1 まえがき 配線用遮断器（MCCB）や漏電遮断器（ELCB）は，配 電線路や負荷への過電流や配電回路の短絡・地絡および漏 電といった電気事故から配線・設備機器・人体などを保護 する役割を果たし，電気を使用するすべての機器や装置， 設備，建造物に設置されている。 富士電機は，1990 年に世界で初めて MCCB と ELCB の 外形寸法を統一した“ツインブレーカ”を発売し，取付け 互換性や付属装置の共用化による利便性の向上と盤設備や 装置の標準化・小型化への貢献によって，多くのお客さま の支持を受けてきた。一方，近年のグローバルな事業展開 を進めているお客さまの要求に応えるため，これまで規 格ごとに適合認証を取得してきた製品バリエーションに対 しすべての規格を一つのシリーズでカバーできるグローバ ルMCCB/ELCB が必要であると考え，“グローバル”と “ツイン”のコンセプトを統合した「G-TWIN」ブレーカ を開発・発売した。2009 年 1 月には 32 〜 800 AF の全シ リーズ化を完成し（表₁，表₂，表₃）本格的な市場展開 を図っている。 開発の基本コンセプト，新 JIS/IEC 規格と UL489 規格 への適合の統合や，その要素技術開発などについては，既 刊別稿にて述べてきた⑴，⑵。 本稿では，下位機器との遮断保護協調をするための分岐 回路遮断器の高限流化に対する技術革新として，125 AF を取り上げ小定格電流品の高限流遮断技術について述べる。 また電力の供給安定性・信頼性の観点から近年需要伸長が 期待されている母線直結形プラグイン遮断器や直流回路へ の適用拡大について，その対応製品を紹介する。 2 125 AF 小定格品の高限流遮断技術 モールドケースを使用した低圧遮断器の遮断能力は，遮 断時に発生するアークエネルギーによるストレスの処理限 界によってほぼ決定される。ストレスが制御できない場合 は，急激な内部圧力の増大によるモールドケースの破壊や， 高温による導電部材や絶縁部材の溶融・飛散により絶縁耐 力の低下や開閉機構の動作不具合などが発生する。 従来シリーズの UL 規格品は，北米向けシリーズとして ツインブレーカとは独立した系列を持っている。ツインブ レーカと比較して外形寸法が大きく，遮断機構のスペース や主接点開極距離も大きく，ストレスを許容しやすかった。 同一外形寸法で新 JIS/IEC 規格と UL 規格品を同時に満 足する G-TWIN ブレーカの開発に当たっては，より限流 効果を高めた新しい遮断機構の開発を行う必要があった。 遮断能力を高める方法として，短絡発生時点から高速開 極によってアーク電圧を高め，冷却可能な電流値まで限流 することが最も有効である。G-TWIN ブレーカでは，小 定格領域の限流性能を向上させるために，大定格品で採用 した細隙（さいげき）板によるアブレーション効果の拡 大，アーク駆動促進のための磁気ヨークの最適配置，筐 体（きょうたい）の隔離構造による負荷側への排出ガス抑 制などの技術に加え，フォーク形 2 接点遮断方式を開発し， より限流効果を高める技術を実現した。 大定格品と小定格品の遮断部構造の特徴の比較を図₁， 図₂に，また小定格品の遮断部構造の概要を図₃に示す。 フォーク形 2 接点遮断方式の電磁反発原理を図₄に示す。 電源側端子から接続した一次側固定接触子は，U 字に折り 返され固定接点が接合されている。対向する可動接触子も， ブレーカの幅方向でコの字に折り返され二次側の接点を介 し固定接触子に対向している。二次側の固定接触子は負荷
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グローバルツインブレーカ「G
-
TWIN シリーズ」の新技
術
岡本 泰道 Yasumichi Okamoto 佐藤 朗史 Akifumi Sato 浜田 佳伸 Yoshinobu Hamada
New Technology of the Global Twin Breaker “G-TWIN” series
富士電機は，市場のグローバル化を背景に，グローバルツインブレーカ「G-TWIN」の開発・製品化を順次進め，2009 年 1 月には 32 〜 800 AF のシリーズが完成し，本格的な市場展開を図っている。下位機器との遮断保護協調の関係で，小 型・高限流化新技術としてフォーク型二接点遮断方式を採用した。また，電力の供給安定性・信頼性の観点から，近年需 要伸長が期待されている母線直結形プラグインブレーカの機種を拡充した。さらに独自のアーク消弧機能を開発して，太 陽電池やデータセンタなどの直流回路向け遮断器の機種も拡充した。
Against the backdrop of market globalization, Fuji Electric has developed and commercialized the “G-TWIN” global breaker, and upon completing the 32 to 800 AF series in January 2009, launched a full-scale effort to expand the market. Because of the relationship of protective coordination with lower devices, a fork-type dual-contact breaking method was adopted as new technology for compact high performance cur-rent-limiting breaking. Moreover, to ensure the stability and reliability of the supply of electric power, Fuji Electric has expanded its lineup of plug-in circuit breaker models, and demand for these models is expected to increase in recent years. Fuji Electric has also developed a propri-etary arc extinguishing function and expanded its lineup of breaker models for use in photovoltaic cells and the DC circuits in data centers.
