キュービクルとは|中の機器の役割と点検、電気主任技術者の仕事

工場の脇にフェンスで囲って置かれた屋外キュービクル

工場の敷地の隅や屋上に、腰より高い灰色の金属箱が置かれ、扉には「高電圧危険」の表示が貼られています。年に一度、その箱の点検のために工場全体の電気を止める日があり、生産部門と日程を調整した経験のある人もいるはずです。

この箱がキュービクルで、電力会社から高圧の電気を受け、工場で使える電圧に下げて配る設備です。中には電気を切る機器、測る機器、事故から守る機器が詰まっており、法律にもとづく点検と、電気主任技術者による保安の監督がセットになっています。

この記事では、キュービクルが必要になる条件、中の機器の役割と電気の流れ、主遮断装置の2つの形式、月次・年次点検の中身、電気主任技術者の仕事、事故と更新の考え方という順で整理します。

目次

キュービクル(高圧受電設備)とは

扉を開けたキュービクル内部の変圧器や遮断器

キュービクルは「キュービクル式高圧受電設備」の略称です。東京電力の資料では、高圧で受電するための機器と変圧器、コンデンサ、保安装置などの一式を一つの金属製の外箱に収めた受電設備と説明されています。

受電設備には、専用の電気室に機器を並べる形式もあります。キュービクルは機器を簡素化して箱に収めるため床面積が小さく、専用の部屋を設けなくても地下室や屋上、構内の空きスペースに置けるのが利点です。

外箱は接地(大地とつなぐ工事)された金属製で、機器一式がその中に収まっているため、人が充電部に近づく危険が少なくなります。内部の機器が簡素化されているぶん保守点検がしやすい点も、同じ資料で挙げられています。

図1:配電線からキュービクルを通って工場へ

電柱の高圧配電線から受けた電気を、キュービクルで使える電圧に下げて工場内へ配ります。

高圧配電線キュービクル工場の設備 6,600Vで受電切る・測る・下げる100V・200Vなど

※柱上の小さな箱は区分開閉器(責任分界点の開閉器)。工場内で使う電圧は設備によって異なります。

なぜ工場にキュービクルが必要なのか

家庭や小さな店舗は、電柱の上の変圧器で100V・200Vに下げた電気を受け取ります。使う電力が大きい工場では、電力会社から6,600Vの高圧のまま受け取り、自分の敷地内で電圧を下げる設備を自前で持つ必要があり、その設備がキュービクルです。

中小機構のJ-Net21は、契約電力が50kW以上であればキュービクルを自前で設置して6,600Vで受電し、100Vや200Vに降圧する必要があると説明しています。50kWは契約上の目安なので、増設などで境目に近い工場は、電力会社や電気工事会社に確かめておくと安心です。

法律の面では、電力会社から600Vを超える電圧で受電する設備は「自家用電気工作物」として電気事業法の規制を受けます。経済産業省の案内では、設置者に次の3つが義務づけられています。

  • 技術基準に適合するように設備を維持すること(法第39条)
  • 保安規程(保安のための社内ルール)を定めて国に届け出て、守ること(法第42条)
  • 電気主任技術者を選任して国に届け出ること(法第43条)

キュービクルを置く工場は、電気の保安を自社の責任で担う立場に立ちます。受電電圧が1万V以上になると、工事計画の事前届出なども加わります。

図2:低圧受電と高圧受電の違い

高圧で受けると、電圧を下げる設備と保安の責任が自社側に移ります。

低圧受電
高圧受電
主な受電先
住宅、小規模な店舗・事務所
工場、ビル、病院、学校など
受け取る電圧
100V・200V
6,600V(600V超)
電圧を下げる設備
電力会社の柱上変圧器
自社のキュービクル(受電設備)
法律上の区分
一般用電気工作物など
自家用電気工作物
設置者の義務
保安規程の届出や主任技術者の選任は不要
保安規程の届出、電気主任技術者の選任、定期点検

※契約電力50kW以上が高圧受電の目安(J-Net21)。600V超の受電が自家用電気工作物(経済産業省)。

高圧で受けると、電気料金の仕組みも変わります。電力会社が30分ごとの平均使用電力を記録する計器を取り付け、契約電力500kW未満ではその月と過去11か月で最も大きい値が契約電力になります。

