はじめに
私たちが関わる高圧受変電設備の設計において、高圧の主遮断装置を「PF・S形（多くはLBS）」にするか、「CB形（多くはVCB）」にするかは、コストと信頼性のバランスを左右する最大の決断です。どちらの方が良いか、多くの方が悩まれることだと思います。T係長自身、業界歴10年を経てもまだまだ悩みます。それはこの選択が画一的なモノではなく、お客様毎、設備毎にオーダーメイドで選択するべきものだからです。
確かに、高圧受電設備規定や内線規程においては、300kVA以下はLBSでよいとあります。これを額面通りに受け取り、300kVAを超えるものはVCBにすると考えるのは誤りです。現実的には200kVAでもLBSでは保護が出来ない場合もあります。この当たりの事情が私たち実務者を悩ませる所です。本記事では、電気設備のプロとして「なんとなく」ではない、確固たる論拠に基づいた選定基準を解説します。この記事の内容を理解すれば、もうLBS、VCBのいずれを採用しとしても、その根拠の説明に困ることはありません！
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そもそも PF・S形 とは？
PF・S形（電力ヒューズ付高圧交流負荷開閉器）は、高圧受電設備の主遮断装置として、低コストかつ省スペースで導入できる非常に手軽でよく見る方式です。この方式は、負荷電流の開閉を行う「LBS（負荷開閉器）」と、事故電流を遮断する「PF（電力ヒューズ）」を組み合わせたもので、特に300kVA以下のキュービクル式受電設備において広く採用されています。
実務上の最大の特徴は、短絡事故が発生した際の圧倒的な遮断スピードにあります。CB形がJIS C 4603 に基づいて 3サイクル（60ms以下）で遮断されるのに対して、限流ヒューズはJIS C 4604 に基づいた溶断時間-電流特性曲線によりますが最短で 0.5サイクル（10ms）程度の圧倒的なスピードで短絡電流を遮断します。このヒューズは、物理的なジュール熱によって動作するため、大電流が最大値に達する前に回路を切り離す「限流作用」を発揮し、変圧器などの後段機器へのダメージを最小限に抑えることが可能です。
一方で、設計者が留意すべきは「小電流域の遮断」と「復旧性」です。ヒューズには確実に遮断できる最小電流の限界（最小遮断電流）が存在します。また、一度動作するとヒューズの交換が必要になるため、VCB（遮断器）に比べると復旧までのダウンタイムが長くなる傾向があります。しかし、その構造のシンプルさと経済性は大きな魅力であり、設備の規模や重要度、将来のメンテナンス体制を天秤にかけた上で、最適解として選定される信頼性の高いシステムと言えます。
そもそも CB形 とは？
これに対して、CB形（遮断器形）は、真空遮断器（VCB）を主遮断装置として、過電流継電器（OCR）や変流器（CT）を組み合わせて構成する受電方式です。高圧受電設備の「頭脳」と「腕」を分離して構築するようなシステムであり、高度な保護性能と運用柔軟性を備えているのが最大の特徴です。T係長が携わる設備はこのタイプのものが圧倒的に多いです。
実務上の大きなメリットは、全電流域において確実かつ再利用可能な遮断能力を持っている点です。PF・S形が苦手とする「最小遮断電流」といった死角がなく、数アンペアの過負荷から 12.5kA の短絡事故まで、真空バルブ内で一貫して消弧を行うことができます。また、事故遮断後も機器の損傷がなければ、ヒューズ交換のような消耗品の補充なしに再投入が可能であり、復旧時間の短縮に大きく貢献します。
さらに、設計者にとっての真価は「保護協調の自由度」にあります。OCRのタップやレバーを調整することで、上位の電力会社リレーや下位の低圧ブレーカーと動作時間をミリ秒単位でずらすことが可能です。これにより、事故点に近い遮断器だけをピンポイントで落とし、建物全体の停電範囲を最小限に抑える「選択遮断」が容易に実現できます。
導入には専用の制御電源回路や保護継電器一式が必要となるため、PF・S形に比べて初期コストや盤内スペース、メンテナンス項目は増加します。しかし、高調波負荷の多い現代の設備や、停電の社会的影響が大きいプラント設備や病院、工場、データセンタなどにおいて、CB形は設備の安全と継続性を守るための「プロの標準」と言える選択肢です。
