サーマルキャリブレーションとは何か、そしてなぜMCBおよびMCCBメーカーに必要なのか？

サーキットブレーカ工場において、完成したMCBが安全か廃棄かを決定する瞬間は thermal calibration. です。これは各ブレーカ内のバイメタル要素がトリミングされ、標準で要求される正確な時間内に装置がトリップすることを確認する工程です — 早すぎず遅すぎず。購入者はこの段階を遅延試験と呼ぶことが多いですが、実際に測定されているのは どれくらいの時間 ブレーカが所定の過電流でトリップするかです。IEC準拠が求められる市場に出荷されるMCB、MCCB、RCBOの製造者にとって、この段階を正確に行うことが回路を保護する製品と監査に不合格となる製品の違いを生みます。本記事では MCB熱調整 が実際に何であるか、遅延試験が長時間および短時間の検証に分かれる理由、IEC 60898-1におけるB、C、D曲線の異なる合格基準、そして現代の生産ラインでこの工程を実行する装置について説明します。.

著者：黄小雷 | Benlong Automation

サーキットブレーカ製造における熱調整とは何か？

熱磁気トリップ技術はほぼすべての低電圧サーキットブレーカで採用されています。過負荷状況は、異なる熱膨張率を持つ2つの金属を組み合わせたバイメタルストリップを用いて対処されます。電流が規定値を超えると、ストリップが熱くなり、膨張率の遅い金属側に曲がります。適切な曲がり量がトリップラッチを解放させます。過負荷後、電流が高いほどヒーターが速く加熱され、トリップも速くなります。この装置の特徴は、熱調整がバイメタルストリップの調整を含むサーキットブレーカ製造の全工程であることを示しています。ストリップは曲げられ、ネジが調整されるかトリップ連結部が移動され、各試験電流に対して現在の標準で定められたトリップ時間範囲内に収まるようにします。.

その重要性は過小評価できません。なぜなら、混同しやすい用語を明確に区別できるからです。キャリブレーションとは、目標とする時間範囲に機構を調整すること、またはその範囲に達することを検証することを意味します。実際には、オペレーターが電流を注入し時間を測定しながらストリップを調整し、再検査を行うため、この2つのプロセスは同時に行われます。重要な事実として、機械的および材料特性は各バイメタルで異なるため、個別のキャリブレーションが必要です。キャリブレーション要件を満たさない不良装置は、通常の動作中にトリップしたり、さらに悪いことに過負荷時に固まってしまう可能性があります。.

したがって、このプロセスでは二つの特性、すなわち出力の精度と再現性が考慮されます。重要な点は、装置に問題があった場合でも、オペレーターが冷間起動からトリップを確認できることです。調整範囲はかなり厳格で、通常トリップ電流の数パーセントであり、ベンチの誤差範囲は校正装置のそれよりもはるかに小さくなければなりません。これが、装置の効率的な動作を保証するために信頼性の高い校正装置が必要とされる理由です。.

すべての遅延試験の背後にある二つのトリップ機能

遅延試験が二つのセグメントに分かれている理由を理解するためには、ブレーカーには二つの独立した保護機能があることを理解しなければなりません。熱保護、すなわち過負荷保護は、ゆっくり反応するバイメタルストリップによるもので、秒から時間単位で反応し、トリップ曲線の長時間部分を形成します。これは熱特性によって設定されます。磁気保護、すなわち短絡保護は、電磁石またはソレノイドによるもので、高い故障電流に対してミリ秒単位で反応し、曲線の短時間または瞬時部分を形成します。.

すべてのメーカーが公開している対数-対数の時間-電流グラフを見ると、熱領域は曲線の上部の傾斜部分に対応し、磁気領域はほぼ垂直の下部に対応しています。製造実務では、これら二つの特性は異なる電流、時間許容範囲、場合によっては異なる試験台でテストされます。これが長遅延と短遅延の分割の由来であり、長遅延特性は熱バイメタルをテストし、短遅延または瞬時特性は磁気コイルをテストします。したがって、これら二つのタイプを明確に区別することが極めて重要です。.

