真空サーキットブレーカを選択する前に確認すべき重要なパラメータは何ですか?

真空遮断器は何が違うのですか?

A 真空遮断器 (VCB) は、密閉された真空遮断器内で接点を分離することによって故障電流を遮断します。ガス分子が存在しないということは、接点間に形成されたアークがほぼ即座に (通常は接点分離後の最初の電流ゼロクロス内に) 消えることを意味します。オイル、エアブラスト、または SF6 サーキット ブレーカーと比較して、VCB はアーク消弧が速く、電気的寿命がはるかに長く (通常、定格電流で 10,000 回以上の動作)、メンテナンス要件が最小限で、火災や有毒ガス放出の危険がありません。これらの利点により、産業プラント、公共配電変電所、商業ビル、鉱山事業、再生可能エネルギー施設をカバーする 3.6 kV ～ 40.5 kV の範囲の中電圧開閉装置の主要な選択肢となっています。

VCB はその信頼性にもかかわらず、万能のデバイスではありません。電圧クラス、定格電流、短絡遮断容量、動作メカニズム、保護対象の負荷の特定の特性はすべて、特定の用途にどのブレーカーが適しているかに影響します。障害レベルに比べてサイズが小さかったり、負荷のタイプに適合しなかったり、開閉装置パネルと互換性のない VCB を選択すると、保護と機器の寿命の両方が損なわれます。このガイドでは、すべての重要な選択パラメーターを実際的な観点から説明します。

ステップ 1: システムの電圧と電圧クラスを確認する

最初の最も基本的な選択基準は、ブレーカーの定格最大電圧です。これは、スイッチングまたは障害イベント中の一時的な過電圧を含む、あらゆる動作条件下でブレーカー端子に現れる最高電圧以上である必要があります。 VCB は、IEC 62271-100 および ANSI/IEEE C37.04 によって定義された標準電圧クラスで製造されます。一般的なクラスには、中電圧アプリケーション用の 7.2 kV、12 kV、17.5 kV、24 kV、および 40.5 kV が含まれます。

公称システム電圧と正確に一致する定格のブレーカーを選択しないでください。定格最大電圧にはシステムの電圧許容差と過渡過電圧が考慮されているため、6.6 kV 配電システムでは 7.2 kV 定格ブレーカーを使用する必要があり、11 kV システムでは 12 kV クラスのブレーカーが必要です。同様に重要なのは、定格電力周波数耐電圧と定格雷インパルス耐電圧 (BIL) であり、接続されたネットワーク上の落雷やスイッチング サージによってブレーカーが課される誘電ストレスに耐えられることを確認します。

ステップ 2: 定格通常電流を決定する

定格通常電流とは、ブレーカーが接点、導体、端子の温度制限を超えることなく無期限に流すことができる連続電流です。この値は、適切な安全マージンを持って、保護対象の回路の最大連続負荷電流に一致させる必要があります。中電圧 VCB の標準定格電流は、630 A、1250 A、1600 A、2000 A、2500 A、および 3150 A です。

必要な電流定格を計算するときは、保護される最大のモーターまたは変圧器の全負荷電流に加えて、同じフィーダー上の追加負荷を考慮してください。変圧器フィーダの場合は、銘板の kVA だけではなく、一次電圧における変圧器の全負荷電流を使用してください。モーター フィーダの場合は、サービス係数と将来の負荷増加の可能性を含めます。計算された最大負荷電流より少なくとも 20 ～ 25% 高いヘッドルームを持つ電流定格を選択することをお勧めします。これにより、耐用年数にわたるブレーカー接点の厄介な熱劣化を回避できます。

ステップ 3: 短絡遮断容量を障害レベルに合わせる

短絡遮断容量 (定格短絡遮断電流または Isc とも呼ばれる) は、おそらく VCB の選択において最も重要な安全パラメータです。これは、遮断器の損傷や封じ込めの喪失なしに、遮断器が安全に遮断できる最大予想故障電流を定義します。設置箇所の実際の障害レベルがブレーカーの定格遮断容量を超える場合、ブレーカーは障害を遮断できず、その結果、アーク放電が継続し、真空遮断器が爆発し、開閉装置や接続された機器に致命的な損傷を与える可能性があります。

ネットワーク内の任意の点で予想される故障電流は、商用電源の電源インピーダンス、電源とブレーカー間のすべての変圧器とケーブルのインピーダンス、およびローカル発電機または大型モーターの影響を考慮した短絡調査を使用して計算する必要があります。中電圧 VCB の一般的な定格遮断電流は、16 kA、20 kA、25 kA、31.5 kA、および 40 kA (対称 RMS) です。障害レベルが増加する可能性のある将来のネットワーク強化シナリオを含め、定格遮断電流が設置場所で計算された予測障害電流を超えるブレーカーを常に選択してください。

密接に関係しているのは、定格短時間耐電流 (Ik) です。これは、ブレーカーが損傷することなく指定された期間 (通常は 1 秒または 3 秒) 流れることができる故障電流です。このパラメータは、上流保護の動作中に故障電流が流れる可能性があるバスセクションおよびバスカプラブレーカに関連します。

