PF・S形の主遮断装置とは？限流ヒューズとLBSの役割・CB形との違い

主遮断装置は、受電設備の受電用遮断装置として使う装置です^[1]。過負荷や短絡などの事故が起きたときに、電路を自動で遮断する能力を持ちます^[1]。PF・S形は、限流ヒューズ（PF）と負荷開閉器（LBS）の2つを組み合わせ、主遮断装置の役目を持たせる受電方式です^[1]。屋外に施設する設備では、非限流ヒューズを使う形式もPF・S形に含まれます^[1]。

対象はおおむね受電設備容量300kVA以下の設備です^[2]。受電設備容量は、受電電圧で使う変圧器や電動機などの機器容量を合計した値です^[1]。合計には高圧進相コンデンサの容量を入れません^[1]。遮断の仕組みが単純な分、キュービクルを小型かつ安価にしやすい利点があります^[2]。

PF・S形の主遮断装置に使うLBSは、ストライカで引き外す方式であることと、相間と側面に絶縁バリヤを備えることが求められています^[4]。絶縁バリヤの目的は、小動物などが入り込んで起こす事故の防止です^[4]。充電部が露出するLBSでは、前面に透明な保護板を付けて赤字で危険を表示する定めもあります^[6]。定格の一例は、定格電圧7.2kV、定格電流200Aです^[4]。限流ヒューズと組み合わせた定格遮断電流の例は12.5kAです^[4]。

容量の目安は資料によって切り口が違います。変圧器保護用の開閉器としては、LBSが500kVA以下、PCが300kVA以下という整理があります^[3]。500kVAを超える変圧器にはVCBを使う整理です^[3]。受電方式としての300kVA^[2]と、変圧器ごとの開閉器選びの目安^[3]は、分けて読むと混乱しません。

CB形は主遮断装置に高圧交流遮断器を使う形式で、遮断を受け持つ機器がPF・S形と違います^[1]。LBSはアークシュートでアークを消すので、定格負荷の電流なら開閉できます^[3]。一方で過負荷電流や短絡電流は遮断できず、PFの溶断で切ります^[3]。定格を超える電流を切ろうとすると、アークで焼損や相間短絡に至るおそれがあるとされています^[3]。

保護の分担は次のとおりです。地絡は地絡継電器（GR）の動作でLBSを引き外します^[2]。短絡は、変圧器二次側の短絡も含めてPFの溶断で保護します^[2]。PFは最小遮断電流に届かない電流では動作しないため、小容量の設備では変圧器の過負荷を低圧側のMCCBで保護します^[2]。PF・S形は過負荷保護に向かず、高圧電動機がある設備では採用できません^[2]。

一般に、CB形では過電流継電器（OCR）が事故電流を検出し、遮断器を引き外します。PF・S形では、短絡の保護をPFの溶断が受け持ちます^[2]。JISへの適合に加えて主遮断装置用のLBSに求められる条件は、ストライカ引外し方式と絶縁バリヤの2点です^[4]。過電流継電器と過電流ロック機能は、LBSの条件に入っていません^[4]。

保護継電器を持たないPF・S形の設備では、高圧用のVTとCTが無いことが多いです^[2]。VTとCTが無い設備には、試験端子のVTTやCTTもありません^[2]。RPRを備える設備では、電流と電圧の要素を取り込むために高圧用のVT・CTが付きます^[2]。

限流ヒューズは、溶断時にアークの抵抗を高めて短絡電流を小さく抑えます^[7]。短絡電流を最初の半波で遮断できる点が、遮断器と異なります^[7]。50Hzでの比較例では、OCRとVCBの合計遮断時間が約0.12秒、限流ヒューズの動作時間が0.01秒です^[7]。通過電流の波高値が低く抑えられるので、回路や機器が受ける機械的・熱的な損傷を軽くできます^[7]。

LBSの開閉寿命は電気的に200回、機械的に1000回で、頻繁に開閉する箇所には向きません^[3]。更新推奨時期は、開閉器と限流ヒューズのどちらも使用開始後15年です^[3]。

