電気設備の知識と技術 > 電気設備設計の基礎知識 > ケーブルラックの材質と選定
ケーブルラックとは電力幹線や通信幹線に用いられる各種のケーブルを、整然と並べて敷設するための部材である。ケーブルを直接敷設する「ケーブル工事」は、金属管や合成樹脂管に電線を収容する工事と比べて施工性が良いため、非常に幅広く採用されている。
ケーブルラックによる電線敷設は、電線管工事や金属ダクト工事といった分類に該当せず、ケーブルを整然と施工するための部材として扱われている。よって、許容電流の計算にあっては気中敷設として算定することが可能である。
ケーブルラックは、大量のケーブルを敷設する必要があるキュービクル付近や屋上室外機付近、各階EPSの幹線などで用いることが多い。屋外に敷設することも可能であり、直射日光や風雨を受ける場所に敷設するケーブルラックを選定する場合、耐候性の高いガルバリウム鋼板を用いるなどして対応する。屋上の床面敷設とすると、点検作業員がメンテナンス時に踏みつけたり、資材を接触させてしまうといったケーブル損傷のおそれがあるため、上部にラックカバーを掛けて保護すると良い。歩行可能なタイプのカバーを掛ければ、ケーブルラック本体をメンテナンス用の歩廊として活用できる。
分電盤や配電盤から出る大量のVVFケーブルをまとめて整理するような場合でも、ケーブルラックが用いられる。電気室や機械室、EPS内など上下階に渡ってケーブルを敷設する場合や、分電盤や動力制御盤の立上り部分など、ケーブルが集中する場所にラックを敷設することで、施工性が向上する。
ケーブルラックは、電気設備技術基準に定められている「電線管」や「ダクト」などには区分されず、「ケーブル工事」の施工性を向上させるために用いる部材である。ケーブルをまとめて敷設するために用いるのみであり、電線管のように、強電用のIV線をケーブルラックに固定するのは電気設備技術基準の違反となるため注意を要する。
ケーブルラックはそれ自体が電気工作物ではないため、照明器具や電線管をラックに固定することも行われている。この場合、ラック本体が重量によって変形しないように、施工要領書や施工図で施工方法を検討すると良い。
ケーブルラックには、はしごの形状をした製品と、トレイの形状をした製品が一般的に普及している。どちらもケーブルを整然と施工するための部材である。
はしご形状のケーブルラックであり、ケーブルを桁の部分に固定して使用する。ケーブルの支持固定が容易であり、桁部分にインシュロックや麻ひもで縛り付けて固定する。ラック本体は横向き及び縦向きの両方で使用できるため、天井裏やシャフトなど用途は幅広い。
屋内使用、屋外使用のほか、塩害地域や重塩害地域でも使用できる特殊加工品も生産されている。屋内使用ではメラミン樹脂仕上げが一般的であるが、屋外ではガルバリウム製や、スーパーダイマと呼ばれる合金製のケーブルラックを用いることで、高い耐候性により本体の腐食を防止できる。
駐車場など、軒下でラックが露出するような施工方法であれば、下からの見上げ視線で敷設したケーブルが見えてしまうため、ラックの下部にネトロンなどのメッシュシートを敷設すると良い。
はしご形ケーブルラックにケーブルを支持固定する場合、全てのケーブルを同じ桁に固定すると荷重が集中し折れるおそれがあるため、桁部分にケーブルを支持する場合は、ケーブルごとに桁をずらす必要がある。
ケーブルトレイは、ケーブルラックの下面が鉄板で閉塞されている製品であり、ケーブル固定のための小穴が設けられている。
天井から吊り下げた場合、下から見上げてもケーブルが隠れているため見栄えが良く、かつケーブルに容易に触れられないため、露出場所で使用しても安全性が高い。ケーブルの荷重がトレイ全体に掛かり、ケーブルに対する局所的な荷重が発生しないことも利点である。
ケーブルトレイは、トレイに乗せるという使い方が基本なので、縦向きで使用する場合は支持固定を強固に行わなければならない。
ケーブルトレイは、はしご形よりも幅が狭く、600mm程度が最大寸法となっている。はしご形ケーブルラックは1,200mmなど幅の広い製品があり、より大量のケーブルを効率良く敷設できるので、ケーブル本数が多い場合には複数本のラック本体が必要となる。