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実務で迷わないための「主遮断装置」選定基準表
設計の初期段階で必ず確認しなければならないのが、受電方式と設備容量による主遮断装置の制限です。内線規程に基づき、PF・S形（LBS）が認められる範囲と、CB形（VCB）が必須となる境界線を以下の表にまとめました。ご注意ください。これは最低限の理解です。この記事ではここからさらに踏み込んだ解説を行います。
受電設備方式と主遮断装置の適用区分
| 受電設備方式 | 設置形態の詳細 | CB形 (VCB) [kVA] | PF・S形 (LBS) [kVA] |
| 箱に収めないもの （フレーム・H柱受電など） | 屋上式/地上式 | 制限なし | 150以下 |
| 屋外柱上式 | 使用不可 | 100以下 | |
| 屋内式 | 制限なし | 300以下 | |
| 箱に収めるもの （キュービクル式） | JIS C 4620適合品 | 4,000以下 | 300以下 |
| 上記以外のもの (JEM 1425適合等) | 制限なし | 300以下 |
※上記表において2026年度以降は JEM 1425 が廃止されてJIS に移行しますが、基本的な保護方法に関しては変更はありません。
さて、電気設備に関わる我々が、この表を実務に落とし込む際、特に注意すべきポイントが3つあります。
1. 「柱上式」の厳しい制限 屋外の柱上受電（H柱など）の場合、PF・S形は100kVAまでしか認められていません。また、この方式ではCB形の使用が原則として認められていない（使用しないこと）点に注意が必要です。小規模な事業所や仮設受電の設計時には、この100kVAの壁が最初のハードルとなります。
2. キュービクル式における300kVAの境界線 最も一般的な「JIS C 4620適合キュービクル」では、PF・S形が選択できるのは300kVAまでです。これを超えると自動的にCB形（VCB）の選定が必須となります。300kVA付近の設計では、将来の増設予定がある場合、最初からCB形を導入しておくことが、後の盤改造コストを抑える賢い選択と言えます。
3. JIS C 4620の適用範囲 備考にもある通り、JIS C 4620（高圧受電設備指針適合キュービクル）の適用範囲は4,000kVA以下となっています。これを超える超大規模な受電設備では、より高度な保護協調やシステム設計が求められるため、規格外の特注設計や、電力会社とのより詳細な協議が必要になります。
LBS（限流ヒューズ）が抱える物理的限界：小電流遮断の「死角」
LBSを選択する際に最も警戒すべきは、限流ヒューズ（PF）の特性です。大電流には無類の強さを誇るPFですが、実は前述のように「苦手な領域」が存在します。
最小遮断電流という「縛り」
多くの限流ヒューズには、物理的に遮断が不可能な「最小遮断電流」が設定されています。これはJIS C 4604でも触れられている重要な特性です。 短絡電流のような大電流であれば、ヒューズエレメントは瞬時に蒸発し、高いアーク電圧を発生させて電流を遮断します。しかし、定格の数倍程度の過電流（小電流）の場合、エレメントは「じわじわ」と溶け落ちます。この時、発生するアークのエネルギーが小さすぎると、消弧剤である珪砂が十分に反応せず、アークを消しきれないままヒューズ筒を過熱させ続けます。これが「小電流遮断停滞」です。
ストライカ連動機能の真の目的：欠相保護と安全遮断の二段構え
PF・S形（電力ヒューズ付高圧交流負荷開閉器）において、いずれかのヒューズの溶断と連動して三相全てのLBSを開放させる「ストライカ機能」は、単なる付加価値ではなく、システムの信頼性を担保するための生命線です。実務上、この機能の目的は大きく二つに集約されますが、その力学的な役割を正しく理解しておく必要があります。
1. 致命的な事故を防ぐ「遮断不能領域」の回避