PF・S形の主PFは、定格が小さすぎても大きすぎても問題が出ます^[2]。定格が小さすぎると、変圧器の突入電流でヒューズが劣化して溶断するおそれがあります^[2]。定格が大きすぎると、配電用変電所の過電流継電器と保護協調が取れなくなります^[2]。協調が取れない設備では、構内の事故が波及事故につながるおそれがあるとされています^[2]。

高圧限流ヒューズには、G（一般用）・T（変圧器用）・M（電動機用）といった用途別の種類があります^[7]。コンデンサ用にはC（リアクトルなし）とLC（リアクトル付き）があります^[7]。T（変圧器用）は、定格電流の10倍を0.1秒流す通電を100回重ねても切れないことが条件です^[7]。G（一般用）には、繰返し過電流に対する特性の定めがありません^[7]。一般に、交換用のヒューズを手配するときは、定格電流の数字に加えて種類の記号も元のヒューズと照らし合わせます。

ヒューズの特性を読むときは、3つの時間を区別します^[7]。許容時間は、ヒューズが溶断せずに持ちこたえる時間です^[7]。溶断時間は、素子が溶け始めてから回路が切れるまでの時間で、アークはまだ消えていません^[7]。動作時間は、アークが完全に消えて電流が止まるまでの総時間です^[7]。

選定の前提になる三相変圧器の定格電流は、定格容量（kVA）を定格電圧（V）と√3の積で割り、1000を掛けて求めます^[7]。主PFの定格と配電用変電所との協調は、設計図書とメーカーの選定資料をもとに、有資格者の判断に従って決めてください。

PF・S形のキュービクルでは、地絡継電器の動作でLBSを引き外して地絡を切り離します^[2]。区分開閉器は、保守点検のときに電路を切り分ける開閉装置です^[1]。地絡遮断装置には、地絡継電装置が付いた高圧交流負荷開閉器も含まれます^[1]。SOG付きのPASでは、SOGのGR動作でPASが開放します^[8]。一般に、区分開閉器が地絡保護を持つかどうかで、キュービクル内のGRとLBSが受け持つ範囲が変わります。

過電流ロックは、区分開閉器の側に備わる機能として資料に出てきます^[9]。地中線用キャビネットに置くUGSは、過電流ロック形の高圧交流ガス開閉器です^[9]。UGSは、需要家側の地絡や過電流による事故を防ぐ役目を持ちます^[9]。定格の例は電圧7200V・電流300Aで、ロック電流値は460±40Aです^[9]。一般に、過電流ロックは大きな事故電流が流れる間は開閉器を開かせず、配電線の停電後に開放させる機能です。

区分開閉器がモールドジスコンの構成は、LBSの上流に保護装置を持ちません^[6][9]。モールドジスコンとLBS・GRの組み合わせは、トリップコイル焼損の事故が起きやすい場所の一つです^[10]。短絡であれば、トリップコイルが焼損していてもPFの溶断が見込めます^[10]。地絡ではLBSが開かないと再閉路で再び地絡し、波及事故につながるおそれがあります^[10]。

一般に、過電流ロックした開閉器が配電線の停電後に開放する動作をSO動作と呼びます。SOG制御器には、SO動作の表示を持たない機種があります^[11]。ある技術者は、PASが開放していてGR動作表示が無いときはSO動作を疑うよう呼びかけています^[11]。GRの誤動作と決めつけないことも求めています^[11]。

紹介された事故例では、雷害と思われる停電のあとに、電力会社の巡視でPASの開放が見つかりました^[11]。管理技術者はGR動作表示が出ていないことを確かめ、高圧一括の絶縁測定でも問題なしと判断しました^[11]。管理技術者がPASを投入したところ、PASが爆発して波及事故になりました^[11]。別の記録では、SOGのGR動作でPASが開放し、1000Vメガーの絶縁抵抗測定では異常が出ませんでした^[8]。担当者がPASを投入すると再びGRが動作し、地域停電を伴う波及事故になりました^[8]。

