制御ケーブルと電力ケーブルの違いは何ですか？

機能目的：電力供給 対 信号制御

電気機器用ワイヤおよびケーブルが異なる役割にどのように最適化されているか

電気機器で使用されるワイヤーとケーブルは、実際にはかなり異なる役割を担っています。動力用ケーブルは、モーターや照明、工場内のさまざまな機械に大量の電流を供給することに特化しています。これらは非常に大きな電力を扱うため、途中で電力損失が大きくなったり危険なほど発熱したりしないよう、頑丈に設計されている必要があります。一方、制御ケーブルははるかに低い電圧で動作します。これは体の中を神経が信号を伝達するのと同様に、センサーやリレーなど各部品間で信号を送受信する役割を果たします。例えば、センサーが機械に起動・停止のタイミングを知らせたり、リレーが要求に応じて回路をオン・オフしたりする場合です。これらのケーブルが果たすべき機能の違いから、メーカーは動力用ケーブルか制御用ケーブルかによって、設計アプローチを根本的に変えています。

• 電源供給 導体の断面積と耐熱性を重視します。
• 信号制御 電磁干渉（EMI）からの遮蔽と正確な信号整合性を重視します。ノイズの多いモータ制御盤でシールドのない制御ケーブルを使用したり、100A回路で導体サイズが小さい電力ケーブルを使用するなど、誤った使用は電圧降下、熱的劣化、または重大な信号障害を引き起こす可能性があります。

設計上のトレードオフ：高電流容量 vs. ノイズ耐性および精度

電気設備用のワイヤーやケーブルを選ぶ際、エンジニアは常にさまざまな選択肢の間で難しい判断を迫られます。電力用ケーブルは、XLPE絶縁材などで覆われた太い銅またはアルミ芯を持ち、大電流を扱えるように設計されています。しかし、この頑丈なケーブルは非常に柔軟性が低く、設置時に取り回しが困難になるという欠点があります。一方、制御用ケーブルは内部に細い導体を使用し、干渉に対する複数層の保護構造を備えています。通常、箔シールドと編組シールドの両方を持っており、電磁ノイズを遮断するのに役立ちます。これは、忙しい工場のフロアや可変周波数駆動装置の近くなど、電気的な活動が激しい場所でも微小な電圧信号をクリーンに保つために極めて重要です。

目的に応じた選定は必須です：動力伝送用の電力ケーブル（例：480Vモータへの給電）、計装および論理回路用の制御ケーブル。

電気的定格：電圧、電流および負荷容量

電圧区分：制御ケーブル（300–600 V）と電力ケーブル（0.6/1 kV以上）が異なる理由

制御ケーブルは、電力を伝送するのではなく制御信号を伝達するため、一般的に低い電圧（約300～600ボルト）で動作します。これはリレー、PLCの入出力システム、およびさまざまなセンサネットワークへの応用において見られ、大量の電気を移動させるよりも正確な計測値を得ることが重要になります。一方、電力ケーブルの状況はまったく異なります。これらは約0.6～1キロボルトから始まり、大規模な配電システムでは35キロボルトを超える場合もあります。高電圧であるため、絶縁層が厚くなり、大きな電気負荷がかかっても故障しないよう徹底した試験が必要です。このように電圧範囲を分けることで、不要な絶縁体の重量を制御ケーブルに追加することを回避しつつ、同時に数千アンペアもの電流を扱う可能性のある電力線に対して適切な安全性を維持できます。

導体サイズと許容電流：電気機器用ワイヤおよびケーブルをシステムの要件に適合させる

導体の許容電流（アンペア容量）とは、導体が過熱する前にどれだけの電流を流すことができるかを示しています。これは設置する導体のサイズに直接影響します。100アンペアを超えるような大電流を扱う動力用ケーブルの場合、抵抗による発熱が大きいため、エンジニアは通常500MCMの銅線を使用します。一方、制御用ケーブルは異なります。これらはミリアンペア単位の非常に小さな信号を扱うため、ほとんど発熱しません。そのため、制御配線の線径は通常22～16AWG程度になります。どの線径が最適かを判断する際、専門家はNECの許容電流表を参照するだけでなく、周囲の温度、ダクトの充填率、負荷が連続的にかかるかそれとも時折かかってきるかといった要素も考慮に入れます。2023年にEPRIが発表した最近の研究によると、わずかな問題でも大きな影響があります。定格容量の10％以上で長期間ケーブルを運転すると、絶縁体の寿命がほぼ半分に短くなる可能性があるのです。

