負荷開閉器と遮断器の違いは何ですか？
負荷開閉器（LBS）は、通常の負荷電流を開閉するように設計されていますが、遮断器は、短絡などの故障電流を検出して遮断することもできます。重要な違いは、LBSには短絡電流を安全に遮断するための消弧能力がないため、保護デバイスではなく開閉デバイスであることです。.
要点
- A 負荷開閉器は、 通常の負荷電流と制限された過負荷電流（通常は定格電流の3〜4倍）を遮断できますが、短絡故障電流を遮断することはできません。.
- A 漏電ブレーカー 定格遮断容量（Icu/Ics）までの故障電流を自動的に遮断するために、トリップ機構と堅牢な消弧システムで特別に設計されています。.
- 1つあたり IEC 60947-3, LBSは、短絡 投入 容量を持っている場合がありますが、短絡 毀壊 容量と呼びます。.
- 短絡状態でLBSを開くと、アークが持続し、機器が壊滅的な損傷を受け、重大な人身事故につながる可能性があります。.
- 配電ネットワークでは、LBSは通常、 限流ヒューズ と組み合わせて、完全な遮断器なしで費用対効果の高い故障保護を実現します。.
- 特定のアプリケーションに間違ったデバイスを選択することは、単なるエンジニアリング上のエラーではなく、IECおよびIEEE規格に基づく安全違反です。.
負荷開閉器の仕組み
A 負荷開閉器（LBS） は、単純な断路器（アイソレーター）と遮断器の中間的な機能的位置を占めています。 断路器が無負荷状態でしか操作できない, のに対し、LBSには基本的な消弧機構が組み込まれており、回路に電流が流れている間でも安全に開閉できます。ただし、その電流が通常の動作範囲内にある場合に限ります。.
LBSにおける消弧
負荷がかかった状態で接点が分離すると、ギャップに電気アークが発生します。すべての開閉デバイスはこのアークを管理する必要がありますが、その程度によってデバイスの能力クラスが定義されます。LBSは比較的控えめな 消弧技術 （通常はSF₆ガスパッファー機構、小型真空遮断器、または密閉された空気室）を採用しており、通常の負荷電流および中程度の過負荷によって生成されるアークを消弧するのに十分です。.
これらのアーク制御システムは、定格電流（In）から約3〜4×Inまでの電流範囲で設計されています。その範囲を超えると、アークを駆動する電磁力が、消弧媒体のアークプラズマを非イオン化し、接点ギャップ全体の絶縁耐力を回復する能力を超えます。.
定格と規格
LBSデバイスは、 IEC 60947-3 （低電圧スイッチ）および IEC 62271-103 （高電圧スイッチ）によって管理されています。北米では、, IEEE C37.71 そして ANSI C37.72 が負荷遮断スイッチの性能要件を定義しています。.
主なLBS定格には、次のものがあります。
- 定格動作電流（Ie）： LBSが通常の条件下で連続的に通電および開閉できる最大電流。.
- 短絡投入容量（Icm）： LBSが接点を溶着させることなく投入できるピーク故障電流。これは 投入 投入 毀壊 定格であり、.
- 短絡遮断電流耐量（Icw）： LBSが閉じた状態を維持しながら、損傷することなく定義された時間（通常は1秒または3秒）通電できる故障電流の大きさ。.
- 機械的および電気的耐久性： 一般的なLBSユニットは、定格電流での機械的操作が5,000回未満、電気的操作が1,000回未満と評価されています。.
このリストから決定的に欠けているのは、短絡 毀壊 容量です。IEC 60947-3は、負荷開閉器が「短絡投入容量を持つ場合がある」が、「短絡遮断容量を持たない」ことを明示的に述べています。“
遮断器の仕組み
A 漏電ブレーカー は、過負荷や短絡を含む異常電流をミリ秒単位で自動的に検出して遮断するように設計された保護開閉デバイスです。 IEC 60947-2, によると、遮断器は「通常の回路条件下で電流を投入、通電、遮断することができ、また、短絡などの特定の異常回路条件下で、指定された時間だけ電流を投入、通電、遮断することができる」ものです。“
トリップ機構
遮断器には、故障状態が検出されたときに自動開閉をトリガーする統合された検知および作動システムが組み込まれています。3つの主要なトリップ機構は次のとおりです。
- 熱動トリップ（バイメタル素子）： バイメタルストリップを曲げることによって、ラッチ機構を機械的に解放することにより、持続的な過負荷に応答します。応答時間は電流の大きさに反比例します。.