対策として、5000V以上のメガーでE方式・G方式・ケーブルシースの測定をすべて行うことが挙げられています^[8]。状況によっては、耐圧試験を10350V・10分間の条件でやり直す選択肢もあります^[8]。古いケーブルは耐圧試験中に絶縁破壊する可能性があるため、リスクを説明したうえで設置者が最終判断をします^[8]。再投入の可否や試験の方法は、現場の手順書と有資格者の判断に従ってください。

増設のきっかけは、建物の増改築や工場への新しい設備の導入です^[12]。増設の方法には、変圧器を1台足す方法と、既存の変圧器を大容量の機種に入れ替える方法があります^[12]。一般に、変圧器を足したり大容量の機種に替えたりすると、受電設備容量の合計も変わります。PF・S形が使われるのは、受電設備容量300kVA以下の設備です^[2]。増設後の合計がPF・S形の範囲に収まるかは、計画の段階で設計者や電気主任技術者と確かめてください。

主遮断装置がVCBの設備では、増設に伴う変更点が別にあります^[12]。VCBの下に変圧器用のLBSが2台並ぶ設備へ3台目の変圧器を足す例では、高圧用CTをCT比の大きいものに交換します^[12]。CTの交換に伴い、OCRの電流整定値と高圧側の電流計も変更が必要です^[12]。

高圧の送り出し回路を増設するときは、引き出す位置にも注意が要ります^[13]。高圧受電設備規程を解説した記事によると、サブ変電所への送り出しは受電LBSの二次側母線から引き出す定めです^[13]。ある技術者は、増設時にLBSの一次側から引き出してしまった設備について改修を勧めています^[13]。主遮断装置が二つあるような状態になり、操作を取り違えるおそれがあるためです^[13]。改修案は、引き出しをLBS二次側へ移す方法と、一次側のさらに上位へ主遮断装置となるLBSを別に設ける方法です^[13]。

ストライカ引き外し式のLBSでは、短絡電流でヒューズが溶断すると表示棒が飛び出します^[3]。表示棒がトリップレバーを押すとラッチが外れ、三相がまとめて開放されます^[3]。三相の一括開放が、欠相運転を防ぐ仕組みです^[3]。表示棒がヒューズの上側に出るタイプもあるとされています^[3]。

一般に、欠相を疑うときは、溶断表示棒の飛び出しとLBSの開閉位置を外観で確かめます。ヒューズ動作表示スイッチがあれば、溶断に連動して接点が閉じます^[3]。ヒューズ動作表示スイッチの接点に自己保持・ランプ・ブザー・リセットの回路を足すと、PF溶断の警報回路になります^[3]。

注意が必要なのは、ヒューズが切れたのにLBSが開かない場合です。溶断していない相だけに電圧がかかり、欠相のまま運用が続いてしまいます^[5]。負荷側の停電や異常で初めて気付いた例もあります^[5]。一般に、三相の負荷は欠相すると正常に動かないため、負荷側の不調の連絡が発見のきっかけになることがあります。

ある技術者の記録には、新品LBSを運ぶときの固定ピンや結束バンドを外さないまま運用した例があります^[5]。停電点検のときも、点検者はLBSを開放していませんでした^[5]。PFが溶断して負荷に停電や異常が出てから、初めて気付いたそうです^[5]。相間短絡でPFが切れてもLBSが開かなければ、上位のVCBがOCRの瞬時要素で開いて全館停電になるおそれがあります^[5]。PF・S形のキュービクルでは、配電側のVCBが開く波及事故につながる可能性も指摘されています^[5]。

再発防止の要点は、竣工検査・交換工事・年次点検のたびにLBSを開閉して確かめることです^[5]。操作フック棒での開閉に加えて、ストライカ引き外し機構の動作も確認します^[5]。