長時間遅延試験：熱校正の核心

長時間遅延試験は サーキットブレーカの熱校正の心臓部です. 。これは指定された過負荷電流下でバイメタルの適切な時間での作動を確認します。IEC 60898-1規格に従い、すべての試験は+30°Cの空気温度条件および冷間起動点から実施されなければなりません。電流特性は過負荷の三点で示され、B、C、D曲線すべてに共通です。.

ペアの1.13×および1.45×は、回路遮断器の許容過負荷性能の限界を確立します。回路遮断器は誤動作なしにわずかに13%を超える過負荷に耐える必要がありますが、従来の方法で45%の過負荷でも遮断できる必要があります。これらの要素がグラフ上の熱曲線の位置を定義します。63Aを超えた後に従来の時間が1時間から2時間に変わる唯一の理由は、より大きな接点を持つ大型の回路遮断器がはるかに大きな熱容量を持ち、安定するまでにより長い時間がかかるためです。.

生産に関しては、2.55×Inのポイントが実際に回路遮断器の校正に使用されます。これは、従来の測定で得られる時間単位の時間ではなく、秒単位で遮断時間を測定できるためです。したがって、特定の電流を回路遮断器に流しながら遮断時間を測定し、サーボまたはオペレーターを使用してこの時間を調整します。1.13×および1.45×のポイントを使用して行われるより時間のかかる測定は、上記の結果をサポートします。.

ベンロングはまさにこの段階のための装置を製造しています。 MCB長時間熱校正ベンチ は高安定性電流源を備えた複数のステーションでIEC 60898-1に準拠した過負荷試験を実施し、一方で半自動の 熱トリップ校正ベンチ Type-A とそのカードベースの兄弟機 タイプB はMCBファミリー間の迅速な切り替えを可能にするプログラム可能な過負荷校正を扱います。IEC 60947-2に準拠するMCCBの場合、基準点は変わり、従来の非トリップ電流は1.05×In、従来のトリップ電流は1.3×Inとなりますが、校正の原理は変わりません。.

短時間遅延および瞬時試験：B、C、Dの違い

遅延試験の第2部分は磁気要素または短絡応答を評価します。これは顧客が短時間遅延または時間遅延試験と呼ぶことが多く、B、C、D曲線が異なる挙動を示し始める部分です。磁気トリップが発生するレベルは、瞬時規約の0.1秒に基づき遮断器をトリップさせるために必要な定格電流の量で定義されます。曲線タイプに対応する低い倍率は遮断器がサービスを維持すべき電流を示し、高い倍率は遮断器がトリップしなければならない電流を示します。.

テストはカーブタイプごとに2段階で実施されます。まず、ホールドテストでブレーカーが下限の倍率（Bは3×In、Cは5×In、Dは10×In）で0.1秒以内にトリップしないことを確認します。次に、トリップテストで上限の倍率（それぞれ5、10、20×In）で0.1秒以内にトリップすることを確認します。例えば、タイプCの16Aブレーカーの場合、瞬時トリップせずに80A（5×）を通過しなければならず、160A（10×）ではほぼ即座に開放しなければなりません。同じ16AブレーカーがタイプBの場合は80Aで瞬時にトリップし、タイプDでは磁気が作動するまで320Aまで耐えます。この差がまさにカーブ選択が突入電流耐性と下流の調整を支配する理由です。Dカーブは、Bカーブでは誤動作するモーターやトランスの瞬間的な突入電流を通過します。.

テスト仕様書を作成するすべての人に強調したい点があります。. B、C、D間で変わる合格基準は、熱過負荷トリップではなく磁気（瞬時）トリップに関するものです。. バイメタル側、すなわち真の熱校正は3つのカーブすべてで同じです。MCBではこの短絡応答は実際には遅延ではなく瞬時であり、現場では「短時間遅延」という表現が緩やかに使われています。真の意図的な短時間遅延帯は、次に説明する調整可能なトリップユニットを持つMCCBにのみ存在します。MCBおよび小型MCCBの磁気チェックには、Benlongの MCCB手動磁気トリップ試験ベンチ は専用設計されており、プログラム可能な5～10×Inの電流源とミリ秒単位のタイミングで明確な合否判定を行います。.

