直接回答
回路遮断器のI²t（許容エネルギー）曲線は、故障遮断中に通過する熱エネルギーを示します。この曲線の読み方は簡単です。X軸で予想される短絡電流の位置を特定し、上方向に遮断器の曲線と交差するまでたどり、対応するI²t値をY軸で読み取ります。この値は、安全な動作を保証するために、導体の熱耐量（K²S²）よりも小さくなければなりません。たとえば、100kAの故障を遮断する160Aの電流制限遮断器は、通常、I²tを約0.48×10⁶ A²sに制限し、数ミリ秒以内に発生する可能性のあるケーブルおよびバスバーの熱損傷を防ぎます。.
I²tとは何か、そしてなぜ電気安全にとって重要なのか
電気システムで短絡故障が発生すると、大規模な電流サージがI²R効果を通じて強烈な熱を発生させます。導体が吸収する総熱エネルギーは、電流の大きさと保護デバイスが故障を解消するまでの時間の両方に依存します。この関係はI²tとして表されます。これは、電流の2乗を時間で積分したもので、アンペア2乗秒（A²s）で測定されます。.
電流制限回路遮断器は、重要な利点を備えています。故障時のピーク電流と遮断時間の両方を劇的に削減します。IEC 60947-1規格によると、許容エネルギー曲線（レットスルーエネルギー曲線とも呼ばれます）は、遮断器が下流の導体にどれだけの熱ストレスを許容するかを正確に定量化します。これらの曲線を理解して適用することで、電気設備の導体の過熱、絶縁損傷、および潜在的な火災の危険を防ぎます。.
最新の電気システムは、コスト効率を高めるために、より小さな導体断面積にますます依存しており、熱保護がこれまで以上に重要になっています。標準的な10mm²のPVCケーブルは、絶縁破壊前にわずか1.32×10⁶ A²sに耐えることができますが、非電流制限遮断器は、高 magnitude の故障時にこのエネルギーの数倍を通過させる可能性があります。.
電流制限遮断器が熱ストレスを軽減する方法
電流制限の物理学
電流制限回路遮断器は、高速な接点分離と特殊なアーク消弧室を採用しています。故障電流が流れ始めると、遮断器の接点は2〜5ミリ秒以内に開きます。これは、故障電流が最初の予想ピークに達する前であることがよくあります。遮断中に生成されるアーク電圧は、システム電圧に対抗し、効果的にインピーダンスを故障経路に挿入し、電流波形を「チョッピング」します。.
この電流制限動作は、メーカーのデータシートに記録されている2つの測定可能な利点をもたらします。ピークレットスルー電流（Ip）とレットスルーエネルギー（I²t）です。ピーク電流はバスバーの機械的ストレスを決定しますが、I²t値は故障経路内のすべての導体の熱ストレスを制御します。.
制限された故障エネルギーと無制限の故障エネルギーの比較
異なるデバイスで保護されたシステムで、100kAの予想される短絡を検討してください。
| 保護装置 | 遮断時間 | ピーク電流 | I²t 値 | 温度上昇（100×10mmバスバー） |
|---|---|---|---|---|
| 保護なし | 該当なし | 141 kAピーク | 壊滅的な | 気化 |
| 標準MCCB（短時間遅延） | 500 ms | 100 kA RMS | 〜5×10⁹ A²s | >500°C（故障） |
| 電流制限MCCB（160A） | 8 ms | 42 kAピーク | 0.48×10⁶ A²s | 71°C（安全） |
| 電流制限ヒューズ（160A） | 4 ms | 38 kAピーク | 0.35×10⁶ A²s | 70.5°C（安全） |
この比較は、利用可能な故障電流が高い最新の設備に電流制限保護が不可欠である理由を示しています。I²tの3〜4桁の削減により、壊滅的な熱イベントが管理可能な温度逸脱に変わります。.
I²t曲線の読み方：ステップバイステップガイド
曲線形式の理解
メーカーのデータシートには、予想される短絡電流（X軸）に対してレットスルーエネルギー（Y軸）がプロットされた対数スケールでI²t曲線が表示されます。通常、複数の曲線が1つのチャートに表示され、製品ファミリー内の異なる遮断器フレームサイズまたは定格を表します。.
