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「配電盤の目的と機能」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。
配電盤とその機能
配電盤の役目は電気系統や電気機器の監視、制御および保護をするものであるので、監視制御用の機器(たとえば計器、継電器、開閉器類、制御調整器など)または主回路機器(しゃ断器、母線および主回路の電線など)の何れかあるいは両方を収容して、監視、制御、保護および保守に便利なようにまとめた機器の集合体であるということがいえます。
従ってわれわれが一般にいっている制御盤とか監視盤、コントロールデスクなども配電盤の中に含まれると考えられます。このように配電盤は機能的な面から見た場合と構造上から見た場合とで、いろいろな呼び名がありますが、配電盤とは上記のように電気系統全体を監視し、制御し、保護するもので、 これらの一部の機能をもたせるために作られた監視机も配電盤です。
上記の三つは配電盤の役目でもあり目的でもあり、また、果たすべき機能でもあるわけですが、この三つの内容をもう少し突込んでみると、
- 制御しようとするものの状態の監視および操作、制御、保護状態の監視機能
- 現在の動作状態の継続維持または他の状態への移行のための操作、調整を行う制御機能
- 異常または危険な状態から正常または安全な状態へ移行させるための保護機能
以上の三つが配電盤の機能であるが,これらの機能を効果的に果たすためには、
- 最もよく目的に適していること
- 故障が無く使いやすいこと
- 安価であること
などが具備すべき条件となります。なお、配電盤は人間にたとえると顔に相当するということがいわれますが、配電盤は人間と機器との仲介をするので、係員の心理的な面や人間工学的な面も考慮されなければなりません。
配電盤の種類
大きなビルや工場の配電盤になると前項で述べた三つの機能を一の盤に収容することは困難で、いくつかに分けられます。したがってそれぞれの持たせた機能によって名称や構造も異なってくるわけです。例えば構造による分類はJEM1121の大分類では、垂直自立形、垂直壁支持形、ベンチ形、デスク形、 コントロールデスク形などとなっています。
第1図はこれらの構造の略図を示したもので、第2図は小容量高圧受電用配電盤(キュービクル)です。次に機能上従来から呼ばれているものには、高圧閉鎖配電盤、低圧聞鎖配電盤(パワセンタまたはロードセンタ)、コントロールセンタ、その他の制御盤があげられます。
高圧閉鎖配電盤は一般に最も重要性の高いもので、ビルや工場、水処理、環境、発変電所補機などに広く用いられ、内部にはしゃ断器、母線、PT、CTなどがおかれ、盤の表面には計器や継電器などが取付けられています。低圧配電盤はパワセンタと呼ばれ、低圧電源の中心となるので、据付場所としても低圧負荷の中心近くが望ましい。このパワセンタも各分野に広く用いられており、ビルや工場などの低圧電源として300～2000 kVA程度のものが多く、 しゃ断器には気中しゃ断器が多く用いられています。最近では配電の近代化により使われているスポットネットワークプロテクタはこのパワセンタと同様な構造です。
コントロールセンタは低圧電動機、その他の負荷の開閉制御および保護を集中制御しようとするもので、多数のユニットごとにまとめられ、各ユニットは配線用しゃ断器と電磁開閉器がその主体となっています。
配電盤を機能させる各種の事項
配電盤の制御電源
制御電源には交流と直流とがあって、このいずれを採用するかは、その配電盤の重要性、経済性、保守など全体的に検討されたうえで決められますが、一般には交流電源は小容量の自家用受電設備に用いられ、直流電源は発変電所や大容量自家用変電所の制獅電源に用いられています。制御電源は電気系統を制御する電源ですので、常に安定した信頼性の高いものでなければなりません。一般に要求される条件としては、
- 被制御機器が確実に動作する電圧および容量を有していること
- 制御電源回路に故障を起こさないこと
- 電圧変動が小さいこと
このようなことから、特に重要な配電盤には蓄電池を用いた直流電源とする場合が多いです。したがって高圧閉鎖配電盤やパワセンタ、その他これと関連したコントロールデスク、 リレー盤などの制御電源は直流とする場合が多いです。しかし、直流電源によると蓄電池が必要となり、これを設置する場所や常時の保守など面倒であるので支障のない限り交流制御電源が用いられます。
コントロールセンタやその他一般の制御盤には交流の制御電源が用いられています。なお、コントロールセンタの場合、各ユニットごとに電源をもつ方式と、 1群の手ニットに共通した交流電源をもつ方式があります。
配電盤の絶縁抵抗
絶縁抵抗は配電盤だけでなく、電気機器については絶えず注意しながら監視していなければならない重要なことです。特に配電盤は電動機や変圧器と違って充電部の露出した部分が多いので、外気の条件に左右されることが多く、また、ほこりもそうですが特に湿度による影響は大きいので、配電盤には湿気を与えないようにするとともに、絶縁監視は他の機器より注意を払うことが必要です。
第3図は高圧閉鎖配電盤の主回路(高圧回路)と低圧回路(制御回路)の絶縁抵抗を湿度を変えて測定した一例です。配電盤は用途によって回路の構成、機器の種類などまちまちですので,、すべての配電盤の絶縁抵抗が湿度によって第3図のように変化するとはいえませんが、配電盤の絶縁抵抗は湿度の増加によってこのような傾向で低下していくものであるということはいえます。図において高圧回路では湿度が70%を超えると絶縁抵抗は急に低下していることがわかります。したがって周囲の湿度がこの程度以上増加していたなら、絶縁抵抗について要注意であることを意味していると考えます。
配電盤の試験
配電盤の試験には、次に述べるような各種の項目があります。
- 外観・構造点検
- 配線検査
- シーケンス試験
- 計器・継電器試験
- 機構動作検査
- 絶縁抵抗試験
- 絶縁耐力試験など
配電盤の試験を現地において行う場合、他の機器と異なる点は、配電盤は他の機器との電気的なつながりが多いので、安全には十分注意して、感電事故や機器の損傷などの事故を起こさないように連絡を密にして試験にあたることが特に大切です。
試験項目は一般には上記のとおりで、まず外観に損傷しているものはないか、不足品はないか、配線の引込みスペース、引込み電線の支持が可能か、その他日常の保守点検に支障ないかどうか、内部配線をチェックする場合にも端子記号を明記して容易にできることが必要です。
配電盤は電力供給の中心をなすもので何よりも信頼度の高いことが要求されますが、保守点検に対して取扱者に安全であることも大切なことです。したがって盤内の主回路には容易に触れて感電しないように絶縁板などによって保護されていなければなりません。また、盤が完全に閉鎖できない場合には、母線は絶縁して小動物や異物の侵入による事故を防止することも必要です。
