高圧交流負荷開閉器についての基礎知識まとめ

高圧交流負荷開閉器（LBS: Load Break Switch）とは

高圧交流負荷開閉器、通称LBS（Load Break Switch）は、電気設備の高圧回路において
負荷電流の開閉を目的として設置される開閉器のこと。
遮断器より安価なため、小容量の高圧受電設備（キュービクル式で 300kVA 以下）の主遮断装置や
変圧器、コンデンサの開閉装置としてよく使用されている。

特に、変圧器容量が300kVA以下の受変電設備においては
主遮断装置として、電力ヒューズ（PF: Power Fuse）と組み合わせて使用されることが多く
この組み合わせを「PF・S形」と呼ぶ。

電気的開閉寿命は 200 回、機械的開閉寿命は 1 000 回となっており
多頻度の開閉箇所には適さない。

高圧交流負荷開閉器の役割と機能

LBSの主な役割と機能は以下の通り。

• 負荷電流の開閉
  変圧器やコンデンサなどの高圧機器に流れる通常の負荷電流を
  安全に投入・遮断する。
  
  
• 短絡電流・過電流の遮断（電力ヒューズとの組み合わせ
  LBS単体では大電流の短絡電流を遮断する能力は限られるが、電力ヒューズ（PF）を併用することで
  短絡電流や過電流を遮断し、回路を保護する。ヒューズが溶断することで回路が遮断される。
  
  
• 地絡電流の検知と遮断
  地絡過電流継電器（GR）などと組み合わせて使用することで
  地絡事故が発生した場合に、継電器からの信号を受けてLBSを開放し、波及事故を防ぐ。
  
  
• 励磁突入電流抑制機能
  近年では、投入時に抵抗を挿入して励磁突入電流（変圧器投入時などに一時的に流れる大きな電流）を
  抑制する機能を持つLBSもある。これにより、安全な開閉が可能になるだけでなく
  保護協調対策としても有効となる。

高圧交流負荷開閉器の構造と仕組み

LBSは、主に以下の要素で構成されている。

1. 主接点
   普段電流が流れるメインの接点。
   
2. 補助接点（アーク接点）
   開閉時にアークが発生するのを防ぐための接点。
   主接点よりも早く投入され、遅く開放されることで、アークの発生と消弧（アークを消すこと）を担い
   主接点への負担を軽減する。
   ※補助接点がない製品もあるが、その場合は主接点に消弧室が付属している。
   
3. 消弧室
   開閉時に発生するアーク（非常に高温の放電）を冷却し、消弧するための構造。
   アークが作業者に飛散するのを防ぎ、安全性を確保する。
   
4. 電力ヒューズ（PF）
   短絡電流や過電流を遮断するためにLBSと組み合わせて使用される。
   ヒューズが溶断すると、ストライカと呼ばれる表示棒が飛び出し
   それによってLBSを開放させる「ストライカ引き外し方式」が一般的。
   これにより、3相のうち1相だけヒューズが溶断した場合でも、他の相も同時に開放され、欠相事故を防止する。
   
5. 操作機構
   手動でフック棒（ディスコン棒）を用いて操作するものや
   継電器からの信号を受けて自動で開放する機構（トリップコイル）を持つものがある。

高圧交流負荷開閉器の相間バリアについて

上図の高圧交流負荷開閉器は、各相間に絶縁物のバリヤが取り付けられている。
小動物などの侵入により、相間短絡事故が発生するのを防止するために設置される。
古い年数のLBSには設置されていないことが多く、設備更新の際には相間バリアの設置を推奨した方がよい。

高圧交流負荷開閉器の操作方法

手動での「切」操作

上左図 のように、操作用フック棒で手動開放用レバーを軽く押して
ラッチを外すと、ばねの力により開放される。
上右図 は高圧交流負荷開閉器の開放状態。

手動での「入」操作

上左図のように、操作用フック棒を操作ハンドル先端のくぼみに差し込み、一気に押し込む。
※動作が緩慢な場合、アークが発生する場合があり危険なので行わないこと。
最後にラッチが掛かったのを確認して、フック棒を外せば投入完了となる。
上右図が高圧交流負荷開閉器の投入状態。

遮断動作（ストライカ引外し）について

動作表示装置（ストライカ）付きの高圧交流負荷開閉器の場合、過電流や短絡電流によりヒューズが溶断すると
上左図の溶断表示棒（赤色の棒）が飛び出す。
上右図が 　溶断表示棒が飛び出した状態。

飛び出した溶断表示棒がトリップレバーを押すことにより、ラッチが外れて開放する。

上図はヒューズを外して、トリップレバーを見たもの。
トリップレバー（ヒューズ下の金属プレート）が溶断表示棒で押されると
トリップ用絶縁リンクを介してつながっているラッチが押される構造になっている。

この方式では、ヒューズが1相でも溶断すると、三相が同時に開放される。
このため電動機の欠相運転や残りの相のみ充電されるのを防止できるので安全な方式となる。

参考資料

JIS C 4605（高圧交流負荷開閉器）より一部引用