電気パネルに適切なモールドケース・サーキット・ブレーカ（MCCB）を選択することは、システムの安全性、信頼性、および性能に直接影響する重要なエンジニアリング上の決定事項です。MCCB の選定を誤ると、迷惑なトリップや不十分な保護、機器の損傷、さらには致命的な故障につながる可能性があります。この包括的なガイドでは、電気システムの要件に完全に適合する MCCB を選択するための重要な要素とステップバイステップのプロセスについて説明します。
MCCBとは何か、なぜ電気パネルにとって重要なのか？
モールドケース・サーキット・ブレーカ（MCCB）は、堅牢な絶縁ケーシングに収納された重要な電気保護装置です。MCCBは、ミニチュアサーキットブレーカ（MCB）とは異なり、高い定格電流（通常は16A～2500A）に対応し、配電システムに優れた保護機能を提供します。
MCCB は、パネルアプリケーションでいくつかの重要な機能を果たします：
- 導体や機器に損傷を与える可能性のある過負荷状態からの保護
- 致命的な故障による損傷を防ぐ短絡保護回路
- 地絡保護（装備モデル）
- 電気的絶縁によるメンテナンスの安全性
- 様々な負荷条件下での信頼性の高いスイッチング動作
MCCBの主な役割は、過電流状態が検出されると自動的に電流を遮断することである：
- 導体や絶縁体への熱損傷の防止
- 破壊的な故障電流から接続機器を保護
- 電気火災のリスクを最小限に抑える
- システム全体の信頼性の確保
パネル用MCCBを選択する際に考慮すべき主な要素
1.電流定格の要件
定格電流は、MCCB を選択する際の最も基本的なパラメータです：
- 定格電流 (In):指定された基準条件下で、MCCB がトリップせずに流せる最大連続電流です。MCCB の定格電流は、回路の設計電流 (Ib) 以上である必要があります。
- 設計電流の計算:
- 単相交流負荷の場合Ib = P/(V×PF)
- 三相交流負荷の場合Ib = P/(√3×VL-L×PF)
- 直流負荷の場合：Ib = P/V
- 連続負荷サイジング:連続負荷(3 時間以上動作)の場合、計算された連続負荷電流(In ≥ 1.25 × Ib)の少なくとも 125% 定格の MCCB を選択するのが標準的な方法です。これは、エンクロージャ内の MCCB は通常、熱的な制約により、連続動作時の公称定格の 80% に制限されていることを考慮したものです。
- フレームサイズ（インチム）:特定の MCCB フレームが対応可能な最大定格電流を示します。たとえば、250AF (アンペアフレーム) MCCB には、100A ～ 250A の In 設定があります。
- 周囲温度の考慮:MCCBは通常、基準温度（一般的には40℃）に対して校正されています。周囲温度が高い場合は、メーカーの仕様に従ってディレーティング係数を適用する必要があります。
2.定格電圧の選択
MCCB の定格電圧パラメータは、システムの動作要件に適合している必要があります：
- 定格動作電圧 (Ue):MCCB が動作し、フォルトを遮断するように設計された電圧。一般的な値には、230V、400V、415V、440V、525V、600V、690V があります。選択した MCCB の Ue は、システムの公称電圧以上である必要があります。
- 定格絶縁電圧 (Ui):試験条件下で MCCB の絶縁が耐えられる最大電圧。この値は通常 Ue よりも高く（800V、1000V など）、電源周波数の過電圧に対する安全マージンを提供する。
- 定格インパルス耐電圧（Uimp）:MCCB が故障せずに耐えられる標準インパルス電圧（通常、1.2/50μs 波形）のピーク値。この定格（6kV、8kV、12kV など）は、落雷やスイッチング操作による過渡過電圧が発生しやすい環境で信頼性を確保するために重要です。
3.破断能力要件
遮断容量は、破壊されることなく故障電流を安全に遮断する MCCB の能力を定義します：
