配線用遮断器の構造、性能、保護協調について | 音声付き電気技術解説講座

配線用遮断器の構造、性能、保護協調について旭化成エンジニアリング(株)　電気設計部　大川　美彦

配線用遮断器は取扱いが容易で、操作ハンドルによって安全に電気回路の開閉が行え、規定以上の過電流で自動的に電路を開路するように設計製作された低圧電路用保護機器である。本講では、配線用遮断器の構造、性能、保護協調について解説する。

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　第１図に示すように高速で接触子を開閉する開閉機構部、電流を遮断する際に発生したアークを消弧する消弧装置、過電流で開閉機構を作動させる引外し装置、電流の入・切を行う接触子などを絶縁物のモールドケースに収めたものである。

■第1図　配線用遮断器の構造■

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　消弧装置の原理は第２図に示すようにアークによって発生した磁束によりアークはグリッドの切欠きの奥のほうへ駆動され、このためアークは引き伸ばされ、グリッドによって分断され、冷却作用によってアーク抵抗が大きくなり、電源電圧がアーク電圧を維持できなくなり消弧する。

■第2図　消弧装置■

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（１）熱動 - 電磁式

　第３図に示すようにバイメタルが過電流によって発生するジュール熱により矢印方向にわん曲して、配線用遮断器の開閉機構に連動したトリップレバーとフックの係合を外しトリップさせる（熱動引外し）。また、短絡電流のように非常に大きな電流が流れると電磁石の可動鉄心が固定鉄心側に吸引され、フックの係合が外されトリップさせる（瞬時引外し）。

　以上から過電流引外し特性は、第４図に示すように熱動引外しによる時延特性（反限時特性）と電磁引外しによる瞬時引外し特性をもつ。

■第3図　熱動―電磁式引外し装置■

■第4図　過電流引外し特性■

（２）完全電磁式

　第５図に示すように時延引外し要素としてオイルダッシュポット付き電磁石を用いたものである。引外しコイルに過電流が流れると可動鉄心が矢印方向に制動スプリングに打ち勝って動き、固定鉄心に接近すると可動鉄片の磁束量が大きくなり固定鉄心側に吸引され、可動鉄片のラッチ軸に対応する部分で配線用遮断器のラッチを外しトリップする。制動油の粘性抵抗による可動鉄心の制動を利用して反限時特性が得られる。一方、非常に大きな電流が流れると漏れ磁束の増加のため可動鉄心がほとんど動かない状態でも可動鉄片が瞬時に吸引しトリップさせる。

■第5図　完全電磁式引外し装置■

（３）電子式

　第６図に示すように過電流検出、演算・制御、引外し指令などの機能が電子回路によって行われる。

　①　主回路に負荷電流が流れるとそれに比例した二次電流がＣＴ二次側に流れる。

　②　各相の二次電流を整流回路でそれぞれ整流し、それらに比例したアナログ信号を瞬時回路や相選択サンプリング回路へ送る。

　③　相選択サンプリング回路は各相信号をサンプリングし、Ａ/Ｄ変換器でアナログ信号をデジタル信号に変換する。

　④　マイクロコンピュータは各相ごとに実効値演算し、最大相の信号で長限時引外しやプレアラーム特性処理を行う。短限時引外しにはピーク値演算した値を用い、所定の時間後トリガ回路をＯＮさせる。

　⑤　瞬時回路は各相アナログ信号のピーク値が所定値を超えていれば瞬時にトリガ回路をＯＮさせる。

■第6図　電子式引外し装置■

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　接触子は定格通電時の温度上昇が低く、電流の開閉時に発生するアークで損傷することなく、極めて過酷な短絡電流の遮断、投入時のアークによって溶着、異常消耗がない良質な銀合金材料が選定されている。大容量の場合、第７図に示すように通電を目的とする主接点とアーク遮断を目的とするアーキング接点に分割されており、主接点は銀のパーセントが多い銀 - タングステン合金、銀 - グラファイト合金、銀 - ニッケル合金などが用いられる。アーキング接点はアークエネルギーによって消耗の少ないタングステンの多い銀 - タングステン合金系のものが用いられる。