I²t曲線を適用する5つのステップ
ステップ1：予想される短絡電流の計算
IEC 60909または同等の規格に従って、システムインピーダンス計算を使用して、設置ポイントで利用可能な最大故障電流を決定します。これは、遮断器が固体導体に置き換えられた場合に流れる電流を表します。.
ステップ2：X軸上の電流の位置を特定する
I²t曲線チャートの水平軸で、計算された予想電流値を見つけます。値がグリッドラインの間にある場合は、対数的に補間するか、保守的な結果を得るために次の高い値を使用します。.
ステップ3：遮断器曲線まで垂直にたどる
電流値から上方向に仮想の垂直線を引き、特定の遮断器定格に対応する曲線と交差するまで引きます。異なるアンペア定格には異なる曲線があります。正しいものを読んでいることを確認してください。.
ステップ4：Y軸でI²t値を読み取る
交点から、左側のY軸に水平にたどり、レットスルーエネルギー値を読み取ります。単位に注意してください。値は通常、A²s × 10⁶または同様の科学的表記で表されます。.
ステップ5：導体の耐量と比較する
遮断器のI²t値が、式K²S²（次のセクションで説明）を使用して、導体の最大熱耐量よりも小さいことを確認します。.
避けるべき一般的な読み取りミス
エンジニアは、I²t曲線を解釈する際に、頻繁に3つの重大なエラーを犯します。
RMS値とピーク値の混同：X軸は、ピーク非対称電流ではなく、予想されるRMS対称電流を示しています。ピーク値を使用すると、曲線上の位置が誤って配置され、通常、過度に楽観的なI²tの読み取りにつながります。.
遮断器定格の不一致：製品ファミリーは、多くの場合、1つのチャートに複数の曲線を表示します。常に、設置されている遮断器のアンペア定格と遮断容量に一致する曲線を読んでいることを確認してください（たとえば、「C」曲線10kA遮断器は、同じアンペア数の「N」曲線36kA遮断器とは異なります）。.
対数スケーリングの無視：両方の軸に対数スケールを使用します。チャート上の小さな視覚的距離は、大きな数値の変化を表します。常に、視覚的に推定するのではなく、軸ラベルから値を注意深く読み取ってください。.
導体の熱耐量計算
K²S²式の説明
すべての導体には、絶縁損傷が発生する前に吸収できる最大熱エネルギーがあります。この制限は、断熱方程式で表されます。
I²t ≤ K²S²
どこでだ：
- I²t = 保護デバイスからのレットスルーエネルギー（A²s）
- K = 材料および絶縁定数（A·s½/mm²）
- S = 導体断面積 (mm²)
定数Kは、導体材料（銅またはアルミニウム）、絶縁タイプ（PVC、XLPE、EPR）、初期温度（通常、連続運転の場合は70°C）、および最終許容温度（PVCの場合は160°C、XLPEの場合は250°C）を考慮します。IEC 60364-5-54は、標準化されたK値を提供します。.
一般的な導体における標準K値
| 導体材料 | 絶縁種別 | 初期温度 | 最終温度 | K値 (A·s½/mm²) |
|---|---|---|---|---|
| 銅 | PVC | 70℃ | 160°C | 115 |
| 銅 | XLPE/EPR | 90°C | 250°C | 143 |
| 銅 | ミネラル (PVC) | 70℃ | 160°C | 115 |
| アルミニウム | PVC | 70℃ | 160°C | 76 |
| アルミニウム | XLPE/EPR | 90°C | 250°C | 94 |
実用的な計算例
シナリオ: VIOX NSX160Fブレーカー（遮断容量36kA）が、予想される地絡電流25kAの環境下で、PVC絶縁の10mm²銅導体を適切に保護するか検証します。.
ステップ1: メーカーの曲線からブレーカーのI²tを求めます。
- 予想される電流: 25 kA
- VIOX NSX160Fデータシートの曲線より: I²t = 6×10⁵ A²s
ステップ2: ケーブルの熱耐量を計算します。
- K = 115 (上記の表より、銅PVC)
- S = 10 mm²
- K²S² = 115² × 10² = 1.32×10⁶ A²s
ステップ3: 保護の検証
- ブレーカーI²t (6×10⁵) < ケーブルK²S² (1.32×10⁶) ✓
- 安全率: (1.32 – 0.6) / 1.32 = 54.51%
結論: ケーブルは十分な安全率で適切に保護されています。.