一度のピークが1年間の基本料金に響くため、ピークを抑える工夫が欠かせません。対策は工場のデマンド電力を下げる方法で詳しく扱っています。

キュービクルの中の機器と電気の流れ

キュービクルの中は、電気が流れる順に機器が並んでいます。電気の流れを1本の線で表した「単線結線図」に沿って見ると、どの機器が何のためにそこにあるのかが追いやすくなります。

図3:単線結線図で見るキュービクルの機器の並び

上から下へ、電気は「受ける→測る→切り離す→遮断する→電圧を下げる→配る」の順に通ります。

受ける区分開閉器(PAS・UGS)責任分界点に置く開閉器。構内の地絡事故などで開き、配電線への波及を防ぐ
6,600V
測る取引用計器(VCT)電力会社が設置する、料金計算用の計量装置
切り離す断路器(DS)電流は切れない。点検時に回路を目に見える形で開く
遮断する主遮断装置(VCB または PF付きLBS)保護継電器の指令やヒューズで、事故電流を切る
下げる変圧器6,600Vを工場で使う100V・200Vなどに変える
100V・200Vなど
配る低圧配電盤(MCCB)配線用遮断器で回路ごとに分け、各設備へ送る
保護継電器・計器用変成器電流・電圧を測り、異常を見つけて遮断器を動かす
避雷器雷による異常な電圧を大地へ逃がす
進相コンデンサモーターなどで下がった力率を改善する

※機器の構成や順番は設備によって異なります。東京電力「高圧受電設備について」の機器説明をもとに作成。

受ける・測る:区分開閉器と取引用計器

最初の関門が区分開閉器で、架空線で引き込む場合はPAS、地中線で引き込む場合はUGSと呼ばれます。電力会社と需要家の設備の境目である責任分界点に置かれ、構内で地絡(電気が大地へ漏れる事故)や過電流が起きると開いて、周辺の配電線を守ります。

責任分界点の位置は、電力会社との契約で決まります。自社の設備がどこから始まるのかは、受電設備の図面や契約書類で一度確かめておくと、事故時の連絡がスムーズです。

その先のVCTは、取引用の使用電力を測るために電力会社が設置する計量装置で、計器用変圧器(VT)と変流器(CT)を組み合わせた構造です。自社の保護や監視に使うVT・CTや、地絡を検出するためのZCT(零相変流器)も別に置かれています。

切り離す・守る:断路器、遮断器、保護継電器

断路器(DS)は、電流を切る能力を持たず、電気が止まった状態で回路を開くための機器です。点検や修理のときに開いておくことで、万一遮断器が入っても作業者に電気が届かないようにします。

事故の電流を実際に切るのが主遮断装置です。真空遮断器(VCB)は真空中でアークを消すため小形で寿命が長く、保護継電器が過電流や地絡を検出すると、その指令で回路を切ります。もう一つの方式が、限流ヒューズ付きの高圧負荷開閉器(PF付きLBS)です。

屋外から入ってくる雷の影響に備えるのが避雷器で、異常な電圧を大地へ逃がして機器の絶縁を守ります。保護の考え方は低圧側でも同じで、配電盤のNFB(配線用遮断器)とELB(漏電遮断器)が回路ごとの過電流や漏電を受け持ちます。

電圧を変える・整える:変圧器と進相コンデンサ

変圧器は6,600Vを100Vや200Vに下げる機器で、照明やコンセント用の単相変圧器と、モーター用の三相変圧器を分けて置く構成がよく見られます。工場のモーターが三相で動く理由は三相交流の基本で整理しています。

進相コンデンサは、モーターなどの負荷で遅れた電流を打ち消し、力率を改善するための機器です。力率が上がると配線や変圧器の損失が減り、変圧器の容量を有効に使えるようになります。

主遮断装置の違い:CB形とPF・S形

キュービクルは、主遮断装置に何を使うかで「CB形」と「PF・S形」に分かれます。銘板や図面でこの言葉を見かけたら、事故の電流をどの機器で切る設計なのかを表していると考えるとつかみやすくなります。

