キュービクルとは？高圧受電設備の役割とメリット・注意点をわかりやすく解説

今回は、キュービクル式高圧受電設備について、その役割と構成、設置するメリットと気にするべきことを解説します。今後キュービクルの導入を考えている事業者の方にご一読いただきたい内容です。

キュービクルとは

キュービクルの正式名称は「キュービクル式高圧受電設備」といいます。高圧受電設備という電気設備の一種です。外見は金属製の箱ですが、その中には数々の機器が納められています。

発電所・変電所から流れてくる高圧（6,600ボルト）の電気を、商業施設や店舗、工場、オフィスビルなど、さまざまな施設で使用する100ボルトor200ボルトまで減圧する変電設備

キュービクルは工場や病院、オフィスビル等といった、電力を大量に消費する施設に設置されます。その理由は、契約電力が50kW以上の事業者に対して、キュービクルを含む高圧受電設備の設置が義務付けられているためです。キュービクルはこうした大型施設において、電力の安定供給に貢献しています。

高圧受電設備とは

キュービクルは高圧受電設備の一種と説明しましたが、そもそも「高圧受電設備」とは何のことかご存じでしょうか？

高圧受電設備とは、発電所から変電所を経て供給される高圧（約6,600V）の電力を、工場等の施設で使用できる電圧（100Vもしくは200V）まで降圧する設備を指します。高圧受電設備の役割を理解いただくために、電力がどのように私たちのもとに届けられているか解説します。

電気は発電所で生み出されますが、その電圧は25万V～50万Vと非常に高いものです。この電気は、電力事業者が運営する変電所を複数通過して各所へ送電されます。

ただし、生成されたすべての電気が使用者に届くわけではありません。なぜなら、送電線の電気抵抗によって送電ロスが発生するからです。送電ロスは電流値の二乗に比例するため、生成した電気を最大限活用するには、電流値が小さい状態で送電する必要があります。

そこで有効な手段が、高電圧での送電です。電力は電流と電圧の積ですから、同じ量の電力を送るうえで、「電流を小さくすること」は即ち「電圧を大きくすること」と同義です。実際、変電所から送電されてくる電力は基本的に高圧（6,600V以上）の状態であり、送電ロスを最小限に抑えています。

このように送電線の電気は高電圧の状態なのですが、この電気をそのまま利用することはできず、利用可能な低電圧（100Vもしくは200V）に変換しなくてはなりません。一般家庭や小型の商業施設などの場合、電柱に付帯している柱上変圧器にて、低電圧に変換したうえで電気を受け取っています。これを低圧受電といいます。

対して、膨大な電気を必要とする工場などの施設は、約6,600Vの高圧状態で電力を受け取ります。これを高圧受電といいます。

この場合、どのように低電圧に変換するのでしょうか？ここで活躍するのが高圧受電設備です。高圧受電設備は、高電圧の電気を受け取り、利用可能な電圧まで降圧する役割を持ちます。高圧受電設備があって、はじめて施設内で電力を利用できるのです。

高圧受電設備の種類

高圧受電設備には、「開放型」と「閉鎖型（キュービクル式）」の2種類があります。施設を運営する事業者は、開放型もしくは閉鎖型のどちらかを選択して利用することになります。

開放型

開放型は、構成する機器（変圧器、遮断機等）が露出したタイプの高圧受電設備であり、基本的に現地で組み立てられます。

閉鎖型

一方で、閉鎖型とは、構成機器を金属製の箱（＝キュービクル）に収納した高圧受電設備一式を指します。主に工場で組み立て作業が行われ、現地にはキュービクルに収納した状態で納められます。

キュービクルの構成

先ほどは、キュービクル式を含む高圧受電設備の役割について解説しました。この役割を果たすため、キュービクルには数々の機器が内蔵されています。ここでは、キュービクルを構成する主な機器を解説します。

外部構造

キュービクル式高圧受電設備は、金属製の外箱に覆われています。

この外箱には、風雨や直射日光、小動物の侵入等の外部リスクから設備を保護する役割があります。また、内部からの漏電や、これに伴う感電等の事故リスクを低減する役割も併せ持ち、設備の健全性維持と安全性向上に寄与します。