I²tを使用したバスバーの熱検証
バスバーが特別な考慮を必要とする理由
配電盤およびスイッチギア内のバスバーは、地絡時にケーブルと同様の熱応力にさらされますが、その検証プロセスは、形状および設置条件により若干異なります。銅またはアルミニウムのバーは優れた熱伝導率を有していますが、密閉されたパネル内のコンパクトな配置は、短い地絡期間中の放熱を制限します。.
同じI²tの原則が適用されますが、エンジニアはAC表皮効果係数（Kf）と正確な導体寸法を考慮する必要があります。長方形の銅バスバーの場合、熱耐量の計算は次のようになります。
θk = θ0 + (I²t × Kf × ρ0) / (A² × c × γ × (1 + α0 × θ0))
どこでだ：
- θk = 最終温度 (°C)
- θ0 = 初期温度 (通常、連続運転の場合は70°C)
- I²t = 通過エネルギー (A²s)
- Kf = AC追加損失係数 (通常、周波数とバーの寸法に応じて1.0〜1.5)
- ρ0 = 0°Cでの抵抗率 (銅の場合1.65×10⁻⁸ Ω·m)
- A = 断面積 (m²)
- c = 比熱容量 (銅の場合395 J/(kg·K))
- γ = 密度 (銅の場合8900 kg/m³)
- α0 = 温度係数 (銅の場合1/235 K⁻¹)
計算例：バスバーの温度上昇
前提条件: 100×10mmの銅バスバー、初期温度70°C、160Aの電流制限ブレーカーで保護、予想される地絡100kA。.
ステップ1: ブレーカーのI²tを取得します。
- メーカーの曲線より: I²t = 0.48×10⁶ A²s
ステップ2: 最終温度を計算します。
- A = 100mm × 10mm = 1000mm² = 1×10⁻³ m²
- Kf = 1.0 (この形状に対して控えめな値)
- 上記の式を使用すると:
θk = 70 + (0.48×10⁶ × 1.0 × 1.65×10⁻⁸) / ((1×10⁻³)² × 395 × 8900 × (1 + 1/235 × 70))
θk ≈ 70.8°C
結果: 温度上昇は1°C未満であり、電流制限保護の有効性を示しています。電流制限がない場合、同じ100kAの地絡が500ms続くと、バスバーの温度は約95°Cまで上昇します。これは依然として制限内ですが、安全率が大幅に低下します。.
この劇的な違いは、電流制限ブレーカーを使用することで、安全基準を維持しながら、最新のスイッチギア設計でより小型で経済的なバスバーを使用できる理由を説明しています。.
標準およびコンプライアンス要件
IEC 60947-2：基礎規格
IEC 60947-2は、低電圧回路ブレーカーを規定しており、メーカーは電流制限デバイスのI²t曲線を提供することを義務付けています。この規格は以下を指定します。
- テスト条件 通過エネルギー値を決定するため
- 曲線の精度要件 (通常±10%の公差)
- 周囲温度 前提条件 (産業用ブレーカーの場合は40°C)
- 連携要件 上流および下流のデバイス間
ブレーカーは、最小短絡電流から定格短絡電流まで、遮断容量範囲全体で一貫したI²t性能を示す必要があります。.
地域規格のバリエーション
| 地域 | 主要規格 | 主な違い |
|---|---|---|
| ヨーロッパ | IEC 60947-2 | データシートに必要な直接I²t曲線 |
| 北米 | UL 489 | 通過エネルギーチャートはオプション。調整テーブルの方が一般的 |
| 中国 | GB 14048.2 | IEC 60947-2に基づいており、わずかな修正が加えられています。 |
| オーストラリア | AS/NZS 60947.2 | ローカルの設置要件を含むIECと同一 |
ケーブル規格の統合
導体の耐熱値（K係数）は、補完的な規格に由来します。
- IEC60364-5-54：固定設備の設置要件とK値
- IEC 60502：押し出し絶縁電力ケーブル
- BS 7671：英国の配線規則（IECと調和）
エンジニアは、完全なコンプライアンスのために、保護デバイス（IEC 60947-2に準拠）と導体サイズ（IEC 60364-5-54に準拠）の両方が一緒に検証されていることを確認する必要があります。.