図4:CB形とPF・S形の比較

CB形は遮断器と保護継電器、PF・S形はヒューズと開閉器で事故電流を切ります。

CB形
PF・S形
主遮断装置
真空遮断器(VCB)
限流ヒューズ付き高圧負荷開閉器(PF付きLBS)
事故の検出
保護継電器が過電流・地絡を検出して遮断器を開く
短絡電流で限流ヒューズが溶けて回路を切る
ヒューズ溶断時
-
引外し装置で3相を同時に開き、欠相運転を防ぐ
向いている設備
容量の大きい受電設備
比較的容量の小さい受電設備
点検で見る点
継電器の動作特性と遮断器との連動
ヒューズの状態と開閉器の動作

※形式ごとの適用範囲は規格(JIS C 4620)や設備の条件で決まります。地絡保護は別に継電器を組み合わせるのが一般的です。

CB形は保護継電器と組み合わせて過電流や地絡を検出するため、点検では継電器の動作特性と遮断器との連動を毎年確かめます。PF・S形は短絡をヒューズで切る簡単な構成で、どちらを選ぶかは受電容量と保護の考え方で決まります。

キュービクルの点検:月次点検と年次点検

絶縁用手袋を着けて絶縁抵抗計で測定する手元

キュービクルの点検は、設備を動かしたまま行う月次点検と、主に停電して行う年次点検の2本立てです。どちらも点検の内容と頻度は保安規程に書かれており、外部に委託する場合は経済産業省の内規と告示が要件を定めています。

月次点検:運転中に五感と測定で確かめる

月次点検は設備が運転中の状態で行う点検で、内規では異音・異臭・損傷・汚損の有無、機器の取付け状態や過熱、接地線の状態などを見る外観点検が求められています。あわせて電圧と負荷電流を測り、B種接地線に流れる漏えい電流から低圧回路の絶縁状態を確かめます。

点検の担当者は、設置者や現場の従業員に「最近おかしなことはなかったか」を聞く問診も行います。ブレーカーがよく落ちる、焦げたにおいがしたといった現場の声が、異常の早期発見につながるからです。

頻度は告示で原則として毎月1回以上と定められています。ただし、責任分界点に地絡保護付きの開閉器があり、絶縁状態を常時監視する装置を付けた設備などは隔月1回以上と、設備の条件によって間隔を延ばせる仕組みになっています。自社の頻度は保安規程と委託契約で確かめてください。

年次点検:停電して中まで確かめる

年次点検は原則1年に1回、設備を停電させて行う点検です。内規では、絶縁抵抗と接地抵抗の測定、保護継電器の動作特性試験と遮断器との連動試験、非常用発電機の自動起動の確認などが求められています。

信頼性が高く、停電しなくても同等の点検が毎年行われている機器については、停電点検を3年に1回以上にできる運用も2021年に明確化されました。それでも多くの工場では、年に一度の停電日が生産計画に組み込まれています。

図5:年次点検(停電点検)の1日の流れ(例)

工場側の準備と、電気主任技術者・委託先の作業が交互に進みます。

事前準備(工場側)
01停止設備の洗い出し止まる設備、冷凍・保温など止められない設備を確認
02停電時間の調整生産部門・協力会社と日時を決め、社内に周知
03停止前の処理PCのデータ保存、装置を安全な状態で止める
当日(電気主任技術者・委託先)
04停電・接地手順書どおりに開閉器を開き、検電して接地を取り付ける
05清掃・測定清掃と外観点検、絶縁抵抗・接地抵抗の測定
06継電器・連動試験保護継電器の動作と遮断器が連動して開くかを確認
復電後(工場側)
07復電・立ち上げ接地を外して復電。設備を順に起動し、異常がないか確認
08報告を受ける点検結果の報告と、修理・更新の助言を受けて記録を保存

※工場側の作業は一例です。停電・復電の手順は保安規程と電気主任技術者の指示に従います。

工場側の担当者がやること

停電点検で工場側が苦労するのは、止めてはいけない設備の洗い出しと、復電後の立ち上げです。冷凍庫や恒温槽、サーバー、消防設備など、止まると困るものを事前に一覧にし、非常用電源や仮設電源の要否を主任技術者と相談しておきます。

