サーマルトリップとマグネティックトリップ：回路遮断器が回路をどのように保護するか

すべてのミニチュアサーキットブレーカー（MCB）の内部には、1つではなく2つの保護機構があり、異なる種類の故障からシステムを保護しています。熱トリップと磁気トリップの意味を理解することで、建物の安全を守るためにサーキットブレーカーがどのように機能するかを把握でき、これは消費者、電気技師、工場の品質管理者からよく寄せられる質問の一つです。.

このガイドでは、基本的な機能を簡単に説明します 熱トリップと磁気トリップ, の違い、それらがどのように異なるか、そして各ブレーカーが工場から出荷される前に熱校正および磁気トリップ試験方法を用いてどのように検査されるかについて説明します。また、Benlong Automationが世界中のMCBおよびMCCBメーカーの機器の試験を行うシステムをどのように製造しているかについても解説します。.

熱トリップおよび磁気トリップ

熱磁気サーキットブレーカーには2つの異なるトリップシステムが組み込まれています。熱トリップ部分は過負荷からの保護を助けます。ここでの過負荷とは、電流が過剰であるものの、損傷を引き起こすほど危険ではない状態を指します。磁気トリップ部分は短絡に反応するために使用されます。各ミニチュアサーキットブレーカーにはトリップ機構があり、サーキットブレーカーの動作を安全にしています。.

熱トリップについて覚える最も簡単な方法は 熱トリップ と磁気トリップを速度で比較することです。熱トリップの動作は遅く、小さな過負荷の場合に異なる動作をする理由がないためです。過負荷があるという事実は緊急事態を意味しません。磁気トリップに関連する動作はミリ秒単位で即時に行われます。.

熱トリップとは何か？（過負荷保護）

の 熱トリップ 熱トリップは、加熱されると異なる速度で膨張する2つの金属が結合されたバイメタルストリップを中心に構成されています。ブレーカーの容量を超える電流が長時間流れると、ストリップが加熱されてたわみ、最終的に回路を開く機構を作動させます。電流が大きいほどストリップの曲がりは速くなり、これがブレーカーの逆時間特性の独特な特徴となっています。小さな過負荷の場合はすぐに遮断せず、大きな過負荷の場合はほぼ遅延なく反応します。.

このような遅い応答は過負荷に対して非常に適しています。家庭用回路で複数の電気機器が同時に使用されて電流が想定以上に流れても、配線が過熱しない限り緊急事態ではありません。熱トリップは、発電機の起動時の突入電流のような非常に短いサージを許容しつつ、長時間の過負荷から配線を保護します。通常、このような状況は過負荷の大きさに応じて数秒から数分の範囲で発生します。.

熱に依存することには、周囲の空気温度の重要性など、いくつかの影響があります。熱せられた工場の床にある二金属ストリップは、涼しい床にある同じストリップよりも早く曲がるため、これだけで装置を制御された条件下で正確に校正する必要があり、各現代装置には温度補償が含まれています。さらに、熱トリップレベルは単一の値ではなく範囲として定義されており、これは標準が動作時間の幅を承認していることを意味し、通常の温度変化が良好なブレーカーを故障に変えることを防ぎます。.

磁気トリップとは何か？（短絡保護）

の 磁気トリップ は全く異なる原理、すなわち電磁気学に基づいて動作します。ブレーカー内部のコイルは、通過する電流の量に対応する磁場を生成します。電流が正常な場合、磁場は弱く、動作は起こりません。しかし、短絡が大量の電流を流すと—しばしば定格値を何倍も超える—磁気閾値が十分に強くなり、アーマチュアを動かしてトリップブレーカーをほぼ即座に作動させます。.

短絡は本当の緊急事態であるため、測定は秒ではなくミリ秒単位で行われます。遅延はなく、瞬時モードでは緩やかな逆時間曲線もありません。電流が磁気閾値を超えた瞬間、ブレーカーは機構が許す限り最速で開きます。これは火災を防ぎ、回路故障の瞬間から抵抗がほぼゼロになり電流が危険なレベルに増加するのを防ぐ機構です。.

磁気閾値は設計時に調整され、ブレーカーのトリップ曲線を指定します。設定が低すぎると、モーターが巨大な始動電流を取るたびにブレーカーがトリップします。高すぎると故障時に遅延が生じます。したがって、メーカーはコイルとアーマチュアを定格電流の倍数に調整し、テストベンチでその範囲内でトリップブレーカーが動作することを確認します。.