実用的なアプリケーション：パネル設計ワークフロー
新規設置の選定プロセス
配電盤を設計する際は、適切な熱保護を確保するために、この体系的なワークフローに従ってください。
フェーズ1：システム分析
- システムインピーダンスデータを使用して、各配電ポイントでの最大予想短絡電流を計算します。
- 設置におけるすべての導体タイプ、サイズ、および絶縁材料を特定します。
- 周囲温度条件とディレーティング係数を決定します。
フェーズ2：保護デバイスの選択
- 負荷電流要件に基づいて、回路ブレーカーの定格を選択します。
- 遮断容量が予想される故障電流を超えることを確認します。
- 故障レベルが高い（> 10kA）または導体が小さい（<16mm²）場合は、電流制限タイプのブレーカーを選択します。
フェーズ3：熱検証
- 選択したデバイスのブレーカーメーカーからI²t曲線を取得します。
- 各回路の導体耐熱容量（K²S²）を計算します。
- 予想される故障電流に対して、ブレーカーのI²t <導体のK²S²であることを確認します。
- 安全マージンを文書化します（最小20％を推奨）。
フェーズ4：協調チェック
- 上流および下流の保護デバイス間の選択性を検証します。
- バックアップ保護のI²t値が下流の導体制限を超えないようにします。
- デバイスの組み合わせについて、メーカーの協調テーブルを確認します。
後付けおよびアップグレードのシナリオ
既存の設備では、負荷が増加したり、ユーティリティのアップグレードにより故障レベルが変化したりした場合に、評価が必要になることがよくあります。 I²t検証プロセスが重要になります。
シナリオ：施設が新しい変圧器を追加し、主配電盤での利用可能な故障電流が15kAから35kAに増加します。.
必要な分析:
- 新しい故障レベル（35kA）での既存のブレーカーI²t曲線を確認します。
- すべての下流導体の耐熱性を再検証します。
- 既存のバスバーが引き続き適切かどうかを確認します。
- 標準ブレーカーが導体のI²t制限を超えるようになった場合、電流制限ブレーカーの必要性を評価します。
この分析により、既存の標準ブレーカーは、適切な遮断容量を備えているものの、より高い故障レベルで過剰なI²tを許容することが頻繁に明らかになります。 すべてのサイズの小さい導体を交換するよりも、電流制限ブレーカーにアップグレードする方が、多くの場合、最も経済的なソリューションになります。.
一般的な設計ミスとその回避方法
ミス1：すべてのブレーカーが電流制限であると想定する
問題：すべての回路ブレーカーが大幅な電流制限を提供するわけではありません。 標準的な熱磁気ブレーカー、特に大型フレームサイズ（> 630A）は、電流制限効果が最小限であることがよくあります。 それらのI²t曲線は、無制限の故障エネルギーをわずかに下回る値のみを示す場合があります。.
液：常にブレーカーのタイプを確認し、メーカーから実際のI²t曲線を取得してください。 遮断容量のみに基づいて電流制限を想定しないでください。 電流制限性能は特定の設計機能であり、高い遮断容量の自動的な特性ではありません。.
ミス2：RMSの代わりにピーク電流を使用する
問題：エンジニアは、制限曲線に示されているピークスルー電流（Ip）を、I²t計算に必要なRMS電流値と混同することがあります。 これにより、40％以上のエラーが発生する可能性があります。.
液：I²t曲線は常に、X軸にRMS対称予想電流を使用します。 ピーク非対称電流を計算した場合は、√2×κ（κはピーク係数で、通常は1.8〜2.0）で割って、曲線読み取り用のRMS値を取得します。.
ミス3：並列導体を無視する
問題：位相ごとに複数の導体が並列に接続されている場合（大規模な設備で一般的）、一部のエンジニアは、K²S²値を導体の数で誤って乗算します。 これは、故障電流が並列パス間で分割されるため、間違っていますが、I²tエネルギーは各導体に個別に影響します。.
