A 回路 ブレーカーは、電気機器や個人を過電流状態から保護するために設計された過電流保護装置 (OCPD) です。 ほとんどのヒューズとは異なり、 回路 ブレーカーはリセットできるため、過電流保護によく使用されます。 回路 ブレーカーは電磁石やバイメタル スイッチを使用して過電流状態を検出します。
サーキットブレーカーの種類と特徴
A 回路 ブレーカーは、トリップレバーハンドルを完全なオフ位置まで動かし、その後ハンドルをオン位置に戻すことによってリセットできます。 ブレーカーをリセットする前に、過負荷の原因が解消されていることを確認する必要があります。 のXNUMX種類があります 回路 ブレーカーは内部のトリップ機構によって区別されます。
- 磁気
- サーマル
- 熱磁気
サーキットブレーカーがどのような内部メカニズムを使用しているかに関係なく、ほとんどのサーキットブレーカーは、次の点を除き、外観的には同じに見えます。 回路 ブレーカーヒューズ。 サーキット ブレーカー ヒューズは、サーキット ブレーカーの動作特性を持つねじ込み式 OCPD です。
サーキットブレーカヒューズの利点は、過負荷後にヒューズをリセットできることです。 サーキットブレーカはさまざまなアンペア数で利用できますが、 電圧 通常、定格は単極住宅用ブレーカーの場合は110 V、双極住宅用ブレーカーの場合は220Vです。
図1.サーキットブレーカーは、単極ブレーカーや双極ブレーカーなど、さまざまな構成で利用できます。
サービスパネルの回路ブレーカー接続にアクセスするには、パネルのカバーを取り外す必要があります。
磁気
磁気回路ブレーカーは、小型電磁石を使用して接点を開閉することによって動作するOCPDです。 基本的な考え方を以下に示します。
図2.電磁ソレノイドは、電磁気学を使用して仕事をする例です。
ご覧のとおり、鉄製のプランジャーは、包まれたワイヤーのコイルで囲まれ、一連の接点が鉄製のプランジャーに取り付けられています。 コイルに電流を流すと、鉄心に取り付けられた接点がコイルに向かって引っ張られます。 このようにして、ソレノイド接点を開閉できます。 この図は、通常開接点と通常閉接点の両方を示していることに注意してください。
図3に示すように、発生する磁場は、印加電流と単位長さあたりの巻数を増やし、コイルに鉄心を挿入することで強化できます。
図3.電磁石は、電流量を増やし、コイルの巻き数を増やし、コイルに鉄心を挿入することで強化できます。
磁気回路ブレーカーのソレノイドは、ブレーカーの電流制限に基づいて回路を開きます。
コイルを流れる電流がブレーカーの定格値を超えると、磁気引力が強くなり、トリップレバーハンドルが作動して回路が開きます。 図4を参照してください。
図4.磁気回路ブレーカーでは、コイルに電流を流すと、鉄心に取り付けられた接点がコイルに向かって引っ張られます。 磁気回路ブレーカーのソレノイドは、電流レベルに基づいて接点を開閉します。
過負荷が解消されると、トリップレバーハンドルを元の位置にリセットして、回路を再アクティブ化できます。
サーマル
熱回路ブレーカーは、ラッチ機構に取り付けられたバイメタルストリップを使用します。 バイメタルストリップは、加熱すると異なる速度で膨張する5つの異なる金属でできています。 バイメタルストリップは加熱されると曲がり、接点を開きます。 図XNUMXを参照してください。バイメタルストリップは、回路電流によって直接加熱される場合と、回路電流の増加によって引き起こされる温度上昇によって間接的に加熱される場合があります。
図5.熱回路ブレーカーは、ラッチ機構に取り付けられたバイメタルストリップを使用して、短絡または過負荷が発生したときに回路を開きます。
熱回路ブレーカーは、バイメタルストリップが曲がって、そこを流れる連続電流の量に基づいて、ばね張力の下で接点を解放するように設計されています。 バイメタルストリップは、回路ブレーカーをリセットする前に、室温で冷却して通常の状態（サイズ）に戻す必要があります。
回路の熱保護は瞬時ではありません。 ストリップを加熱し、ストリップが十分に曲がって接点がパチンと開くまでには時間がかかります。 磁気回路ブレーカーは、この遅延が回路に損傷を与える可能性があるアプリケーションで使用されます。 熱回路ブレーカーは、バイメタルストリップが冷却された後にのみ押しボタンを押すことでリセットできます。
熱磁気
熱磁気回路ブレーカーには、図6に示すように、短絡保護のための磁気トリップ機能と過負荷保護のための熱トリップ機能の両方が含まれています。
図6.熱磁気回路ブレーカー。
熱磁気回路ブレーカーは、逆時間回路ブレーカーとも呼ばれます。 別名逆時間が示すように、過負荷が高いほど、回路ブレーカーが開くのにかかる時間が短くなります。
過負荷状態が発生すると、過剰な電流によって熱が発生し、バイメタルの熱感知要素によって感知されます。 短時間の後、ブレーカーの定格と過負荷の量に応じて、ブレーカーがトリップし、電圧源が負荷から切断されます。 短絡が発生すると、電磁センサーは障害電流に即座に応答し、回路を切断します。
