気中遮断器とは何ですか? 適切な遮断器を選択するにはどうすればよいですか?

気中遮断器とは何か、そしてその仕組み

アン エアサーキットブレーカー (ACB) は、低電圧配電システム (通常は最大 1000 V AC または 1500 V DC の電圧で動作するシステム) における過負荷、短絡、および地絡から電気回路を搬送、切り替え、保護するように設計された電気保護装置の一種です。調整機能が限られた密閉型ユニットであるモールドケースサーキットブレーカ (MCCB) とは異なり、ACB は 630A ～ 6300A の範囲の大電流アプリケーション向けに構築されたオープンフレームデバイスで、包括的な調整可能な保護機能を提供し、交換することなく現場で保守および保守できる機能を提供します。

気中遮断器の動作原理は、消弧媒体としての空気に依存しています。故障状態でブレーカーがトリップすると、接点が分離し、接点間に電気アークが発生します。 ACB のアーク シュート (アークを分割、冷却、消滅させるために配置された一連の金属プレート) は、電流の流れが止まるまでアークを長くし、電圧降下を増加させ、熱エネルギーを放散することで、このアークを急速に消失させます。この空中でのアーク遮断により、ACB が真空遮断器 (真空遮断器でアークを遮断する) や SF₆ ブレーカー (六フッ化硫黄ガスを使用する) と区別されるため、ACB はアクセス可能で保守可能な低電圧主配電用途に推奨される技術となっています。

最新の気中遮断器には次の機能が装備されています。 電子トリップユニット (ETU) — ブレーカーに組み込まれたマイクロプロセッサベースの保護リレー — すべての相および中性点の電流を継続的に監視し、正確にプログラムされた保護曲線に基づいてトリップの決定を実行します。 ETU は、古い熱磁気トリップ機構をデジタル精度に置き換え、コンポーネントを交換せずに調整できる時間電流曲線、リアルタイムの電流測定とロギング、ビル管理および SCADA システムに統合するための通信インターフェースを提供します。

気中遮断器内の主要コンポーネント

ACB の内部アーキテクチャを理解することは、エンジニアがこれらのデバイスを正しく指定、試運転、保守するのに役立ちます。一般的な気中遮断器内の主な機能アセンブリは次のとおりです。

• 主な連絡先: 全負荷電流を連続的に流す銀合金または銅タングステンのコンタクトチップ。接点の形状は、溶接や過度の浸食を引き起こすことなく、大きな短絡電流によって生成される電気力学的力に耐えるように設計されています。
• アーク放電接点: メイン接点の前に形成され、その後に遮断される別個の接点セットにより、主な通電面ではなく犠牲アーク放電先端でアーク浸食が確実に発生します。この設計により、ブレーカーの動作寿命が大幅に延長されます。
• アークシュートアセンブリ: 脱イオンプレート (通常は鋼または銅合金) が各接点ペアの上に積み重ねられて配置されます。アークは磁気噴出力によってシュート内に押し込まれ、一連の複数の短いアークに分割され、急速に冷却されて消滅します。アーク シュートの設計は、ACB の遮断能力の主な決定要因です。
• 動作機構: 手動または電気モーターを介して充電し、瞬時にエネルギーを放出して接点を開閉する、エネルギーが蓄積されたスプリング機構。蓄積エネルギー設計により、接点の分離速度がオペレータの努力や制御電圧に依存しないことが保証され、一貫したアーク遮断性能が提供されます。
• 電子トリップユニット (ETU): デジタル保護モジュールには、変流器、信号処理回路、およびプログラム可能な保護機能が組み込まれています。最新の ACB の ETU は、真の RMS 電流を測定し、高調波を含む波形を正確に検出し、オプションの漏電、ゾーン選択的インターロック (ZSI)、およびアーク フラッシュ検出モジュールを使用して、標準として長時間、短時間、瞬間、および地絡保護を提供します。
• 引出し機構（引出し式の場合）： バスバーの電源を切ることなく、ACB をクレードルから引き抜いて隔離、テスト、または取り外しの位置にできるラッキング アセンブリ。これにより、分電盤をシャットダウンすることなくブレーカーのライブ メンテナンスとテストが可能になります。