復電後は、モーターや空調を一斉に起動すると電流が集中するため、順番を決めて立ち上げるのが安全です。作業中の機械側の安全確保には、ロックアウト・タグアウト(LOTO)の考え方も役立ちます。

電気主任技術者の仕事と選任の4つの方法

電気主任技術者は、自家用電気工作物の工事・維持・運用について保安の監督をする国家資格者です。経済産業省の案内では、工事や運用に従事する人は主任技術者が保安のために出す指示に従わなければならないとされており、社内の役職とは別の重い立場が与えられています。

免状は第一種から第三種まであり、監督できる範囲が電圧で分かれています。電気技術者試験センターによると、第三種は電圧5万V未満(出力5千kW以上の発電所を除く)が対象で、6,600Vで受電する一般的な工場のキュービクルは第三種、いわゆる電験三種の範囲に入ります。

図6:電気主任技術者を確保する4つの方法

自社で人を置くか、外部の専門家に委託するかで手続きが変わります。

① 有資格者を選任電気主任技術者免状を持つ社員を選任し、国に届け出る(法第43条)
② 許可を得て選任免状はないが電気工事士など一定の知識を持つ人を、国の許可を得て選任
③ 兼任別の事業場で選任している主任技術者に、国の承認を得て兼ねてもらう
④ 外部委託電気管理技術者(個人)や電気保安法人に保安業務を委託。国の承認が必要

※経済産業省「自家用電気工作物に係る手続のご案内」をもとに作成。手続き先は設置場所を管轄する産業保安監督部です。

保安規程と主任技術者の日常業務

保安規程は、会社や工場の単位で定める電気保安のルールブックです。巡視・点検・検査の方法、運転や操作の手順、従業員への保安教育、災害時の措置、記録の残し方などを具体的に書き、国に届け出ます。

社内で選任された主任技術者は、この規程にもとづいて点検計画を立て、工事の立会いや設備の増設時の確認、事故時の対応を指揮します。設備保全の担当者が兼ねることも多く、設備保全に必要な資格の中でも電験三種は評価されやすい資格です。

電験三種を通信講座で学ぶ場合は、SATの電験三種講座の内容と受講料も比較材料にできます。

外部委託:多くの中小工場が選ぶ方法

社内に有資格者がいない工場では、電気管理技術者や電気保安法人に保安管理業務を委託するのが一般的です。委託先は月次・年次点検を行い、技術基準に合わない点やそのおそれを見つけたら、修理や改造を設置者に指示・助言します。

内規では、委託先が事故などの際に2時間以内に到達できることも要件になっています。ただし委託しても、設備を持つ設置者としての責任は工場側に残るため、点検報告を受けて記録を保存し、指摘された修理を予算化するのは工場側の仕事です。

キュービクルで起きる事故と更新の目安

構内の電柱に取り付けられた区分開閉器と引込ケーブル

キュービクルの事故で特に避けたいのが波及事故です。自社の設備の事故が配電線に広がり、近隣の工場や住宅まで停電させてしまう事故で、損害賠償や信用の問題にも発展します。

東京電力パワーグリッドの資料によると、同社管内の自家用波及事故は2023年度に77件で、前年度から13件増えました。事故の起きた設備では、ケーブル関係が33件、区分開閉器が20件、負荷開閉器・遮断器・断路器などの機器類が10件でした。

注目したいのは事故の起きた場所で、77件のうち73件は主遮断装置より電源側、つまり遮断器の保護が届かない範囲に集中していました。

図7:波及事故の大半は主遮断装置より電源側で起きている

雷マーク1つが約5%。20個中19個が、遮断器では守れない場所での事故です。

自家用波及事故77件のうち73件(95%)が主遮断装置の電源側で発生

※東京電力パワーグリッド管内、2023年度(令和5年度)。同社「令和6年度 自家用電気工作物設置者及び電気主任技術者セミナー資料」より。

同じ資料は、ケーブル事故33件のうち自然劣化と保守不完全で78%を占め、区分開閉器は雷による内部の絶縁破壊が多いと分析しました。区分開閉器は施設から10年以上たった機器に故障が多いとされ、対策として同資料は避雷器内蔵型への更新や定期的な取り換えを勧めています。

