ワイヤーサイズ、銅線の製造、絶縁タイプおよび家庭用配線ガイド

ワイヤサイズの測定方法: AWG、mm²、および数値の意味

ワイヤのサイズは、導体の断面積、つまり電流を流すために利用できる銅 (またはアルミニウム) の量の測定値です。北米で使用されるアメリカン ワイヤー ゲージ (AWG) 標準と、ヨーロッパ、オーストラリア、および世界のその他のほとんどの地域で使用されるメートル mm² (平方ミリメートル) システムの 2 つのシステムが主流です。国際的なサプライチェーンにわたる配線を指定する人や、輸入された電気機器を扱う人にとって、両方を理解することは不可欠です。

AWG: アメリカのシステムはどのように機能するか

AWG は直観に反するシステムです。 ゲージ番号が大きいほど、ワイヤーは細くなります 。 AWG 4 は大型電化製品の回路に適した大型導体です。 AWG 24 は、電話ケーブル内の細線です。スケールは、ワイヤを製造するために必要な引き抜きダイのパス数から始まります。パスが多いほど、ワイヤは細くなり、ゲージ番号は高くなります。数学的関係は正確です。AWG が 6 段階増加するたびに断面積が半分になり、3 段階増加するたびに直径が約半分に減少します。

データシートを使用せずに AWG のワイヤ サイズを測定するには、ワイヤ ゲージ ツール (校正済みのスロットを備えた平らな鋼板) を使用し、きれいに適合する最小のスロットが見つかるまで裸の導体をスロットに挿入します。これにより、AWG が直接得られます。あるいは、デジタル ノギスで裸導体の直径を測定し、標準の AWG テーブルと相互参照します。AWG 12 の直径は 2.053 mm、AWG 12 の直径は 2.053 mm、AWG 12 の直径は 2.053 mm です。 AWG 14 の寸法は 1.628 mm、 AWG 10 の寸法は 2.588 mm です。 絶縁線の直径は絶対に測定しないでください — 絶縁体の厚さはタイプと定格電圧によって異なるため、ゲージの測定値が不正確になります。

メートル法 mm² システム

IEC メートル法では、導体の実際の断面積 (平方ミリメートル) によってワイヤ サイズを指定します。これは、電流容量の直接的かつ直感的な尺度です。一般的な住宅用のサイズは、1.5 mm² (照明回路、約 AWG 14 に相当)、2.5 mm² (コンセント回路、約 AWG 12)、4 mm² (調理器およびシャワー回路、約 AWG 10)、および 6 mm² (サブフィードおよび高負荷電化製品、約 AWG 8) です。測定された直径から mm² を計算するには: 面積 = π × (直径/2)²。

上の表の電流定格は、絶縁定格 60°C、周囲温度 30°C における電線管内の銅導体の NEC (米国電気規格) の電流容量値を反映しています。電線管のない壁内で束ねられたワイヤ、または高周囲環境で配線されるワイヤは、定格を下げる必要があります。NEC は、3 つ以上の通電導体を備えた電線管に対して 0.5 倍という低い補正係数を指定しています。 サイズが小さいワイヤはただちに故障するわけではありません。ゆっくりと過熱し、故障や火災が発生するまで数か月または数年かけて絶縁を劣化させます。

銅線の製造方法: カソードから完成した導体まで

銅線の製造は多段階の工業プロセスであり、精錬銅陰極（精錬鉱石の電解精錬によって製造される純度 99.99% の銅の平板）から始まり、完成した導体を正確な直径に引き抜き、適切な焼き戻しを行い、絶縁または直接販売用のリールに巻き付けることで終わります。世界の電線およびケーブル業界は約 年間2,800万トンの銅 、金属の最大の単一最終用途カテゴリーとなっています。

ステップ 1: ロッドへの連続鋳造

銅カソードは、シャフト炉または誘導炉で約 1,085°C (銅の融点) で溶解され、Properzi または CONTIROD 鋳造と呼ばれるプロセスを通じて連続ロッドに鋳造されます。このプロセスは、20 世紀半ばにワイヤー業界向けに特別に開発されました。溶けた銅は、溝付き鋳造ホイールとスチールベルトで形成された可動鋳型に注がれ、ホイールから出るときに凝固して直径 8 mm の連続ロッドになります。その後、ロッドは 600°C 以上の温度で一連の圧延スタンドで直ちに熱間圧延され、伸線の出発材料として使用される標準的な 8 mm の銅ロッドに加工されます。連続鋳造によりロッドが生み出されます。 均一な粒子構造と最小限の酸化物介在物 — 断線のない信頼性の高い描画に不可欠です。