適用される規格：IEC 60898-1、60947-2、61009

適切な合格基準は製品が認証されている規格によって異なり、誤った適用はリスクの面で実際の危険をもたらします。家庭用などの環境で使用されるMCBは、B、C、D分類を規定するIEC 60898-1規格を適用します。MCCBおよび産業用遮断器の使用はIEC 60947-2規格が支配し、従来の電流（1.05×および1.3×In）とより柔軟な機能を持ちます。IEC 61009-1規格は残留電流遮断器（RCBO）の使用を規定し、残留電流試験に加え、熱および磁気動作のためにMCBと同じ試験を受けなければなりません。単一のスイッチが両規格に基づいて認証されることもありますが、温度基準は使用される規格によって異なる場合があります。.

参照温度は要因の一つです。IEC 60898-1によれば校正は30℃で行われ、IEC 60947-2準拠の機器は40℃で試験されます。同時に、同一機器が前述の各規格ごとに異なる温度レベルで試験されることもあります。参照温度は消費者が使用するデレーティング表にも影響を与えるため、誤った参照温度で試験されたブレーカーは規格試験に合格しても後に不合格になる可能性があります。したがって、試験時の温度固定は単なる実験室の形式ではなく、明確な品質要件です。.

MCCBの熱校正とLSI(G)遅延バンド

成形ケース遮断器は複雑さを増します。小型の熱磁気MCCBは、過負荷バンド用のバイメタルをトリミングし、短絡トリップ用のソレノイドを検証することで、MCBとほぼ同様に校正されます。しかし、多くの最新のMCCBは電子トリップユニットを使用しており、ここで MCCBの熱校正は 金属を曲げるのではなく、プログラム可能な保護パラメータの設定と検証の問題になります。これらのトリップユニットは通常、LSIまたはLSIG方式で説明され、それぞれの文字が個別に調整可能な保護バンドを示します：

• L、長時間遅延：過負荷機能で、熱要素に相当し、調整可能な動作電流と時間遅延により逆時間過負荷動作を定義します。.
• S、短時間遅延：中程度の故障電流に対する意図的な遅延で、下流の遮断器が先に故障を遮断し選択性を維持できるようにします。これはMCBには存在しない真の短時間遅延バンドです。.
• I、瞬時：高い閾値を超えた場合に遅延なしで即時トリップし、重大な短絡に対応します。.
• G、接地故障：4極以上の仕様ユニットにおけるオプションの接地故障保護です。.

電子MCCBの場合、遅延試験は各バンドがプログラムされた設定内でトリップすることを検証し、L、S、Iの閾値で順に電流を注入し応答時間を計測します。熱磁気MCCBの場合は、MCBと同様にバイメタルとソレノイドを直接検証しますが、より高い電流と大きなフレームで行います。いずれの場合も、装置はMCBベンチよりはるかに高い試験電流を供給する必要があります。Benlongの MCCB Laboratory Integrated Testing bench は磁気トリップ試験、熱校正、長時間熱校正を1つのステーションで実行でき、研究開発ラボや型式試験室の両方に適しています。.

生産ラインでの熱校正の方法

一般的な 熱トリップ校正 のワークフローは、現代のMCBラインで繰り返し可能なシーケンスを通じて実行されます。通常2.55×Inの制御された過負荷電流が、低高調波歪みの安定化された電源を使用して試験中の遮断器に流されます。波形の歪みは加熱を変化させ読み取りを歪めるためです。高分解能タイマーが遮断器が開く正確な瞬間を記録し、通常は読み取りの数パーセント未満の精度です。トリップ時間が許容範囲外の場合、バイメタルを曲げるかセットスクリューを調整します。これは半自動ベンチのオペレーターが行うか、完全自動セルのサーボヘッドが行います。その後、ユニットは冷間から再試験され、合否結果とトリップ時間が記録され、多くの場合USBでエクスポートされるかMESに送信されて完全なトレーサビリティが確保されます。標準が30°Cを参照しているため、試験エリアの温度は常に監視され補正されます。; 誤った周囲温度での校正は、現場でのトリップ時間誤差の最も一般的な原因の一つです。.

