はじめに：なぜ、保護機器の選定は重要なのか
工場やプラントにおける電気設備は、生産活動を支える中枢であり、安定稼働の確保が不可欠です。特に過電流や漏電といった電気的な異常は、感電事故や火災、さらには設備停止といった重大リスクを引き起こします。これらを未然に防ぐためには、適切な保護機器を選定し、配置することが欠かせません。
電気設備で広く用いられる代表的な保護機器は、MCCB（配線用遮断器）、ELCB（漏電遮断器）、そしてCP（サーキットプロテクタ）の三種類です。いずれも「保護」を目的としますが、守る対象が異なるため、私たち電気のプロは適材適所での使い分けをしなければなりません。設計段階で選定方法を誤ると、保護が不十分となり、事故や設備の損傷につながる恐れがあります。
この記事では、プラント電気設計者の視点から、これら三つの保護機器の役割や適用範囲を解説し、さらに比較表を交えて具体的な使い分けのポイントを示します。加えて、現場で実際に起きた事故事例なども踏まえて注意点を解説します。
保護機器の役割と基本
MCCB（配線用遮断器）
MCCBは過電流や短絡電流を遮断する最も基本的な保護機器です。配電盤の主幹や大型機器の主回路に使用され、トリップ値や遮断容量の高さが大きな特徴です。ただし電動機に対する過負荷保護は、MCCB単体では十分ではなく、通常はサーマルリレーに委ねられる点に注意が必要です。電動機回路では、MCCBが短絡保護、サーマルリレーが過負荷保護を担う形が一般的です。
MCCB（配線用遮断器）と地絡保護の考え方
MCCB（配線用遮断器）は、過電流や上述のように、過電流や短絡電流から配線や機器を保護することを目的とした遮断器であり、地絡検出機能が備わっていないため、ELCBにしなければならないかというと、そういうわけではありません。
MCCBを用いつつ、地絡保護を行う場合は漏電リレーと零相変流器を組み合わせる方式が一般的です。ZCTが三相回路の零相電流を検出し、地絡時にその信号を漏電リレーへ送ります。漏電リレーは整定値や動作時間に基づきMCCBのトリップコイルを動作させることで、フィーダを速やかに遮断します。この構成は、保護協調をとりながら高圧受電設備や大規模プラントでも柔軟に適用できる点が特徴です。
ELCB（漏電遮断器）
ELCBは漏電（地絡）を検知し、回路を遮断することで感電事故や火災を防ぎます。特に湿潤環境に設置された水中ポンプ、屋外ヒータ回路に用いられる他、作業用コンセントなど、作業員が触れる可能性のある回路に必須です。感度電流は一般に30mA（人体保護用）、100mA（火災防止用）、200mA（フィーダ用）などがあり、動作時間は0.1秒～0.8秒が標準です。ブレーカだけではなく、漏電にも「保護協調」をとる必要性があるので、動作時間や感度電流も段階的に上位側は下位側よりも大きくなることが一般的です。これにより、異常回路を局限化しながら、人身事故を防ぐと同時に漏電火災を未然に防ぐ役割を果たします。
前述のMCCBと漏電リレー、零相変流器を一体化したような構造で、ELCB（漏電遮断器）は、内蔵された零相検出素子により直接トリップを行います。MCCBとするよりも省スペースになることがメリットですが、過負荷でも地絡でもELCBトリップとなるため、原因究明がし辛くなることがデメリットです。MCCBと漏電リレー、零相変流器の組み合わせであれば、過負荷と地絡を別々の警報として把握することが可能です。プラントの運転方針をしっかりと理解しながら機器選定を行うことが大切です。
ELCBの感度電流と動作時間の実例
| 用途・設置場所 | 感度電流 | 動作時間 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 人体保護（作業用コンセント、湿潤環境） | 30mA | 0.1秒以内 | 感電防止用。作業員が触れる可能性のある回路に必須 |
| 火災予防（ポンプ、ヒータ回路） | 100mA | 0.1秒以内 | 絶縁劣化による漏電火災を防ぐ目的 |
| 分岐フィーダ | 200mA以上 | 0.3〜0.8秒 | 絶縁劣化による漏電火災を防ぐ目的 |
CP（サーキットプロテクタ）
CPは制御盤内の小容量回路を個別に保護するための機器です。MCCBやELCBの最小トリップ値が5ATであるのに対して、CPは0.1ATなど小さな電流でも遮断することが可能です。そのため、ソレノイドバルブや制御電源を作るトランスの二次側の分岐回路など、小電流機器を保護するのに適しています。ただし遮断容量は小さく、大きな短絡電流には対応できません。そのため、短絡電流を確実に遮断する必要がある主回路では、CPではなくMCCBを用いる必要があります。
