高圧開閉器・遮断器・限流ヒューズの違い｜VCB・LBS・PF・DSを受電設備でどう使い分けるか

高圧受電設備の単線結線図には、VCB、LBS、PF、DSといった略号が並びます。似た位置に置かれる機器でも、できる仕事は同じではありません。通常の電気を止める機器、短絡のような大きな事故電流を止める機器、点検のために電路を目で確認できる状態にする機器を分けて考えると、結線図が読みやすくなります。

この記事では、6.6 kV級のキュービクルを念頭に、各機器の役割と組合せを整理します。実際の選定や操作は、必ず有資格者を含む保安体制の下で、単線結線図、メーカーの取扱説明書・仕様書、電力会社との協議条件に従ってください。

まずは「何の電流を止めるか」で分ける

高圧回路で問題になる電流は一つではありません。設備を止めるときに流れている通常の負荷電流と、短絡・地絡などで急に増える故障電流では、求められる性能が異なります。さらに、点検前には回路を物理的に切り離し、作業範囲をはっきりさせる必要があります。

表と図は役割をつかむための整理です。例えばVCBがどの故障をどの整定値で遮断するか、LBSがどこまでの負荷を開閉できるかは、採用機種の定格と保護回路で決まります。

VCBは保護継電器と組み合わせて事故回路を切る

VCBは真空遮断器です。主遮断装置に使われることが多く、OCR（過電流継電器）やGR／DGR（地絡継電器／地絡方向継電器）が異常を検出すると、VCBへ開放指令を出します。CB形受電設備では、この組合せで過負荷、短絡、地絡などに対する保護方式を組み立てます。

大切なのは、VCBだけを見て「事故電流を切れる」と判断しないことです。単線結線図では、VCBの近くにあるCT、継電器、トリップ回路まで追います。短絡計算書で求めた故障電流に対し、VCBの定格遮断電流、定格投入電流、短時間耐電流などが合うかをメーカー仕様書で確認します。

VCBには、開閉回数、操作電源、付属する保護装置など、製品ごとに異なる条件もあります。電流を切る時間を特定の「何サイクル」と一般化せず、保護協調計算と採用製品の仕様値で確認するのが安全です。

LBSとPFは役割を分けて組み合わせる

LBSは高圧交流負荷開閉器です。定格内の通常の負荷電流を開閉するための機器で、変圧器などの回路を日常操作で入り切りする場面に使います。一方、短絡のような大きな故障電流をLBS単体で遮断する用途には使いません。

そこで、LBSにPFを組み合わせます。PFは電力ヒューズ、または高圧限流ヒューズと呼ばれます。大きな故障電流が流れたときにエレメントが溶断し、電流の波高値を抑えながら回路を切ります。PFは一度動作すると交換が必要で、通常の開閉をする機器ではありません。

PF付きLBSでは、PFのストライカが動作したときにLBSを引外す構成があります。三相回路で1相のPFだけが動作して残りの相が通電すると、下流の三相負荷に欠相の問題が生じます。ストライカ引外し式は、PFの動作をきっかけにLBSを開路させることで、三相を開放するための構成です。必要な連動機能や適用条件は、PFとLBSを別々に選ばず、組合せとしてメーカー資料で確認します。

PFの定格は保護する機器と時間電流特性で選ぶ

PFの選定では、定格電圧・定格電流だけでなく、保護する変圧器、電動機、コンデンサなどの通電特性を見ます。変圧器の励磁突入電流や電動機の始動電流に対して不要に溶断せず、故障時には保護したい機器より先に確実に動作する必要があるためです。

ここで使うのがPFの時間電流特性と、保護対象機器の耐量・突入電流特性です。PFの呼び方やラインアップはメーカーで異なるため、記号だけで互換と判断せず、同じメーカーの選定資料と組合せ表で確認します。

DSは「止める機器」ではなく、無電流で回路を区分する機器

DSは断路器です。点検する機器を電路から切り離し、作業範囲を区分するために使います。DSは負荷電流を開閉する機器ではありません。必ずVCBなどを開いて無電流にした後で操作します。

DSが開いていても、電源側には高圧が来ていることがあります。現場では、停電範囲、検電、接地、施錠・表示などの安全手順を、事業場の保安規程と作業手順書に従って確認します。遮断器が閉じている間にDSを操作できないようにするインターロックも、盤の構成とメーカー仕様で確認する項目です。

