真空回路遮断器と空気回路遮断器の主な違い

低圧空気遮断器対真空遮断器：構造、性能、および応用

低圧空気遮断器、または万能型または成形フレーム遮断器（MCCB）は、交流380/690Vおよび直流最大1500V、定格電流400Aから6300Aまたは7500Aまで設計されています。これらの遮断器は、アーク消火媒体として空気を使用します。アークは、アーク伸長、分割、およびアークチャネル（アークランナー）による冷却によって消火されます。これらの遮断器は、50kA、80kA、100kA、または最大150kAの短絡電流を遮断できます。

主要な部品と機能

• 動作機構：遮断器の前面に配置され、接触分離と閉鎖に必要な速度を提供します。高速な接触動作により、アークが伸びて冷却され、消火が促進されます。

• インテリジェントトリップユニット：動作機構の横に取り付けられ、低圧遮断器の「脳」となります。センサーを通じて電流と電圧信号を受け取り、電気パラメータを計算し、LSIG保護設定と比較します：

• L：長時間遅延（過負荷保護）

• S：短時間遅延（短絡保護）

• I：瞬時（即時トリップ）

• G：接地障害保護
  これらの設定に基づいて、トリップユニットは過負荷や短絡時に遮断器を開く信号を機械に送り、包括的な保護を提供します。

• アークチャンバーおよび端子：後部に位置し、アークチャンバーには接触点とアークチャネルが含まれています。下部の三相出力端子には以下が装備されています：

• 電子電流センサー（トリップユニットへの信号入力用）

• 電磁式電流変換器（CT）（トリップユニットへの動作電源供給用）

動作機構は通常、10,000回未満の操作寿命を持っています。

空気から真空への進化

歴史的に、中圧空気遮断器が存在しましたが、これらは大きくて、制限された遮断能力を持ち、大きなアークフラッシュ（ゼロ以外のアーク）を発生させ、安全で実用的ではありませんでした。

一方、真空遮断器（VCB）は、前面に動作機構、後部に遮断装置という全体的なレイアウトが似ています。しかし、遮断装置は真空遮断器（または「真空ボトル」）を使用し、これは白熱電球と構造的に似ています——密封されたガラスまたはセラミック製の封筒で高真空状態にされています。

真空環境では：

• 絶縁と耐電圧要件を満たすために、小さな接触ギャップだけで十分です。

• イオン化可能な媒体がないため、金属蒸気の効率的な拡散により、アークが迅速に消火されます。

真空遮断器の応用

真空遮断器は急速に発展し、現在では低圧、中圧、高圧システムで広く使用されています：

• 低圧VCB：通常、定格1.14kV、定格電流最大6300A、短絡遮断容量最大100kA。

• 中圧VCB：最も一般的なのは3.6〜40.5kVの範囲で、電流最大6300A、遮断容量最大63kA。中圧開閉器の95%以上が真空遮断を使用しています。

• 高圧VCB：単極遮断器は252kVに達し、シリーズ接続された遮断器を使用して550kV真空遮断器が達成されています。

主要な設計の違い

接触ばねを使用する空気遮断器とは異なり、真空遮断器は動作機構に以下の機能を必要とします：

• 十分な開閉速度を提供すること

• 十分な接触圧力を確保すること

この接触圧力は、接触部の摩耗が最大3mmになっても、定格電流の伝導と故障時のピーク短時間電流に耐えるのに十分である必要があります。

真空遮断器の利点

• 高い信頼性と安全性

• 環境条件（塵埃、湿度、高度）に影響されない

• ゼロアークフラッシュ（外部アークなし）

• コンパクトなサイズと長いメンテナンス間隔

これらの利点により、真空遮断器は化学プラント、石炭鉱山、石油・ガス施設など、爆発リスクや火災安全が重要な危険な環境での使用に理想的です。

実際の事例研究：故障時の真空遮断器と空気遮断器の性能比較

大規模な化学プラントで、同一の回路構成で2つの遮断器（空気遮断器1つと真空遮断器1つ）を設置し、同じ故障条件にさらしました。

回路はタイ構成であり、遮断器の両側の電源が同期していない状態でした。これにより、接触ギャップ間の一時的な電圧が定格電圧の約2倍になり、遮断器が故障しました。

結果：

• 空気遮断器：
  完全に破壊されました。遮断器ユニットの筐体が破裂し、両側の開閉器が深刻な損傷を受けました。大規模な再構築と交換が必要でした。

• 真空遮断器：
  破壊は大幅に軽減されました。真空遮断器を交換し、アーク生成物（スモーク）をクリーニングすることで、開閉器は迅速に復旧されました。

結論

真空遮断器は、特に重度の一時的な過電圧下でも、空気遮断器よりも優れた故障抑制、安全性、信頼性を示します。密封された真空遮断器はアークの伝播を防ぎ、損傷と停止時間を最小限に抑えます。

化学プラントや石炭鉱山などの爆発性または引火性の環境では、アークが発生しない操作と堅牢な性能を持つ真空遮断器は、明確な技術的および安全性上の利点を提供します。