サーキットブレーカーの動作時間とトリップ時間: それらの意味と重要な理由

低圧開閉装置工場の保守エンジニアは、400 A モールドケースサーキットブレーカーの定期テスト証明書を手に取り、一致しないように見える 2 つの数値、つまりトリップ時間 18 ミリ秒、動作時間 23 ミリ秒に気づきました。両方の図は同じ文書に印刷されていますが、同じ障害解決シーケンスの異なる段階を説明しています。簡単に言えば: トリップ時間 リリースがどれだけ早く過電流を検出し、メカニズムに開くように命令するかです。 稼働時間 メカニズムが接点を分離する速度です。アーク時間を追加すると、保護調整の研究で実際に使用される総除去時間に達します。

この記事では、両方の定義について説明し、規格と現場データからの典型的な値を示し、各間隔を制御するコンポーネントを特定します。

動作時間: 方程式の機械的な部分

動作時間は、開放時間または機械的動作時間とも呼ばれ、トリップ リリースが通電された瞬間から、すべての極が接点分離に達する瞬間まで測定されます。 IEC 60947 は、低電圧機器のテストにこの境界を使用しており、同じ間隔が ANSI タイミング レポートおよびサーキット ブレーカー アナライザのプリントアウトに表示されます。これは純粋に機械的な量であり、ラッチの摩擦、動作ばねの力、可動接点の質量、リンク機構のクリアランス、および接点の移動量がすべて寄与します。ここにはリリースの検出速度については何も含まれていません。

これらの機械的変数は、機器クラスによって動作時間が異なる理由を説明します。 EPRI の回路ブレーカーのタイミング研究では、いくつかの中電圧および高電圧ブレーカー ファミリのフィールド テストをまとめており、モデルと機構に応じて、開放時間は 23 ～ 42 ミリ秒、閉鎖時間は 50 ～ 95 ミリ秒であると報告されています。低電圧モールドケースブレーカは、接点が軽く、移動距離が短いため、通常は高速です。

トリップタイム: リリース応答

トリップ時間は検出段階です。故障電流が開始すると開始され、リリースによってトリップ機構が作動すると終了します。熱磁気 MCCB では、2 つの要素がこの段階を一緒に実行します。バイメタルは温度に反応し、過負荷領域を保護します。電磁コイルは大電流にほぼ瞬時に反応します。 ABB による小型サーキットブレーカーのトリップ特性の技術比較では、同じ分割が説明されています。電磁リリースは瞬間的な短絡保護を提供し、熱素子は過負荷をカバーします。電子トリップユニットはプログラム可能性を高め、長時間、短時間、および瞬間的な設定により、下流の調整のために意図的な遅延を可能にします。

この二重設計のため、トリップ時間には固定値がありません。定格電流の 1.5 倍では、過負荷トリップには数分かかる場合があります。短絡レベルでは、リリース設計と電流の大きさに応じて、同じブレーカーが 2 ～ 20 ms で反応します。

総クリア時間：ステージを合計すると

保護エンジニアが最終的に必要とする値は、故障の開始からアークが消えて電流が止まる瞬間までのすべての遅延を含む合計解除時間です。慣例では、それを 3 つの間隔に分割します。

時間-電流トリップ曲線の読み取り

時間電流曲線、またはトリップ曲線は、両方の量を一度に表示します。これは対数軸で描かれています。縦軸はトリップ時間、横軸は定格電流の倍数としての電流です。この曲線は逆であり、電流が高くなるほど、磁気的または電子的瞬間閾値に達するまでのトリップ時間が短くなるということを意味します。その時点で、曲線はほぼ一定の数ミリ秒まで平坦になります。保護エンジニアは、下流側と上流側の曲線を比較して、受電ブレーカーが動作する前にフィーダ障害が解消されていること、および通常のモーター始動電流が熱領域を下回っていることを確認します。

内部で何が起こっているのか: タイミングを設定するコンポーネント

ブレーカー内で何が起こっているかによって、これらの番号が物理ハードウェアに接続されます。トリップユニットが動作すると、ラッチが解除され、動作するスプリングが可動接点アセンブリを加速します。可動接点が固定接点から離れ、アークを描いてアークシュートに押し込まれます。脱イオンプレートがアークを分割し、アークが消えるまで冷却します。各段階は時間に影響します。リリースはトリップ時間を制御し、コンタクト アセンブリとスプリングは動作時間を制御し、アーク シュートはアーク時間を制御します。

ブレーカーのメーカーや部品からブレーカーを組み立てる修理センターにとって、これらは抽象的な設計概念ではありません。可動接点溶接アセンブリは、可動質量と接点の位置合わせを定義します。部品が重かったり、位置がずれていると、開くのが明らかに遅れます。コイルの慣性が大きいシャントリリースやプランジャーの移動が粗い場合、トリップ時間が長くなります。アーク シュートのサイズが小さすぎたり、侵食されたりすると、アーク放電が拡大し、接点の摩耗とチャンバー温度が上昇します。したがって、コンポーネントの選択はタイミング テストの結果に直接反映されます。

シーケンスに示されている 3 つの部分は、コンポーネント サプライヤーが正しく理解する必要がある部分です。生産の場合、可動接点アセンブリ、シャント リリース、およびアーク シュートと、それらのばねおよび位置合わせの許容差によって、ブレーカのバッチが最初の試行でタイミング テストに合格するかどうかが決まります。

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バイヤーとテストエンジニアのための実践的なチェック

ブレーカーのコンポーネントを評価したり、試運転中にタイミング証明書を確認したりするエンジニアは、いくつかのチェックを行うだけでリスクを軽減できます。まず、証明書が測定した内容 (リリース応答、接触分離、または完全なクリア) を確認します。異なるメーカーのレポートのラベルは、必ずしも同一であるとは限りません。次に、測定された動作時間をライブトリップ曲線と比較します。データシートの値から約 20 ～ 30% を超えてずれている場合は、スプリングの磨耗、接点の腐食、またはリリース設定の誤りが疑われます。 3 番目に、生産用のコンポーネントを購入する場合は、タイミングが公差に影響されやすいパフォーマンスであるため、接触質量、バネ定数、アライメントのバッチの一貫性を検証してください。

• 新しいサプライヤーを評価する際には、トリップ曲線の描画だけでなく、タイミング テスト データも求めてください。
• 内部アクセサリのリリース (シャント トリップ、低電圧リリース) が定格制御電圧でテストされていることを確認します。
• メンテナンス中は、トラックが摩耗するまで接点を交換する前と後の機構の開放時間を測定します。
• 再現可能なタイミングを維持するために、同じ製造ロットからの予備のコンタクト アセンブリとアーク シュートを保管してください。

内部部品がタイミング シーケンスにどのように関連しているかを視覚的に簡単に確認したい人は、 配線用遮断器の内部のガイド 便利な相棒です。

サーキットブレーカーの動作時間とトリップ時間に関するよくある質問