- 最終破断容量（Icu）:指定された試験条件下で、MCCB が安全に遮断できる最大見込み短絡電流。このレベルでフォルトを遮断した後は、MCCB を検査または交換しなければ、その後の使用には適さない可能性があります。重要なルールは、Icu が設置ポイントにおける計算された見込み短絡電流（PSCC）以上でなければならないことです。
- サービスブレーク容量（Ics）:MCCB が遮断し、その後使用可能な状態を維持できる最大故障電流。Ics は通常、Icu（25%、50%、75%、または 100%）に対する割合で表されます。サービスの継続性が最優先される重要なアプリケーションでは、Ics = Icu の 100% であり、Ics ≥ PSCC である MCCB を選択してください。
- プロスペクティブ短絡電流（PSCC）計算:
- ここで、V はシステム電圧、Ztotal は電源から MCCB までの電気システムの合計インピーダンスである。
- PSCCに影響を与える主な要因には、変圧器のkVA定格とインピーダンス、ケーブルの長さとサイズ、その他の上流コンポーネントなどがある。
- 最悪の場合の計算では、電圧変動の上限と変圧器のインピーダンス許容差の下限を考慮する。
- 製造能力（Icm）:MCCB が損傷することなく閉じることができる最大ピーク非対称電流。IEC 60947-2 では、Icm を Icu の係数として規定しており、係数は回路の力率に依存する。
4.トリップユニットのタイプと特性
トリップユニットは、MCCB の「頭脳」であり、フォルト状態の検出とトリップの開始を行います：
トリップ・ユニットの技術：
- 熱磁気トリップユニット（TMTU）:
- 過負荷保護用バイメタルエレメント（熱式）と短絡保護用電磁エレメント（磁気式）を使用。
- 電子式ユニットより経済的だが、調整機能は劣る
- 周囲温度の変化に敏感
- 電子トリップユニット（ETU）:
- 電流トランスとマイクロプロセッサーを使用し、より精密な保護を実現
- 幅広い調整機能と追加プロテクション機能を提供
- 計測、通信、診断などの機能を提供
- 温度変化に対してより安定
トリップ特性タイプ：
- タイプB MCCB:定格電流の 3～5 倍で磁気的にトリップ。突入電流が少ない発熱体や照明などの抵抗負荷に適しています。
- タイプC MCCB:定格電流の5～10倍でトリップ。小型モーターや蛍光灯のような中程度の誘導負荷を持つ商業用および工業用アプリケーション用の汎用タイプ。
- タイプD MCCB:定格電流の10～20倍でトリップ。大型モータ、トランス、コンデンサバンクなどの突入電流の大きい回路用に設計されています。
- タイプK MCCB:定格電流の約10～12倍でトリップ。コンベアやポンプなど、頻繁な始動で高い突入許容値を必要とするミッションクリティカルな誘導負荷に最適。
- タイプZ MCCB:定格電流のわずか2～3倍でトリップ。短時間の過負荷でも破損する可能性のある電子機器やミッションクリティカルな機器のための高感度保護。
電子トリップユニット保護機能（LSI/LSIG）：
- L - 長時間遅延（オーバーロード）:持続的な過電流から保護。
- Ir（ピックアップ）：通常0.4～1.0×In
- tr（ディレイ）：逆時間特性（例：6×Irで3s～18s）
- S - ショートタイムディレイ:調整が必要な大電流故障用。
- Isd（ピックアップ）：通常1.5～10×Ir
- tsd（遅延）：0.05～0.5秒（I²t機能の有無にかかわらず）
- I - 瞬間的:重度の短絡に即座に対応。
- Ii（ピックアップ）：通常1.5～15×In
- G - 漏電 (装備されている場合）：
- Ig（ピックアップ）：通常0.2～1.0×Inまたは固定mA値
- tg（ディレイ）：0.1～0.8秒
5.極数選択
極数によって、MCCB が保護および絶縁できる導体が決まります：
- 単相システム:
- ライン-ニュートラル（L-N）：1極または2極MCCB
- ライン間（L-L）：2極MCCB
- 三相システム:
- 3線式（ニュートラルなし）：3極MCCB
- 4線式（ニュートラル付き）：接地システムにより、3極または4極MCCB
- アーシング・システムに関する考察:
