遮断器操作

遮断器の定義

遮断器とは、障害から回路を保護するために電気接点を開閉する装置です。

したがって、遮断器は遅延なく信頼性を持って動作しなければなりません。この信頼性を確保するために、動作機構は一見してより複雑になっています。開閉時の動く接点の距離と速度は、遮断器の重要な設計パラメータです。

接点ギャップ、動く接点の移動距離とその速度は、遮断器の消弧媒体の種類、定格電流と定格電圧によって決定されます。遮断器の典型的な動作は特性曲線グラフで示されます。

このグラフでは、X軸はミリ秒単位の時間、Y軸はミリメートル単位の距離を表しています。

T0の時点で、閉鎖コイルに電流が流れ始めます。T1の時点で、動く接点が固定接点に向かって動き始めます。T2の時点で、動く接点が固定接点に触れます。T3の時点で、動く接点が閉位置に到達します。T3 - T2は、これらの2つの接点（動く接点と固定接点）の過負荷期間です。T3以降、動く接点は少し跳ね返りますが、その後再び固定閉位置に戻ります（T4の時点）。

次にトリップ操作について説明します。T5の時点で、遮断器のトリップコイルに電流が流れ始めます。T6の時点で、動く接点が接点を開くために後方に動き始めます。T7の時点で、動く接点がついに固定接点から離れます。時間 (T7 - T6) は重複期間です。

T8の時点で、動く接点は最終的な開放位置に戻りますが、ここでは機械的な振動により、最終的な静止位置にはまだ達していません。T9の時点で、動く接点が最終的に静止位置に到達します。これは標準的な遮断器とリモート制御遮断器の両方に当てはまります。

遮断器の開放動作要件

遮断器は接触腐食を制限し、故障電流を迅速に遮断するために速やかに開放しなければなりません。ただし、動く接点の移動距離は、遮断器が開放されているときに通常の絶縁ストレスと雷衝撃電圧に耐えられる十分な接点ギャップを維持する必要性によっても決定されます。

連続電流を流し、遮断器内でアーチングを一定期間維持する必要があるため、高導電性材料（銅など）で作られた主接点と、アーチ抵抗性材料（タングステンまたはモリブデンなど）で作られたアーチング接点という2組の接点を並列に使用する必要があります。

遮断器の開放動作中、主接点はアーチング接点よりも先に開放します。しかし、主接点とアーチング接点の電気抵抗とインダクタンスの違いにより、完全な電流交換、つまり主接点からアーチング接点への電流交換には有限の時間が必要です。

動く接点が閉位置から開位置へ移動し始めると、接点ギャップは徐々に増加し、その後ある時点で、次の電流ゼロ後に再アーチングを防ぐために必要な最小の導通ギャップを示す臨界接点位置に達します。

残りの移動距離は、接点間ギャップの十分な絶縁強度を維持し、減速のために必要です。

遮断器の閉鎖動作要件

遮断器の閉鎖動作中に以下のことが求められます。

動く接点は、プレアーチング現象を防止するのに十分な速度で固定接点に向かって移動しなければなりません。接点ギャップが減少すると、接点が最終的に閉じる前にアーチングが始まる可能性があります。

接点が閉じる際に、接点間の媒体が置き換えられるため、この遮断器動作中に十分な機械的な力を供給してアーチング室の絶縁媒体を圧縮する必要があります。

固定接点に衝突した後、動く接点は反発力により跳ね返ることがあります。これは望ましくありません。したがって、障害時の閉鎖動作による反発力を克服するために十分な機械エネルギーを供給する必要があります。

スプリング-スプリング機構では、一般的に閉鎖操作中にトリップまたは開放スプリングが充電されます。したがって、開放スプリングを充電するためにも十分な機械エネルギーを供給する必要があります。