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【制御盤】サーキットプロテクタって何?ブレーカーとの違いは?

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機器を過電流から保護するものとして「サーキットプロテクタ」があります。

同様のものにサーキットブレーカーやノンヒューズブレーカなどがありますが、これらの違いって分かりにくいですよね?

この記事ではサーキットプロテクタとブレーカーの違いについてまとめてみたいと思います。

動画でも解説しているのでこちらもどうぞ。

1. サーキットプロテクタとは

サーキットプロテクタは過電流になった際、機器の回路やデバイスを保護する為の機器です。

役目はサーキットブレーカーと類似する部分がありますが、サーキットプロテクタは主に電源側から負荷に接続される電子機器を保護する目的で使われます。

サーキットプロテクタについてはこちらの動画でも解説されています。

2. サーキットプロテクタの原理

サーキットプロテクタは0.05Aから100Aの定格電流で使われます。

サーキットプロテクタの原理は次のようになります。

  1. 過電流が流れると回路や配線が熱を持つ。
  2. 熱を持つとバイメタルが湾曲する。
  3. 機械的に遮断(トリップ)する。

バイメタルは膨張率の違う二枚の金属が合わさったものです。

電気は電源元からのプラス側と負荷からのマイナス側に帰ってくる電流特性から、バイメタルを1極側に設ける場合と2極側に設ける場合と2パターンがあります。

通常は1極(1e)で上流からくる電流で負荷側での異常があれば遮断しますが、上流が2電源ある場合は2極(2e)両方にバイメタルがあり両方極を遮断するサーキットプロテクタも存在します。

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3. サーキットプロテクタとサーキットブレーカーの違い

サーキットプロテクタは主に機器での過電流異常を検知します。

一方、サーキットブレーカーは電源からその下流で発生するすべての負荷の過電流を検知します。よって何が異なるかというと、定格電流の領域が異なります。

サーキットプロテクタは比較的小さい0.05Aから100A程度ですが、サーキットブレーカはさらに高容量の電流を遮断させることができます。

用途としては配電盤、分電盤に組見込まれ、負荷側全ての電線と回路の異常制御に使われます。

サーキットプロテクタは機器の保護の役目が主となり、サーキットブレーカーは電路を保護する役目となります。

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4. サーキットプロテクタの使い分け

サーキットプロテクタとその他の機器の使い分けについて見てみましょう。

4-1. ヒューズとの違い

ヒューズと違いですが、ヒューズは一回過電流が発生するとその機能は一回で終了となり、取替が必要です。なので、機器の電源入り切りを良く実施する場合にはヒューズは取替が発生するので不向きとなります。

一方でサーキットプロテクタは破壊的電流が流れない限りは主電源の入切に加えて回路保護を兼務しているので長い時間使用するメリットがあります。電流値や電圧が安定状態になると再度復旧して継続的に使用できるので、取替が必要なヒューズよりも経済的になります。

逆にサーキットプロテクタは入切をスイッチでできてしまうので、作業員が誤って「切」にしてしまうと機器を保護できなくなってしまいます。確実に保護しなければいけないというときはヒューズを利用することもあります。

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4-2. 漏電遮断器(ELB)との違い

漏電遮断ELBはZCTと呼ばれる回路が内蔵され、電源側から送電された電流と負荷側から帰ってくる電流の流量をモニターする機能となります。

例えば、送電が1Aで負荷から戻った電流が0.9Aの場合、0.1Aがどこかで漏れており、その電流差分を検知して電流漏れを電路上で検知し遮断するのが漏電遮断ELBの役目となります。

原理はフレミング左手の法則に基づき、電流が流れる際の磁界を検知しております。漏電遮断ELBを介して送られた電流の磁界と負荷側から戻った磁界の大きさに差が生じると遮断する仕組みとなっております。よってサーキットプロテクタとは全く違う意味合いの制御となり、サーキットプロテクタは過電流主体の制御なので漏電検知機能は通常は備えていません