- TN-C: 3極MCCB(通常、PEN導体は切り替えてはならない)
- TN-S: 固体ニュートラルリンク付き3極MCCB、またはニュートラル絶縁が必要な場合は4極
- TT: 完全な絶縁のために4極MCCBを強く推奨
- IT（分散ニュートラル付き）：4極MCCB必須
6.物理的設計と設置に関する考慮事項
MCCB の物理的な側面は、設置要件やメンテナンスに大きく影響します：
取り付けオプション：
- 固定マウント:パネル構造に直接ボルトで固定された MCCB。最も経済的だが、交換には完全な切り離しが必要。
- プラグイン取付:MCCBは固定ベースに差し込むため、配線を邪魔することなく短時間で交換可能。中コスト。
- 引き出し式マウント:MCCB : 引き出し可能なシャーシに収納されたMCCBにより、最小限の障害で分離および交換が可能。コストは最も高いが、重要な回路の稼働時間を最大化する。
- DINレールマウント:小型のMCCBに使用可能。標準35mmレールに簡単取り付け。
接続と終端：
- ラグ・タイプ:オプションとして、メカニカルラグ、コンプレッションラグ、拡張スプレッダー、バスバーコネクターがあります。
- ワイヤーサイジング:必要な導体サイズと端子の適合性を確認する。
- トルク要件:信頼性の高い接続のために重要 - メーカーの仕様に従うこと。
- ワイヤー曲げスペース:最小曲げ半径に対応すること。
環境要因：
- 周囲温度:通電容量に影響する。
- 高度:高度2000m以上での使用には、定格電流と定格電圧のディレーティングが必要です。
- エンクロージャ・タイプとIP定格:熱性能と汚染物質からの保護に影響する。
- 汚染度:予想される環境条件を分類する。
7.他の保護装置との電気的調整
適切な調整により、故障に最も近い保護装置のみが作動し、停電範囲を最小限に抑えることができる：
選択性（識別）方法：
- 電流選択性:アップストリームデバイスの電流しきい値をダウンストリームデバイスよりも高く設定すること。
- 時間選択性:上流装置のトリップに意図的な時間遅延を導入する。
- エネルギー選択性:電流制限特性とエネルギー・レット・スルー値を利用。
- ゾーン選択インターロック（ZSI）:トリップ判定を最適化するためのブレーカ間の通信。
カスケード（バックアップ・プロテクション）：
- 遮断能力の低い下流側のブレーカを上流側の限流ブレーカで保護できるようにする。
- メーカーのテストと表によって検証されなければならない。
- 経済的ではあるが、選択性が損なわれる可能性がある。
8.アクセサリーと追加機能
MCCBは、機能性を高めるためにさまざまなアクセサリを装備できます：
- シャント・トリップ:リモート電気トリップ機能。
- 低電圧リリース:電圧がプリセットレベルを下回るとトリップします。
- 補助接点:MCCB の開閉状態を示す。
- アラーム接点:故障により MCCB がトリップしたときの信号。
- モーター・オペレーター:遠隔電気操作を許可する。
- ロータリーハンドル:手動式で、ドアに取り付けられていることが多い。
- 端子シールド:人員の安全性を高める。
- 通信モジュール:ビル管理システムやSCADAシステムとの統合を可能にします。
適切なMCCBを選択するためのステップバイステップガイド
ステップ1：電気システムと負荷要件の評価
MCCB を選択する前に、以下の重要な情報を収集してください：
- システムパラメータ:
- 公称電圧と周波数
- 相数とシステム接地配置
- 上流電源特性（トランスkVA、%Z）
- 設置環境条件
- 設計電流（Ib）の計算:
- 単一負荷の場合：定格電力、電圧、力率に基づく適切な計算式を使用する。
- 複数の負荷の場合：個々の電流を合計する（該当する場合は多様性要因を考慮する）
- 連続負荷用に25%マージンを追加
- 見込み短絡電流（PSCC）の計算:
- トランスの容量とインピーダンスを考慮する
- ケーブルインピーダンスを考慮する
- 他の上流インピーダンスを含む
- 最大限の安全性を確保するため、ワーストケース・パラメーターを使用する
ステップ2：定格電圧と極数の決定