ステップ 2: 伸線

8 mm のロッドは、伸線機上の一連の徐々に小さくなるタングステン カーバイドまたはダイヤモンド ダイスを通して引き抜かれ、各ダイスは直径を 15 ～ 25% 縮小します。 8 mm ロッドから AWG 12 (2.05 mm) までの一般的な描画シーケンスには、9 ～ 11 回のダイパスが必要です。各パスで銅は加工硬化され、引張強度は増加しますが、延性は減少します。伸線潤滑剤 (石鹸ベースのエマルション) を継続的に塗布して、ワイヤーと金型表面の間の摩擦を軽減し、かじりを防止し、塑性変形によって発生する熱を奪います。マルチダイ伸線機は、ワイヤ出口速度で動作します。 毎秒20～40メートル 細線の場合、1 時間あたり数キロメートルの完成した導体を生産します。

ステップ 3: アニーリング

加工硬化銅線は硬くて脆いため、設置中に亀裂を生じさせずに導体を曲げる必要がある電気配線用途には適していません。焼きなましは、ワイヤを 200 ～ 500°C に加熱し、変形した結晶粒構造を再結晶させることで延性を回復します。工業的には 2 つの方法が使用されています。バッチアニーリングでは、コイル状のワイヤを雰囲気制御された炉に数時間置きます。非常に均一な結果が得られますが、かなりのフロアタイムが必要です。連続インラインアニーリングでは、最終伸線ダイスの直後に伸線ワイヤを電気抵抗加熱ゾーンに通し、ラインの稼働中に数秒で銅を再結晶化します。これは、速度とエネルギー効率の点で大量生産では主流の方法です。適切にアニールされた銅線は、25% 以上の破断点伸びと以下の抵抗率を達成します。 1.724μΩ・cm — 焼きなまし銅の国際標準値 (100% IACS 導電率)。

ステップ 4: より線と絶縁

単一の固体導体は、柔軟性の低い用途 (壁内の固定配線) に使用されます。電気製品のコード、携帯用工具、溶接リードなどのフレキシブル ケーブルの場合、複数の細いワイヤがより線機でより合わせられ、より線導体が形成されます。一般的な AWG 12 撚線導体は、AWG 22.5 の 7 本の個別のワイヤを使用し、中心ワイヤの周りに単層で撚られています。より微細な撚り線 (19、37、または 133 ワイヤ) により、要求の厳しいフレックスサイクル用途向けに柔軟性の高い導体が生成されます。完成した導体は次に、押出機 (回転スクリューを備えた加熱バレル) を通過します。そこで、熱可塑性または熱硬化性の絶縁材料が溶融され、導体上に連続的なコーティングとして圧力押し出されます。

電線の絶縁タイプ：材質、定格、選択

電線の絶縁は、電流が導体から逃げるのを防ぎ、環境劣化から保護し、多くの用途で機械的保護と難燃性を提供する誘電体コーティングです。絶縁体の選択は、ワイヤの定格電圧、温度定格、耐薬品性、および該当する設置環境を直接決定します。すべてのパラメータにおいて優れた単一の絶縁材料は存在しないため、電線業界には数十の絶縁タイプが存在します。

PVC（ポリ塩化ビニル）

PVC は世界中で最も広く使用されている電線絶縁材料であり、建築用電線、制御ケーブル、および家電製品のコード絶縁体積の大部分を占めています。安価で、押し出しが容易で、自己消火性（難燃性グレード）があり、油、酸、湿気に耐性があります。標準の PVC 絶縁の定格は次のとおりです。 60℃または75℃ 連続動作温度、90℃グレードも用意。その弱点は低温性能であり、標準的な PVC は –10°C を下回ると脆くなるため、燃焼すると腐食性で有毒な塩化水素ガスが発生します。このため、有害な煙が生命の安全に関わる一部の建築用途 (プレナム スペース、トンネル、公共の建物) では PVC が禁止されています。 THHN および THWN 建築用ワイヤー - 北米の住宅用電線管配線の標準的な選択肢 - は、乾燥定格 90 °C / 湿潤定格 75 °C のナイロンジャケット付き PVC 絶縁材を使用しています。

