真空回路遮断器の機械的パラメータ選定方法を理解するための一記事

1. 定格接触間隔

真空遮断器が開いた位置にあるとき、真空遮断器内の可動接点と固定接点の間の距離を定格接触間隔と言います。このパラメータは、遮断器の定格電圧、動作条件、遮断電流の性質、接点材料、真空間隙の絶縁強度などのいくつかの要因によって影響を受けます。主に定格電圧と接点材料によって決まります。

定格接触間隔は絶縁性能に大きく影響します。間隔がゼロから増加すると、絶縁強度が向上します。しかし、ある一定の点を超えると、さらに間隔を増やすことで得られる絶縁性能の改善は限られ、遮断器の機械的寿命を大幅に短縮する可能性があります。

設置、操作、メンテナンスの経験に基づいて、一般的な定格接触間隔の範囲は以下の通りです：

• 6kV以下：4～8 mm

• 10kV以下：8～12 mm

• 35kV：20～40 mm

2. 接触行程（オーバートラベル）

接触行程は、接点の摩耗後でも十分な接触圧力を維持できるように選択する必要があります。また、開閉時に可動接点に初期運動エネルギーを与え、開始時の開閉速度を高め、溶接部を破壊し、アーク時間の短縮と絶縁回復の加速を可能にします。閉鎖時には、接触バネが滑らかな緩衝を提供し、接触の跳ね返りを最小限に抑えます。

接触行程が小さすぎると：

• 摩耗後の接触圧力が不足

• 初期開閉速度が低く、遮断能力と熱安定性に影響

• 閉鎖時の跳ね返りと振動が激しい

接触行程が大きすぎると：

• 必要な閉鎖エネルギーが増大

• 閉鎖動作の信頼性が低下

通常、接触行程は定格接触間隔の20％～40％です。10kV真空遮断器の場合、これは一般的に3～4 mmです。

3. 接触動作圧力

真空遮断器の接点の動作圧力は、性能に大きな影響を与えます。これは、真空遮断器の固有の自己閉鎖力と接触バネの力の合計です。適切な選択には以下の4つの要件を満たす必要があります：

• 規定の範囲内で接触抵抗を維持

• 動的安定性試験の要件を満たす

• 閉鎖時の跳ね返りを抑制

• 開閉時の振動を減少させる

短絡電流下での閉鎖は最も厳しい条件です：前弧電流により電磁反発が生じ、接触の跳ね返りが起こり、閉鎖速度は最低になります。このシナリオでは、接触圧力が十分かどうかが重要な検証となります。

接触圧力が低すぎる場合：

• 閉鎖時の跳ね返り時間が長くなる

• 主回路抵抗が高くなり、連続運転時の温度上昇が過大になる

接触圧力が高すぎる場合：

• バネ力が増大（自己閉鎖力は一定）

• 必要な閉鎖エネルギーが増大

• 真空遮断器への衝撃と振動が大きくなり、損傷のリスクがある

実際には、接触電磁力は最大短絡電流だけでなく、接点構造、サイズ、硬度、開閉速度にも依存します。包括的なアプローチが必要です。

遮断電流に基づく接触圧力の経験値：

• 12.5 kA：50 kg

• 16 kA：70 kg

• 20 kA：90～120 kg

• 31.5 kA：140～180 kg

• 40 kA：230～250 kg

4. 開閉速度

開閉速度は、電流ゼロ後の絶縁強度の回復率に直接影響します。絶縁強度の回復が回復電圧の上昇よりも遅いと、アーク再着火が発生する可能性があります。再着火を防ぎ、アーク時間を最小限に抑えるために、十分な開閉速度は不可欠です。

開閉速度は主に定格電圧に依存します。定格電圧と接触間隔が固定されている場合、必要とする速度は遮断電流、負荷の種類、および回復電圧によって変化します。高い遮断電流と容量性電流（高回復電圧）には、より高い開閉速度が必要です。

10kV真空遮断器の典型的な開閉速度：0.8～1.2 m/s、時には1.5 m/s以上。

実際には、初期開閉速度（最初の数ミリメートルで測定）の方が平均速度よりも遮断性能に大きな影響を与えます。高性能および35kV真空遮断器では、この初期速度を指定することがよくあります。

高速度が有益に見えるかもしれませんが、過度の速度は開閉時の振動とオーバートラベルを増大させ、ベルローズへのストレスを高め、早期の疲労と漏れを引き起こします。また、機構への機械的ストレスも増大し、部品の故障リスクが高まります。

5. 閉鎖速度

真空遮断器の定格間隔における高い静的絶縁強度により、必要な閉鎖速度は開閉速度よりも大幅に低いです。適切な閉鎖速度は、前弧電気侵食を最小限に抑え、接触の溶接を防ぐために必要です。ただし、過度の閉鎖速度は閉鎖エネルギーを増大させ、遮断器に大きな衝撃を与えるため、耐用年数が短くなります。

10kV真空遮断器の典型的な閉鎖速度：0.4～0.7 m/s、必要に応じて0.8～1.2 m/sまで。

6. 閉鎖時の跳ね返り時間

閉鎖時の跳ね返り時間は、真空遮断器の性能を示す重要な指標です。これは接触圧力、閉鎖速度、接触間隔、接点材料、遮断器設計、ブレーカー構造、設置および調整品質によって影響を受けます。

短い跳ね返り時間は良好な性能を示します。過度の跳ね返りは、深刻な電気侵食を引き起こし、過電圧のリスクを高め、短絡またはコンデンサスイッチング操作中に接触の溶接を引き起こす可能性があります。また、熱安定性試験でも同様です。長時間の跳ね返りはベルローズの疲労を加速します。

銅クロム接点を使用する10kV真空遮断器の場合、閉鎖時の跳ね返り時間は2 msを超えてはなりません。他の材料の場合、やや高くてもよいですが、5 msを超えてはなりません。

7. 三相同期性

三相同期性は、三相の閉鎖または開閉の同時性を測定します。開閉と閉鎖の同期値は似ているため、通常は閉鎖同期のみが指定されます。

同期性が悪いと、遮断能力が大きく影響を受け、アーク時間が延びます。高速動作と小さな間隔により、精密な調整で容易に要件を満たすことができます。閉鎖同期は一般に1 ms以内と要求されます。

8. 可動接点と固定接点の同軸性

可動接点と固定接点の適切な同軸配置は、真空遮断器の性能にとって重要であり、製造精度によって確保されます。設置後にこの同軸性が維持されるか否かは、動作機構のタイプと組み立てプロセスによって異なります。

吊り下げ式機構の場合、同軸性は主に機構自体によって決定されます。床置き式の場合、機械的な同軸性も重要です。設置時には、遮断器に横方向の力やせん断力がかからないように注意してください。

典型的な同軸性許容誤差：≤2 mm。