DCサーキットブレーカ
DC回路ブレーカーは、DCで動作する電気機器を保護するOCPDであり、追加の消火手段が含まれています。
DCサーキットブレーカは比較的新しい テクノロジー 家で使用されるほとんどのデバイスはACおよびAC回路ブレーカーで動作するため、ほとんどの住宅所有者に。 家庭用の一般的なAC回路ブレーカーは、6kAを超えると遮断する定格があります。 一部のメーカーは、48VDCから125VDCまでのAC / DCの両方に対してデュアル定格の回路ブレーカーを製造しています。 DC回路ブレーカーは、24 VDC〜48 VDCのプログラマブルロジックコントローラー（PLC）および風力発電アプリケーションで使用されます。
ACブレーカーとDCブレーカーは形状と機能が似ていますが、内部的には動作が大きく異なります。 過負荷時には、AC回路ブレーカーとDC回路ブレーカーの両方の内部接点が分離して回路を保護します。 ただし、接点が互いに引き離されると、電流が作成されたエアギャップを飛び越えてアークが形成されます。 接触アーク放電は、回路ブレーカーを開閉するときに発生する電気アークです。 図7を参照してください。アークがエアギャップを飛び越え続けると、電流は回路を流れ続けます。 これらのアークはすぐに消す必要があります。
図7.接触アーク放電は、回路ブレーカーを開閉するときに発生する電気アークです。
ACブレーカーとDCブレーカーがアークを消すように設計されている方法は非常に異なり、これがACブレーカーとDCブレーカーを交換できない理由です。 DCアプリケーションには、DC定格のラベルが付いたブレーカーのみを使用する必要があります。
AC定格のブレーカーをDC回路で使用しないでください。 AC回路ブレーカーは、DCに関連するアークの問題を処理するようには設計されていません。 DC回路ブレーカーには、開閉時に電気アークを放散し、デバイスの寿命を延ばすための追加の消火手段が含まれています。
DCアーク抑制
DCアークは、継続的なDC電源によって電流が絶えず流れ、同じ電圧のAC電源よりもはるかに広いギャップにわたって非常に安定して流れるため、消火が最も難しいと考えられています。これは、ピーク値やRMSなどのメトリックで示されることがよくあります。
DC回路のアークを低減するには、接点が急速に分離し、開くときにアークをできるだけ早く消すのに十分なエアギャップがあるようなスイッチングメカニズムが必要です。 DC接点を閉じるときは、接点を開くときに発生する同じ問題のいくつかを防ぐために、接点ができるだけ早く一緒に移動する必要があります。 サーキットブレーカがDC定格の場合、メーカーによってブレーカに表示されます。
図8.一部の回路ブレーカーの定格はAC / DCです。 この情報は、メーカーのラベルに記載されています。
DC回路の端子間で短絡が発生すると、短絡ループの抵抗とインダクタンスに応じて、電流が動作電流から短絡電流に増加することに注意してください。
一部のタイプの回路ブレーカーは、どちらのタイプのアプリケーションでも使用できるAC / DC定格です。 この情報は、メーカーのラベルに記載されています。
ACアーク抑制
接点のセットが開くと、ACアークは自己消火します。 AC電源の電圧は、120 Hzのライン周波数で動作すると、60秒間にXNUMX回極性が反転します。 交代により、アークの最大持続時間は半サイクル以下になります。
AC電流は毎秒60回ゼロに達します。 図8を参照してください。ACがゼロに達すると、電流が流れないため、アークは消滅します。
図9.AC電流がゼロに達すると、電流は流れないため、アークは消滅します。
OCPDとしてのサーキットブレーカ
サーキットブレーカは、短絡または過負荷が発生したときに自動的に回路を開くことができる機械的メカニズムを備えた過電流保護デバイスです。 回路ブレーカーは、回路を保護するために、熱と磁気のXNUMXつの動作原理を使用します。
熱回路ブレーカーは、発熱体と機械的なラッチ機構で構成されています。 発熱体は通常、電流が流れると加熱されるバイメタルストリップです。
磁気サーキットブレーカーは電磁石を使用して過電流状態を検出します。 ほとんどの磁気サーキットブレーカーには、熱コンポーネントと磁気コンポーネントの両方が含まれています。 磁気部品は大きな過負荷電流や短絡電流から回路を保護しますが、熱部品は磁気部品を作動させるのに十分なレベルではない一定の過負荷電流から回路を保護します。
DC回路ブレーカーは、直流（DC）で動作する電気機器を保護するために使用され、追加の消火手段が含まれています。 DC回路ブレーカーは比較的新しい技術であり、EV充電ステーション、太陽光発電、バッテリーストレージシステム、および産業用DC配電ネットワークで使用されています。