気中遮断器の種類と設置形態

エアサーキットブレーカーには、固定式と引き出し式の 2 つの主な設置構成があり、それぞれ異なる運用要件とメンテナンス要件に適しています。

固定気中遮断器

固定 ACB は配電盤バスバーに直接ボルトで固定されており、電源を切って電源を切断しない限り、取り付け位置から取り外すことはできません。これらは低コストのオプションであり、ブレーカーの頻繁なメンテナンスや交換が必要になる可能性が低い場合、または運用に重大な影響を与えることなく保守のために電源をシャットダウンできる場合の設置に適しています。固定 ACB は一般に、小規模な産業用および商業施設の主入電ブレーカーとして、また中規模の複雑さの配電盤の送電フィーダとして使用されます。

引出式（引出式）気中遮断器

引き出し可能な ACB は、絶縁接点を介してバスバーに接続されるクレードルに取り付けられます。ブレーカーは、バスバーに通電したままにしてバスバーから切り離すなど、独立した位置にラックアウトすることも、検査、テスト、または交換のためにパネルから完全に取り外すこともできます。この構成は、病院の主配電、データセンター電力システム、産業プロセスプラント、公共変電所など、供給の継続性が最優先される重要な電力インフラストラクチャにとって不可欠です。供給を中断することなく、定期的なメンテナンス、トリップユニットのテスト、およびブレーカーの交換を実行できるため、引き出し可能な設計の高い資本コストを正当化する、運用上の大きな利点が得られます。

水平および垂直の取り付け方向

ほとんどの ACB は、電流が下から上に流れる水平取り付け用に設計されています (標準方向) が、パネル スペースの制約によりブレーカーを別の位置に配置する必要がある場合は、垂直取り付けタイプも利用できます。 ACB を指定し、定格どおりの方向に取り付けることが重要です。ACB を上下逆にしたり、指定されていない角度で取り付けると、アークを消イオンプレートに上向きに駆動するアーク シュートの能力が変化し、遮断能力が低下し、アーク持続時間が長くなる可能性があります。

ACB 定格の理解: 電流、電圧、遮断容量

ACB 定格を正しく解釈して適用することは、安全で準拠した設置の基本です。次の表は、主要な評価パラメータとその実際的な重要性をまとめたものです。

の 短時間耐電流(Icw) は、ゾーン選択的インターロックを使用するシステムの主な収入源 ACB にとって特に重要な格付けです。 ZSI スキームでは、入電側 ACB が意図的にトリップ応答を遅らせ、下流側の給電側 ACB が最初に障害を解消できるようにして、配電システムのより多くの稼働状態を維持します。この遅延は、受電器がダウンストリーム デバイスのトリップ時間 (通常は 100 ～ 400 ミリ秒) の間、損傷を受けることなく全故障電流に耐えなければならないことを意味します。したがって、高い Icw 定格を持つ ACB は、複雑な多層配電システムにおける識別に不可欠です。

電子トリップユニットによる保護機能

の electronic trip unit is the intelligence of a modern air circuit breaker, and understanding its protection functions is essential to commissioning an ACB correctly for the load and system it protects.

長時間保護（過負荷）

の long-time protection function (designated イル 現在の設定と tr 時間遅延の場合) は、持続的な過負荷に対して逆時間過電流保護を提供します。トリップ電流しきい値 Ir は ETU の定格電流の倍数 (通常は 0.4×In から 1.0×In まで調整可能) として設定され、時間遅延 tr はトリップするまでに過負荷が持続する時間を定義します。この機能は熱的にモデル化されており、1.2×Ir の短時間の過負荷は数分間耐えられますが、6×Ir の重い過負荷は数秒でトリップし、ケーブルと接続された機器の熱損傷曲線を厳密に反映しています。

