短絡電流の計算方法｜%インピーダンス法と遮断容量の確認

短絡電流は、相間などが低いインピーダンスでつながった事故時に流れる大きな電流です。遮断器の遮断容量や機器・配線の短絡耐量を確認するため、事故を想定する点ごとに計算します。%インピーダンス法では、電源・変圧器・配線の条件を同じ基準へ換算し、短絡点までの合成インピーダンスから電流を求めます。

短絡電流・地絡電流・負荷電流の違い

本記事の数値例は三相平衡の三相短絡を対象とします。単相短絡・地絡では回路と計算条件が異なり、そのまま同じ式を使いません。短絡電流の計算値は、通常運転の許容電流や遮断器の定格電流とは別の量です。

%インピーダンスとは｜基準を揃えるための表示

%Zは、基準電流によるインピーダンスの電圧降下を、基準電圧に対する百分率で表したものです。5％という値は計算では5として扱う式と、0.05という比率で扱う式があるため、混同しません。

三相で基準容量S［VA］、線間電圧V［V］なら、基準電流Ib＝S÷（√3×V）、基準インピーダンスZb＝V²÷S［Ω］です。Ωで示された配線の値は、%Z＝100×Z÷Zbで換算できます。

同じ電圧基準で容量だけを変える場合は、%Z新＝%Z旧×S新÷S旧です。基準電圧も変える一般形では、さらに（V旧÷V新）²を掛けます。変圧器をまたぐ場合は、その変圧比に対応する電圧基準を用います。機器ごとに異なる基準容量の%Zをそのまま足さないことが要点です。

変圧器直下の簡易計算｜500kVA・400V・5％

三相変圧器500kVA、二次線間電圧400V、自己容量基準の%Z＝5と仮定します。電源側・配線のインピーダンスを無視し、電動機・発電機等の寄与を含めない例です。

kVAとVを使ってAを求める最初の式には1,000倍が必要です。同じ容量・電圧では、%Zが小さいほど短絡電流は大きくなります。実設備では銘板や試験成績書の%Zを確認し、一般的な目安値だけで確定しません。

電源と配線を含める｜%Rと%Xを分けて合成

直列回路では抵抗分%Rを足し、リアクタンス分%Xを足して、合成の大きさを|%Z|＝√（%R合計²＋%X合計²）で求めます。インピーダンスの大きさを単純に足す方法は、RとXの比が違う場合に誤差を生みます。

前の500kVA・400V基準を使い、次の仮定を置きます。電源側短絡容量100MVAなら電源%Zは0.5％です。ここでは説明を簡単にするため電源・変圧器をリアクタンスだけとし、配線の値も仮定します。

合成は√（1²＋6²）≒6.083％、短絡電流は721.7×100÷6.083≒11.86kAです。14.43kAとの差は、追加したインピーダンスと仮定によるものです。実際は電源条件、変圧器のR/X、ケーブルの線種・サイズ・長さ・本数・温度を使います。配線の整理は幹線設計も参照してください。

遮断容量は計算した設置点・電圧で照合する

遮断器は、設置点の想定短絡電流を遮断できる容量を、その回路電圧で持つことを確認します。例えば14.43kAという推定値に対し、該当電圧で10kAの遮断容量では不足します。定格電流が大きいという理由では代えられません。

IcuとIcs、規格上の定格遮断容量、投入容量、盤・母線の短時間耐量は、それぞれ意味が異なります。直流分を含む非対称性やピーク電流、遮断時間も対象機器に応じて照合します。上位装置のバックアップ保護・カスケードを使う場合は、メーカーが確認した組合せと条件が必要です。詳しくは配線用遮断器の遮断容量を確認してください。

最大・最小条件と計算ツールの使い方

変圧器の並列運転や発電機の接続、電動機からの寄与により電流が増える場合があります。電源側インピーダンスの省略だけを根拠に、常に安全側と判断しません。また、末端の小さな事故電流でも保護装置が必要時間内に動作するかを確認します。

計算ツールでは、対応する相数・故障種別、電動機寄与、電源の扱い、導体温度と並列線の条件を読みます。例えば富士電機のケーブル系統計算アプリは、ケーブル温度や変圧器のx/r比等の前提を明記しています。結果だけでなく入力と前提を記録し、単線結線図上の各計算点に対応させてください。

参考資料

• 三菱電機「推定短絡電流の計算方法」
• 日本電気技術者協会「％インピーダンスと電圧降下、短絡電流の計算」
• 三菱電機「低圧遮断器技術資料集」推定短絡電流

資料確認日：2026年11月12日。数値例は説明用の仮定で、特定設備の選定結果ではありません。