- 電磁トリップ（ソレノイド/電磁石）： 電磁石を励磁して作動機構を瞬時に解放することにより、高 magnitude の故障電流に応答します。これにより、短絡保護に必要な高速応答が提供されます。.
- 電子トリップユニット： 変流器とマイクロプロセッサベースのロジックを使用して、プログラム可能で正確な保護曲線を提供します。 モールドケース回路遮断器（MCCB） およびエアサーキットブレーカー（ACB）で一般的です。.
のより詳細な比較については、 MCCB対MCB および 遮断器の種類, のより広い状況については、これらのリソースが追加のコンテキストを提供します。.
定格破壊容量
故障状態における遮断器の性能は、特定の 標準化された定格（Icu、Ics、Icw、Icm）:
- によって定義されます。 極限短絡遮断容量（Icu）：.
- 遮断器が遮断できる最大故障電流。この後、再利用できない場合があります。 ブレーカーが遮断し、継続的な使用のために完全に動作可能な状態を維持できる故障電流レベル。.
- 短絡投入容量（Icm）： ブレーカーが故障時に投入できる非対称ピーク電流。.
- 短絡遮断電流耐量（Icw）： ブレーカーが閉じた状態で指定された時間、通電できる電流。選択的協調に関連します。.
これらの定格は、LBSの仕様には記載されていませんが、回路遮断器が真の保護デバイスとして機能することを可能にするものです。.
短絡遮断の物理学：LBSが不十分な理由
負荷開閉器が短絡を遮断できない理由を理解するには、実際に原子レベルで何が起こるかを調べる必要があります。 故障電流下での接点分離.
故障状態下の弧エネルギー
接点が分離すると、電流は単純に停止しません。広がるギャップ間の電位が、接点間のガス分子をイオン化し、導電性プラズマチャネル（電気アーク）を生成します。このアークに含まれるエネルギーは、電流の大きさとアークが持続する時間の両方に比例します。.
通常の負荷条件下（数百アンペア）では、アークエネルギーはわずかです。LBS内部の基本的なパッファー機構またはガスチャンバーは、数サイクル以内にこのアークを引き伸ばし、冷却し、脱イオン化して、ギャップの絶縁耐力を正常に回復できます。.
短絡条件下（数万アンペア）では、物理学が劇的に変化します。アークエネルギーは電流の二乗に比例します。50 kAの故障は、約500 Aの負荷電流の10,000倍のアークエネルギーを生成します。電磁力は非常に大きくなり、アークをチャンバーの壁に向かって外側に押し出します。プラズマ温度は20,000°Cを超える可能性があります。接点材料は急速に腐食し、イオン化をさらに持続させる金属蒸気を生成します。.
LBSアークチャンバーが故障電流下で故障する理由
LBSアーク消弧システムは、ガス量、チャンバーの形状、接点の移動距離、脱イオン化能力の点で、通常の範囲の電流に対して厳密に寸法が決められています。短絡規模の電流にさらされると：
- 不十分な絶縁回復： 接点間のギャップは、十分に速く脱イオン化できません。残留プラズマが導電性を維持しているため、各電流ゼロ交差後にアークが再点弧します。.
- アークチャンバーの熱破壊： 集中したエネルギーがアークシュート材料を溶融または破壊します。.
- 接点溶着: 電磁力が接点を叩きつけたり、溶融した接点材料がギャップをブリッジしたりして、機構がまったく開かなくなるのを防ぎます。.
