標準のブレーカーは電気障害に対してどのように反応するか

Edwiin

フィールド: 電源スイッチ

China

故障保護のためのブレーカー操作

標準的なブレーカーは、過負荷やショートサーキットなどの故障時に電流を遮断し、電気システムの損傷、配線の過熱、火災の危険性を防ぐ重要な安全装置です。その保護作用により、回路の安全性と信頼性が確保されます。

ショートサーキット保護

何が起こるか: ショートサーキットは、抵抗の低い経路（例えば、ライブ線とニュートラル線の直接接触）が生じ、回路の定格を超える急激な電流の増加を引き起こします。
ブレーカーの反応: ブレーカーは瞬間的な電流のスパイクを検出し、ほぼ即座に（ミリ秒単位で）トリップし、以下のことを防止するために電流の流れを遮断します：

部品の損傷を防ぐための過度の熱の発生。
火災や電気アークのリスクの軽減。

過負荷保護

何が起こるか: 過負荷は、接続されたデバイス（複数の家電製品や高電力機器など）によって引き出される総電流が時間とともに回路の安全容量を超える場合に発生します。
ブレーカーの反応:

配線の過熱と絶縁体の劣化を防ぐ。
長時間の過電流による潜在的な火災リスクを回避する。
ブレーカーの内部熱機構は持続的な過電流を感知する。
電流が持続すると、ブレーカーの加熱要素が暖まり、二金属ストリップが徐々に曲がる。
ストリップが十分に曲がると、ブレーカーはトリップし、以下のことを防止するために回路を遮断する：

電気故障時の標準的なブレーカーの動作

典型的な標準的なブレーカーは、接地障害やニュートラル線の欠如を検出することはできません。代わりに、ショートサーキットと過負荷に対する保護のみを提供します。これが、National Electrical Code (NEC) がGround Fault Circuit Interrupter (GFCI) ブレーカーを使用することを要求して、デバイスと人員の適切な保護を確保する理由です。

以下は、標準的なブレーカーが正常条件と故障条件での動作を示す回路の例です：

正常条件

下の図では、照明回路は15アンペアのブレーカーによって制御および保護され、120V/240Vのメインパネルから120Vで供給されています。

回路に障害がないため、すべてのコンポーネントは正常に動作し、ライトは意図通りに点灯します。

ショートサーキット / 過負荷条件

次に、ショートサーキットまたは過負荷が発生するシナリオを考えます。例えば、ホット線がデバイス（例えば、ランプホルダー）の金属製ハウジングと接触した場合。この場合、故障電流が生成され、グランド線を通じて電源に戻ります。グランド線は、メインパネルでニュートラル線に接続され、低抵抗の経路を形成して回路を完成させます。

グランド線の非常に低い抵抗により、障害時には最大600アンペアの大きな電流が回路を通過し、深刻な過負荷を引き起こします。ブレーカーの内部機構はこの過剰な電流を即座に検出し、トリップアクションをトリガーします。15アンペアのブレーカーは迅速に回路を主電源から切断し、過熱、アーク、または感電などの潜在的な危険から電気機器と人員を保護します。

故障検出とトリッピング

下の図に示すように、15アンペアのブレーカーは定格容量を超える故障電流を検出したときに即座にトリップします。この動作により、回路は主電源から切断され、過負荷とショートサーキットに対する強固な保護が提供されます。

標準的なブレーカーと接地障害

前述のように、標準的なブレーカーは接地障害（意図しない経路を通じて電気が地面に流れること）やニュートラル線の断線状態を保護しません。これらの状況は、重大な安全上の危険をもたらします。このようなシナリオでは：

接地障害: 電流は意図した回路経路から逸脱し、地面（例えば、人間や故障した家電製品を通じて）に流れ、危険な感電リスクを作り出す。
ニュートラル線の断線: 接続が切れたニュートラル線は電圧の不均衡を引き起こし、電流は他の経路（例えば、機器の筐体やグランド線）を求め、これが過熱や感電につながる可能性がある。

どちらの場合も、故障電流は意図しない経路を通じて回路を完了し、標準的なブレーカーの過負荷/ショートサーキット保護機構を迂回することがあります。これが、Ground Fault Circuit Interrupters (GFCIs) や Arc Fault Circuit Interrupters (AFCIs) のような専門的なデバイスが必要となる理由です。