高度な回路制御・保護システム：電気ネットワークを守る
電気回路保護システムとは？
電気システムや機器の使用中、正常時・異常時を問わずシステムのオン・オフを行う必要があります。電気システムの全体または一部を保護するため、正常時にも異常時にも即座にシステムを遮断・制御できる装置が不可欠です。この機能を果たす装置がなければ、電気機器の損傷だけでなく、人命に関わる重大な事故を招く恐れがあります。かつてはヒューズが頻繁に用いられましたが、近年の高度な電気システムでは二つの欠点があります。第一に、ヒューズが溶断すると交換に時間を要します。第二に、大容量システムにおける大規模故障電流を確実に遮断できません。
電気回路保護システムの進歩
電力システムの進歩に伴い、回路は高電圧・大電流で動作するようになりました。電気システムを保護するには、正常時・異常時を問わずシステムを制御できる信頼性の高い装置が必要です。油入り遮断器、空気遮断器、真空遮断器、SF6遮断器など、多くの開閉装置が電気システムの保護に用いられています。ここでは最も重要な開閉装置の一つである「遮断器」について解説します。
正常時および異常時（故障時）に電気システムや回路を開閉できる開閉装置を「遮断器」と呼びます。構造やアーク消弧方式の違いにより、高圧・低圧用に多様な種類の遮断器が存在します。中でも六フッ化硫黄（SF6）遮断器が最も広く使用されています。
SF6遮断器の仕組みと電気回路制御・保護システムにおける役割
SF6遮断器では、アーク消弧媒質として電気陰性ガスである六フッ化硫黄ガスを用います。このガスは自由電子を強く吸着する性質を持ち、高電圧・大電流用途で非常に効果的です。構造は、固定接点と可動接点がアーク室と呼ばれるチャンバー内に収められ、SF6ガス貯蔵タンクと接続されています。固定接点はアークホーンを備えた中空円筒形で電流を流し、可動接点も小孔を持つ中空構造で、SF6ガスを通してアークを消弧します。詳細は下図を参照してください。
正常時（オン状態）では、接点周囲は2.8kg/cm²のSF6ガスで満たされています。遮断器が動作すると、ガス弁が接点動作と同期して開き、アーク発生時に14kg/cm²の高圧ガスがアーク室へ吹き込まれます。SF6ガスはアークから自由電子を急速に吸着し、電荷を運ばない不動の負イオンを生成します。その結果、接点間の媒質に高い絶縁強度が生じ、接点動作によって発生したアークが消弧されます。アーク消滅後、スプリング制御によりガス弁が閉じます。
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