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4-3. ノーフューズブレーカー(NFB)との違い

配線用遮断器が別称となりますが、配線方式で単相、三相ともに電流は電源から負荷を通じて戻ってくる電流は同じです。

サーキットブレーカーも同じ原理ですが、ノーヒューズブレーカはサーキットブレーカと同じ役目で配電盤、分電盤で過電流、短絡により電線保護を主としています。高容量の電流超過、短絡電流を制御し配線ワイヤーが熱で破壊されない為の監視機能となっております。

短絡の場合には瞬時に10KA以上の高い電流が流れるため、電線からの発火で火災等に至るケースを想定して遮断する機能を設けております。サーキットプロテクタは電路保護も小電流ではその役目もしますが、用途的には負荷につながる機器電源や機器回路を保護するのが役目となるので用途は異なります。

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5. サーキットプロテクターの選定

保護する機器、回路でも異なりますが、何か過電流異常が発生してサーキットプロテクタが動作した時点からの選定基準を記載します。

役割は電源を切って機器、回路を保護するのですが、異常検知後、復旧するためにスイッチを切から入にしなければなりません。その際、手動で復旧するものと自動で復旧するものがあります。

手動の場合は異常検知し、復旧は人間の手で実施されます。それまでには復旧に時間を要する場合は機器は止まってしまうことになります。

例えば、水槽で酸素ポンプを送り長時間止ると、魚の生死につながる場合は手動復旧は人間が発見するま酸素ポンプは止まり続けることになります。自動復旧は異常で切れた後に、一定時間経過後に電源が入り再動作する機能となります。水槽の様な長時間作業を止められない負荷には自動復旧タイプを使うことをお薦めします。

次に作業現場等でサーキットプロテクタが作動した際、復旧でのトラブル事例からの選定を記載します。

例えば生産ラインでドリルで木板に穴を開けている作業中にサーキットプロテクタが作動し止まったとします。

このような場合、直ぐに復旧するといきなりドリルに電源が入り、作業安全では大変危険なシーンとなります。そのような場合は、低電圧開放モジュールを搭載したサーキットプロテクタがお薦めとなります。

例えば100Vで使用して電圧低下で20V以下となれば確実に遮断。電圧が100Vに復旧したとしても機器にOn 投入しないので、機器は手動で復旧することが出来ます。他、遮断にまつわるトリップ形式やスイッチハンドルの形状、寸法、定格電圧、定格電流値、極数で異なるので用途に合わしての選定となります。

詳しい選定については、使用用途などを加味しながらサーキットプロテクタのメーカーにお問い合わせください。

6. まとめ

  • サーキットプロテクタは機器を過電流から保護する装置
  • サーキットプロテクタ内のバイメタルが過電流を検知する
  • ブレーカーとの違いは定格電流の大きさ
  • 使い方によって適切な選定が変わる

サーキットプロテクタは機器制御に使われるブレーカー的な役目も持合せています。機器としては、掃除機、洗濯機、冷蔵庫、冷蔵庫と言った家電や商業施設向け専用の機器、FAX、プリンター、複写機といったOA機器等、多様に使われ過電流での機器保護の役目を持っています。

記載事例以外でも医療機器、自動車、工作機械等多くのデバイスとしての機能を持ち重要な役割を果たしております。

特に機器を負荷として見た場合にいくつもの機器を電源側から接続している場合等においてサーキット上で過負荷の異常が発生した場合サーキットブレーカは全ての下流にある装置を遮断してしまいますが、サーキットプロテクタをHubに接続することにより異常機器だけを分岐の位置付で遮断するので他機器への遮断での影響を回避することも可能となります。

サーキットプロテクタは分岐される機器のみを制御するので電源からの末端機器での異常時に遮断する大切な役割も担っています。

サーキットブレーカでは電路全体での異常を監視しサーキットプロテクタは特定機器の異常検知するので異常事態発生後のメンテナンス部分を特定する役割もあるので電気設備、シーケンスでの作業効率性を高めることも可能となります。

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エコおじい

プラント系エンジニアです。「エネ管.com」というブログで工業系の技術に関する情報を発信しています。最近、Youtubeも始めました。応援よろしくお願いします。

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