その他にも、内蔵されている計器類が示す各種計測値を観察できるようにガラス窓が設けられていたり、内部機器の熱を逃がすための換気口・ファンが付帯していたり等、設備の健全な利用のための機能が備わっています。

内部構造

続いて、外箱に納められている内部機器について解説します。キュービクルの内部機器は、大きく分けると次の要素で構成されます

1. 高圧受電盤
2. 動力・電灯変電盤
3. コンデンサー盤
4. 低圧配電盤

この他にも各所に計器類（電圧計、電流計など）が取り付けられており、運転状態の監視に役立ちます。

1.高圧受電盤

その名のとおり、高圧受電盤は約6,600Vの高圧電力を受電するための設備です。高圧ケーブルによって送電線と接続されています。

高圧受電盤には多大な電力が流れ込むため、過電流や漏電による万が一の事故を防ぐために、必要に応じて回路を開閉する機構を有しています。

2.動力・電灯変電盤

動力・電灯変電盤は、約6,600Vの高電圧を、施設内で利用可能な100Vもしくは200Vの低電圧に変換する設備です。特に電圧の変換（変圧）を行う機器を変圧器（トランス）といい、キュービクルの心臓部といわれています。

3.コンデンサー盤

コンデンサー盤は、施設内で使用する電力のエネルギー効率を高めるための機器です。発電所で生成された電力は送電線によってさまざまな施設へ送られていますが、常にこの電力を100%活用できるわけではありません。

キュービクルを含む高圧受電設備においては、変圧器を挟むことで電流と電圧に位相差が生じます。この位相差によって利用可能な電力が低減してしまい、結果としてエネルギー効率が落ちてしまうのです。

コンデンサー盤は、この位相差を低減する役割を持っており、送電線から受け取った電気を高効率で利用可能な状態に整えてくれます。

4.低圧配電盤

低圧配電盤は、変圧器で低圧にした電気を、施設内の各設備に配電するための機器です。キュービクル外に電気を供給するため、電線およびケーブルに接続されています。高圧受電盤と同様に、過負荷や短絡から機器を保護するために回路の開閉機構が設けられています。

キュービクルのメリット

ここまで、キュービクルの基本的な情報について解説しました。キュービクルの設置を検討するうえでは、そのメリットを十分理解しておく必要があります。ここでは、高圧受電設備の中でも特にキュービクルならではのメリットを紹介します。

• 安全性が高い
• 設置スペースを削減できる

安全性が高い

キュービクルのメリットは、何といっても外箱によって受電部や機器、回路が保護されているため、高い安全性を誇ることです。

高圧受電設備がむき出しであった場合、風雨や日光が設備に直接当たることで著しく劣化したり、漏電や短絡によって故障したりするリスクが高まります。対して、キュービクルはこれらのリスクを低減でき、加えて屋外も含めた幅広い場所に設置することができます。

また、外箱がない場合、小動物が設備に侵入してケーブルを嚙みちぎるリスクがあります。こういった事象によって予想外の事故につながることも多くあります。

しかし、キュービクルの場合は外箱が小動物の干渉を抑制してくれます。さらに、外箱があることで内部機器からの漏電を予防でき、周辺の作業員が感電するリスクを低減します。

外部事象によるリスク低減、および周辺の安全性確保により、キュービクル自体の健全性はもちろん、人の安全にも大きく貢献できるのです。

設置スペースを削減できる

キュービクルのメリットのもう一つは、設置スペースを削減できる点です。

キュービクルは高圧受電設備一式をコンパクトな箱にまとめているため、開放型と比べ、設置場所を最小限に抑えることができます。加えて、先に説明したとおりキュービクルは屋外にも設置できるため、建物内のエリアを圧迫せず、他の必要設備にスペースを割くことができます。

