回路遮断器の選択と設定計算の完全ガイド
回路ブレーカーの選択と設定方法
1. 回路ブレーカーの種類
1.1 エア・サーキットブレーカー (ACB)
モールドフレームまたはユニバーサルサーキットブレーカーとも呼ばれる。すべての部品は絶縁金属フレーム内に取り付けられている。通常、オープンタイプで、接触部や部品の交換が容易であり、様々なアクセサリーを装備できる。ACBは主電源スイッチとして一般的に使用される。過電流トリップユニットには電磁式、電子式、インテリジェントタイプがある。長時間遅延、短時間遅延、瞬時、接地障害という4段階の保護を提供し、各保護設定はフレームサイズに基づいて調整可能。
ACBは、定格電圧380Vまたは660V、定格電流200Aから6300Aの50Hz交流ネットワークに適している。主に配電と過負荷、低電圧、ショートサーキット、一相接地に対する保護に使用される。これらのブレーカーは、複数のインテリジェント保護機能と選択的保護を提供する。通常条件下では、頻繁ではない回路の切り替えにも使用できる。1250A以下のACBは、380V/50Hzシステムにおけるモーターの過負荷とショートサーキット保護にも使用できる。
一般的な用途としては、トランスフォーマーの400V側の主要出力スイッチ、バスタイスイッチ、大容量フィーダースイッチ、大型モータ制御スイッチなどがある。
1.2 モールドケースサーキットブレーカー (MCCB)
プラグインサーキットブレーカーとも呼ばれ、端子、消弧器、トリップユニット、操作機構はプラスチック製の筐体内に収納されている。補助接点、低電圧トリップユニット、シャントリップユニットは通常モジュラー化されており、コンパクトな設計となっている。MCCBは一般的に修理対応ではなく、支線保護に使用される。
ほとんどのMCCBには熱磁気トリップユニットが含まれている。大型モデルでは固体状態のトリップセンサーが特徴となる場合もある。過電流トリップユニットは電磁式または電子式である。電磁式MCCBは通常非選択性であり、長時間および瞬時の保護のみを提供する。電子式MCCBは長時間、短時間、瞬時、接地障害の4つの保護機能を提供する。一部の新しいモデルにはゾーン選択的連鎖機能も含まれる。
MCCBは、フィーダーサーキットの制御と保護、小型配電トランスフォーマーの主要出力スイッチ、モータ制御端子、各種機械の電源スイッチなどに広く使用される。
1.3 ミニチュアサーキットブレーカー (MCB)
MCBは、建築物の電気システムで最も広く使用される終端保護装置である。単相および三相回路のショートサーキット、過負荷、過電圧に対して最大125Aまで保護する。1P、2P、3P、4P構成が利用可能。
MCBは、操作機構、接触部、保護装置（各種トリップユニット）、消弧システムから構成されている。接触部は手動または電気的に閉じられ、フリートリッピング機構によって保持される。過電流トリップユニットのコイルと熱トリップユニットのヒーティングエレメントは主回路と直列に接続され、低電圧トリップコイルは電源と並列に接続される。
建築物の電気設計において、MCBは過負荷、ショートサーキット、過電流、低電圧、接地障害、漏れ電流保護、二重電源の自動切替、および頻繁ではないモータ起動と保護に使用される。
2. 回路ブレーカーの主要技術パラメータ
定格動作電圧 (Ue)
指定された条件のもとでブレーカーが継続的に動作するための名目上の電圧。中国では、220kVまでのシステムでは最大動作電圧はシステム定格電圧の1.15倍であり、330kV以上では1.1倍である。ブレーカーはシステムの最大動作電圧での絶縁性と切り替え動作を維持しなければならない。定格電流 (In)
トリップユニットが周囲温度40°C以下で継続的に供給できる電流。調整可能なトリップユニットの場合、これは最大調整可能な電流である。40°Cを超える温度（最大60°C）では、降格が許可される。過負荷トリップ電流設定 (Ir)
電流がIrを超えたときに時間遅延でトリップする。これはブレーカーがトリップせずに供給できる最大電流を表す。Irは最大負荷電流 (Ib) より大きく、ケーブルの許容電流 (Iz) より小さくなければならない。熱磁気ブレーカーの場合、Irは通常0.7〜1.0Inの範囲で調整可能であり、電子トリップユニットはより広い範囲、通常0.4〜1.0Inを提供する。固定トリップユニットの場合、Ir = In。ショートサーキットトリップ電流設定 (Im)
高故障電流中に瞬時または短時間トリップユニットがアクティブになる閾値。定格短時間耐えられる電流 (Icw)
熱損傷なしにブレーカーが指定された期間耐えられる電流。切断能力