ケーブルラックの材質には、溶融亜鉛メッキ鋼板の他、アルミ製やFRP製、合成樹脂製などいくつかの種類がある。耐久性や本体強度、耐候性などそれぞれ違う性質と特徴を持っており、場所によって材質を使い分けなければならない。
屋内でケーブルラックを選定する場合、耐候性については屋外敷設ほど考慮する必要はなく、「メラミン焼付塗装」を施した製品が広く使われる。直射日光などを受けることがなく、天井裏のため物理的な接触等による損傷の危険性も少ない。
屋外にケーブルラックをそのまま敷設する場合、塗装したケーブルラックを用いることもあるが、溶融亜鉛メッキやガルバリウム製、スーパーダイマー製品など、金属面がそのまま表しとなった形で敷設すれば、塗装に関わるメンテナンスコストは発生しない。もし塗装を施す場合はメラミン樹脂を使用せず、エポキシ粉体塗装など耐候性の高い塗料を用いると良い。
塗装を施す場合、経年劣化等により塗装が剥がれるため定期的に再塗装が必要になる。ケーブルラック本体に対してのランニングコストを考慮しなければならない。前述した、耐候性を高めた合金製ケーブルラックを選定するという検討も合わせて行うと良い。
化学工場や食品工場など、腐食性ガスが発生する空間では、通常の屋外仕様のケーブルラックでは腐食の恐れがある。高い耐食性能を必要とする場合は、合成樹脂製やFRP製のケーブルラックの選定を検討し、金属部分を用いないという検討を行うと良い。ただし、金属製ではないケーブルラックは強度に劣ることを考慮しなければならない。
湿気や水気のない事務室や電気室など、一般屋内においては、亜鉛付着量100g/㎡以上の「ZMタイプ」のケーブルラックを選定する。トレイ形の場合、亜鉛付着量275g/㎡以上を確保している「ZTタイプ」を選定する。亜鉛付着量が多いほど、高い耐久性が得られると考えて良い。
屋外など湿気の多い空間では、亜鉛付着量350g/㎡以上の「Z35タイプ」や、ZTタイプが使用される。Z35やZTは屋外に使用できるだけの耐候性があるが、腐食ガスへの耐性は低いため、腐食性ガスの発生する場所では、合成樹脂製やFRPのケーブルラックを選定することになる。
スーパーダイマとは「新日鉄住金」が開発した高耐食性の溶融めっき鋼板で、屋外用のダクトやケーブルラックの材料として広く普及している。屋外用のケーブルラックは一定の耐候性が必要であり、溶融亜鉛めっきやオールステンレスとして耐候性を高めるが一般的であるが、安価で高性能なスーパーダイマ製のケーブルラックの登場により、多くの建物で採用されている。
スーパーダイマは、亜鉛を主成分としてアルミニウム11％、マグネシウム3％、シリコン0.2％を混合した「特殊合金」である。一般的に普及している溶融亜鉛めっき鋼板よりも高い耐食性を示し、塩害地域だけでなく重塩害地域でも使用可能とされ、屋外用のケーブルラックや金属ダクトに広く採用されている。
複合腐食試験（JASO）や塩水噴霧試験に対して、溶融亜鉛めっきと比較して30倍の高い耐食性あり、切断端面部に発生する赤錆の進行も抑制されている。特殊合金であるスーパーダイマは保護皮膜効果を持っており、傷が発生しても表面が保護皮膜で覆われ、耐食性を失うことがない。
電気設備図作成時の注意点として、ケーブルラックの仕様に「スーパーダイマ」と記載すると、メーカー指定となるため注意が必要である。メーカー指定を考えていなければ「屋外のケーブルラックは高耐食性鋼板を使用する。」といった、特定のメーカーを指定しない記載とすれば良い。
ケーブルラックの支持間隔は、鋼製ケーブルラックの場合水平支持で2m以下とし、それ以外のケーブルラックでは1.5m以下にしなければならない。支持点間距離が広すぎると、ケーブルラックのたわみが大きくなり、地震時の振動に耐えられなかったり、ラックが折れてボルトが外れるといった事故の原因となる。
垂直方向への敷設では、3m以内に支持固定しなければならないが、電気室やEPSなどの「配線室」での垂直支持であれば、6m以下で各階に支持点を設けることでも良い。積載荷重が大きく、たわみが問題となるような環境であれば、支持距離の最大たわみを1/300以下に抑えるように支持点を追加して補強する。
