回路ブレーカーの機械的耐久性試験：規格、課題、およびベストプラクティス

Oliver Watts

フィールド: 点検と試験

China

機械耐久性試験

回路遮断器の機械的耐久性はIEC 62271-100に基づいて試験され、10,000回の操作（M2クラス）が必要です。海外の試験所での試験中、最初のプロトタイプはトリップスプリングの破損により6,527回目の操作で失敗しました。試験所はこの単独の失敗を受け入れ、スプリングの取り付け問題によるものと判断しました。2つ目のプロトタイプも同様に6,000回以上の操作後に別のトリップスプリングの破損により失敗しました。その結果、試験所は2,000回の操作（M1クラス）に対する機械的耐久性レポートのみを発行しました。

根本原因分析： 破損は製造時にスプリングの曲げ点に機械ハンマーの痕跡が残り、弱い部分が数千回の操作後に故障したことが原因でした。36 kVの回路遮断器はM1クラス（2,000回の操作）の機械的耐久性評価しか達成しませんでしたが、KEMA試験報告書の高い権威と信頼性—これは50/60 Hzおよび接地/非接地システム両方に有効—により、ラテンアメリカ、ヨーロッパ、東南アジアなど世界中の市場での販売に成功しました。

接地スイッチと引き出し式回路遮断器の場合、機械的耐久性試験の違いは表1に示されています。一般的に、IECのお客様は引き出し式回路遮断器のトロリーはメンテナンス用のみに使用されることを受け入れています。したがって、IEC 62271-200の条項6.102.1で指定されている25回の挿入と抜き取りサイクルを行うことで、国際的なお客様の要件を満たすことができます。

切替と閉鎖能力の確認

回路遮断器の切替と閉鎖試験は、用途に応じていくつかの構成で行われます：単独（ハウジングなし）の回路遮断器、試験設備に取り付けられた引き出し式回路遮断器、またはスイッチギアに取り付けられた引き出し式回路遮断器。スイッチギアと回路遮断器を一緒に試験する場合、組み立てられたスイッチギア内で切替と閉鎖試験を行います。単独の型式試験の場合、専用の引き出し式コンパートメントを試験用に提供することをお勧めします。

回路遮断器のIEC切替試験では、さまざまな試験シーケンスが定義されています。顧客は異なるシーケンスを選択することができます。例えば、シーケンス1は274回の切断操作（130 T10、130 T30、8 T60、6 T100s）で構成されます。試験時間に基づいて試験所が料金を請求するため、コストと時間の効率を高めるために、顧客はしばしばシーケンス3（合計72回の操作：3 T10/T30、60 T60、6 T100s）を選択します。操作回数は減少しますが、総エネルギーは増加します。しかし、国内で一般的に使用される全容量50回の試験基準と比較して、IEC試験は大幅に緩和されています。表2は、IEC 62271-100で定義された耐久性試験のための切替操作回数を示しています。

50 Hzおよび60 Hzの両方の用途に使用される回路遮断器の場合、STLガイドラインは表3に示すように試験周波数を指定し、適合性を検証し、型式試験報告書を発行します。デュアル周波数要件を満たすには、50 Hzと60 Hzの基本的な切替試験（E1クラス）のみが必要です。耐久性試験は50 Hzまたは60 Hzのいずれかで実施できます。同様に、O–0.3 s–CO–15 s–COシーケンス試験も基本的な試験のみが必要です。異なる中性点接地システムに対する試験要件は異なりますが、これは耐久性試験には影響しません。

内部アーク試験

試験電圧： IEC 62271-200付録AA.4.2によると、試験は定格電圧を超えない適切な電圧で行う必要があります。定格電圧よりも低い電圧を選択する場合、以下の条件を満たす必要があります：
a) 計算された平均RMS試験電流はAA.4.3.1の電流要件を満たさなければならない。
b) アークが任意の段階で早期に消滅してはならない。
一時的な単相消滅は許可されますが、電流中断の累積時間は試験全体の時間の2%を超えてはならず、また、単一の中断は次の予想される電流ゼロより長くはならない。交流電流成分の積分はAA.4.3.1で指定された値以上でなければならない。
STLガイドラインによれば、三相および二相アーク試験では、二相は定格値未満の電圧で供給される電流源で供給され、第三相はUr/√3の電圧で供給される別の電圧源で供給される。単相試験では、アークは中間相と接地間に発生させなければならない。電路は定格値未満の電圧で供給される電流源で供給されるが、電圧源は十分な短絡パワーを持ち、電圧ブレークダウンを明確に検出でき、干渉と区別できる必要がある。

17.5 kVのスイッチギアの場合、内部アーク障害試験は7.1 kVで行われ、試験報告書に記載されています。

試験条件と装置配置：

単一ユニットの異なる未試験セクションで順次試験を行うことが許可されています。試験所はケーブルダクトの提供または手配責任はありません。試験配置は試験報告書に詳細に記載しなければなりません。機能ユニットタイプがサービス条件下で端ユニットとして使用されることを意図していない場合、試験時には2つ以上の機能ユニットを組み合わせ、試験対象ユニットを可能な限り側面に近く、シミュレーションルーム壁から離れた位置に配置する必要があります。

天井は試験対象物から少なくとも200 mm ± 50 mm上に設置しなければなりません。圧力開放パネルの開口パスは天井に衝突してはなりません。試験結果は試験設定距離よりも大きいすべての距離について有効です。試験サンプルは実際の動作構成で試験しなければなりません。ヒンジ付き換気フラップを持つスイッチギアの場合、取り外し可能な操作ハンドルを取り付ける必要はありませんが、内部アーク試験中はフラップを開いた状態にしておく必要があります。図4に示すように、17.5 kVスイッチギアの内部アーク試験設定では、4つのスイッチギアユニットが一列に並んでいます。左端ユニットの3つの高電圧コンパートメントで試験を行います。キャビネットの上部は天井から600 mm下にあり、反射プレートが設置されており、天井からのアーク反射と水平インジケータの焼けを防ぎます。試験用の絶縁車が回路遮断器の代わりに使用され、下部換気ドアの内部保護板は開いた状態にあります。