漏電遮断器（MCB）完全ガイド：構造、動作、種類、選定、用途

MCB（小型遮断器）とは - 構造、動作、種類、用途

小型遮断器（MCB）の概要

過去に役割を果たしたヒューズは、より良い安全性と制御のためにMCB「小型遮断器」に置き換える必要があります。ヒューズとは異なり、MCBは回路に過大電流が流れた際に自動的に開路する自動スイッチとして動作し、回路が正常に戻れば手動交換なしで再閉路できます。

MCBはほとんどの回路でヒューズスイッチの代替として主に使用されています。現在、遮断容量10kA〜16kAの幅広いMCBが、家庭用、商業用、産業用のあらゆる分野で信頼性の高い保護手段として使用されています。

小型遮断器（MCB）とは

MCBまたは小型遮断器は、成形絶縁材料で完全に密閉された電磁デバイスです。MCBの主な機能は回路を切り替えること、つまり、MCBを通過する電流が設定値を超えたときに、接続された回路を自動的に開路（遮断）することです。必要に応じて通常のスイッチと同様に手動でON/OFF操作も可能です。

MCBはタイムディレイトリッピングデバイスであり、過電流の大きさが動作時間を制御します。つまり、保護対象の回路に危険を及ぼすほど長く過負荷が存在する場合に動作します。

したがって、MCBはスイッチサージやモーター起動電流などの過渡負荷には反応しません。一般的に、短絡故障時には2.5ミリ秒未満、過負荷時には電流レベルに応じて2秒〜2分で動作するよう設計されています。

典型的なMCBの外観を図に示します。MCBは、単極、二極、三極、四極などのさまざまな極数バージョンで製造され、異なる故障電流レベルに対応しています。

ほとんどのMCBは連結されて二極および三極バージョンを構成し、1つのラインで故障が発生すると完全な回路が遮断されるため、完全な回路分離が提供されます。この機能は三相モーターの単相運転保護の場合に役立ちます。

これらはDC電源で220V、AC電源で240/415V（単相・三相）で定格され、さまざまな短絡電流容量を持ちます。通常、単相デバイスの負荷電流範囲は最大100Aです。一部のMCBはトリッピング電流容量を調整可能ですが、一部のデバイスは特定の負荷電流と短絡定格で固定されています。

MCBは、ローカル制御スイッチ、故障・過負荷に対する分離スイッチ、設備や特定機器・器具の過負荷保護デバイスなど、多くの機能を果たします。

MCBの構造

MCBは成形絶縁材料で完全に密閉されています。これにより、機械的に強固で絶縁されたハウジングが提供されます。

切替システムは、着線側と負荷側の配線が接続される固定接点と可動接点で構成されます。金属または通電部品は、遮断器の定格に応じて電解銅または銀合金で作られています。

過負荷や短絡状態で接点が分離すると、アークが発生します。最新のMCBはすべて、アーク遮断プロセスを処理するように設計されており、金属製アーク分割板によってアークエネルギーの抽出と冷却が行われます。

これらの板は絶縁材料によって適切な位置に保持されます。また、メイン接点間で発生したアークを強制的に導くアークランナーも設けられています。

操作機構は、磁気トリッピングと熱トリッピングの両方の配置で構成されています。

磁気トリッピング配置は本質的に、シリコンオイル中の磁性スラグを持つスプリングロードダッシュポットと通常の磁気トリップを備えた複合磁気システムで構成されます。トリップ配置の通電コイルがスラグをスプリングに抗して固定極片に向けて移動させます。したがって、コイルによって十分な磁場が生成されると、トリップレバーに磁気吸引力が生じます。

短絡や大過負荷の場合、コイル（ソレノイド）によって生成される強力な磁場は、ダッシュポット内のスラグの位置に関わらず、トリップレバーのアーマチュアを引き付けるのに十分です。

 

熱トリッピング配置は、ヒーターコイルが巻かれたバイメタルストリップで構成され、電流の流れに応じて熱を発生させます。

ヒーター設計は、電流がバイメタルストリップを直接通過して電気回路の一部に影響を与える直接加熱式、または通電導体のコイルがバイメタルストリップに巻かれる間接加熱式のいずれかです。バイメタルストリップのたわみが、特定の過負荷状態でトリッピング機構を作動させます。

バイメタルストリップは、通常真鍮と鋼の2種類の異なる金属で構成されます。これらの金属は長さ方向にリベット接合および溶接されています。正常電流ではストリップがトリッピングポイントまで加熱されないように設計されていますが、電流が定格値を超えるとストリップが温まり、曲がってラッチをトリップさせます。バイメタルストリップは、特定の過負荷下で特定のタイムディレイを提供するように選択されます。

MCBの動作と操作

正常動作条件下では、MCBは手動スイッチとして動作し、回路をONまたはOFFにします。過負荷または短絡状態では、自動的に動作またはトリップし、負荷回路で電流遮断が行われます。

このトリップの視覚的指示は、操作ノブが自動的にOFF位置に移動することで確認できます。MCBの構造で見たように、この自動動作は磁気トリッピングと熱トリッピングの2通りで得られます。