- 適切な定格電圧を選択する:
- 動作電圧（Ue）≧システム電圧であることを確認する。
- 絶縁電圧（Ui）とインパルス耐電圧（Uimp）が適切であることを確認する。
- 正しい極数を選ぶ:
- システムタイプに基づく（単相、三相）
- ニュートラルスイッチングに必要なアースシステムを考慮する
ステップ3：定格電流と遮断容量の選択
- 定格電流の決定 (In):
- In ≥ 設計電流 (Ib) を確保する。
- 連続荷重の場合は、125%係数（In≥1.25×Ib）を適用する。
- 将来のキャパシティ・ニーズを考慮する（25-30%の追加）
- 適切な破壊容量を選択する:
- 極限破壊容量（Icu）≧PSCC計算値であること。
- クリティカルな用途の場合は、サービス破断容量 (Ics) ≥ PSCC を確保すること。
- Icuに占める必要なIcsを決定する際には、システムの重要性を考慮する。
- 適切なフレームサイズ（インチ）を選ぶ:
- 必要な耐力と破壊能力に基づく
- 物理的なスペースの制約を考慮する
ステップ4：必要なディレーティング係数の適用
- 温度ディレーティング:
- 周囲温度が基準温度（通常40℃）を超える場合
- メーカーのディレーティング・カーブ／テーブルを使用する。
- 高度ディレーティング:
- 標高2000m以上
- 定格電流と定格電圧の両方に影響
- グループ化ディレーティング:
- 複数のMCCBを近接して設置する場合
- パネル設計に従って定格多様性係数（RDF）を適用する。
- エンクロージャーの影響:
- エンクロージャの換気とIP等級を考慮する
- 追加の温度ディレーティングが必要な場合がある
ステップ 5：トリップユニットタイプと保護設定の選択
- トリップユニットを熱磁気式または電子式から選択:
- アプリケーションの要件、予算、希望する機能に基づく
- 調整可能性、コミュニケーション、精度の必要性を考慮する
- 適切なトリップカーブまたは特性を選択する:
- 負荷タイプに基づく（抵抗、モーター、変圧器、電子機器）
- 突入電流要件を考慮する
- 保護設定の構成（電子トリップユニットの場合）:
- 実際の負荷電流に基づいて過負荷保護（Ir）を設定する
- 故障計算に基づく短絡保護（Isd、Ii）の構成
- 装備されている場合は、漏電保護（Ig）を設定します。
ステップ6：他の保護装置との調整の確認
- 上流および下流装置で選択性を検証:
- メーカーの選択性テーブルを使用する
- 時間-電流曲線の分析
- 適切な選択法を適用する（電流、時間、エネルギー、ZSI）
- 該当する場合は、カスケード要件をチェックする:
- メーカーのカスケード・テーブルで検証
- ダウンストリームデバイスの保護
ステップ7：物理的要件と設置要件を確定する
- 物理的な寸法が利用可能なスペースに合っているか確認する:
- メーカーの寸法図をチェックする
- 十分なクリアランスの確保
- 取り付け方法の選択:
- メンテナンスの必要性に応じた固定式、プラグイン式、引き出し式
- ライフサイクルコストと初期投資の比較
- 適切な端子接続を選択する:
- 導体のタイプ、サイズ、数量に基づく
- 設置とメンテナンスのアクセスを考慮する
ステップ8：必要なアクセサリーの選択
- 必要な補助機能を特定する:
- 遠隔操作／モニタリングのニーズ
- 安全インターロック要件
- オートメーション・システムとの統合
- 適切なアクセサリーを選ぶ:
- シャントトリップ、不足電圧リリース、補助接点
- メカニカルインターロック、ハンドル、端子シールド
- 必要に応じて通信モジュール
よくあるMCCB選定の間違い
MCCBのアンダーサイジング
定格電流が十分でないMCCBを選択すると、次のような問題が発生する可能性があります：
- 通常運転中の迷惑トリップ
- デバイスの早期老化
- 機器寿命の低下
- 不必要な生産停止時間
破断能力要件の無視
遮断容量が不十分な MCCB は、次のような可能性があります：
- 故障時に致命的な損傷を与える
- 重大な安全上の危険を引き起こす
- 機器に甚大な損傷を与える