XLPE (架橋ポリエチレン)

XLPE は、押出後にポリエチレン鎖を化学的または物理的に架橋することによって製造され、溶融しない三次元ポリマーネットワークを作成します。これにより、XLPE の連続温度定格は次のようになります。 90°C (ドライ) および 75°C (ウェット) 、短絡耐性温度は 250°C で、PVC の短絡限界温度 160°C よりも大幅に優れています。 XLPE は PVC よりも誘電損失が低いため、動作周波数で PVC の誘電発熱が問題となる中電圧 (1 kV ～ 35 kV) および高電圧の電力ケーブルの標準絶縁材となります。 USE-2 および RHW-2 建築用ワイヤーは、地下および湿った場所向けに定格されており、XLPE 絶縁体を使用しています。この材料は燃焼時に腐食性ガスを放出しないため、密閉された設置環境では PVC よりも安全性が優れています。

LSZH (低煙ゼロハロゲン)

LSZH 断熱材は、ハロゲンフリーのポリマー化合物 (通常はポリオレフィンと鉱物フィラー難燃剤のブレンド) を使用しており、火にさらされたときに発生する煙は最小限で、ハロゲン酸ガスも発生しません。これは、トンネル、船舶、海洋プラットフォーム、データセンター、大量輸送システムなど、避難が困難な閉鎖空間では非常に重要です。欧州建築規制 (CPR - Construction Products Commission) は、火災に対する反応性能によってケーブルを分類しており、LSZH 配合は Cca、B2ca、およびそれ以上の性能クラスを支配しています。トレードオフは機械的靭性です。LSZH コンパウンドは一般に PVC よりも柔らかく、耐摩耗性が低いため、より慎重な取り付けの取り扱いが必要です。

シリコーンゴム

シリコーンゴム絶縁体は、熱可塑性絶縁体では到達できない極端な温度をカバーします。 –60℃～180℃ 、一部のグレードは限られた時間内であれば 200°C に耐えます。シリコーンは極低温でも柔軟性があり、化学的に不活性で、耐紫外線性があり、燃焼しても毒性がありません。これらの特性により、オーブン配線、工業炉用途、医療機器のリード、航空宇宙配線の標準となっています。主な制限はコストです。シリコーン絶縁ワイヤは同等の PVC ワイヤよりも 1 メートルあたり 3 ～ 8 倍のコストがかかるため、熱性能が真に必要とされる用途に限定されます。

PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）

PTFE (商業的にはテフロンとして知られています) は、あらゆる電線絶縁体の中で最高の耐薬品性を備え、連続温度定格が 200 ℃ です。 260℃ 高周波における優れた誘電特性。 PTFE 絶縁ワイヤは、航空宇宙用ワイヤリング ハーネス (MIL-W-22759 および同等品)、高周波同軸ケーブル、および攻撃的な溶剤や酸によって他の絶縁材料が破壊される化学処理装置で標準となっています。また、摩擦係数が極めて低く、表面が非粘着性であるため、PTFE 絶縁ワイヤを電線管に通したり、しっかりとしたハーネスで結束したりすることが容易になります。

電気ケーブルの種類: 構造と用途

電気ケーブルは、複数の絶縁導体 (さらに多くの場合、アース線、充填材、シールド、および外側ジャケット) を組み合わせて、特定の設置環境と電気機能向けに設計された単一のアセンブリを構成する点でワイヤとは異なります。ケーブル構造はアプリケーション間で互換性がありません。特定の環境で間違ったタイプのケーブルを使用すると、火災の危険、規定違反、または早期の絶縁不良が発生する可能性があります。

