主遮断装置 ── CB形とPF-S形

前の章では、構内の入口に置く区分開閉器（PAS／UGS）を扱いました。あの機器は地絡を切り離し、短絡については無電圧になるまで待つ、という役割分担でした。では、構内で起きた短絡そのものは誰が切るのでしょうか。その担い手が主遮断装置です。

主遮断装置は、受電設備の高圧回路全体を代表して開閉・保護する機器です。構内で短絡や過負荷が起きたとき、事故電流を検出して高圧回路を切り離します。設備の中心に置かれるため、単線結線図でも縦の主回路のちょうど中ほど、高圧母線の直前に描かれます。ここより下流は主遮断装置が守り、ここより上流は区分開閉器と電力会社側の保護が守る、という境目です。

• 構内の短絡電流を遮断し、機器の焼損や火災へ発展するのを防ぐ
• 過負荷が続く状態を検出し、変圧器やケーブルの過熱を防ぐ
• 事故電流を構内で切ることで、配電線への波及事故を防ぐ
• 点検・作業のときに、構内の高圧回路をまとめて停電させる

ここで「切る」という言葉の重みを確認しておきます。短絡電流は、通常の負荷電流とは桁違いに大きな電流です。それが流れている状態で回路を開くと、接点の間に強烈なアークが生じます。このアークを確実に消して電流をゼロにできる能力を、遮断能力と呼びます。断路器（DS）にこれがなく、PASにも短絡電流を切る能力がないことは前章で見たとおりです。主遮断装置とは、この能力を備えた機器のことだと考えてください。

高圧受電設備で採用される主遮断装置には、大きく2つの方式があります。真空遮断器（VCB）を使うCB形と、高圧交流負荷開閉器（LBS）と高圧限流ヒューズ（PF）を組み合わせるPF-S形です。以下、順に見ていきます。

CB形は、真空遮断器（VCB）を主遮断装置とする方式です。CBはCircuit Breaker（遮断器）の略です。この方式では、異常を検出する役割と電流を切る役割が、はっきり別の機器に分かれています。

動作の流れを追ってみましょう。構内で短絡が起きると、主回路に大きな事故電流が流れます。CTがこれを縮小した電流に変換し、OCRへ送ります。OCRは整定された値と比べて異常と判断すると、VCBのトリップコイルへ指令を出します。VCBが開き、真空バルブの中でアークが消えて電流が遮断される。ここまでが一連の動きです。検出（CT＋OCR）と遮断（VCB）が分業していることが分かります。

この分業がもたらす最大の利点が、整定による調整ができるという点です。OCRは「どのくらいの電流で」「どのくらいの時間で」動作するかを設定できます。これにより、下流の低圧側の保護装置が先に動くべき事故では下流に任せ、上流の配電用変電所の保護よりは自分が先に動く、といった動作の順番をつくれます。この順番づくりが保護協調です。

もうひとつのCB形の特徴は、遮断後の復旧です。VCBは動作しても消耗品を交換する必要がなく、事故原因を取り除いて点検すれば再投入できます。停電時間を短くしやすく、繰り返しの動作にも対応できるという運用上の利点があります。

PF-S形は、高圧交流負荷開閉器（LBS）と高圧限流ヒューズ（PF）を組み合わせて主遮断装置とする方式です。名称のPFはPower Fuse（高圧限流ヒューズ）、SはSwitch（開閉器）を表します。CB形が検出と遮断を分業していたのに対し、この方式では短絡の検出と遮断をヒューズが1つで受け持ちます。

限流ヒューズという名前には意味があります。ふつうのヒューズは電流が流れきったところで切れますが、限流ヒューズは事故電流が最大値に達する前に溶断し、流れる電流そのものを抑え込みます。この「電流を制限する」性質のおかげで、下流の機器が受ける熱的・電磁的なストレスを小さくできます。短絡電流の遮断という点では、非常に速く、確実な手段です。

ストライカ機構にも触れておきます。三相回路で1相のヒューズだけが溶断すると、残り2相に電圧がかかったままの欠相運転になります。この状態は電動機の焼損などを招くため危険です。そこで、ヒューズが溶断すると内部のピン（ストライカ）が飛び出してLBSを機械的に開放し、三相まとめて切り離す構造がとられます。PFとLBSが組み合わされる理由のひとつがここにあります。