ブレーカーがその定格電流に関係なく安全に中断できる最大故障電流。一般的な値は36kAと50kAである。これは最終切断能力 (Icu) とサービス切断能力 (Ics) に分類される。
3. 回路ブレーカー選択の一般的な原則
定格動作電圧 ≥ 回路の定格電圧。
定格ショートサーキット作動/切断能力 ≥ 計算された負荷電流。
定格ショートサーキット作動/切断能力 ≥ 回路内の最大可能なショートサーキット電流。
回路端での一相接地ショートサーキット電流 ≥ 1.25 × 瞬時（または短時間）トリップ設定。
低電圧トリップユニットの定格電圧 = 回路の定格電圧。
シャントリップユニットの定格電圧 = 制御電源電圧。
電動操作機構の定格電圧 = 制御電源電圧。
照明回路の場合、瞬時電磁トリップ電流を負荷電流の6倍に設定する。
単一モータのショートサーキット保護：1.35× モータ起動電流（DWシリーズ）または1.7×（DZシリーズ）。
複数のモータの場合：1.3× 最大のモータ起動電流 + 他のモータの運転電流の合計。
主トランスフォーマーの低電圧側スイッチとして：切断能力 > トランスフォーマーの低電圧ショートサーキット電流；トリップ定格電流 ≥ トランスフォーマー定格電流；ショートサーキット設定 = トランスフォーマー定格電流の6〜10倍；過負荷設定 = トランスフォーマー定格電流。
予備選択後、上流および下流のブレーカーとの調整を行い、連鎖的なトリップを防ぎ、停電範囲を最小限に抑える。
4. 回路ブレーカーの選択性
回路ブレーカーは選択性または非選択性に分類される。選択性ブレーカーはショートサーキットに対する瞬時および短時間、過負荷に対する長時間の2または3段階の保護を提供する。非選択性ブレーカーは通常、瞬時（ショートサーキットのみ）または長時間（過負荷のみ）である。選択性は異なる時間設定を持つ短時間遅延トリップユニットを使用して達成される。重要な考慮事項：
上流の瞬時トリップ設定 ≥ 下流ブレーカーの出力での最大3相ショートサーキット電流の1.1倍。
下流が非選択性の場合、上流の短時間トリップ設定 ≥ 下流の瞬時トリップ設定の1.2倍を選択性を維持する。
下流も選択性の場合、上流の短時間遅延時間 ≥ 下流の短時間遅延時間 + 0.1秒。
一般に、Iop.1 ≥ 1.2 × Iop.2。
5. ケースケード保護
システム設計では、上流と下流のブレーカー間の調整により選択性、速度、感度が確保される。適切な調整により、選択的な故障隔離が可能となり、健全な回路への電力供給が維持される。ケースケードは、上流のブレーカー (QF1) の電流制限効果を利用する。下流 (QF2) でショートサーキットが発生した場合、QF1の電流制限作用により実際の故障電流が減少し、QF2はその定格容量以上の電流を遮断できる。これにより、コストが低く、低い切断容量の下流ブレーカーを使用できる。条件には、隣接回路上に重要な負荷がないこと（QF1のトリップによりQF3が停電するため）、および瞬時設定の適切なマッチングが含まれる。ケースケードデータは試験によって決定され、メーカーが提供する。
6. 回路ブレーカーの感度
最小故障条件での信頼性のある動作を確保するために、感度 (Sp) はGB50054-95によると≥1.3でなければならない：
Sp = Ik.min / Iop ≥ 1.3
Iopは瞬時または短時間トリップ設定であり、Ik.minは最小システム動作下での保護線端での最小ショートサーキット電流である。短時間と瞬時の両方のトリップを持つ選択性ブレーカーの場合、短時間トリップの感度のみを確認すればよい。
7. トリップユニットの選択と設定
(1) 瞬時過電流トリップ設定。モータ起動中の回路のピーク電流 (Ipk) を超える必要がある：
Iop(0) ≥ Krel × Ipk
(Krel = 信頼係数)
(2) 短時間過電流トリップ設定と時間
Iop(s) ≥ Krel × Ipk。時間遅延は通常0.2秒、0.4秒、または0.6秒であり、上流の動作時間が下流よりも一つの時間ステップ長くなるように設定される。
(3) 長時間過電流トリップ設定と時間
過負荷保護：Iop(l) ≥ Krel × I30（最大負荷電流）。時間設定は短期間の過負荷許容時間を超える必要がある。
(4) トリップ設定とケーブル容量の調整。ケーブルの過熱や火災をトリップせずに防止するため：
Iop ≤ Kol × Ial
Ial = ケーブルの許容電流容量、Kol = 短期過負荷係数（瞬時/短時間トリップでは4.5、ショートサーキット保護の長時間トリップでは1.1、過負荷保護のみでは1.0）。満たされない場合は、トリップ設定を調整するか、ケーブルサイズを増やす。