側にストレートに延長され，過電流検出部に接続されてい る。短絡電流が発生すると一次側・二次側の固定接触子と 可動接触子間にそれぞれ電磁反発力が発生し，磁気ヨーク の効果も加わり 2 接点が同時に高速開極する。接点間に発 生したアークは一次側と二次側で直列に発生しているため， アーク電圧の上昇率 dV/dt は，1 接点に比較して約 2 倍と なる。また，1 接点と同様の消弧室のスペースで 2 倍の開 極距離を確保することで，アーク電圧ピーク値も約 2 倍を 実現し限流効果を大幅に高めた。図₅に従来構造とのアー ク電圧の比較を示す。 これらの技術の適用により，従来シリーズのブレーカと 比較して通過電流二乗時間積 I2t において約 15% の低減と 同時に，国内標準サイズのブレーカ外形で，UL489 規格 を満足する性能を実現した。また，MCCB と ELCB を同 一寸法とするツインブレーカ思想を維持しつつ，40 A 以 上の大定格品の開閉機構とも部品の共用化もできた。 3 高信頼性・高効率な電力供給システム技術 ₃.₁ 母線直結形プラグインブレーカ 近年，設備施工の簡素化・省力化や電気供給の安定性・ 保守性の向上，環境負荷低減などの観点から，母線直結形 の差込形遮断器（プラグインブレーカ）が注目され，デー タセンタや公共施設など，電気の供給信頼性の要求が高い 設備を中心に普及し始めている。 母線直結形プラグインブレーカ（図₆）は，従来の挿入 形のようなスタッド端子方式に替わり，電源側端子にク リップ状接続子を設け，盤側に施工された銅ブスバーを直 表₁ 「G-TWIN スタンダードシリーズ」（配線用） フレーム （A） 定格遮断容量 lcu（kA） FAB ELB AC230 V AC440 V 32 2.5 − EW32AAG 2.5 1.5 BW32AAG EW32EAG 5 2.5 BW32SAG EW32SAG 50 2.5 1.5 BW50AAG EW50AAG 5 2.5 BW50EAG EW50EAG 10 7.5 BW50SAG EW50SAG 25 10 BW50RAG EW50RAG 125 65 BW50HAG EW50HAG 63 5 2.5 BW63EAG EW63EAG 10 7.5 BW63SAG EW63SAG 25 10 BW63RAG EW63RAG 100 5 1.5 BW100AAG EW100AAG 25 10 BW100EAG EW100EAG 125 50 30 BW125JAG EW125JAG 100 50 BW125RAG EW125RAG 125 65 BW125HAG EW125HAG 250 36 18 BW250EAG EW250EAG 50 30 BW250JAG EW250JAG 100 50 BW250RAG EW250RAG 125 65 BW250HAG EW250HAG 400 50 30 BW400EAG EW400EAG 85 36 BW400SAG EW400SAG 100 50 BW400RAG EW400RAG 125 70 BW400HAG EW400HAG 630 50 36 BW630EAG EW630EAG 100 50 BW630RAG EW630RAG 125 70 BW630HAG EW630HAG 800 50 36 BW800EAG EW800EAG 100 50 BW800RAG EW800RAG 125 70 BW800HAG EW800HAG 表₂ 「G-TWIN グローバルシリーズ」（配線用） フレーム （A） 定格遮断容量 lcu（kA） FAB ELB AC230 V AC440 V 50 25 10 BW50RAGU EW50RAGU 100 25 10 BW100EAGU EW100EAGU 125 50 30 BW125JAGU EW125JAGU 100 50 BW125RAGU EW125RAGU 250 36 18 BW250EAGU 50 30 BW250JAGU EW250JAGU 100 50 BW250RAGU EW250RAGU 400 50 30 BW400EAGU 