NM-B（非金属シースケーブル）

NM-B (主要ブランドの名をとって一般に Romex と呼ばれる) は、北米全土の屋内の乾燥した場所での住宅配線用の標準ケーブルです。これは、2 つまたは 3 つの絶縁された銅導体 (通常は THHN) と裸のアース線で構成され、紙セパレーターで包まれ、PVC の外側ジャケットに包まれています。 NM-B は、14/2、12/2、10/2 (2 つの導体とグランド) および 14/3、12/3 (3 つの導体とグランド - 3 路スイッチ回路に必要) で利用可能です。導体部での定格は90℃ですが、 60°Cの電流容量までディレーティングする必要があります 実際にはアウタージャケットの保温性のおかげで。 NM-B は、濡れた場所での使用、コンクリートに埋め込み、物理的損傷を受ける場所での露出走行はできません。

UF-B（地中給電ケーブル）

UF-B ケーブルは、導管を使用せずに土壌に直接埋設できるように設計されています。導体は別のジャケットで包まれるのではなく、灰色の固体 PVC 化合物に埋め込まれているため、耐湿性と耐圧壊性のアセンブリが形成されています。屋外回路（景観照明、屋外建物、庭のコンセント）に使用され、NM-B が禁止されている湿気の多い場所の屋内でも使用できます。 NEC の最小埋設深さは次のとおりです。 直接埋め込み UF-B 用 24 インチ 導管保護なし、導管で保護すると 12 インチに縮小されます。

MCケーブル（メタルクラッドケーブル）

MC ケーブルは、絶縁された導体を柔軟に連結されたアルミニウムまたは亜鉛メッキ鋼製外装で囲み、商業および工業用建物内での露出配線や、地域の条例で NM-B (多くの都市管轄区および集合住宅) が禁止されている住宅用途に適した機械的保護を提供します。外装は接地導体の代替品ではありません。MC ケーブルには専用の絶縁された機器接地線が含まれています。 MC ケーブルは、湿った場所 (リストに記載されたフィッティングを使用)、コンクリート内、および一部の直接埋設用途での使用が承認されており、NM-B にはない設置の柔軟性を提供します。

SEおよびSERケーブル（サービスエントランス）

サービスエントランスケーブルは、ユーティリティメーターを主電気パネルに接続します。 SE-R (サービスエントランス、丸型) には、2 つの絶縁された相導体と裸のアルミニウム中性導体が含まれており、すべて屋外暴露用に定格された編組または PVC の外側被覆で覆われています。 SER は、メーターからパネルへの 100 ～ 400A の給電と、同じ建物内のサブパネルの給電に使用されます。導管を使わずに直接埋葬することは認められていません。公共サービスの引き込み (変圧器からメーターへの接続) には、架空三重ケーブル (XLPE 絶縁を備えた予め撚られたアルミニウム導体) が標準です。

外装および遮蔽されたデータ ケーブル

低電圧データおよび通信ケーブル (Cat6 イーサネット、同軸 RG-6、銅トレーサ付き光ファイバー) は、規制上の意味での電気ケーブルであり、NEC 第 800 条および第 820 条の対象となります。プレナム スペース (吊り天井の上、空気処理プレナム内) では、これらのケーブルは、低煙、低火炎伝播特性を備えた CMP 定格 (通信プレナム) ジャケットを使用する必要があります。ライザー定格 (CMR) ケーブルは、フロア間の垂直配線に必要です。標準の CM 定格ケーブルは、非プレナム、非ライザーの内部スペースでのみ許可されます。プレナム内のライザー ケーブルの置き換えは一般的で危険な設置ミスであり、火災検査に不合格となり、火災発生時に有毒な煙が HVAC システム内を循環する原因となる可能性があります。

現在、家庭ではどのような種類の配線が使用されていますか?

米国の現代の住宅配線は、NEC によって確立され、地域の建築基準法によって施行される標準化システムに従っています。 2000 年以降に建設または再配線された住宅の材料、ケーブルの種類、回路構成は 1970 年代以前の配線とは大きく異なり、現在の規格を理解することは、住宅所有者が古い配線を評価し、改修を計画し、電気技師と連絡を取るのに役立ちます。

