配線用しゃ断器の役割と保護協調【電気設備】

電気設備

これだけは知っておきたい電気設備の基礎知識をご紹介します。このページでは「配線用しゃ断器の役割と保護協調」について、維持管理や保全などを行う電気技術者の方が、知っておくとためになる電気の基礎知識を解説しています。

配線用しゃ断器の役割

配線用しゃ断器は、交流600V以下または直流250V以下の電路の保護に用いるしゃ断器で、開閉機構、引外し装置などを絶縁物の容器内に一体に組立てたもので、常規状態の電路を手動または電気操作により開閉することができ、かつ過負荷および短絡などの際に自動的に電路をしゃ断する器具となっています。配線用しゃ断器は以前はNFBと呼ばれてきたましたが、現在ではMCBと呼ばれています。

配線用しゃ断器の利点と用途

MCBは性能がよく価格も安価に得られ、充電部は表面に露出せず安全に操作できるなど多くの利点をもっているため、現在ではほとんどMCBがヒューズに代わって使われています。

MCBの用途は電動機の電源用しゃ断器として、電灯分電盤のしゃ断用に、そのほか給電用の幹線または分岐回路のしゃ断器として広く用いられ、容量は定格電流600A、しゃ断容量50kAのものまで標準として作られています。

配線用しゃ断器の構造と動作

構造の断面は第1図の例に示すように、ハンドルには速断、速入用の開閉スプリングが取付けられており、開閉ハンドルを移動して開閉スプリングの作用線が開閉機構の死点を越えると、開閉スプリングの反転作用によってONまたはOFFの動作が行われるようになっています。過電流引外しは過負荷領域の反限時動作特性をもたせた熱動引外し装置と短絡領域の瞬時動作特性をもたせた電磁引外し装置があり、用途により両方の要素を備えたもの、或はそのうちの1つを備えたものがあります。第1図の例では両方の動作要素を備えています。反限時要素を備えた動作特性については電気設備技術基準で、次のように規定されているます。

配線用しゃ断器の構造
第1図 配線用しゃ断器の構造
  • 定格電流の1倍の電流で自動的に動作しないこと
  • 第1表の定格電流の区分に応じて、定格電流の1.25倍および2倍の電流を通じた場合において、それぞれ同表の動作時間内に自動的に動作すること

瞬時動作特性については、短絡電流が電磁コイルにより可動鉄片を一挙に吸引して熱動引外しのときと同じラッチを引外すようになっています。

配線用しゃ断器の動作特性

第2図はMCBの電流時間特性です。これはMCBを使用するうえから最も基本となるもので、保護しようとする対象機器または電路が、このMCBにより保護できるかどうかを検討するときに、被保護機器の許容電流時間特性をMCBの特性と比較し、MCBの特性が常に被保護機器の左側にあって、下回っていれば一応保護可能ということができます。しかし、例えば電動機の始動電流など、異常電流でない電流で動作しては困るので、これらの電流時間特性はMCBの特性より常に下回っていなければなりません。このことが保護協調といわれているものです。

MCBの電流時間特性
第2図 MCBの電流時間特性

配線用しゃ断器の保護協調と選定の条件

配線用しゃ断器と電磁開閉器との協調

普通電動機などの負荷の運転制御を行う場合、短絡電流は配線用しゃ断器で、過負荷電流は電磁開閉器のサーマルリレーで保護するのですが、短絡点の位置が配線用しゃ断器の出力端子であるか、電動機の端子であるかによって、短絡電流の大きさは大幅に異なる場合が多いです。その理由はコントロールセンタから電動機までのケーブルの長さが長く、そのインピーダンスが相当に大きいことがあるからです。最近のようにコントロールセンタによる集中制御が一般化している現状においては、MCB以降のインピーダンスが大きくなるため、電動機端子付近で短絡した場合は小電流短絡故障ということになり、MCBと電磁開閉器のサーマルリレーとの保護協調は一層重要なこととなってきます。

普通はMCBの瞬時要素によって短絡保護を考え、この場合の短絡はMCBの出力端子で発生した場合を想定し、電動機端子での短絡電流は考えないことが多いですが、電動機端子で短絡した場合はケーブルの長さにより小電流短絡故障となり、MCBの瞬時要素の範囲外となって、電磁開閉器の溶着、サーマルリレーの溶損を生ずることがあります。

電磁開閉器の開閉およびしゃ断電流は定格電流の約10倍前後、サーマルリレーは定格電流の約10~ 12倍ですが、MCBは電動機の始動電流では動作しないようにしているので、MCBの瞬時要素の最小動作値は電磁開閉器の保護限界外となることが多いです。したがってMCBにはサーマル要素付のものとし、これを適正な定格として、第3図のように電磁開閉器との協調をとることが必要です。

電磁開閉器との協調
第3図 電磁開閉器との協調

このように小短絡電流の領域においては電磁開閉器にとっては許容最大電流以上であるため電磁開閉器の接触子は反発力が働き、アークにより損傷して、これが電磁開閉器の短絡に発展してMCBの瞬時要素が動作することがあります。以上よりMCBの熱動―電磁の保護要素の決定にあたっては、コントロールセンタ内の配線のインピーダンス、サーマルリレーのインピーダンスなどまで考慮することが必要となります。

配線用しゃ断器選定上の注意事項

  1. その回路の最大負荷電流
  2. その回路の短絡電流(MCB出力端子における最大短絡電流と負荷端子における最小短絡電流)
  3. 負荷の種類,性質
  4. 保護の目的(短絡保護か,過負荷保護か)
  5. 回路方式
  6. 回路条件
  7. 不必要動作の防止(例えば電動機の始動電流などの電流で動作しないこと)
  8. 保護対象機器が十分保護できること。
  9. 同一回路の他のしゃ断器,電磁開閉器との保護協調は十分であること。

配線用しゃ断器は低圧回路に使用するしゃ断器としては理想に近いしゃ断器であるので、 この選定と運用に誤りがなければ安全で信頼度の高い電力の供給ができるものです。

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