ステップ 4: 負荷のタイプとその選択への影響を理解する

負荷の種類が異なればスイッチング中に真空遮断器に異なるストレスがかかるため、回路に接続される負荷の性質は VCB の選択に大きく影響します。

モーター負荷

スイッチング高圧モーターは、最も要求の厳しい VCB アプリケーションの 1 つです。通電の瞬間、モーターには全負荷電流の 6 ～ 8 倍の突入電流が流れます。さらに重要なことは、走行中のモーターのスイッチがオフになると、崩壊する磁場によってチョッピング過電圧または仮想電流チョッピング過渡現象として知られる電圧スパイクが発生することです。モーターのスイッチングデューティ用に選択された VCB は、これらの過電圧を最小限に抑えるために、低いチョッピング電流レベル (通常は 5 A 未満) を持つ必要があります。多くのメーカーは、頻繁なモーターのスイッチング (IEC 62271-100 によるクラス M2) に特化した定格の VCB を提供しており、10,000 回以上の無負荷動作および 2,000 回以上の全負荷スイッチング動作の耐久定格を備えています。サージアレスタまたは RC スナバ回路も、追加の過電圧保護手段として、モータ スイッチング VCB の負荷側に適用されるのが一般的です。

トランスとコンデンサのバンク負荷

変圧器に通電すると、高い DC オフセットを伴う突入電流が生成され、数サイクルで変圧器の定格電流の 8 ～ 12 倍に達する可能性があります。瞬間過電流保護があまりにも敏感に設定されている場合、VCB は不要なトリップを起こすことなくこの突入に耐えることができなければなりません。コンデンサバンクの切り替えは別の問題を引き起こします。初期突入電流は、真空遮断器に誘電的なストレスを与える非常に高周波の過渡状態です。コンデンサ バンクのデューティについては、ピーク突入電流とその周波数の両方を指定する連続コンデンサ スイッチング定格を持つ VCB を選択し、遮断器が容量性電流の再点弧なしの遮断を処理できることを確認します。

ステップ 5: 適切な操作メカニズムを選択する

動作機構は、信頼性の高いアーク遮断と接触圧力を達成するために十分な速度と力でブレーカの接点を開閉するのに必要なエネルギーを蓄積および放出します。最新の VCB の 2 つの主要な機構タイプは、スプリングチャージ機構と磁気アクチュエータ (永久磁石) 機構です。

• スプリングチャージ機構 電気モーターまたは手動によって充電される機械バネにエネルギーを蓄積します。これらは堅牢であり、数十年の使用実績で実証されており、補助電源が失われた後でも、充電されたスプリングから閉開 (CO) 動作を実行できます。これらは、ほとんどの実用および産業用途にとって標準的な選択肢です。
• 永久磁石アクチュエータ (PMA) 機構 コイルパルスからの電磁力を使用して接点を開閉し、継続的な電力を供給しなくても永久磁石が接点を所定の位置に保持します。 PMA は、スプリング機構よりも可動部品がはるかに少なく、非常に高い機械的耐久性 (最大 50,000 回の操作)、非常に高速で安定した動作時間、および潤滑や調整の必要性が事実上ありません。これらは、頻繁なモーターのスイッチング、再閉動作、スマート グリッド オートメーションなどのハイサイクル アプリケーションに最適です。

操作機構の補助電源電圧 (通常は 110V DC、220V DC、または 230V AC) は、開閉装置パネルで利用可能な制御電源と一致する必要があります。コストのかかる改造を避けるために、仕様の段階でこれを確認してください。

主要な選択パラメータの概要

次の表は、主な選択パラメータと、仕様プロセス中に各パラメータが回答する質問をまとめたものです。

準拠規格とパネルの互換性

VCB は単独で動作するのではなく、開閉装置パネル (屋内または屋外、固定または引き出し式) に統合されており、それ自体が設置国および分野の関連規格に準拠している必要があります。ブレーカーは、一次接続の形状、二次端子のレイアウト、ラックまたは引出し可能なキャリッジの寸法が一致し、パネルと寸法的および電気的に互換性がなければなりません。 IEC 62271-100 は、AC サーキットブレーカーの型式試験と定格特性を管理する主要な国際規格です。北米では、ANSI/IEEE C37.04、C37.06、および C37.09 が高電圧サーキット ブレーカーの定格とテストを管理します。

特定のブレーカーモデルが認定された独立実験室で該当する規格に基づいてテストされていることを確認する型​​式テスト証明書を必ずメーカーに要求してください。単に銘板の定格が一致しているかどうかではなく、テストの電圧、電流、および遮断容量がアプリケーションの要件と一致しているか、それを超えていることを確認してください。重要なインフラストラクチャ、ユーティリティグレード、または輸出プロジェクトの場合は、ブレーカーとその開閉装置パネルが、KEMA、CESI、または CPRI テストレポートなど、エンドユーザーの仕様で必要な認証を取得していることを確認してください。これらのパラメータに厳密な注意を払って選択された VCB は、最小限の介入でネットワークを 25 ～ 30 年間確実に保護します。