多くの設計者が「欠相防止」を第一に想起しますが、工学的な最優先事項は「最小遮断電流領域」における安全な遮断です。 限流ヒューズ（PF）は、短絡電流のような大電流には極めて高い遮断能力を発揮しますが、定格の数倍程度の過電流（小電流）域では、エレメントが溶断してもアークを消しきれず、遮断が停滞するリスクがあります。
ここでストライカが作動し、LBS本体の接点を強制的に開放することで、ヒューズ単体では消弧できないアークをLBS側に「肩代わり」させて遮断させます。これにより、ヒューズ筒の過熱や爆発、ひいては盤全体の焼損という最悪のシナリオを回避しているのです。
2. モータ焼損を防ぐ「欠相保護」としての役割
もう一つの重要な目的が、「欠相保護」です。三相回路において一相のヒューズだけが溶断すると、残りの二相で電力を供給し続ける「欠相運転」状態に陥ります。 この状態で三相誘導電動機や変圧器が運転を継続すると、異常な過電流による発熱が発生し、最終的には機器の焼損に至ります。また、自家発電設備が運転する場合には逆相電流がさらに致命的なトラブルへと繋がります。
ストライカ機構は、一相の異常を即座に三相すべての一括開放へと繋げるため、負荷を確実に保護する役割を果たします。特に無人施設や夜間の稼働が多い現場において、この自動開放機能は極めて重要です。
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VCB（真空遮断器）の絶対的な信頼性
VCBが「プロの設備」として重宝されるのは、その遮断性能の確実性にあります。JIS C 4603において、VCBの遮断時間は「開極時間 ＋ アーク時間」と定義されています。
- 開極時間： トリップコイルが励磁されてから接点が離れるまで。
- アーク時間： 接点が離れてから真空バルブ内でアークが消えるまで。
最近のVCBは標準で3サイクル（50Hzで60ms）遮断を実現しています。PFが 0.5サイクル（10ms）程度で遮断することと比較すると一見「遅い」ように見えますが、この「遅さ」をOCR（過電流継電器）でミリ秒単位で制御できることこそが、高度な保護協調を可能にします。
繰り返しの動作とメンテナンス性
PFは一度動作すれば「ゴミ」になってしまい、交換が必須ですが、VCBは遮断後も点検を経て再投入が可能です。また、真空バルブ内の摩耗状態を管理も、比較的簡単です。基本的には開閉回数によってその限界を把握することが可能です。10 000回を目安に考えます。本体前面にカウンタがついているので、自分たちで別途計測する必要性はありません。
動作時間から見る「保護協調」の設計思想
LBSとVCB、どちらを選ぶかで受変電系統全体の「守り方」が変わります。ここが私たちが最も気にするべきところですね。
PF・S形の「スピード重視」設計
PFのメリットは、圧倒的な「限流作用」です。短絡事故時に電流がピークに達する前に遮断するため、変圧器やケーブルにかかる熱的・機械的ストレスを劇的に低減します。しかし、動作が速すぎるため、下位の配線用遮断器（MCCB）と動作時間が重なり、事故点とは無関係な高圧側まで落ちてしまう「全停電」のリスクを孕んでいます。
CB形の「コントロール重視」設計
VCB構成では、OCRのレバーやタップを調整することで、変圧器の励磁突入電流は逃がしつつ、事故時には確実に下位ブレーカーが切れるのを「待つ」ことができます。この「緻密な時間差」こそが、重要施設においてVCBが選ばれる最大の理由です。
コストの壁：100万円の差！？
実務上、施主を説得する際に避けて通れないのが価格差です。単体の価格ではなく、システム全体で捉える必要があります。単純にカタログ値程度で考えれば、VCB本体は 60万円 程度(固定形)です。これに対して LBS本体は 20万円 程度です。機器単体だけを考えるのであれば、約40万円の差です。もちろん、これだけでもかなり金額差ですが、実際にはここからさらに差が広がり、ざっくり初期費用だけでも 100万円 以上の差になります。
制御回路コスト