幅600mm以下のラックを敷設する場合、呼び径9mm以上の吊りボルトを使用する。幅600mmを超える大型のラックでは、重量がより大きくなるため呼び径12mm以上の吊ボルトを使用すると良い。
ケーブルラック上に敷設したケーブルは、インシュロックや麻ひもなどで固定する。水平部では3m以下ごと、垂直部では1.5m以下ごとに支持点を設ける。
ケーブルを垂直に固定する場合は、子桁への荷重の集中を避けるため、支持部を分散させなければならない。一本の子桁に多数のケーブルを固定すると、重量に耐えきれずに子桁が折れるおそれがある。特に垂直敷設から水平敷設に移行する部分は、すべてのケーブルの荷重が1本の桁にかかりやすくケーブルの自重で変形することが多いため注意が必要である。
ケーブルラックを垂直方向に固定する場合、ケーブルの外面被覆（シース）にインシュロックを強く締め付けないよう注意する。締め付けすぎはケーブルの被覆損傷につながり、絶縁性能の劣化が懸念される。
直射日光による紫外線の影響を強く受ける屋外、雨による絶縁性能の劣化の懸念、人が容易に触れる場所など、敷設するケーブルに対して何らかの外的保護が必要な場合はケーブルラックに保護カバーを設けると良い。
建物の屋上は狭く、歩行スペースの十分な確保が難しいため、ケーブルラックのカバーを歩行可能型として通路を確保するのも一案である。歩行可能型のカバーは山型ではなく平型であり、カバー上部に水が残留して滑りの原因となる可能性があるため、歩行時には十分な注意を要する。
ケーブルラックのカバーは風の影響を強く受ける。強い風圧力を受ける外壁や屋上などでは、保護カバーが風圧によって飛散しないよう、カバークランプを使用して強固に支持しなければならない。
超高層ビルの屋上では、風速40～60m/sという強風に曝されるおそれがあるため、ラックカバーが風によって飛散することが考えられ事故につながる。支持固定に対してはより注意を払うべきである。固定するボルトに対し、一定以上のトルクを与えられるよう、トルクレンチで確実に締め付けると良い。
国土交通省仕様に準拠する場合、下記の仕様を満足しなければならない。
ケーブルラック幅は、敷設するケーブルの仕上外径を全て合算した数値に、両端に若干の余裕を確保した以上の値とする。ケーブルは敷設時に必ず蛇行するため、直線的に敷設することが難しい。ケーブル外径を積算した数値だけでなく、ケーブル間やラック端部に余裕を持たせて設計すべきである。
ケーブルラック同士を離隔させず隣接して施工する場合、許容電流値の低減率は「0.7」として計算を行う。敷設するケーブル同士に一定以上の離隔が確保できれば、ケーブル同士に離隔が確保できるため放熱性能が維持でき、許容電流の低減率を0.8～1.0として許容電流に余裕が生まれる。
国土交通省営繕部による指針では、ラック幅 W ≧ 1.2 { Σ ( D + 10 ) + 60 } というラックサイズ算出の公式を用いて計算する。D : ケーブル仕上外径である。外径50mmのケーブルをケーブルラックに5本乗せる場合、上記の式に代入すると、
W ≧ 1.2 { ( D + 10 ) × 5 + 60 } = 432mm となり、ラック幅の選定は直近上位である「500mm」と考えれば良い。将来電線を敷設する予定があったり、弱電線も同時に敷設したい場合にはさらに大きなラックを選定することで対応する。
弱電用ケーブルラックを選定する場合も同様であるが、弱電用ケーブルは放熱する許容電流の低下を考える必要はなく、ケーブルの段積みや束ねが許容されるため、2段・3段とケーブルを積み重ねても許容電流上の支障はない。
ただし、弱電流電線とはいえ若干の電流が流れているケーブルも存在し、電磁誘導による影響もゼロではない。束ね過ぎによるケーブル識別の問題も懸念されるため、弱電ケーブルを敷設する場合のルールを策定して敷設するのが良い。
強電線のケーブルラック敷設と同様に、国土交通省営繕部による指針では、ケーブルラック幅 W ≧ 0.6 { Σ ( D + 10 ) + 120 } という計算式を用いてサイズ選定が可能である。