全体に銅導体

新築住宅建築におけるすべての分岐回路配線には銅導体が使用されます。アルミニウム配線は、銅不足と価格高騰により 1965 年から 1973 年にかけて建てられた住宅で広く使用されましたが、熱膨張が大きく、接続部が酸化しやすいこと、ネジ端子の下での冷気の流れが原因で、数千件の住宅火災を引き起こしました。アルミニウムは現在でも引き込み線や大型給電ケーブル (200A パネル、サブパネル、レンジおよびドライヤー回路) に使用されており、アンペアフィートあたりのコストが低いことが重要であり、標準のネジ端子ではなく、リストに記載されているアルミニウム互換ラグを使用して接続が行われます。

一次分岐回路配線としてのNM-Bケーブル

一般照明、コンセント、小型家電など、一戸建て住宅の分岐回路の大部分は、NM-B ケーブルで配線され、壁の空洞を通って根太を横切ってフレームにステープル留めされています。典型的な新しい家には次のものがあります。 NM-B ケーブルの 1,000 ～ 2,000 リニア フィート 20 ～ 40 の分岐回路にわたって。ワイヤゲージは回路アンペア数に従います: 15A 回路 (白いジャケットの NM-B) では 14 AWG、20A 回路 (黄色のジャケット) では 12 AWG、30A 回路 (オレンジ色のジャケット) では 10 AWG。ジャケットの色分けはメーカーによって採用され、検査官によって広く認識されている標準ですが、NEC によって正式に要求されているわけではありません。

高負荷機器用の専用回路

NEC では、いくつかの高負荷住宅用途に専用回路、つまり 1 つのコンセントまたは電化製品のみにサービスを提供する回路が必要です。キッチン (カウンタートップのコンセントには少なくとも 2 つの回路)、冷蔵庫、食器洗い機、生ごみ処理機、電子レンジの各小型機器に 20A、120V の専用回路が必要です。大型家電には 240V 回路が必要です。電気レンジ (50A、8 AWG または 6 AWG)、衣類乾燥機 (30A、10 AWG)、中央 AC コンデンサー (ユニットのサイズに応じて通常 30 ～ 60A)、電気温水器 (30A、10 AWG)、EV 充電器 (48A レベル 2 EVSE の場合は 50A、6 AWG) です。これらの 240V 回路は 2 極ブレーカーを使用し、両方のホット レッグ、ニュートラル、およびアースを伝送する 10/3 または 6/3 NM-B ケーブルを実行します。

GFCI および AFCI の保護要件

最新の住宅用配線コードでは、標準のブレーカーに加えて 2 種類の追加保護が必要です。 GFCI (地絡回路遮断器) 保護は、バスルーム、シンクから 6 フィート以内のキッチン、ガレージ、屋外の場所、這うスペース、未完成の地下室、スイミング プールの近くなど、接地面と通電導体との同時接触が考えられる場所のすべてのコンセントに必要です。 GFCI デバイスは、ホットとニュートラル間の電流の不均衡を最小限に検出します。 4～6ミリアンペア 心細動が発生する前に、25 ミリ秒以内にトリップします。 2017 年および 2020 NEC エディションでは、リビング エリア、寝室、廊下、キッチンにあるほぼすべての 15A および 20A 分岐回路に対して、AFCI (アーク障害回路遮断器) 保護が必要です。これは、標準のブレーカーでは感知できない、損傷した配線のアーク障害の高周波電気的兆候を検出します。

古い家のレガシー配線の特定

1940 年より前に建てられた住宅には、ノブとチューブの配線が含まれている場合があります。これは、布で絶縁された個別の導体がセラミックのノブとチューブを通って配線されており、アース線はありません。この配線は、損傷や改造がなければ本質的に危険ではありませんが、接地されたコンセントをサポートできず、接地を必要とする現代の家電製品と互換性がなく、ほとんどの住宅所有者の保険契約は無効になります。 1940 年代から 1960 年代の住宅には通常、ゴムで絶縁された導体を備えた 2 線回路 (接地なし) が使用されていましたが、その導体は脆くなっていることがよくありました。どちらの状況でも、改修前または回路の追加前に、資格のある電気技師による評価が必要です。 布で包まれた配線、全体に接地されていない二股コンセント、またはサーキットブレーカーではなくヒューズパネルが設置されている住宅は、再配線の評価を受ける必要があります。 — 任意の基準を満たすためではなく、60 ～ 80 年前の配線の絶縁劣化は真の火災の危険性を示すためです。