- 持続的なアーク放電と火災： 接点が部分的に分離できたとしても、アークは無期限に持続し、極端な熱、溶融金属の放出、アークフラッシュを発生させ、機器と人員の両方に直接的な脅威をもたらします。.
回路遮断器は、故障レベルのエネルギー向けに特別に設計されたエンジニアリングを通じて、これらの問題を解決します。 高性能アークシュートアセンブリ アークを複数の短いアークに分割し、総アーク電圧を劇的に増加させる積層脱イオンプレート付き。アークの伸長を強制する強力なスプリング駆動または磁気ブローアウト機構。および故障レベルの遮断の熱衝撃に対して定格された耐アーク性銀合金複合材料で作られた接点。.
LBS対回路遮断器：比較表
| 特徴 | 負荷開閉器（LBS） | サーキットブレーカー |
|---|---|---|
| 主要機能 | 負荷電流のオン/オフ切り替え | 自動故障検出と遮断 |
| 短絡遮断 | No | はい（定格Icu / Ics） |
| アーク消弧方式 | 基本的なSF₆パッファー、真空、または空気チャンバー | 脱イオンプレート、磁気ブローアウト、真空、またはSF₆を備えた高度なアークシュート |
| 主要なIEC規格 | IEC 60947-3 / IEC 62271-103 | IEC 60947-2 / IEC 62271-100 |
| 一般的な電流定格 | 200 A〜1,250 A（MV：最大630 Aが一般的） | 1 A〜6,300 A +（MCBからACBまで） |
| 短時間耐電流（Icw） | はい—閉じた状態で故障電流を通電できます | はい—遮断することもできます |
| 故障電流遮断 | 定格なし | 最大150 kA +（タイプによって異なります） |
| 代表的な用途 | RMUフィーダー, 、変圧器の絶縁、ケーブルループ | 主保護、フィーダー保護、モーター回路、, スイッチギアパネル |
| ペアリング要件 | 故障保護のためにヒューズまたは上流CBとペアリングする必要があります | 自己完結型保護（上流デバイスと連携する場合があります） |
| 相対コスト | より低い | より高い |
LBS +ヒューズの組み合わせを使用する場合
中電圧配電ネットワークで最も一般的で費用対効果の高い保護戦略の1つは、負荷開閉器と 限流高電圧ヒューズ. を組み合わせることです。この組み合わせは、コストのごく一部で回路遮断器と同等の機能を提供しますが、重要なトレードオフがあります。.
組み合わせの仕組み
この構成では、LBSは通常の条件下でのルーチンスイッチング（変圧器フィーダー、ケーブルリングセグメント、または分岐回路の通電および非通電）を処理します。ヒューズは、LBSができない短絡保護を提供します。故障が発生すると、限流ヒューズは最初の半サイクル（通常は5 ms未満）で動作し、予想される故障電流がピークに達する前に回路を遮断します。この迅速な動作により、熱エネルギー（I²t）と下流機器が耐える必要のあるピーク電磁力の両方が制限されます。.
エンジニアリングの根拠
LBS +ヒューズ方式は、次の場合に推奨されます。
- 保護された回路には、比較的予測可能な負荷プロファイルがあります（例：配電変圧器フィーダー）。.
- 必要な開閉頻度は低い（年間数百回未満）。.
- 予算の制約により、完全な真空遮断器またはSF₆遮断器は採用できない。.
- 設置場所は、スペースが限られたRMUなどのコンパクトなスイッチギアエンクロージャ内である。.
トレードオフとして、ヒューズの動作は一回限りのイベントである。ヒューズが切れた後、サービスを復旧するには、技術者が物理的にヒューズを交換する必要がある。対照的に、回路遮断器は、部品交換なしに、手動または自動再閉路方式で再閉路できる。サービス復旧時間が最優先される重要なフィーダーの場合、回路遮断器が依然として優れた選択肢である。.