物理的構造：シールド、柔軟性、およびコア構成

産業用電気機器のワイヤおよびケーブルにおける絶縁、被覆、および環境耐性

産業用ケーブルは現場で非常に過酷な環境に耐える必要があり、その構造はまさにそのケーブルがどのような用途に設計されたかを示しています。たとえば電力ケーブルの場合です。これらの強力なケーブルは、架橋ポリエチレン（XLPE）などの素材でできた厚い絶縁層を持っており、これは熱や電気に対して高い耐性を発揮します。また、摩耗や油類に対抗するために、塩素化ポリエチレンや低煙ハロゲンフリー材料といった保護外装で覆われています。一方、制御ケーブルは異なります。通常、PVCやポリプロピレンなどの薄いプラスチック被覆を使用しており、曲げやすく、混雑した制御盤内にもすっきりと収まり、設置作業の負担を軽減します。どちらのタイプも厳しい環境下での長寿命を念頭に設計されています。メーカーは、屋外に長時間設置されるケーブルのために、紫外線（UV）保護剤や防水性を高める特殊フィラーを配合しています。製薬工場や食品加工施設のように化学物質が飛び交う環境では、周囲で何が起きても外皮が損傷しないよう、追加の処理が施されます。本格的な業務用として認定された産業用グレードのケーブルは、マイナス40度から90度 Celsiusまでの温度範囲で使用でき、1500ニュートン／平方センチメートル以上の圧力を受けても潰れず、繰り返し曲げても劣化しないことが試験で確認されています。

コア数、シールド、EMI保護：信頼性の高い制御回路にとって不可欠

信頼性の高い制御回路は、特定のコア構成とシールド戦略を駆動する予測可能な信号動作に依存しています。マルチコア設計（4～60コア）により、複数の並列信号経路を単一のアセンブリに集約でき、盤内での配線の混雑や設置時間を削減できます。EMIシールドは不可欠です。

• フオイルシールド 高周波ノイズの除去に対して完全な100%カバレッジを提供
• 銅編組シールド 機械的強度を向上させ、低周波減衰性能を改善
• ハイブリッドフオイル・ブレードシールド サーボフィードバックループなどのミッションクリティカルなアプリケーションでは両方を組み合わせます。効果的なシールドは終端点での360°接地を必要とし、不適切な接地では高性能なシールドであっても無効になります。研究によれば、EMI対策を適切に実施することで、モータ制御システムにおける通信エラーを最大90%まで低減できます。ロボットアームや自動搬送コンベアなど動的用途には、スパイラルシールドが柔軟性と中程度のノイズ抑制性能の最適なバランスを提供します。

産業用電気機器のワイヤおよびケーブルにおける用途別選定ガイドライン

適切な電線およびケーブルを選ぶには、設計上の仕様と現場での実際の運用条件を一致させることが不可欠です。まず、システムが必要とする電圧および電流の定格が合致しているかを確認してください。動力用ケーブルは通常、大電力負荷を扱う配電系統向けに0.6/1 kV以上を使用しますが、制御用ケーブルは信号伝送用途で600V以下の電圧を扱うのが一般的です。使用環境もよく検討する必要があります。化学薬品、極端な温度、湿気、紫外線（UV）放射などは、絶縁材料の選定において重要な要素です。ロボットアームや包装機械のようにケーブルが常に曲げられる場所では、TPEまたはPURジャケットなどの柔軟性のある被覆材で保護された細線導体が適しています。また、摩擦や圧力、衝撃に対する機械的強度も見逃せません。特に人が頻繁に通行する場所では、摩耗や損傷への耐性を確認することが重要です。電磁妨害（EMI）が懸念される場合は、適切な接地工事を前提として、シールド付きケーブルやツイストペアケーブルの採用が有効です。電線のより線に関するIEC 60228規格や可とうコードに関するNEC Article 400のような規格に従うことは、選択肢ではなく安全上必須の対応です。最も重要なのは、メーカーのカタログに記載された仕様だけを見るのではなく、これらの仕様すべてが現場の実際の条件に合っていることを確認することです。これを正しく行うことで、故障の発生を減らし、規制要件を満たし、長期的に生産を安定して継続できるようになります。

よくある質問

電力用ケーブルと制御用ケーブルの主な違いは何ですか？

電力用ケーブルは機械や照明に大きな電流を供給するために設計されており、耐熱性と高電流容量が重視されます。一方、制御用ケーブルは低電圧で信号を伝送し、信号の完全性を保つためにEMIシールドが優先されます。

制御用ケーブルにおいてEMIシールドが重要な理由は何ですか？

EMIシールドは制御用ケーブルにとって極めて重要であり、電磁ノイズを遮断することでモーター制御やロボティクスなどのシステムにおける信号干渉を防ぎ、誤作動を回避します。

環境要因はケーブル選定にどのように影響しますか？

ケーブル選定では、極端な温度、湿気、化学薬品への暴露、紫外線照射などの環境要因を考慮して、運転条件下での耐久性と性能を確保する必要があります。