開閉装置

スイッチギアとは何ですか？

電気回路は、設計上、あらかじめ定められた負荷容量に対応できるように設計されています。配線の過熱やシステムの過負荷を防ぐためには、過電流を制御する必要があります。過負荷状態は、重要な部品を損傷したり、電気火災を引き起こしたりする可能性のある安全上の危険です。開閉装置は、電気設備を制御し、安全かつ効率的な運用を確保するために存在します。

開閉装置の構成要素には、電気遮断スイッチ、回路ブレーカー、ヒューズ、避雷器などがあり、電流の流れを遮断または遮断します。電気サージが発生すると、開閉装置は電力の流れを遮断し、過負荷による損傷から電気系統を保護します。

開閉装置が必要な理由は？

開閉装置は、電源に接続された機器を過負荷の脅威から保護するように設計されています。電気開閉装置は、電流の流れを制御・調整することで、電気回路を含む機械、器具、モーター、その他のシステムを保護します。

開閉装置は、通電中の回路から保守・修理担当者を隔離することで、作業員を危険から守ります。電気技師や電力会社は、回路の安全なテスト、保守作業、下流の故障解消のために、機器の電源を遮断する際に開閉装置を利用しています。

開閉装置はどのように動作するのですか？

開閉装置は、電気系統内の電力の流れを制御することで、損傷やサービスの中断を防ぎます。複数の電源から負荷に電力を供給しながら、影響を受けた回路を隔離することができます。電気サージや故障によって開閉装置内のブレーカーが作動すると、補助部品が過負荷回路の電流を遮断・排出し、稼働中の回路への電力供給を維持します。

配電盤と開閉装置
配電盤と開閉装置は、機能が大きく異なります。ハードウェア構成部品、電圧、用途、安全基準も異なります。配電盤は、商業施設や産業施設で使用される低電圧装置で、個々の変圧器、制御システム、回路盤、負荷に電力を伝送、再分配、配電します。一方、開閉装置は、危険な電力サージを防ぐために電流の流れを調整します。

開閉装置の種類
北米では、交流電流を供給する電気システムに関して、ANSI/IEEEおよびNEC 2014規格に従って、3種類の電気開閉装置が分類されている。

1. 低電圧電気開閉装置は、1キロボルト（kV）未満で動作するシステムで使用されます。

2. 中電圧電気開閉装置は、1kVから75kVの電圧で動作します。

3. 高電圧電気開閉装置は、75kVから約230kVの電圧で動作します。

電気開閉装置は、屋外で使用する場合は、不正操作や風雨から保護するために、適切なNEMA規格の筐体に収納しなければならない。

● 低電圧開閉装置
低電圧開閉装置には、スイッチ、低電圧遮断器、漏電遮断器、小型遮断器（MCB）、モールドケース遮断器（MCCB）、高遮断容量（HRC）ヒューズ、およびオフロード電気遮断器が含まれます。

この機器は屋内用または屋外用として構成でき、定格電圧は208ボルト、240ボルト、480ボルト、600ボルトから最大1000ボルトまで対応可能です。産業施設、自治体施設、商業施設では、一般的に低電圧開閉装置を使用して、空調設備、照明、その他の建物システムへの電力供給を制御しています。

● 中電圧開閉装置
中電圧開閉装置は、電力サージや系統障害が発生した場合に電流の流れを遮断するために、油絶縁体、ガス絶縁体、または真空絶縁体と遮断器を使用します。絶縁体は電気開閉装置内部の部品を保護および冷却し、遮断器は回路の接点を引き離してアークを消散させます。

屋内および屋外システムは、一般的に5kV、12kV、15kV、35kVから75kVまでの定格電圧で表示され、これは対応可能な最大電圧を示しています。この電気開閉装置は、発電所や送電変電所で一般的に使用されています。また、産業施設や商業施設におけるモーター、フィーダー回路、発電機の制御にも使用されます。

● 高電圧開閉装置
高電圧開閉装置は、最低75kVで動作する電力系統を制御します。この電気開閉装置は、断路器、接地スイッチ、大電流開閉機構、ヒューズ、および遮断器を使用して、電流の制御、調整、遮断、隔離、および排出を行います。

電気系統の故障は極めて強力なアーク放電を引き起こす可能性があるため、高電圧開閉装置は継続的かつ確実に動作する必要があります。この開閉装置は、電気系統の故障が頻繁に発生し、機器への電力供給を定期的に遮断する必要がある運用において不可欠です。一般的に、大規模な送配電システムや商業施設、産業施設などで使用されています。

開閉装置の絶縁タイプ
電圧が変化すると、開閉装置では通電中の機器を電気的故障から保護するために、さまざまな種類の絶縁材を使用することもできます。開閉装置の筐体には、以下の種類の絶縁材が使用されます。

● ガス絶縁電気開閉装置
ガス絶縁開閉装置（GIS）は、加圧された六フッ化硫黄ガス（SF6）を用いて導体と接点を絶縁し、電気的故障によって発生するアーク電流を消弧する遮断器を使用します。二酸化炭素（CO2）は、SF6に代わる環境に優しい代替ガスです。SF6をCO2に置き換えることで、機器のライフサイクル全体で温室効果ガスの排出量を10トン削減できます。

● 空気絶縁型電気開閉装置
空気絶縁開閉装置（AIS）は、圧縮空気または磁力を用いてアークを延長し、アークが自然に消滅するようにする遮断器を使用する。

● 油入式電気開閉装置
油入開閉装置は、電流が流れる接点が分離した際に発生するアーク経路に沿って鉱物油を蒸発させ、その周囲を水素ガスの泡で囲むことで電流を消費し、アークの再発生を防ぐ。

● 真空絶縁型電気開閉装置
真空絶縁開閉装置は、電流によってイオン化される可能性のある分子を排除します。電圧が上昇しても、アーク放電は引き伸ばされて消滅します。

開閉装置の設置
適切な資格を有する作業員は、適用される安全基準、建築基準、および製造元の指示に従って、すべての電気開閉装置を設置しなければなりません。適切な設置は、最適な動作信頼性を確保します。