連携要件
ヒューズとLBS間の適切な協調が不可欠である。ヒューズは、LBSの短時間耐電流定格（Icw）内で、すべての故障電流を除去できるように定格されている必要がある。ヒューズの遮断時間がLBSのIcw持続時間を超える場合、スイッチは故障を遮断しようとしなくても、熱損傷を受ける可能性がある。この協調解析は、保護設計の必須部分である。.
選定ガイド：どのデバイスがアプリケーションに必要ですか？
LBSと回路遮断器のどちらを選択するかは、好みの問題ではなく、特定の設置の保護要件、運用上の要求、および適用される規格によって決定される。.
次の場合にLBSを選択する：
- 主なニーズが、メンテナンスのための手動または電動負荷開閉および絶縁である場合。.
- 故障保護が別のデバイス（ヒューズまたは上流の回路遮断器）によって提供される場合。.
- アプリケーションが、予測可能な負荷を持つ二次配電ネットワーク、変圧器フィーダー、またはケーブルリングにある場合。.
- コスト最適化とコンパクトなフットプリントが優先される場合。.
次の場合に回路遮断器を選択する：
- アプリケーションが、過負荷および短絡の自動検出および遮断を必要とする場合。.
- 再閉路機能が必要な場合（手動または自動）。.
- 設置場所が、主保護または重要なフィーダー保護として機能する場合。.
- 高い開閉耐久性が必要な場合（モータ開閉、コンデンサバンク開閉）。.
- 設置場所での予想故障電流が、LBS +ヒューズの組み合わせの能力を超える場合。.
パネルビルダーが設計する場合 低電圧スイッチギアアセンブリ, 、規則は簡単である：すべての回路には、設置場所での最大予想短絡電流を遮断するように定格されたデバイスが必要である。そのデバイスが回路遮断器でない場合、適切に協調されたヒューズまたはその他の電流制限デバイスがその役割を果たす必要がある。.
よくある質問
負荷開閉器を短絡保護に使用できますか？
いいえ。負荷開閉器（LBS）は、IEC 60947-3に準拠した短絡遮断容量を持ちません。必ず限流ヒューズと組み合わせて使用するか、上位の回路ブレーカーによって保護し、事故電流を処理する必要があります。潜在的な短絡が発生する可能性のある回路でLBSを単独で使用することは、電気安全基準に違反します。.
短絡中に負荷開閉器を開放しようとするとどうなりますか？
LBS内部のアーク消弧機構は、故障レベルのエネルギーに合わせて設計されていません。その結果、アークが持続し、接点溶着、アークチャンバーの破壊、溶融金属の放出、およびアークフラッシュによる負傷や火災の重大なリスクが生じる可能性があります。LBSが完全に開かず、故障が解消されないままになることがあります。.
IcwとIcuの違いは何ですか？
Icw（短時間耐電流） は、デバイスが損傷することなく、指定された期間 閉じた 状態で耐えることができる故障電流である。. Icu（遮断容量） は、回路遮断器が正常に 遮断 して除去できる最大故障電流である。LBSにはIcw定格があるが、Icu定格はない。これらの定格の詳細な内訳は、この 回路遮断器の定格に関するガイド.
LBSは断路器またはアイソレーターと同じものですか？
に記載されている。No. 断路器（アイソレータ）は、無負荷状態でしか操作できない。アーク消弧能力がまったくない。LBSは、負荷電流を遮断できるため、能力階層において断路器よりも上位に位置する。ただし、故障電流を遮断できないため、回路遮断器よりも下位に位置する。詳細な比較については、 回路遮断器とアイソレータスイッチの比較.
なぜリング主装置には、遮断器ではなく負荷開閉器が使用されるのですか？
を参照してください。リング主開閉装置（RMU） は、リングフィーダーの位置で通常LBSを使用する。これらの位置は、ネットワーク再構成のために通常の負荷電流を切り替えるだけでよいためである。変圧器フィーダーの位置（故障電流を遮断する必要がある）は、回路遮断器またはLBS +ヒューズの組み合わせを使用する。このハイブリッドアプローチは、ユニット全体のコスト、コンパクトさ、および保護要件のバランスを取る。.