85 36 BW400SAGU EW400SAGU 100 50 BW400RAGU EW400RAGU 125 70 BW400HAGU EW400HAGU 630 50 36 BW630EAGU 100 50 BW630RAGU EW630RAGU 125 70 BW630HAGU 800 50 36 BW800EAGU 100 50 BW800RAGU 125 70 BW800HAGU 表₃ 「G-TWIN スタンダードシリーズ」の派生機種構成 フレーム （A） 電動機保護用 変圧器一次側用 瞬時遮断式 ノンオートスイッチ 漏電警報付き ＺＣＴ付き 単三中性線欠相保護付き 二種耐熱形 抵抗溶接機用 ４極品 ＤＣ専用品 32 ○ ○ ○ ○ ○ 50 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 63 ○ ○ ○ ○ 100 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 125 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 250 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 400 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 630 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 800 ○ ○ ○ ○ ○ ○
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接挟持接続する構造となっている（図₇）。電源側の配線 に電線を使用することなく構成できるため，次のような効 果がある。 ⒜ 配電盤・分電盤の省スペース化と省資源化 ⒝ 組立時間の短縮と短納期化 ⒞ 容量変更の容易化と交換作業時間の短縮 ⒟ 作業忘れ・接続ミスの防止 富士電機では，配電盤用（ブスバーピッチ 70 mm）と 分電盤用（ブスバーピッチ 45 または 30 mm）など，用 途・保護目的に合わせた選択ができる豊富なバリエーショ ンを用意している（表₄）。 配電盤用は，分岐回路用として 125 〜 630 AF までの MCCB/ELCB が搭載可能であり，母線ブスバーの最大 通電電流は 2,100 A である。また，一般配線用 MCCB/ ELCB のほかにも，漏電警報付きブレーカや電力監視機能 付きの「FePSU ブレーカ」など，ブレーカの用途選定も 自在である。 動力分電盤や電灯分電盤用は，さらなる盤の小型化の ためブスバーピッチ45 mm および 30 mm の 2 種類を準 備 し， そ れ ぞ れ 分 岐 回 路 用 と し て 32 〜 250 AF，32 〜 50 AF の取付けが可能である。ブスバーピッチ 30 mm 品 では，「マニュアルモータスタータ（MMS）」の搭載が可 能で，MMS の超高限流遮断性能により，上位遮断器との 選択協調遮断が構築でき，電気の供給信頼性の実現に貢献 できる。また，ブレーカを引き出したとき，母線を閉鎖す る安全シャッタ機能や，差込み状態を確認できるゲージ機 能など，安全性を配慮したオプションも準備している（一 部機種を除く）。 ₃.₂ 「G-TWIN」の直流用ブレーカシリーズ 近年，太陽光発電などのクリーンエネルギーや，データ センタの普及とともに電力供給の高信頼性化・高効率化へ の要求が高まり，従来の交流送配電から直流送配電への適 用需要が増えている。特にデータセンタ分野においては， AC-DC 変換を少なくして最大 10 〜 20% の送電ロスを減 らすことができるといわれており，省エネ効果が大きい。 また，近年は送電ロスを減らすために，より高い電圧での 送配電技術の要求もある。 消弧室 可動接触子 固定接触子 細隙板 + 磁気ヨーク 筐体による隔離壁 図₂ 小定格品（15 〜 30 A）遮断部構造の特徴 ア ー ク 電圧 （V） フォーク型 従来構造機 時間（ms） 図₅ アーク電圧比較 消弧グリッド アークの駆動方向 細隙板 磁気ヨーク アーク 図₃ 小定格品の遮断部構造 電源側端子 電流経路 接点間アーク 電磁反発力 二次側の接点 二次側固定接触子 固定接点 一次側固定接触子 可動接触子 図₄ 接触子形状による電磁反発原理 消弧室 可動接触子 固定接触子 細隙板 + 磁気ヨーク 筐体による隔離壁 図₁ 大定格品（40 〜 125 A）遮断部構造の特徴