過負荷条件下では、バイメタルを流れる電流がその温度を上昇させます。バイメタル自体内で発生する熱は、金属の熱膨張によるたわみを引き起こすのに十分です。このたわみがさらにトリップラッチを解放し、接点が分離されます。

一部のMCBでは、コイルによって生成される磁場がバイメタルに引力を発生させ、たわみがトリッピング機構を作動させます。

短絡または大過負荷条件下では、磁気トリッピング配置が作動します。正常動作条件下では、コイルによって生成される磁場がラッチを引き付けるのに十分でないため、スラグは軽いスプリングによって位置に保持されます。

故障電流が流れると、コイルによって生成される磁場がスラグを位置に保持しているスプリング力を克服するのに十分になります。したがってスラグが移動し、トリッピング機構を作動させます。

ほとんどの小型遮断器では、磁気トリッピングと熱トリッピングの両機構が組み合わせて実装されています。両方のトリッピング動作において、接点が分離し始めるとアークが発生します。このアークはアークランナーを介してアーク分割板に導かれます。

これらのアーク分割板はアークシュートとも呼ばれ、アークを一連のアークに分割し、同時にエネルギーを抽出して冷却します。これによりアーク消弧が達成されます。

小型遮断器（MCB）の種類

遮断器には多くの種類がありますが、MCBは瞬時トリッピング電流に基づいて3つの主要タイプに分類されます。それらは：

1. Bタイプ MCB
2. Cタイプ MCB
3. Dタイプ MCB

Bタイプ MCB

このタイプのMCBは、定格電流の3〜5倍の割合で瞬時にトリップします。スイッチングサージが非常に小さい抵抗負荷や小さな誘導負荷に通常使用されます。したがって、住宅用や軽商業用設置に適しています。

Cタイプ MCB

このタイプのMCBは、定格電流の5〜10倍の割合で瞬時にトリップします。スイッチングサージが大きい高誘導負荷、例えば小型電動機や蛍光照明などに通常使用されます。

このような場合、より高い短絡電流値を処理するためにCタイプMCBが好まれます。したがって、高誘導性の商業用および産業用設置に適しています。

Dタイプ MCB

このタイプの小型遮断器は、定格電流の10〜25倍の割合で瞬時にトリップします。高突入電流が非常に頻繁に発生する非常に高誘導負荷に通常使用されます。

これらは特定の産業用および商業用アプリケーションに適しています。一般的な例として、X線装置、UPSシステム、産業用溶接機器、大型巻線モーターなどがあります。

上記3タイプのMCBは、0.1秒以内に保護を提供します。これらのMCBの最小・最大トリップ電流は以下の表に示します。ここで「Ir」はMCBの定格電流です。

MCBは極数に基づいて、単極、二極、三極、四極MCBにも分類できます。

さまざまな負荷に適したMCBの選び方

特定の用途に特定のMCBを選択することは、過負荷と短絡に対する信頼性の高い保護を確保するための慎重な作業です。回路要件に従って選択しないと、頻繁な望ましくないトリッピングにつながる可能性があります。

詳細に入る前に、MCB、MCCB、ELCB、RCB、RCD、RCCB遮断器の違い、およびMCB名板に印刷されたデータの読み方を知っておく必要があります。

アンダーサイズ（MCB定格が負荷定格電流より小さい）の場合、MCBは頻繁にトリップし、接続されている負荷への電流を遮断します。なぜならMCB定格電流が負荷の定格電流値より小さいからです。

同様に、オーバーサイズ（MCB定格が負荷定格電流より大きい）の場合、接続されている負荷は効率的に保護されません。このような場合、負荷が過電流を引いていてもMCBはトリップしません。

特定の用途に適したMCBを選択するために考慮すべき以下の3つの要因があります。

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1. 遮断器の公称定格

これはMCBの定格電流値です。この値は配線システムの許容電流より低く、配線システムの最大負荷電流以上である必要があります。一般的に、この定格は連続負荷の125%と非連続負荷の定格を処理できるものであるべきです。通常これは以下のように表現できます：

システムの最大負荷電流 ≤ MCBの電流定格 ≤ ケーブル定格

2. kA定格または遮断容量

この定格は、短絡条件下でMCBが回路をトリップまたは遮断する能力を指します。キロアンペア（kA）で表されます。この定格は、想定短絡電流より小さくてはなりません。

想定短絡電流は、短絡条件下で回路に存在する最大電流です。住宅用設置では6kA MCBで十分ですが、商業用および軽工業用では10kA以上の定格MCBが必要です。なぜ遮断器容量がMVAで定格されていたのが、現在はkAとkVで定格されるのか、詳細をお読みください。

3. MCBのタイプ

特定の用途に必要なMCBのタイプは、さまざまな電流定格で負荷を瞬時に動作させるための動作特性によって決定されます。前述の通り、さまざまな用途向けのMCBタイプをすでに説明しています。

MCB（小型遮断器）の用途

主要な機能と用途は上記で既に説明しましたが、MCBの基本的な用途は、以下の場合に回路（配線、接続負荷、機器など）を保護することです：

• 短絡
• 過電流
• 過負荷