このシーケンスを自動化することには三つの利点があります。まず一貫性です。サーボは手作業よりも繰り返し調整が可能です。次に速度です。並列ステーションが従来の長時間テストを吸収します。そしてトレーサビリティです。すべてのユニットのデータがスポットチェックではなく記録されます。高仕様製品はしばしば100%のユニットで校正される一方、一般的なMCBは定められたサンプリング計画に従うことがあります。上流の品質も重要です。バイメタルアセンブリは校正される前に一貫して組み立てられている必要があり、そのためBenlongはまた MCBサーマルトリップセット自動溶接ライン 繰り返し可能な溶接品質で熱トリップサブアセンブリを製造するための装置も提供しています。校正に入る一貫した部品は、ウィンドウ外に逸脱するユニットを減らし、下流の手直しを減少させます。.

電流源自体はこの全工程の静かなヒーローです。バイメタルは加熱に反応するため、トリップ時間は真のRMS電流とその波形品質に依存し、単なる名目設定値だけではありません。負荷で電圧が低下したり、自身の部品が温まることでドリフトしたり、著しい高調波歪みを含む電流源は、標準が想定するクリーンな正弦波とは異なる加熱をバイメタルに与え、その誤差を校正されたすべてのユニットが引き継ぎます。だからこそ、低総高調波歪みの安定した閉ループ電流源と、堅牢で低抵抗のテスト接点の組み合わせは、ベンチ上でほぼ他のどの要素よりも歩留まり向上に寄与します。.

ブレーカーが遅延試験で不合格になる理由

設計が良くても製造プロセスがずれているとブレーカーは不良品を出すことがあります。遅延試験に合格しない最も一般的な理由は、基準温度30°Cから逸脱した高い周囲温度で、これが全体の熱バンドを左右にシフトさせることです。安定しない電流はバイメタルに供給される熱量を変えます。端子の不適切な抵抗は追加の熱を生みます。試験間の十分な安定時間がないとバイメタルに残留熱が残ります。誤ったカーブカードやプログラムの適用、校正後の機械的ドリフトは連続試験間のばらつきを大きくします。これらの問題の多くは制御問題に起因し、生産ベンチに安定した電流供給、優れた温度補償、自動データ記録システムがあれば排除可能です。.

遅延試験はブレーカー品質管理の柱の一つに過ぎません。絶縁耐圧試験と並んで位置づけられています。完全な試験計画を構築する場合は、当社の解説 hi-pot試験 が熱的および磁気的チェックと並行して行われる耐電圧側をカバーしています。.

熱校正および遅延試験装置の選択

ベンチを製品に合わせることが重要です。適度な量の単一MCBファミリーには半自動校正ベンチが適しており、多数のモデルを扱う工場ではカードベースの切り替え機能によりラインが数分でファミリーを切り替えられます。また、MCCBやACBの工場では、必要な倍率に対応できる高電流・大型フレームのベンチが必要です。ベンロングのこれらのシステムの全ラインナップは テストベンチプロジェクト カタログに掲載されており、MCB熱校正ベンチ、MCCB磁気トリップベンチ、統合型ラボテスター、包括的なACBテストステーションを網羅しています。各工場のモデル構成、目標スループット、サイクルタイムが異なるため、これらのベンチは通常、固定カタログユニットとして販売されるのではなく、顧客の製品に合わせて構成されます。.

結論

熱校正は回路遮断器が定格を獲得する工程です。これを検証する遅延試験は、IEC 60898-1の過負荷ポイントに対して熱バイメタルを設定・検査する長時間遅延部分と、磁気トリップを検査する短時間または瞬時部分に明確に分かれています。そして、B、C、D曲線の異なる合格基準を与えるのは磁気側です。周囲温度、電流波形、タイミングを正確に設定し、各バイメタルを個別に校正し、結果を記録することで、遮断器は必要な時に正確にトリップし、保持すべき時に保持します。このプロセスを拡大する製造業者にとって、適切な校正および遅延試験ベンチの組み合わせは、遅くてオペレーター依存の作業を再現可能で追跡可能な生産段階に変えます。.