更新の目安は年数と診断の組み合わせで考える

日本電機工業会(JEMA)の「受変電設備 保守点検の要点」は、普通点検を1〜3年に1回、機器を分解する精密点検を6年に1回とする例を示しました。更新推奨時期の例としては、特別高圧の真空遮断器で20年、油入変圧器で25年が挙げられ、その数年前に診断を入れる計画例も載っています。

こうした年数は、使用環境や開閉回数、劣化診断の結果と合わせて判断する目安です。変圧器は近年、データセンター需要などで納期が延びた時期もあったため、変圧器不足の背景も踏まえ、更新は数年前から計画に入れておくと慌てずに済みます。

異常に気づいたときの動き方

キュービクルから普段と違う音やにおいがしても、工場側の担当者が扉を開けて中を確かめるのは危険です。高圧の充電部は近づくだけで感電のおそれがあるため、近づかずに主任技術者へ連絡し、指示を待つのが基本の動き方になります。

図8:キュービクルの異常に気づいたときの対応(例)

触れずに離れ、連絡し、主任技術者の指示で動く。初動の詳細は保安規程に従います。

気づく異音・異臭・変色・発煙、ブレーカーの頻繁な作動など
近づかない扉を開けない、触れない。周囲の人も遠ざける
連絡する保安規程で決めた連絡先(主任技術者・委託先)へ
指示を受ける停電操作や設備停止は主任技術者の判断で行う

※火災や人身事故のおそれがある場合は、消防・救急への通報を優先します。

連絡先は、キュービクルの扉の内外や事務所の見やすい場所に掲示しておくと、夜間や休日にも迷わずに済みます。日常の巡回で気づいた小さな変化をメモしておくと、月次点検の問診で伝えやすくなります。

キュービクルのよくある質問

低圧で受電している工場にもキュービクルは必要ですか?

必要ありません。キュービクルは高圧で受電するための設備で、600V以下の低圧で受電する工場は電力会社の柱上変圧器で下げた電気を使います。設備の増設で契約電力が50kW以上になると、高圧受電への切り替えとキュービクルの設置が必要になる場合があります。

電験三種でキュービクルの保安を担当できますか?

担当できます。第三種電気主任技術者は電圧5万V未満の事業用電気工作物を監督でき、6,600Vで受電する一般的な工場のキュービクルはこの範囲に入ります。

キュービクルの扉を開けて中を見てもよいですか?

点検の資格や指示がない人は開けないでください。中には6,600Vの充電部があり、近づくだけで感電するおそれがあります。扉の開閉や中の操作は、保安規程に従い電気主任技術者の指示のもとで行います。

キュービクルの点検はどこに頼めばよいですか?

社内に電気主任技術者がいない場合は、電気管理技術者(個人事業者)や電気保安法人に保安管理業務を委託するのが一般的です。委託には設置場所を管轄する産業保安監督部の承認が必要なので、承認手続きの経験がある委託先に相談すると進めやすくなります。

まとめ

この記事のまとめ
  • キュービクルは高圧で受けた電気を工場で使う電圧に下げて配る受電設備を、金属箱にまとめたもの
  • 600V超で受電すると自家用電気工作物になり、保安規程の届出と電気主任技術者の選任が必要
  • 中では区分開閉器・断路器・遮断器・変圧器などが、受ける・切る・守る・下げるの順に並ぶ
  • 点検は運転中の月次点検と、原則年1回の停電による年次点検の2本立て
  • 波及事故の多くは主遮断装置より電源側で起き、ケーブルや区分開閉器の劣化対策と計画的な更新が要

キュービクルは、電気の知識と工場の生産計画の両方が交わる設備です。関連する職種は設備保全や電気・電子設計で、工場の電気を省エネの面から管理するエネルギー管理士の仕事ともつながっています。

出典

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MONOSCOPEの運営者

プラント機器メーカーとプラントメーカーで約10年、設備の提案・設計・試運転に携わったのち、Webマーケターに転身。現在はBtoB製造業専門のWebコンサルタントとして、メーカーの情報発信を支援しています。エネルギー管理士/第三種電気主任技術者。工業技術ブログを2017年から運営(500本以上執筆)、YouTube登録者約2万人、Xフォロワー約1万人。

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