遮断器の定格

回路遮断器の定義

回路遮断器とは、過電流やショートサーキットによって生じる損傷から電気回路を保護するため、電流の流れを遮断するように設計された装置です。

回路遮断器のショートサーキット遮断電流

これは、回路遮断器（CB）が接触部を開くまでに耐えられる最大のショートサーキット電流です。

ショートサーキット電流が回路遮断器を通過すると、遮断器の電流を伝導する部分に熱的および機械的なストレスがかかります。接触面積と導体部分が小さすぎると、絶縁部と導体部に永久的な損傷を与える可能性があります。

ジョウルの法則によれば、温度上昇はショートサーキット電流の2乗、接触抵抗、およびショートサーキットの持続時間に比例します。ショートサーキット電流は、遮断器が開いて障害が解消されるまで回路遮断器を通過し続けます。

回路遮断器における熱的ストレスはショートサーキット期間に比例するため、電気回路遮断器の遮断容量は動作時間に依存します。アルミニウムは160℃で軟らかくなり、機械強度を失うため、この温度はショートサーキット時のブレーカー接触部の温度上昇の限界として考慮されます。

したがって、回路遮断器のショートサーキット遮断容量または遮断電流は、ショートサーキットが発生してから解消されるまでの間に遮断器を通過できる最大電流であり、回路遮断器に永久的な損傷を与えないように定義されます。ショートサーキット遮断電流の値は有効値で表されます。

ショートサーキット時には、CBは熱的ストレスだけでなく、機械的なストレスにも深刻な影響を受けます。そのため、ショートサーキット容量を決定する際には、CBの機械的強度も考慮されます。

適切な回路遮断器を選ぶためには、その点でのシステムの障害レベルを決定することが必要です。電力送電の一部の障害レベルが決定されれば、そのネットワークの部分に適した定格の回路遮断器を選択するのが容易になります。

定格ショートサーキット作動容量

回路遮断器のショートサーキット作動容量は、有効値で表される遮断容量とは異なり、最大ピーク値で表されます。理論的には、障害が発生した瞬間、障害電流は対称障害レベルの2倍まで上昇する可能性があります。

障害状態のシステムで回路遮断器をオンスイッチングした瞬間、ソースに接続されたシステムのショートサーキット部分があります。回路遮断器によって閉じられた回路の最初の周期の電流は最大振幅を持ちます。これは対称障害電流波形の振幅の約2倍です。

遮断器の接触部は、障害時に遮断器が閉じたときの波形の最初の周期中の最高電流を耐えなければなりません。この現象に基づいて、選択された遮断器にはショートサーキット作動容量が定格されるべきです。

回路遮断器の定格ショートサーキット作動電流は最大ピーク値で表されるため、常に回路遮断器の定格ショートサーキット遮断電流よりも大きくなります。通常、ショートサーキット作動電流はショートサーキット遮断電流の2.5倍です。これは標準制御およびリモート制御の両方の回路遮断器に当てはまります。

定格動作シーケンス

これは回路遮断器の動作機構に対する機械的負荷要件です。回路遮断器の定格動作負荷シーケンスは次のように指定されています：

ここで、OはCBの開放操作を示します。COは直後に開放操作が行われる閉鎖操作時間を示します。t’は2つの操作間の時間で、初期条件を復元するために、または遮断器の導体部の過熱を防ぐために必要です。t = 0.3秒は、最初の自動再閉鎖のために意図された回路遮断器の場合です。

例えば、回路遮断器の定格動作サイクルは次のようになります：

これは、回路遮断器の開放操作が0.3秒後に閉鎖操作に続き、その後すぐに意図的な時間遅延なしで再度開放することを意味します。この開放操作後、CBは3分後に再度閉鎖され、その後すぐにトリップします。

定格短時間電流

これは、回路遮断器が一定時間内に安全に伝導できる電流の限界です。回路遮断器は、システム内で障害が発生した瞬間にショートサーキット電流をクリアするわけではありません。障害発生時とCBによる障害クリアリング時との間に、意図的および非意図的な時間遅延が存在します。

この遅延は、保護リレーの動作時間、回路遮断器の動作時間、またリレーに組み込まれている電力系統保護の適切な調整のための意図的な時間遅延により生じます。回路遮断器がトリップしない場合でも、次の位置にある回路遮断器によって障害がクリアされます。

この場合、障害クリアリング時間は長くなります。したがって、障害発生後、回路遮断器は一定時間ショートサーキット電流を伝導しなければなりません。すべての時間遅延の合計は3秒を超えてはならないため、回路遮断器は少なくともこの短期間、最大の障害電流を伝導できる能力を持つ必要があります。

ショートサーキット電流は、回路遮断器内部で2つの主要な影響を及ぼす可能性があります。高電流により、CBの絶縁部と導体部に高い熱ストレスが生じることがあります。また、高ショートサーキット電流は、回路遮断器の異なる電流伝導部に大きな機械的ストレスを生じさせます。

回路遮断器はこれらのストレスに耐えるように設計されていますが、ショートサーキット電流を指定された短期間を超えて伝導すべきではありません。回路遮断器の定格短時間電流は、少なくともその定格ショートサーキット遮断電流と同じです。

回路遮断器の定格電圧

回路遮断器の定格電圧は、その絶縁システムに依存します。400KV未満のシステムでは、回路遮断器は通常のシステム電圧の10%以上を耐えられるように設計されています。400KV以上のシステムでは、回路遮断器の絶縁は通常のシステム電圧の5%以上を耐えられるように設計されている必要があります。

つまり、回路遮断器の定格電圧は、最も高いシステム電圧に対応しています。これは、無負荷または小負荷条件下では、システムの電圧レベルがシステムの最高電圧評価まで上昇することが許可されているためです。