短時間保護

短時間保護 ( イズド そして TSD ）は、過負荷しきい値を超え、瞬間しきい値を下回る故障電流に対して、一定時間の過電流トリップを提供します。意図的な時間遅延 tsd (通常 0.1 ～ 0.4 秒、選択可能) により、下流の保護デバイスが最初に動作し、障害のある回路が分離されている間、正常な回路への供給が維持されます。この機能は、カスケード配信システムにおける識別 (選択性) の基礎となります。

瞬時の保護

の instantaneous function ( いい ) 電流が非常に高いしきい値 (通常は 2×In ～ 15×In) を超えると、意図的な遅延なく ACB をトリップします。これは、バスバーと接続された機器を電気力学的および熱的損傷から保護するために直ちに解消する必要があるボルト付き故障を示します。 ZSI 方式の主受電器では、瞬間機能を無効にして、すべての高故障電流のクリアがフィーダ ブレーカーによって処理されるようにすることができます。フィーダ ACB では、短時間機能が障害を解決できない場合に、瞬時保護が最終的なバックストップを提供します。

地絡および漏電保護

地絡保護は残留電流 (すべての相電流と中性電流のベクトル和) を監視し、設定されたしきい値を超える地絡電流を検出するとトリップします。 3 線式システムでは、三相 CT を使用したコアバランス方式により、基本的な地絡検出が行われます。中性点CTを備えた4線式システムでは、より高感度な残留電流測定が可能です。オプションの漏電モジュールは、高リスク環境で人員を保護するために地絡感度を 300 mA 以下まで拡張し、IEC 60947-2 および現地の配線規制の要件を満たします。

システムに適切な気中遮断器を選択する方法

気中遮断器を選択するには、電気システムのパラメータ、保護要件、および動作上の制約を体系的に評価する必要があります。次の手順を順番に実行すると、完全で防御可能な ACB 仕様が作成されます。

• 定格電流 (In) を決定します。 ACB が保護する回路の全負荷電流を計算します。全負荷電流以上の定格電流を持つ ACB を選択し、回路の設計電流と一致するように ETU の長時間電流しきい値 Ir を設定します。利用可能な最大の ACB を単純に選択しないでください。定格電流を大きくしすぎると、接続されたケーブルや機器の保護感度が低下します。
• 予想される短絡電流 (PSCC) を確認します。 ACB の設置場所で利用可能な最大故障電流を計算または測定します。 ACB のサービス遮断容量 (Ics) は、この値以上である必要があります。主な収入源のアプリケーションの場合は、ACB の Icw 定格が、ZSI スキームで要求される期間にわたって PSCC を超えていることも確認します。
• システム電圧を確認します。 ACB の定格電圧 (Ue) が、供給当局によって定義された電圧許容差を含む公称システム電圧以上であることを確認します。
• 固定構成または撤回可能な構成を選択します。 回路の重要性とメンテナンス戦略を評価します。引き出し可能な ACB は、重要な施設のすべての収入者とバス カプラーに推奨されます。固定 ACB は、重要度の低いアプリケーションの発信フィーダ位置に許容される場合があります。
• ETU の機能と通信インターフェイスを指定します。 どの保護機能が必要か、特に地絡感度、漏電、ZSI 互換性を確認し、建物またはプラント管理システムに統合するために ETU が Modbus、Profibus、PROFINET、または別のフィールドバス プロトコルを介して通信する必要があるかどうかを確認します。
• 上流と下流のデバイスの区別を検証します。 メーカーの時間電流曲線ソフトウェアを使用して、選択した ACB が保護階層内でその上下のデバイスと正しく調整され、最小 PSCC から最大 PSCC までの故障電流レベルの全範囲にわたって選択性を提供していることを確認します。

エアサーキットブレーカーは、堅牢な機械設計、洗練されたデジタル保護、および高度な通信機能を単一のデバイスに組み合わせた、低電圧回路保護テクノロジーの最上位を表します。適切な電流定格、遮断容量、ETU 構成、および設置形式を使用してそれらを正しく指定すると、保護される配電システムが、重要な電気インフラストラクチャがその運用期間を通じて要求する安全性、信頼性、および保守性を確実に提供できるようになります。