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一般に交流回路では電流零点が周期的に存在し，零点に おいて絶縁が確保できていれば容易に電流が遮断できる （図₈）。直流回路では零点が存在しないため，ブレーカで は接点間に発生するアーク電圧を電源電圧以上に上げて 電流を遮断する（零点を作る）技術が必要となる（図₉）。 また，電源電圧が大きくなるにつれアーク消弧機構の大型 化や接点間の開極距離も必要となるため，機器の小型化が 困難となる。 富士電機では，DC 専用の独自のアーク消弧機構を開発 することで，効果的に遮断できる技術を確立した。さら に，より高い電圧を遮断するために，3 極や 4 極ブレーカ を直列配線し，接点開極距離を確保して高電圧への適用を 可能とした。これにより標準的なブレーカでは適用範囲 表₄ 「G-TWIN」の母線直結形プラグインブレーカのバリエーション 名 称 母線直結形プラグイン 主用途 配電盤 分電盤 適用 AF 125，250，400，630 32，50，100，125，250 32（MMS） 50（MCCB-2P） 分岐遮断容量 200 V/100 kA 分岐遮断容量 200 V/2.5 〜 25 kA 取付ピッチ 15 mm 15 mm 50 mm 取付高さ 125 mm 91 mm 94 mm 母線配置 垂直 垂直 垂直 ブスバー厚さ 10 mm 4 mm 3 mm ブスバーピッチ 70 mm 45 mm 30 mm 特 徴 ™差込確認インジケータ ™ 電力監視ブレーカや漏電警 報など搭載可 ™高遮断容量 ™充電部シャッタ機構 ™差込確認インジケータ ™高，中遮断容量 ™超高遮断容量 ™選択遮断性能 ™省スペース ™中遮断容量 ™省スペース I t I t 電流零点なし 電流零点が存在 （ａ）交流回路 （b）直流回路 図₈ 交流回路と直流回路の電流波形 アーク電圧 電源電圧 アーク 電流 ｔ 接点開極開始 図₉ 直流回路の電流遮波形 図₆ 母線直結形プラグインブレーカの外観 図₇ 母線接続部の構造
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がDC250 V までなのに対し，G-TWIN の「DC シリーズ」 で は3 極 品 で 400 〜 500 V，4 極 品（125 〜 800 AF） で 600 V までの電圧回路に適用できるようになり，G-TWIN シリーズの全 AF で幅広いニーズに合った製品ラインアッ プを構築した（表₅）。また，過電流保護素子を持たない 開閉器（ノンオート SW）のシリーズ化も行い，機種選択 の幅を広げている。 ₃.₃ 直流用ブレーカの派生機種 ⑴ 並列通電ブレーカ G-TWIN では直流シリーズのラインアップとして，低 電圧直流回路用の並列通電仕様も新たに加えた（表₆）。 主に携帯基地局など向けの直流電源設備のブレーカとし て（図₁0）採用されているもので，2 相または 3 相に分流 通電させて 1 相当たりに流れる電流を小さくし，従来の各 AF における最大定格以上の通電ができ，機器および盤の 小型化に寄与している。 表₅ 「G-TWIN 直流シリーズ」ラインアップ一覧 定格 電圧 DC （V） 基本形式 接続方式 定格 電流 （A） 遮断容量 I cu（kA） EAG JAG SAG RAG HAG