熱トリップと磁気トリップの主な違い

並べてみると対比が明確になります。異なる故障に、異なる時間スケールで、異なる物理原理を用いて反応しますが、同じブレーカー内に存在し、同じ一対の接点を共有しているため、この装置は熱磁気遮断器と呼ばれます。.

ひとつの点が混乱を招くため、明確に述べる価値があります： MCBに印刷されているB、C、D曲線は磁気（瞬時）トリップ帯域のみを指し、熱過負荷応答は含まれません。. Bカーブブレーカーは定格電流の約3〜5倍で磁気的にトリップし、Cカーブは約5〜10倍、Dカーブは約10〜20倍でトリップします。熱的過負荷の挙動は基本的に同じであり、変わるのは短絡感度です。これが、起動時の突入電流が大きいモーター回路において、BカーブではなくCまたはDカーブが使用される理由であり、Bカーブではモーターが起動するたびに誤動作トリップが発生します。.

メーカーが熱トリップをテストする方法：熱キャリブレーション

熱的較正 は、すべてのブレーカーが規格で許容される時間内にトリップするように、過負荷トリップを検証および微調整する工場のプロセスです。IEC 60898-1の下では、ベンチが2つの主要な電流を適用します：定格電流の1.13倍（この時点でブレーカーは従来の時間内にトリップしてはならない）と1.45倍（この時点で許容時間内にトリップしなければならない）。測定されたトリップ時間がこの範囲外であれば、技術者がバイメタルストリップの位置を調整し、仕様内に収まるまで再テストを行います。.

Benlongの 半自動熱トリップキャリブレーションベンチ はまさにこの作業のために設計されています。プログラムされた過負荷電流（最大200A）を適用し、トリップ時間を自動で測定し、IECの時間範囲に対して合否をタッチスクリーンに表示します。シフト機構により、配線を変更せずに1台のベンチで多様なMCBハウジングを処理できます。電流の適用と時間計測がストップウォッチを持つオペレーターではなく自動で行われるため、結果の再現性が高く、すべての測定値は品質記録用にエクスポート可能です。これが、単に見た目が正しいだけのブレーカーと、時間通りに確実にトリップすることが証明されたブレーカーの違いです。.

メーカーが磁気トリップをテストする方法：磁気トリップテスト

の magnetic trip test はブレーカーのもう半分、瞬時短絡応答を検査します。ここではベンチが短時間の高電流パルス（通常は定格電流の5倍、7.5倍、または10倍、検証するトリップカーブに応じて）を供給し、ブレーカーが開くまでのミリ秒数を測定します。パルスは速く、クリーンな立ち上がりでなければならず、測定されたトリップ時間がブレーカー自体を反映し、テスト機器の影響を受けないようにします。.

Benlongの 半自動磁気トリップテストベンチ は定格電流のプログラム可能な倍率（最大数千アンペアピーク）を生成し、熱ベンチと同様にタッチスクリーン制御と自動データロギングでミリ秒単位のトリップ時間を計測します。HMIで電流倍率を選択できるため、1台のベンチでB、C、Dカーブのブレーカーを適切な設定を選ぶだけで検証可能です。典型的なテストは1台あたり数秒で完了し、1日に数千台を検査しなければならない生産ラインのボトルネックになりません。.

よくある混乱の解消

MCBとRCCBの部品はしばしば同じものと考えられますが、実際にはその機能においてかなり異なります。これらを区別する際に最初に覚えておくべきことは、MCBは漏電による感電からの保護を提供しないということです。むしろ、それはRCCBまたは過負荷や短絡ではなく漏電を検出するRCBOの残留電流部分の役割です。熱および磁気のトリップ機構は設置および機器を保護するために働きますが、一方で残留電流保護はその目的のために設計されています。.

もう一つ明確にすべきことは、トリップは決して回路遮断器の問題と誤解されるべきではないということです。時には回路遮断器がその役割を適切に果たしてトリップすることがあります。したがって、品質部門が理解すべき主な点の一つは、回路遮断器が適切な電流条件下でトリップし、適切な時間枠内で動作するかどうかです。すなわち、迷惑トリップを引き起こすほど早すぎず、故障を許すほど遅すぎないことです。これら二つのポイントのおかげで熱校正が行われ、磁気トリップテストが実施されます。.
さらに、回路遮断器の定格（例えば16Aや32A）は回路遮断器が通過可能な最大連続電流を指し、トリップを引き起こす電流レベルとは関係がないことを覚えておくべきです。.

