漏電ブレーカーが作動する仕組み

職場で話題になったので、確認と備忘録を兼ねてまとめてみました。電験の学習にも役立つ？かもしれないし。

ブレーカーの種類と漏電

漏電とは？

電気回路において、漏れた電流が人体や物体に流れ込むことを「漏電」と呼びます。
この漏れた電流が大きくなると、感電や火災のリスクが高まります。
漏電ブレーカーは、この危険を未然に防ぐための仕組みを持っている重要な機器の一つです。

安全な電気利用の要：漏電ブレーカー

通常、漏電の際に生じる電流（地絡電流）は、一般の負荷電流に比べて非常に小さいため、通常の配線用ブレーカーでは検出が困難なので、専用の「漏電ブレーカー」の登場となります。

３種類ある主なブレーカーとその役割

種類	略称	役割
サーキットブレーカー （配線用遮断器）	MCB,MCCB	短絡（ショート）や過負荷による、配線（電線）上の過電流発生からおこる事故を防ぐ
漏電ブレーカー （漏電用遮断器）	ELB	漏電による感電事故や、漏電火災を防ぐ 現代は、上記サーキットブレーカーの過電流検出機能も併せ持つ【O.C.付※】製品が主流。 ※Over Current (過電流)
モーターブレーカー （電動機保護用配線用遮断器）	MMCB	モーター（電動機）負荷の始動および過負荷保護特性に合わせた遮断特性

漏電ブレーカーの作動原理

漏電ブレーカーの基本原理

漏電ブレーカーは、通常の電流と漏れた電流の差を検知して作動します。
電流が回路を流れる際に、入力と出力の電流が一致する状態を維持します。
しかし、もし漏れた電流が発生すれば、この一致が崩れ、漏電ブレーカーが作動します。

漏電の例

・圧倒的に多いのが「水気」によるもの。
洗濯機などの家電製品が水が掛かったり、湿気などにより電路に水分が入り込むことで漏電してしまうなど。

・ケーブルなどの老朽化や、圧縮などの力が加わることにより、絶縁被覆が破れたり傷が付いたりして電線があらわになり、ここに水分などが付いたりして漏電してしまうなど。

漏電ブレーカー内部の作動メカニズム

参照）公益社団法人 日本電気技術協会HPより

上図より、電流検出の要となっているのはZCT（零相変流器）。

ZCTは、電流のバランスを測定し、漏電（地絡電流）を検出する機器です。
正常な状態では複数の電流を零相変流器で計測すると、値はゼロになっています。
この値がゼロにならずに許容範囲を超えた電流が流れると、「漏電した」と判断して開閉器が作動します。
具体的には、

といったメカニズムとなります。

保護協調について

漏電ブレーカーの動作特性は、「感度の違い」と「動作時間」が挙げられます。

区分	定格感度電流	動作時間
高感度形	5,10,15,30[mA]	[高速形] 0.1秒以内 [時延形] 0.1～2秒以内
中感度形	50,100,200,300,500,1000[mA]	[高速形] 0.1秒以内 [時延形] 0.1～2秒以内
低感度形	3,5,10,20[A]	[高速形] 0.1秒以内 [時延形] 0.1～2秒以内

目的に応じた動作特性を持った漏電ブレーカーを設置するわけです。
その際、電路全体を考えた「保護協調」という考え方が必要になります。（試験にも出てきますね）

参照）公益社団法人 日本電気技術協会HPより

上記の例の図では、ブレーカーの動作時間を考慮して保護協調をとっている例ですね。
Ａ点で地絡（漏電）が発生したときに、電路の上流の方にあるブレーカーまで落ちてしまったら、他の場所まで停電してしまいます。

そこで、下流のブレーカーほど動作時間が短く（NV₄は0.1sで動作）、上流のブレーカーほど動作時間に余裕がある（NV₃は時延形の0.3s）ことで、漏電による停電の影響を最小限に抑えることができる、というわけです。

まとめ