| 機器 | 主な役割 | 適用範囲 | 特徴 | 注意点 |
|---|---|---|---|---|
| MCCB | 過電流・短絡保護 | 配電盤主幹、大型モータ回路 | 高遮断容量、幅広い定格電流 | モータの過負荷保護はサーマル |
| ELCB | 漏電保護、感電・火災防止 | 水中ポンプ、作業用電源 | 感度30mA/100mA、動作時間0.1秒～ | 高調波による誤動作の可能性 |
| CP | 小容量回路の保護 | 制御電源、ソレノイド回路 | 高感度・小型、個別保護可能 | 遮断容量が小さい |
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やってしまった！トラブル事例
MCCBが励磁突入電流でトリップした事例
T係長がある工場の管理を臨時で担当した夏の嵐の夜でした。自宅で就寝中、携帯電話が鳴り響きました。210V系統負荷が全て停止し、復帰しないとのことです。急行して確認したところ、原因は3φ420-210Vの低圧動力変圧器(150kVA)の一次側MCCBのトリップでした。一次定格電流に合わせて250ATのMCCBを設置していました。
変圧器の励磁突入電流で、通常の定格運転電流の10倍以上が瞬間的に流れるためです。本来であれば、励磁突入電流でトリップしないような変圧器一次用MCCBや大きなトリップ値のMCCBを付けるべきでした。
ELCBが雷サージでトリップした事例
現場で多いのが「雷サージによる誤動作」です。特に屋外設備への電源を送るところに設置するELCBでは落雷や誘導雷の影響で、一時的に数十mA程度の漏れ電流が発生し、トリップすることがあります。実際、夏季の雷雨後に現場へ駆けつけると、配電盤のELCBがすべて落ちており、生産が停止していた例もあります。
ELCBは人体保護の観点から高感度（30mA動作、0.1秒以内）で選定されるケースも多いため、サージによる影響を受けやすいのです。対策としては、電源ラインに電源用アレスタを設置したり、用途に応じて動作時間や感度電流を上げた機種を選定したりするのが有効です。
ELCBフィーダが誤トリップした事例
あるプラントで、MCCBフィーダとELCBフィーダを同一接地にまとめた際、思わぬトラブルが発生しました。MCCB側の外線で地絡が発生すると、想定外にELCBが動作してしまい、別系統の電源が停止したのです。ELCBは微小な漏れ電流に対しても敏感に反応するため、共用接地とした場合、他回路の地絡が影響してしまいます。これにより重要な機器まで止まるリスクが高まり、生産ラインの一部がダウンしました。本来、ELCB回路は独立した接地を確保し、不要な誤動作を避けるのが基本設計です。この事例は「規程を守らないと現場全体に影響が波及する」という典型例であり、現場の設計・施工管理の重要性を改めて実感させられるものでした。
CPが変換器の突入電流でトリップした事例
使用していた流量変換器の電源回路にCPを設けたところ、復電などのタイミングでトリップを繰り返すトラブルが発生しました。調査すると、メーカのカタログに「15AT以上の遮断器を設けること」と明記されていました。しかし設計者が誤って5ATのCPを選定していたため、突入電流により、トリップしてしまったのです。結果として、装置は安定稼働せず、現場は何度も復旧作業を繰り返す羽目になりました。小容量回路だからと安易に低定格を選ぶと、逆に信頼性を損なう典型例です。変換器を扱う場合は、必ずカタログ仕様を確認し、突入電流に見合った定格を選定する必要があります。
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まとめ：安全と効率を両立する保護設計
MCCB、ELCB、CPはいずれも「保護」を目的とする重要な機器ですが、対象や特性が異なるため、設計段階での適切な選定が不可欠です。MCCBは大電流を扱う回路の短絡・過電流保護、ELCBは人体や火災防止のための漏電検知、CPは小容量回路を個別に守るために用いられます。誤った選定や安易な選定は、実際の事故事例のように突入電流や雷サージでの誤動作を招き、生産停止や復旧対応の負担につながります。
現場の信頼性を高めるには、カタログ仕様の確認、保護協調の確認、設置環境に応じた適材適所の設置が不可欠です。保護機器を「設置すれば安心」と考えるのではなく、その特性と限界を理解し、設計者として最適解を導き出すことこそが、プラント電気設計のプロの責任といえるでしょう。
