遮断器の施設などの適切な措置をとることを定めています。地絡が起きたときに自動的に電路を切る装置を 地絡遮断装置 と呼びます。

過電流遮断器だけでは、地絡を防げないことがあります。前回の例題では、地絡電流は 2A でした。この程度の電流では、20A の配線用遮断器は動作しません。けれども、外箱には 60V もの電圧がかかっていました。漏れた電気は、量は少なくても人には危ないのです。

1. 地絡遮断装置が必要な場所

解釈では、例えば、金属製の外箱を持つ 使用電圧 60V を超える低圧の機械器具 に電気を送る電路で、人が触れやすい場所にあるものには、地絡遮断装置を施設することを定めています。ただし、次のような危険の少ない場合は、省略できます。

【地絡遮断装置を省略できる主な場合】

• 機械器具を乾燥した場所に施設する場合
• 対地電圧が 150V 以下の機械器具を、水気のある場所以外に施設する場合
• 二重絶縁の構造の機械器具を施設する場合

裏を返すと、浴室や屋外、工場の床が濡れる場所など、水気のある場所では、地絡遮断装置がとても大切だということです。

2. 漏電遮断器のしくみ

低圧の電路で使う地絡遮断装置の代表が 漏電遮断器 です。家の分電盤にも、配線用遮断器と並んで付いていることが多いです。

漏電遮断器は、行きの電流と帰りの電流の差を監視しています。ふつうは、行きと帰りの電流は同じ大きさです。ところが、どこかで電気が大地へ漏れると、帰りの電流が漏れたぶんだけ少なくなります。この差を 零相変流器 という部品で検出して、電路を切ります。

改札にたとえると分かりやすいです。入った人数と出た人数を数えていて、数が合わなければ「どこかで人が抜け出した」と分かる、というしくみです。

人の感電を防ぐためには、定格感度電流 30mA 以下、動作時間 0.1秒以内 の高感度高速形の漏電遮断器がよく使われます。わずかな漏れでも、すばやく切れることが大切です。

なお、高圧の電路では、地絡継電器と遮断器や開閉器を組み合わせて地絡遮断装置にします。詳しくは、高圧受電設備と保護協調の記事で学びます。

試験のポイント：過電流遮断器は過負荷と短絡、地絡遮断装置は地絡を受け持ちます。地絡遮断装置は「60V を超える低圧の機械器具」に施設し、「乾燥した場所」「対地電圧 150V 以下で水気のある場所以外」などは省略できます。

このように、地絡遮断装置は、過電流遮断器では止められない小さな漏れの電流を検出して電路を切り、感電と火災を防ぐ装置です。

以上が、地絡遮断装置と漏電遮断器についてです。

今回のまとめ

過電流遮断器は、過負荷や短絡の電流を切って火災を防ぐ

ヒューズは1.1倍に耐え、配線用遮断器は1.25倍で60分以内

幹線の許容電流は1.25IM+IHなど。分岐の遮断器は3m以下

地絡遮断装置は60V超の機器の電路に。行きと帰りの差を見る

キーワードは過電流遮断器・配線用遮断器・ヒューズなど

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それでは、今回の内容を振り返ります。

今回は、過電流と地絡からの保護について紹介しました。電流が流れすぎたときは過電流遮断器が、電気が漏れたときは地絡遮断装置が、電路を自動的に切ります。役割の違う2つの装置を組み合わせることで、電線の焼損、火災、感電を防いでいます。

今回のポイントを振り返りましょう。

振り返り

• 過電流遮断器は、過負荷や短絡の電流を切り、電線の焼損と火災を防ぐ。
• 30A 以下のヒューズは 1.1 倍に耐え、1.6 倍で 60分・2 倍で 2分以内に溶断。配線用遮断器は 1.25 倍で 60分・2 倍で 2分以内に動作。
• 幹線の許容電流は $1.25 I_M + I_H$ など、分岐回路の過電流遮断器は分岐点から 3m 以下が原則。
• 地絡遮断装置は 60V を超える低圧の機械器具の電路に施設し、漏電遮断器は行きと帰りの電流の差で漏れを検出する。

キーワードのおさらい

• 過電流遮断器: 過負荷や短絡の過電流を自動的に切る装置
• 配線用遮断器: 過電流を検出して切り、くり返し使える遮断器。いわゆるブレーカー
• ヒューズ: 過電流の熱で中の金属が溶けて切れる過電流遮断器
• 地絡遮断装置: 地絡が起きたときに自動的に電路を切る装置
• 漏電遮断器: 行きと帰りの電流の差から漏れを検出して切る、低圧の地絡遮断装置

以上が、今回のまとめです。

さて、ここまでは、電気を使う場所の中の保護を学んできました。では、電気を運ぶ電柱や鉄塔の電線は、どんな高さに、どれだけ離して張ればよいのでしょうか？

次回は、架空電線の高さや離隔距離、支持物と風圧荷重を学ぶ「電線路の施設」について紹介します。

それでは、次の記事へ進んでいきましょう。