電路｜電流が流れる経路と電気設備の基本

電路

電路とは、通常の使用状態で電気が通じている部分を指す法令上の用語である。電線のほか、開閉器の接点や変圧器の巻線、母線なども含まれる。「電気設備に関する技術基準を定める省令」（以下、電技省令）の第1条で定義されている。対象は電子工学でいう回路とほぼ重なるが、絶縁・接地・保護といった安全規制をかける単位として使われる点が異なる。

法令用語としての成り立ち

電技省令は1965年（昭和40年）に通商産業省令第61号として制定された。制定当初は、電線の太さや離隔距離まで条文に細かく書き込む仕様規定型の省令であった。これが1997年（平成9年）の全面改正で性能規定型に改められ、具体的な数値は「電気設備の技術基準の解釈」（以下、電技解釈）へ移された。そのため現在の実務では、省令が「電路は大地から絶縁しなければならない」といった原則を示し、解釈が「何MΩ以上なら適合」という判断基準を示すという二段構えになっている。電気工事士や電験三種の試験では、この二つを区別して覚えておく必要がある。

「回路」との違い

理論の世界では、電気の流れは閉じたループとして扱われ、オームの法則やキルヒホッフの法則で解析される。これが回路である。電路はそれと違い、物理的な導体の経路が大地に対してどの程度絶縁されているか、異常時にどう遮断されるかに主眼を置く。プリント基板上の配線パターンを電路と呼ぶことはまずない。変電所から需要家へ延びる6.6kVの配電線は、典型的な電路として扱われる。同じ電気の通り道でも、設計者が見る図面と保安担当者が見る単線結線図とでは、注目する対象がまったく違うのである。

電圧による区分

電路は使用電圧によって3つに区分され、区分ごとに求められる絶縁や保護の水準が変わる。区分の根拠は電技省令第2条にある。

電路を構成する主な機器

受電設備の単線結線図に登場する機器は、ほぼすべて電路の一部として扱われる。

• 電線・ケーブル（CVケーブル、IV線など）
• 開閉器・遮断器（VCB、MCCB、LBS）
• 変圧器（油入式、モールド式）
• 母線（ブスバー、バスダクト）
• 計器用変成器（VT、CT）

絶縁性能の基準

低圧電路の絶縁抵抗は電技省令第58条で定められている。使用電圧300V以下で対地電圧150V以下の電路は0.1MΩ以上とされる。300V以下のその他の電路は0.2MΩ以上、300Vを超える電路は0.4MΩ以上が必要になる。停電して絶縁抵抗計を当てられない場合は、電技解釈第14条により漏えい電流1mA以下であれば適合とみなされる。高圧以上の電路では絶縁抵抗だけでは不十分とされ、最大使用電圧の1.5倍の試験電圧を10分間連続で加える絶縁耐力試験が課される（電技解釈第15条）。

測定現場での注意点

低圧幹線の測定には500Vレンジがよく使われる。ただし、インバータやPLCの入出力ユニットをつないだまま印加すると、半導体素子を壊すことがある。経験の浅い作業者が年次点検でサーボアンプを焼損させる事故は、今も珍しくない。24時間稼働の工場では停電の時間を確保しにくいため、クランプ式リークメータで抵抗分漏れ電流（Ior）を監視し、停電点検の間隔を延ばす運用も広がっている。外部の保安法人に委託する場合、高圧受電設備の年次点検費用は契約電力や設備規模によって数万円から数十万円まで幅がある。停電時間をどこまで短くできるかが、見積額を左右する。

接地と地絡保護

絶縁が劣化した電路では、地絡電流が外箱や大地へ流れ出す。これに備える手段が接地である。電技解釈第17条は、接地工事をA種からD種の4種類に分けている。

B種の値は高圧側の1線地絡電流から求める。基本式は R_B = 150 / I_g［Ω］で、I_gは1線地絡電流［A］を表す。混触時に1秒を超え2秒以内で自動遮断する装置があれば分子を300に、1秒以内なら600にまで緩和できる。C種とD種についても、地絡時に0.5秒以内で自動遮断する装置を設ければ500Ω以下まで緩和される。岩盤地帯などで接地抵抗が下がらない現場では、この規定がよく使われている。

漏電遮断器の設置義務

電技解釈第36条により、使用電圧60Vを超える低圧の金属製機械器具で、人が容易に触れる場所にあるものへ電気を送る電路には、漏電遮断器を設ける必要がある。人体保護用としては、定格感度電流30mA、動作時間0.1秒以内の高速形が標準的な仕様である。

交流電路と直流電路

国内の配電網は大半が交流で、周波数は東日本が50Hz、西日本が60Hzに分かれている。近年は太陽光発電の普及により、直流の電路を扱う機会が急に増えた。メガソーラーではストリング電圧を1000Vから1500Vまで高める設計が主流となり、直流750Vを超える部分は高圧電路として扱われる。直流は交流と違って電流がゼロになる瞬間がないため、アークが消えにくい。直流用の開閉器や遮断器は、交流用よりも接点間距離や消弧構造を強化して作られている。交流用の部品を流用すると、遮断できずに焼損するおそれがある。