液：並列導体の場合、ブレーカーのI²tが単一導体のK²S²よりも小さいことを確認します。 故障電流の分割は、予想される電流を決定したシステムインピーダンス計算ですでに考慮されています。.
ミス4：周囲温度の影響を無視する
問題：標準テーブルのK値は、特定の初期温度（通常、連続運転の場合は70°C）を想定しています。 高温環境（> 40°Cの周囲温度）または負荷率が高い設備では、初期導体温度が高くなり、耐熱容量が低下する可能性があります。.
液：周囲温度が高い場合、または負荷率が高い場合は、次のいずれかを行います。
- IEC 60364-5-54 Annex Aからの調整されたK値を使用します
- K²S²の結果に温度ディレーティング係数を適用します
- ブレーカーのI²tが追加の安全マージン（> 30％）を提供することを確認します
高度なトピック：エネルギー制限とアークフラッシュ
アークフラッシュハザードの低減におけるI²tの役割
IEEE 1584に基づくアークフラッシュインシデントエネルギーの計算では、従来、ブレーカーの時間電流曲線を使用して遮断時間を決定します。 ただし、瞬時領域で動作する電流制限ブレーカーの場合、この方法は実際のインシデントエネルギーを大幅に過大評価します。.
研究によると、I²t値を使用してアークフラッシュエネルギーを計算すると、電流制限デバイスに対してより正確な結果が得られます。 関係は次のとおりです。
インシデントエネルギー（cal / cm²）∝√（I²t）/ D²
ここで、Dは作業距離です。 このアプローチにより、時間電流曲線法と比較して、計算されたインシデントエネルギーを50〜70％削減でき、必要なPPEカテゴリを削減し、作業者の安全性を向上させる可能性があります。.
協調と選択性の考慮事項
適切な選択性には、故障に最も近いブレーカーのみが動作し、上流のデバイスは閉じたままになる必要があります。 I²tの観点から、これは次のことを意味します。
- エネルギー判別：故障箇所での上流ブレーカーのI²tは、下流ブレーカーの総遮断エネルギーを超える必要があります
- 時間判別：上流デバイスは、下流デバイスが故障を解消するのに十分な時間、閉じたままにする必要があります
- 電流判別場合によっては、下流側の機器のインピーダンスにより、上流側の機器には電流が減少して見えるだけです。
メーカーは、どの機器の組み合わせが選択性を達成するかを示す協調テーブルを提供していますが、I²tの関係を理解することで、テーブルに特定のシナリオが記載されていない場合に、エンジニアが情報に基づいた意思決定を行うのに役立ちます。.
要点
- I²t曲線は熱エネルギーを定量化します。 回路ブレーカーが故障遮断中に通過させる熱エネルギーを、アンペア二乗秒（A²s）で測定します。
- 限流ブレーカー は、非限流デバイスと比較して故障エネルギーを1000倍以上削減でき、より小さい導体サイズを可能にします。
- I²t曲線を読み取るには、5つのステップが必要です。予想される電流を計算し、X軸上で位置を特定し、ブレーカー曲線までトレースし、Y軸の値を読み取り、導体の耐性と比較します。
- 導体の熱的耐性 は、K²S²を使用して計算されます。ここで、Kは材料と絶縁タイプに依存し、Sは断面積です。
- 検証式は簡単です。ブレーカーのI²tは、予想される故障電流レベルで導体のK²S²よりも小さくなければなりません。
- 規格遵守 ブレーカーの場合はIEC 60947-2、導体サイズの場合はIEC 60364-5-54に従う必要があります。
- 一般的な間違い 混乱を招くRMS/ピーク値を含み、すべてのブレーカーが限流であると仮定し、周囲温度の影響を無視します。
- 母線検証 は、同じI²tの原理を使用しますが、温度上昇に関する追加の計算が必要です。
- アークフラッシュ計算 は、I²tデータから恩恵を受け、限流ブレーカーの入射エネルギー推定値を削減することがよくあります。
- 協調と選択性 上流および下流の保護デバイス間の適切なI²t関係に依存します。
よくある質問
Q: DC回路ブレーカーにI²t曲線を使用できますか？
A: はい、ただし注意が必要です。DCブレーカーにはI²t曲線がありますが、自然な電流ゼロがないため、限流効果は一般にACブレーカーほど顕著ではありません。常にDC固有の曲線を使用し、ACブレーカーのデータをDCアプリケーションに適用しないでください。. DC回路ブレーカーのサイジングの詳細をご覧ください。.