PF-S形の利点は、機器点数が少なく構成が簡潔なことです。OCRもCTも制御電源も原則として不要になり、盤の寸法も小さくなりやすいため、設備費・設置スペースの両面で経済的です。中小規模の需要家で広く採用されてきたのは、この経済性によるところが大きいと言えます。

一方で制約もあります。ヒューズの動作特性は製品として決まっているため、CB形のように整定で調整することができません。保護の特性を細かく合わせ込みたい場合や、下流の保護装置との協調をつくり込みたい場合には、選択の幅が狭くなります。また、変圧器を投入したときに流れる大きな励磁突入電流でヒューズが溶断してしまわないよう、突入電流とヒューズの溶断特性が両立するかを確認する必要があります。

経済的なPF-S形ですが、どんな規模にも使えるわけではありません。受電設備容量には一般的な適用の目安があり、それを超える規模ではCB形が選ばれるのがふつうです。

一般的には、受電設備容量がおおむね300kVA以下の範囲がPF-S形の適用の目安とされています。本アプリでも、この300kVAを候補表示の目安として扱っています。ただしこれは境界を確定する数値ではなく、あくまで「このあたりから方式の見直しを検討する」という目安です。

• 容量が大きくなるほど負荷電流も短絡電流も大きくなり、ヒューズの定格選定が難しくなる
• ヒューズは整定できないため、規模が大きく保護協調の要求が細かくなるほど不利になる
• 設備が大きいほど停電の影響も大きく、交換なしで再投入できるCB形の運用上の利点が効いてくる
• 変圧器台数が増えると励磁突入電流も大きくなり、ヒューズとの協調確認の負担が増す

ここまでの内容を整理して、両方式を並べて比べてみます。まずは構成の違いを図で確認してください。

実物の見た目も対照的です。LBS＋PFは碍子の間に3本のヒューズ筒が斜めに並んだ開放的な姿、VCBは操作部を正面に備えた箱形の姿をしています。キュービクルの扉を開けたとき、どちらの方式かは一目で見分けられます。

PHOTO (AI GENERATED IMAGE)

選定にあたっては、次のような観点を突き合わせて考えます。単純に「安いほう」「高性能なほう」で決まるものではなく、その施設が停電をどれだけ許容できるか、将来どう育つ計画か、誰がどう保守するのかといった条件が効いてきます。

1. 01受電設備容量：まず目安の範囲に入っているかを確認する
2. 02停電の許容度：復旧の速さを重視するならCB形の再投入性が効く
3. 03保護協調：下流や上流との動作の順番をつくり込む必要があるかを見る
4. 04将来増設：容量を増やす計画があるなら、後から方式を変える手戻りを考える
5. 05保守体制：ヒューズの交換を誰がどれだけの時間で行えるかを確認する
6. 06電力会社の要求：協議のなかで方式や保護に関する条件が示されることがある

1. 01主遮断装置は、構内の短絡・過負荷を検出して高圧回路を切り離す、受電設備の中心的な保護機器
2. 02CB形は、CTとOCRで検出し、VCBで遮断するという分業の構成をとる
3. 03OCRは動作値・動作時間を整定できるため、保護協調を調整しやすい
4. 04PF-S形は、LBSが負荷開閉を、PFが短絡保護を担う簡潔な構成
5. 05PFは限流作用で事故電流を抑え込むが、動作すると交換が必要になる
6. 06ストライカ機構により、1相溶断による欠相運転を防ぐ
7. 07PF-S形の適用は受電設備容量おおむね300kVA以下が目安とされる
8. 08選定は容量だけでなく、停電の許容度・保護協調・将来増設・保守体制・電力会社の要求から総合的に判断する

主遮断装置を通り抜けた電気は、高圧母線を経て変圧器へ向かいます。次の章では、その変圧器と、そこから先の低圧系統を扱います。6600Vがどのように210V／105Vへ姿を変え、電灯と動力に分かれていくのかを見ていきましょう。