ケーブルラックの計画では一般的に、弱電線と強電線をセパレータで区切り、一つのケーブルラックに併設する方法が用いられる。この場合は、強電側の計算と弱電側の計算をし、合算した数値の直近上位を選定する。
ケーブルラックには幹線ケーブルを多数することで重量が大きくなり、強度が低い製品ではラック本体がたわみ、折れてしまうおそれがある。ケーブルラックには「SRタイプ：H70mm」「NRタイプ：H85mm」「QRタイプ：H100mm」の3種類が一般的に流通しており、親桁の高さが高いほど、高強度となる。
親桁が薄い製品では、天井内の納まりが楽になるが、それだけ強度が低下する。積載重量に耐えられなければ、ラックの歪みや折れが懸念される。天井内は改修工事などで潜り込んで施工することが多々あるが、親桁の薄いケーブルラックを歩行すると、歪みの原因となる。
ケーブルラックは、敷設するケーブルの電源種別に応じて、接地工事を施さなければならない。接地種別は内線規程に仕様が明示されており、300V以下の電圧を印加しているケーブルを敷設する場合はD種接地工事、300Vを超える電圧を印加しているケーブルを敷設する場合はC種接地工事を施すよう定められている。
D種接地工事やC種接地工事は、全てのケーブルラックが電気的に導通しなければならない。最近では、ケーブルラックを接続することで電気的接続を確保できる「ノンボンド工法」を採用した製品が普及しており、ラック同士を接地線で結ぶ必要がなくなっている。ノンボンド工法を採用した場合、ケーブルラック本体にノンボンド工法を採用している証明シールを貼付すると良い。
ケーブルラックに取り付けるセパレータは、ケーブルラック上に強電用ケーブルと弱電用ケーブルの両方を敷設する場合に、互いのケーブル間に誘導等による干渉を生じないように設ける仕切りのことである。
ケーブルラックのセパレータにはD種設置工事を施し、誘導電流を大地に逃がすことで、通信･制御ケーブルの障害を防止するのが基本となる。金属ダクトなどでは、仕切りに「C種接地工事」を施すのが基本であるが、ケーブルラックのセパレータは「金属ダクトの隔壁」ではないため、C種接地工事を求められることはない。
「電気設備技術基準 第167条」に定められている「低圧配線と弱電流電線等又は管との接近又は交差」によれば、電線と弱電流電線は、同一の「電線管」「線ぴ」「ダクト」「プルボックス」に敷設してはならないと定めている。
この除外規定として「隔壁にはC種接地工事をすれば良い」と定めているため、ケーブルラックにも同じ規定を準用すると考える事例が多いが、ケーブルラックは上記のどの工事にも該当していないため、適用外と考えられる。ケーブルラックによるケーブルの敷設は「ケーブル工事」である。
天井スラブや梁から、吊ボルトを使用してケーブルラックを敷設する場合、地震によって大きく揺れないよう、所定の間隔で振れ止めを敷設しなければならない。およそ1m以上の吊り下げを行うと、地震の揺れによって共振し、近接する天井内機器と接触するなどしてボルトが外れるなど、ケーブルラックの落下事故につながりやすい。
吊ボルトに対して、斜め方向に固定する支持材を入れて振れ止めを確保すると、揺れによる共振を低減できる。ケーブルラックの敷設方向に対してX方向・Y方向に一定間隔で固定し、地震時にどちらの方向にも抵抗するよう施工するのが有効である。
振れ止めを取らなければならない吊り下げ長さについては、「建築設備耐震設計・施工指針」を基準に、施工要領書などで確認・指示し、明確にしなければならない。
ケーブルラックは鋼材で構成されているため、寒暖によって大きく伸縮する。軽量化を図っているアルミ製のケーブルラックは、鋼製ケーブルラックよりも伸縮が大きいとされる。5m定尺のラックでは、鋼製の場合15mm程度、アルミ製の場合は25mm程度伸縮する。
ケーブルラックに対して、伸縮の逃げ寸法をまったく考慮せずに緊結すると、強度の弱いボルト接続部などで曲がりが生じるため、適切な部分に伸縮継手を設ける。直線部分であれば30m以内ごとに伸縮継手を設けると良い。