ある記録は、高圧一括受電のマンションで共用動力用変圧器のLBSがPF溶断で開放した場面を取り上げています^[14]。交換のために全館を停電させるか、一次側が充電されたまま交換するかが問いになりました^[14]。同じ記録は、LBS一次側が充電されたままのヒューズ交換をしてはいけないとしています^[14]。充電部に近づく作業になり、感電のおそれがあるためです^[14]。

ある電気管理技術者は、何よりも安全を優先することが基本だという意見です^[14]。古いLBSは絶縁が低下していることがあり、開放していても安全とは言い切れないとも述べています^[14]。無停電での交換を求められても断るという立場です^[14]。停電範囲や作業方法は、現場の手順書と有資格者の判断に従ってください。

交換の前に溶断の原因を調べることも大切です。高圧コンデンサ用のLBSの場合、コンデンサが相間短絡していると、ヒューズを替えてもまた溶断する可能性があります^[14]。テスターでRS・ST・TR間の3か所の相間静電容量を測り、相間短絡していれば値に違いが出るという調べ方が紹介されています^[14]。一般に、こうした測定は停電・検電と残留電荷の放電・接地を済ませたうえで、現場の手順書と有資格者の判断に従って行ってください。

ある事故例では、点検後の復電でモールドジスコンを投入し、LBS一次側まで充電しました^[5]。充電の数十秒後に1984年製のLBSの一次側で短絡が起き、正面にいた作業者がアークでやけどを負いました^[5]。記録が挙げる対策は、扉を閉めて受電することと、受電後もしばらく待つことです^[5]。LBS正面へのアクリル板の設置、相間バリアの設置、古い本体の更新も対策に含まれます^[5]。復電の手順は、現場の手順書と有資格者の判断に従ってください。

古いLBSはストライカのロック部がすでに固着していることがあります^[5]。受電中に開閉して動きが遅いと、アークで刃が傷むおそれもあります^[5]。耐用年数を過ぎても更新されない設備では、開閉しない方がよい場合もあるという見方もあります^[5]。LBSを開閉して確かめるか控えるかは、現場や設備によって判断が分かれるため、有資格者の判断に従ってください。

相間バリアは、ヘビやネズミ、ツタなどによる相間短絡を防ぎます^[6]。モールドジスコンからPF・S形キュービクルにつながる構成では、LBSの上流に保護装置がありません^[6]。そのためLBSで相間短絡が起きると、すぐ波及事故になり得るとされています^[6]。相間バリアはLBSのオプション品で、古いタイプのLBSには後付けできない場合が多いです^[6]。

LBSが固着して開かないと、トリップコイルに電圧がかかり続けて焼損する事故が起きています^[10]。LBSと直列リアクトル・コンデンサの現場では、投入状態が続いてコンデンサが過熱・膨張し、爆発した例があります^[10]。モールドジスコン・LBS・GRの現場では、LBSが固着して開かないと、配電側の再送電で再び地絡して波及事故になるおそれがあります^[10]。補助スイッチのないLBSと手動復帰形のGRを組み合わせると、試験中にもコイルが焼損しやすいとされています^[10][15]。対策は、LBSに補助スイッチを付けることと、GRの復帰方式を手動から自動に切り替えることです^[10]。

摺動部の手入れは意見が分かれます。GRとの連動試験で、GR単体0.15秒に対し連動では0.40〜0.60秒かかった例があります^[16]。記録が示す対策は、摺動部にCRCを吹いて動きを滑らかにしてからの再試験です^[16]。試験電源にモバイルバッテリーを使わず、発電機を使うことも対策の一つです^[16]。

一方で別の技術者は、ラッチローラーには基本的に注油しないとしています^[17][18][19]。各社の取扱説明書にローラー自体への注油指示が無いことが、理由の一つです^[17][18][19]。一般的な潤滑剤は時間がたつとべたつき、固着の原因になることも理由に挙げています^[17][18][19]。現場や設備によって判断が分かれるため、メーカーの取扱説明書を確認して判断してください。