LBSは基本的に主回路を通すだけ(多少の制御回路は必要ですが)で機能します（盤面での操作を入れなければ）が、VCBには以下に挙げる回路が必須となります。金額はざっくりしたカタログ値です。日頃から取引があれば、もっと安くなるとは思いますが、2025年以降は銅や樹脂価格などの高騰で 20% 以上の価格改定を各メーカが実施しているところです。
- OCR（過電流継電器）とCT（変流器）： 事故を検知するための回路が必要です。
近年は比較的安価な静止型過電流継電器（3万円程度）、CT(2万円)x2台です。 - 無停電電源： 停電時や電圧低下でも確実にVCBをトリップさせるための回路。
無停電電源を用いずに、商用電源とする場合には「コンデンサ引き外し装置」が別途必要です。 - 複雑な盤内配線： 制御シーケンスが必要なため、当然、配線部材制御リレーが増加するだけではなく、製作のための作業員の工数や、試験の工数も増加します。当然人件費も高騰しています。
- 試験機材： 過電流継電器の動作試験は、自家用電気工作物の維持・管理において法令に基づく必須の項目です。原則として、年次点検が求められます（条件によって3年に1回に緩和できる場合も有ります）。この費用も継続的にかかります。設備規模によりますが、1回約30万円以上かかります。
機器単体だけを考えるのであれば、約40万円の差でしたが、これらの制御系を含めると、LBS構成だと初期費用で 約30万円 に対して、VCB構成では初期費用で 約150万円 となります。冒頭に示した通り、100万円以上の差額が発生します。
ライフサイクルコストでの逆転現象
初期投資は高いVCBですが、制御盤の寿命である20年、25年というスパンで見ると若干その様相が変わります。
- ヒューズの定期交換費用： 劣化による疲れ断線を防ぐための定期的な買い替え。
- 事故復旧のダウンタイムコスト： ヒューズの予備探しや手配にかかる時間。
- 欠相によるモータ焼損リスク： ストライカ付きであっても、瞬時の欠相による電子機器へのダメージ。
これらを考慮すると、ダウンタイムが許されない公共性の高いプラントやデータセンタ、病院などの重要設備では、100万円の差額は「安すぎる保険料」と言えるかもしれません。T係長もその信念に基づき提案をします。「安かろう悪かろう」は絶対に避けるべきです。
プロが教える「失敗しない選定基準」
最後に、設計判断のチェックリストを提示します。
LBSを推奨するケース
- 契約電力が小さく、負荷のほとんどが電灯や小規模な単相負荷である。
- 万が一の停電時、数時間の復旧待ちが許容される。
- 予算が極めて厳しく、波及事故防止の最低ラインだけを守りたい。
VCBを強く推奨するケース
- 高調波負荷が多い： インバータの多い現場ではヒューズが熱劣化しやすいため。
- 大型モータの頻繁な始動： 起動電流によるヒューズの疲労が蓄積しやすいため。
- 重要施設： 病院、福祉施設、24時間稼働の工場など。
- 将来の拡張性： 遠隔監視やBEMSとの連携、自動負荷遮断（デマンド制御）を行いたい場合。
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まとめ：設計者の役割は「説明責任」を果たすこと
主遮断装置の選定は、単なる機器のスペック選びではありません。それは、その施設が事故や停電に直面した際、どのような「振る舞い」をすべきかを設計する、極めて責任の重い作業です。
初期費用を抑えてミニマムな構成でスタートする「PF・S形（LBS）」か、高い投資を投じて完璧な保護協調と復旧性を手に入れる「CB形（VCB）」か。統計的に見れば、日本の停電は10年に一度、瞬低は年に数回から十数回という頻度で確実に発生します。その一瞬の出来事が、数万円のヒューズ交換で済むのか、あるいはプラントの全停止という数千万円の損失に繋がるのか。その分岐点を作るのが、私たちの設計判断です。
大切なのは、コスト差100万円という数字だけを見るのではなく、その裏にある「運用の継続性」と「安全の価値」を天秤にかけることです。お客様に対して「この設備には、この理由でこの遮断器が必要です」と、自信を持って説明できる論拠を持つこと。それこそが、電気設備のプロとしての真の誠実さではないでしょうか。本記事の内容が、皆様の現場における「迷わない選定」の一助となれば幸いです。