品質と安全のために両方のテストが重要な理由

どちらか一方のテストに合格した遮断器は、両方のテストに不合格の遮断器よりも危険である可能性があります。なぜなら、それは誤った安全感を生み出すからです。磁気応答が完璧だが熱応答が不調な遮断器は、中程度の過負荷にさらされるとケーブルの過熱を引き起こす可能性があります。別の遮断器は熱応答は完璧ですが、磁気応答が弱いため短絡を適時に遮断できず火災を防げません。これが正直な製造業者がすべてのロット、しばしばすべての製品に対して両方の応答をチェックする理由です。.

関連する規格 — 家庭用遮断器にはIEC 60898-1、産業用にはIEC 60947-2 — は適用すべき電流と許容されるトリップ時間を正確に規定しており、これらは製造業者が輸出市場向けにCE、UL、CB認証を取得するための基準となっています。これらのテストが完全な品質管理にどのように組み込まれているかの全体像については、Benlongのガイドを参照してください。 MCB試験ラボが行うこと は全試験プログラムとその背後にある規格を詳しく説明しています。.

ヨーロッパ、湾岸諸国、インド、ラテンアメリカなどの厳しい市場に製品を輸出するメーカーは、コンプライアンスが単なる概念ではないことを知っています。ますます多くの購入者が各ユニットで実施された試験のデータを求めており、例えばトリップすべき回路遮断器が作動しなかった場合など、現場での故障が発生すると、メーカーは監査、リコール、さらには契約の喪失に直面する可能性があります。したがって、一貫した文書化された熱試験および磁気試験は、回路遮断器メーカーにとって安価な保険の形態であり、適切な性能の証明なしに市場に製品を出荷することのコスト影響とは比較になりません。.

ベンチからラインへ：熱試験と磁気試験の自動化

低量産の場合、ラボまたは工場は、回路遮断器を手動で設置および取り外す2つの異なる半自動ワークステーションを使用して熱校正および磁気トリップ試験を実施します。生産が増加すると、これら2つの試験は「コンベヤ化」と呼ばれる1つの自動化ラインに統合され、回路遮断器はコンベヤで各ステーション間を移動し、熱校正、磁気トリップ試験、絶縁強度チェック、スイッチのオンオフ動作、結果に基づく選別という一連の操作を経ます。これらすべては、各部品を手動で扱う必要なく行われます。.

統合されたアプローチでは、速度だけでなく製品の状況追跡も可能です。各回路遮断器には固有のバーコードが付されており、その製品に対して実施された試験結果を追跡できるため、メーカーは販売履歴だけでなく、市場に出ている製品の運用中に発生した問題の追跡も可能なデータベースを作成できます。さらに、このアプローチは生産プロセスの監視を容易にします。例えば、校正ベンチに問題が発生し、トリップ時間が通常の運用に必要な時間を明らかに超えた場合、生産は停止され、多数の出荷ユニットが必要な基準を満たさない事態を防ぐことができます。.

適切なセットアップの選択は、生産量と利用可能な予算に依存します。小規模な作業場や開発ラボでは、技術者が一方のベンチで熱校正を行い、もう一方で磁気トリップ試験を実施する2つの半自動ワークステーションで満足するかもしれません。中規模のメーカーは通常、空気圧クランプとデータロギングを備えた半自動セルを選択します。最後に、高量産メーカーは、要求の厳しい購入者に製品を出荷するために、1日に数千ユニットを製造するプロセスに完全自動化アプローチを適用し、プロセスの各段階で運用が慎重に監視されることを保証します。.

結論：同じ遮断器、非常に異なる2つの役割

熱動作と磁気動作の主な違いは、それぞれが保護する電気回路の故障の種類にあります。熱動作は熱感知型のバイメタルストリップを使用して、遅くて徐々に進行する過負荷から保護し、そのため反応に時間を要します。一方、磁気動作は電磁力の作用によって瞬時の短絡を担当します。両方の動作は遮断器に搭載されており、国際規格に準拠し、適切に動作するためにそれぞれ熱動作の温度試験または磁気動作の検査を通過する必要があります。.

Benlong Automationは、さまざまな熱校正ベンチ、磁気動作試験用機器、および世界中の遮断器メーカー向けの完全自動化ソリューションを提供しています。お客様の遮断器モデルと要件、目標とする規格をお知らせいただければ、当社のエンジニアが最適な試験ソリューションを提案し、当社の技術に基づくROIの評価を行います。.

黄小雷 | Benlong Automation