Q: 予想される故障電流が曲線の開始点を下回る場合はどうなりますか？
A: ほとんどのI²t曲線は、限流動作が開始される電流（通常は定格電流の3〜5倍）で始まります。このしきい値を下回ると、ブレーカーは大きな制限なしに、その熱的または磁気的領域で動作します。これらの低い電流については、時間電流曲線を使用してI²tを次のように計算します。I²t = I² × 遮断時間。.
Q: 既存の設備でI²t保護を再検証する頻度はどのくらいですか？
A: 再検証は、(1)電力会社のアップグレードにより利用可能な故障電流が増加した場合、(2)導体が交換されたり、回路が拡張されたりした場合、(3)保護デバイスが変更された場合、または(4)主要な負荷が追加された場合に必要です。最良の方法として、定期的な電気システム調査（通常は5年ごと）中に確認してください。. トリップ曲線を理解する ことは、変更が保護に影響を与える時期を特定するのに役立ちます。.
Q: 小型回路ブレーカー（MCB）にはI²t曲線がありますか？
A: はい、IEC 60898-1に基づくMCBには、遮断容量（6kA、10kAなど）と曲線タイプ（B、C、D）に基づいて標準化された最大I²t値があります。ただし、メーカーは常に詳細な曲線を公開しているわけではありません。正確な検証を行うには、メーカーにI²tデータを要求するか、IEC 60898-1 Annex Dからの保守的な最大値を使用してください。. MCB遮断容量の比較 は、追加のコンテキストを提供します。.
Q: 異なるブレーカー定格の曲線間で補間できますか？
A: いいえ、I²t曲線上の異なるブレーカー定格間で補間しないでください。各定格には、電流制限に影響を与える独自の内部特性があります。必要な定格が表示されていない場合は、メーカーに特定のデータを要求するか、保守的な結果を得るために、次に高い定格の曲線を使用してください。.
Q: MCCBのI²t定格とIcw定格の違いは何ですか？
A: Icw（短時間耐電流）は、ブレーカーがトリップせずに指定された時間（通常は1秒）運ぶことができる電流であり、協調に使用されます。I²tは、ブレーカーがトリップしたときに通過させる熱エネルギーです。これらは異なる目的を果たします。Icwは選択性、I²tは導体保護です。. MCCB短時間遅延の説明 は、この区別について詳しく説明しています。.
結論：I²tを設計プロセスに統合する
回路ブレーカーのI²t曲線を理解し、適切に適用することで、熱保護は理論的な懸念から実用的な設計ツールに変わります。曲線を読む、導体の耐性を計算する、適切なマージンを確認する、という検証プロセスは、回路ごとに数分しかかかりませんが、コストのかかる故障や安全上の危険を防ぎます。.
最新の電気設備は、電力網が強化され、分散型発電が普及するにつれて、故障電流レベルの増加に直面しています。同時に、経済的なプレッシャーにより、導体サイズは最小許容値に向かって推進されています。この収束により、I²t検証は単に推奨されるだけでなく、安全で、コードに準拠した設計に不可欠になります。.
VIOX Electricは、当社の製品範囲のすべての限流回路ブレーカーに対して、包括的なI²t曲線と技術サポートを提供しています。当社のエンジニアリングチームは、熱検証計算を支援し、故障レベルが導体の熱的限界に近づく困難なアプリケーションに最適なブレーカーの選択を推奨できます。.
複数の協調レベルを含む複雑な設備の場合、, 母線選定, 、または次のような特殊なアプリケーションの場合 ソーラーコンバイナーボックス, 、I²tベースの保護戦略の理論的原則と実際的なアプリケーションの両方を理解している経験豊富な電気エンジニアにご相談ください。.
適切な熱検証への投資は、安全性の向上、故障時の機器の損傷の軽減、保険料の削減、および世界中でますます厳しくなる電気コードへの準拠を通じて、配当をもたらします。I²t曲線分析を回路ブレーカーの選択プロセスの標準的なステップにしてください。あなたの導体とあなたのクライアントはあなたに感謝するでしょう。.
