真空遮断器(VCB)ってなに?

高圧受電設備

どうもじんでんです。今回は高圧受電設備において、最もメジャーな遮断器である真空遮断器についてまとめました。

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真空遮断器(VCB)とは?

真空遮断器は「VCB」とも呼び、「Vacuum Circuit Breaker」の略称です。

日本電機工業会(JEMA)にて定められている「制御器具番号」では「52」に該当します。しかし「52」は「交流遮断器または接触器」となっているので、真空遮断器だけを指す番号ではないので注意が必要です。

真空遮断器は、現在よく使われている遮断器の1つです。過去には油遮断器も存在しましたが、火災などの観点から現在は製造されていません。

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特徴

真空遮断器は遮断器なので、「負荷電流の開閉」「事故電流の遮断」など全ての電流の入切が可能です。

遮断器や開閉器の違いは、こちらの記事を見て下さい。

事故電流の遮断では、高圧限流ヒューズもあります。高圧限流ヒューズは1度、電流を遮断すると再利用はできません。しかし真空遮断器は繰り返し利用する事ができます。

真空遮断器は、それ自体に事故電流を感知する機能はありません。過電流継電器から、信号を貰って動作し事故電流を遮断します。他にも地絡継電器や不足電圧継電器などから信号を貰って、回路の切り離しなどにも利用されます。

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種類

真空遮断器にはいくつかの種類が存在します。それぞれによって価格や出来ることが違ってくるので、同じ真空遮断器でも注意が必要です。

形による違い

真空遮断器には、形により2つの種類があります。

  • 引出形
  • 固定形

引出形は主に、大規模な受電設備で採用されるものです。対して固定形は、小規模な受電設備に採用される事が多いです。

固定形は、本体を盤に固定するタイプです。安価である事や小型である事がメリットです。しかし故障などによる交換には、一次側と二次側の停電が必要であり交換にも時間がかかります。メンテナンス性が悪いというデメリットがあります。

引出形は、本体と固定枠に分かれているタイプです。本体はメンテナンス時には、盤の外に簡単に引き出せる様になっています。そのお陰で分解整備が容易にできます。同型であれば、簡単に交換できるのがメリットです。更に停電範囲は、真空遮断器の二次側だけで済むのもメリットです。

操作方法による違い

真空遮断器には、操作方法により2つの種類があります。

  • 手動操作
  • 電動操作

手動操作は人の手によって操作するタイプです。本体に設置の操作レバーにて、入切操作をします。しかし保護継電器からの信号での「切」は自動で行われます。安価であるのがメリットです。しかし遠方からの操作が出来ないのがデメリットです。

電動操作は入切共に電動にて行うタイプです。遠方からの入切が可能です。またインターロックなど電気的に操作不可にすることもでき、安全に運用できるメリットがあります。本体表面のボタンでも操作できるようになっています。

引き外し方式による違い

真空遮断器には、引き外し方式により2つの種類があります。

  • 電流引き外し方式
  • 電圧引き外し方式

これは過電流継電器との組み合わせ時に大事になります。

これについてはこちらの記事を見て下さい。

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選定

真空遮断器を選定する上で大事ポイントがあります。まずは先程に書いた種類です。これについては、内容が被るので割愛します。

ここでは、どのタイプでも共通する内容について説明します。

定格電流

定格電流は、通常時に流す事のできる電流を表しています。

変圧器や電動機の定格電流以上のものを選びましょう。

定格遮断電流

短絡などの事故電流は、通常の何倍〜何十倍もの電流が流れます。これは状況によって大きく変わっていきます。

この定格遮断電流は、どれだけの短絡電流を遮断できるかを表しています。

短絡電流は真空遮断器を設置するポイントでの、三相短絡容量より算出する事ができます。

例えば6600Vの高圧で受電する、受電設備のメインのVCBだとします。この場合は電力会社に問い合わせると、受電点での三相短絡容量を教えてくれます。

この短絡容量は次の式が成り立ちます。

短絡容量(MVA)=√3×定格電圧(kV)×短絡電流(kA)

この式から、短絡電流を算出できることがわかります。短絡容量は「MVA」なので単位には注意が必要です。

計算で出た、短絡電流以上の定格遮断電流があるものを選びましょう。

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蓄勢

真空遮断器は、開路(切)時はバネの力によって接点を切り離しています。これは次のアークの消弧性能に関係してきます。バネの力で素早く、接点の距離を取ることが大事になってきます。

このバネに力を蓄えた状態を「蓄勢」と言い、無い状態を「放勢」と言います。

手動操作のタイプでは、手動により閉路(入)する時に蓄勢になります。電動操作タイプでは、電動により蓄積モーターで蓄勢されます。タイミングについては、機種ごとで違います。開路(切)後に蓄勢するタイプと、閉路(入)後に蓄勢するタイプがあります。

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アークの消弧方法

真空遮断器は事故電流を遮断できるので、非常に高いアークの消弧性能があります。

真空遮断器は名前の通り、真空内で接点の入切をします。真空遮断器には真空バルブという部品があり、その内部は真空状態が保たれています。

アークは真空内で拡散する特徴があります。また素早く接点が離れることもあり、アークが形を留めることができず結果としてアークが消えます。

アークについて詳しくはこちらを見て下さい。

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まとめ

  • 真空遮断器は「VCB」とも呼ぶ
  • 形や方法でいくつかの種類がある
  • 選定時は定格遮断電流に注意する
  • 蓄勢は開路(切)の為のバネに力が蓄えられている状態の事
  • 真空内で入切する事でアークを消弧している

真空遮断器はよく見る遮断器です。しかし種類が多くあり、選定が難しい一面があります。特にリニューアル時は注意が必要です。

この記事が皆さまのお役に立てれば幸いです。

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