250 BW32 □＊ ２極 3 〜 32 − − 2.5 − − BW50 □ BW63 □ 5 〜 63 2.5 − 5 5 − BW100 □ 50 〜 100 5 − − − − BW125 □ 15〜 125 − 15 − 40 − BW250 □ 125 〜 250 10 20 − 30 − BW400 □ 250 〜 400 20 − 20 40 40 BW630 □ BW800 □ 500 〜 800 20 − − 40 40 400 BW32 □ ３極 3 〜 32 − − 2.5 − − BW50 □ BW63 □ 5 〜 63 − − 5 − − BW100 □ 50 〜 100 5 − − − − 500 BW50 □ ３極 5 〜 50 − − 2.5 − − BW100 □ 50 〜 100 2.5 − − − − BW125 □ 15〜 125 − 10 − 20 − BW250 □ 125 〜 250 − 10 − 20 − BW400 □ 250 〜 400 20 − 20 40 40 BW630 □ BW800 □ 500 〜 800 20 − − 40 40 600 BW125 □ ４極 15 〜 125 − − − 25 − BW250 □ 125 〜 250 − 25 − 40 − BW400 □ 250 〜 400 − − − 40 40 BW630 □ BW800 □ 500 〜 800 − − − 40 40 ＊：□は遮断容量形式を表す 図₁₀ 並列通電用ブレーカ 表₆ 「G-TWIN」並列通電仕様 形 式 AF 極 数 定格電流（最大） 定格遮断容量（I cu） DC60 V DC125 V BW32 32 2P 40 A 7.5 kA 5 kA 3P 60 A BW50 50 2P 75 A 20 kA 10 kA 3P 100 A BW63 63 2P 90 A 20 kA 10 kA 3P 125 A BW100 100 2P 150 A 15 kA 10 kA 3P 225 A BW125 125 2P 175 A 30 kA 20 kA 3P 250 A 60 kA 40 kA BW250 250 3P 550 A 60 kA 40 kA BW400 400 3P 950 A 80 kA 60 kA BW630 630 3P 1,400 A 80 kA 60 kA BW800 800 3P 1,900 A 80 kA 60 kA
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⑵ 太陽光発電用小型断路器 市場普及が著しい太陽光発電分野では，太陽電池イン バータの保守点検を可能とするための断路器の設置が， JIS C60364-5-55 規格で要求されている。また，太陽電池 の発電効率向上を狙って高電圧化が進んでいる。これに対 応するため，従来のアーク消弧機構に永久磁石を搭載した 小型アーク消弧機構を開発し，太陽光発電に最適な小型断 路器を開発した。交流出力側に設置する ELCB と同一サ イズにして盤設計の標準化や，太陽電池設備の小型化に貢 献できる。 4 あとがき 「G-TWIN」ブレーカの要素技術，市場対応機種につ いて紹介した。今後，国内外の電気設備の信頼性や安全 性・効率化の進展により，選択遮断協調や直流配電などの 市場ニーズに対する品ぞろえや製品品質の向上がますます 重要になってくると考える。お客さまの要求を的確に取り 入れ，市場ニーズにマッチした G-TWIN ブレーカなどの 製品の拡充とシリーズの充実を図っていく所存である。 参考文献 ⑴ 久保山勝典ほか. 新グローバルMCCB/ELCB「G-Twin」 シリーズ. 富士時報. 2006, vol.79, no.2, p.160-166. ⑵ 高橋康弘ほか. グローバルツインブレーカ「G-Twinシリー ズ」の商品拡充と機能を高める付属装置. 富士時報. 2008, vol.81, no.3, p.237-241. 岡本 泰道 低圧遮断器の開発設計，低圧機器全般の商品企画 に従事。現在，富士電機機器制御株式会社技術・ 開発本部開発部担当課長。 佐藤 朗史 低圧遮断器の開発設計に従事。現在，富士電機機 器制御株式会社技術・開発本部開発部主任。 浜田 佳伸 低圧遮断器の開発設計に従事。現在，富士電機機 器制御株式会社技術・開発本部開発部主任。