キュービクル導入の注意点

先ほどはキュービクルのメリットを紹介しました。逆に、注意が必要な点もあります。ここでは、キュービクル導入前に知っておくべきことについて解説します。

• 設置場所の基準がある
• 収納機器に寸法制限がある
• 拡張性を考慮する必要がある
• 設備の更新が必要になる

設置場所の基準がある

キュービクルの設置場所を選ぶうえでは、一定の基準を満たすことが求められます。

通常、キュービクルは屋外もしくは屋内の機械室に設置されますが、屋外の場合は結露等による内蔵機器の故障を防止するため、防水防塵対策を講じる必要があります。対して、屋内の場合は熱がこもって内蔵機器が故障しないよう、適切に機器の冷却および換気ができることを確認しておくことが必要です。

また、設置にあたって、消防法や建築基準法等の施設運用に関わる各種法令を遵守できることが前提になります。幅広い視点が必要になるため、まずは電気工事業者やメーカーに相談してください。

収納機器に寸法制限がある

キュービクルは機器を外箱に収納する都合上、収納できる機器のサイズに制限があります。一方で、施設内で多大な電力を使用する場合、その容量に応じて気このサイズが大きくなってしまい、キュービクル全体も大型になります。設置場所の寸法や周辺設備とのクリアランスも含めて、求めているキュービクルの性能と見合っているか事前に確認が必要です。

拡張性を考慮する必要がある

注意すべき事項の3点目は、先々の設備拡張を考慮する必要があることです。

キュービクルは、使用する電気の容量によってサイズが異なるとお伝えしました。では、「一度キュービクルを設置してみたけれど、施設規模の拡張・設備増大により、後から使用電力量が増大した場合」を考えてみてください。

増大した使用電力量によりますが、設置済みのキュービクルだけではまかないきれない可能性が出てきます。こうなるとキュービクルの設備拡張が必要になりますが、外箱のサイズや機器レイアウトが決まっている都合上、設備拡張には時間とコストを要します。

このような事態を避けるためには、後々の施設規模増大を見越して、拡張性を持たせてキュービクルを設計することが重要です。たとえば、キュービクル内に機器増設用の開閉器や空き回路を用意しておくことで、後から設備を拡張しやすくなります。

他にも、追加のキュービクル設置を考慮してスペースに余裕を持たせることも有効です。現状だけでなく、先も見据えてキュービクルを選定することに留意しましょう。

設備の更新が必要になる

注意すべき事項の4点目は、設備の更新が必要であるということです。

変圧器やコンデンサーといったキュービクル内の電気設備は経年劣化するため、いずれ部品の交換、もしくは設備一式の交換が必要になります。キュービクルの一般的な交換時期は15年～といわれていますが、使用状況によって前後します。

交換作業時には受電をストップさせる必要があるため、その間は施設内を停電させることになるでしょう。交換作業に伴う影響を事前に確認したうえで、計画的に設備の更新を行うことが必要です。

まとめ

今後キュービクルの導入を検討している方向けに、そもそもキュービクルとは何なのか、基本情報について解説しました。今回解説した内容の要点は次のとおりです。

• 「キュービクル」とは、工場や病院、オフィスビル等、多大な電力を使用する施設に設置される高圧受電設備の一種である。
• 「高圧受電設備」は、高電圧（約6,600V）で送電される電力を受け取り、施設内で使用可能な低電圧（100もしくは200V）まで降圧する設備である。
• キュービクルは、主に金属製の外箱、高電圧を受け取る高圧受電盤、高電圧を低電圧に変換する動力・電灯変電盤、電力のエネルギー効率を改善するコンデンサー盤、施設内の機器へ電気を送る低圧配電盤等で構成される。
• キュービクルならではのメリットは、外箱に収納されているため安全性が高く、設置スペースも削減できることである。
• キュービクルの設置を検討する中で、設置場所の環境や寸法、設備交換及び拡張性について注意が必要である。

キュービクルは、その安全性から開放型に比べて幅広い施設に導入されている高圧受電設備ですが、深く考えずに導入すると、後になって余計な時間とコストを費やすことになります。導入にあたっては、電気工事業者やメーカー等、専門家の意見をよく聞いたうえで判断しましょう。

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