- ダウンタイムの長期化と高額な修理費用の発生
他の保護装置との調整の見落とし
適切な調整により、確実になる：
- 故障に最も近いブレーカーのみがトリップ
- 他のシステムへの影響を最小限に抑える
- 障害切り分けと復旧の迅速化
- システムの信頼性向上
環境への配慮を怠る
MCCB の性能は以下の影響を受ける：
- 周囲温度（高温時にはディレーティングが必要）
- 湿度と汚染レベル
- 高度（2000m以上ではディレーティングが必要）
- エンクロージャーの換気と放熱
誤ったトリップカーブの選択
ご使用のアプリケーションに不適切なトリップカーブを使用すると、次のような結果になることがあります：
- 通常の突入事象中の迷惑トリップ
- 繊細な負荷に対する保護が不十分
- 協調性のない保護対応
- システムの信頼性の低下
パネル用途別の特別な考慮事項
産業用パネル・アプリケーション
工業用パネルの場合は、優先順位をつける：
- 産業環境向けの高い破壊能力
- モーター保護機能
- 過酷な環境に耐える堅牢な構造
- モータースターターおよびコンタクターとの調整
- 重要なサービスの継続のための選択的トリップ
商業ビル用パネル
商業用途の場合は、検討してみてください：
- 経済的保護のためのカスケード機能
- 計測とモニタリング機能
- 省スペース設計
- メンテナンスの必要性とアクセシビリティ
- 商業建築基準法の遵守
クリティカル・パワー・パネル
病院やデータセンターのような重要なアプリケーション向け：
- ブレーカー間の選択性と識別が不可欠（Ics = 100% Icu）
- 遠隔操作とモニタリング機能
- 高度な通信機能
- より高い信頼性要件
- 冗長な保護スキーム
MCCBサイジング計算例
50HP、415V、3相モータパネル用のMCCBの選択について説明します：
- 全負荷電流の計算:
- 50HPモーター（415V、3相）の全負荷電流は約68A
- 連続運転時の安全マージン:
- 68A×1.25＝最低85A
- モーターの始動突入を考慮する:
- 直列始動は全負荷電流の6～8倍の電流を流すことができる
- 始動電流を上回る磁気トリップ設定の MCCB が必要
- 必要な破壊容量を決定する:
- 使用可能な故障電流を25kAと仮定した場合
- 必要遮断容量：25kA×1.25＝31.25kA
- MCCBの最終選定:
- 遮断容量35kAの100A MCCB
- タイプ D 熱磁気トリップカーブ、またはモーター始動用に調整された設定の電子トリップユニット
- 定格電圧415V、3極構成
- ステータス監視用の補助接点などの追加機能を検討
結論パネルに最適なMCCBを選択するために
パネルに適切な MCCB を選択するには、定格電流、定格電圧、遮断容量、トリップ特性、極の構成、および物理的な考慮事項など、複数の技術要素を考慮した体系的なアプローチが必要です。このガイドに記載されているステップバイステップのプロセスに従うことで、電気システムの保護、信頼性、および関連規格への準拠を確実に維持することができます。
MCCB を選択する際には、以下のポイントを覚えておいてください：
- 計算された負荷電流に適切な安全マージンを加えた値に基づいてMCCBのサイズを決定する。
- 遮断容量が最大見込み故障電流を上回っていることを確認する。
- 特定の負荷タイプに適合するトリップ特性を選択
- 他の保護装置との連携を考慮する
- 環境条件を考慮し、適切なディレーティングを適用する
- アプリケーションのニーズに応じて物理的な構成やアクセサリーを選択
常に、NEC、IEC、または地域の規制など、関連する電気 規範および規格に準拠してください。重要なアプリケーションや複雑なシステムについては、資格を有する電気技術者または MCCB メーカーのテクニカルサポートチームにご相談ください。
適切な MCCB の選定に時間を費やすことで、電気設備のライフサイクル全体にわたり、システムの安全性、信頼性、および性能の向上が実現します。
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