PCはヒューズを使う個別回路で、適用範囲を仕様書から決める

PC（高圧カットアウト）は、ヒューズを装着して変圧器やコンデンサなどの個別回路に用いられる機器です。PCを使える容量を一つの数値だけで決めることはできません。回路電圧、負荷の種類、短絡電流、ヒューズとPCの定格、設置条件を、採用するメーカーの仕様書と受電設備の設計条件で照合します。

既存設備を調査するときは、PC本体とヒューズの銘板を別々に確認します。外形が似ていても、定格や組合せが異なる部品への交換は避け、保安管理者とメーカー資料で適合を確認します。

CB形とPF・S形は、主遮断装置の構成を見て読み分ける

CB形は、主遮断装置にVCBなどの遮断器を使う方式です。故障の種類に合わせて継電器を組み合わせ、遮断器をトリップさせます。PF・S形は、主遮断装置に開閉器（S）とPFを組み合わせる方式で、地絡は継電器で開閉器を開路させ、短絡はPFで遮断します。

現行のJIS C 4620:2023は、6.6 kV、50 Hzまたは60 Hz、系統短絡電流12.5 kA以下、受電設備容量4,000 kVA以下のキュービクルを対象にしています。日本電気技術者協会の公開解説では、このJISキュービクルの区分として、CB形は変圧器容量合計4,000 kVA以下、PF・S形は300 kVA以下と示されています。

ただし、これはJIS C 4620の対象となるキュービクルの形式区分です。「300 kVAを超えたら、どの高圧設備でも機械的にCB形」と決める説明ではありません。受電方式、供給事業者との協議、短絡電流、保護方式、採用盤の適用規格を一緒に確認します。規格への適合を判断する場合は、購入・契約時点のJIS本文と盤メーカーの適合仕様書を確認してください。

定格と保護協調は、単線結線図だけで終わらせない

機器の選定では、結線図に機器名を書く前に、受電点の条件を集めます。特に重要なのは、電力会社から提示される系統条件と、受電点・母線・各分岐で想定する短絡電流です。

この確認は、機器の容量を比較するだけでは済みません。PFが遮断できる電流範囲、LBSとの引外し協調、VCBのトリップ時間、継電器の整定、供給側保護装置との協議条件が関係します。保護協調図と計算書は、受電設備の設計者・保安管理者・電力会社との協議先で確認します。

間違えやすいポイント

LBS単体で短絡電流を遮断できるとは限らない

LBSは通常の負荷開閉を担う機器です。PF付きLBSとして組み合わせた場合に、PFの短絡遮断性能を利用できます。図面を見るときはLBSの近くにPFがあるか、ストライカ引外しなどの連動がどうなっているかまで確認します。

DSを負荷が流れたまま操作しない

DSは断路のための機器です。操作前にVCBなどを開いて無電流にし、安全手順に従います。盤の扉、操作機構、インターロックの状態を確認せずに操作してはいけません。

300 kVAだけでPF・S形の可否を決めない

300 kVA以下という値は、JIS C 4620対象のPF・S形キュービクルの区分に関する値です。実案件の可否は、系統短絡電流、保護協調、供給条件、盤の仕様まで確認して決めます。

まとめ

VCB、LBS、PF、DSは、どれも高圧回路に置かれますが、役割は入れ替えられません。VCBは継電器と組み合わせて回路を遮断し、LBSは通常の負荷を開閉し、PFは大きな故障電流を限流遮断し、DSは無電流の回路を点検用に区分します。

単線結線図を読むときは、略号を暗記するより、「通常時に誰が開閉するか」「短絡時に誰が切るか」「地絡を誰が検出して誰を開くか」「点検時にどこで断路するか」を順に追うのが近道です。選定・更新・操作では、定格と保護協調図を採用機器の仕様書、短絡計算書、保安規程で確認してください。

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参考・出典

• 日本規格協会「JIS C 4620:2023 キュービクル式高圧受電設備」
• 公益社団法人 日本電気技術者協会「高圧自家用受電設備の保護について」
• 三菱電機FA「断路器」
• 三菱電機FA「LBSの概要」
• 三菱電機FA「LBSの構造」