用語集
クラウスアンドナイマーの製品群には、多数の低電圧スイッチング・デバイスとオプション製品が含まれており、幅広いご要求に対してスイッチ・ソリューションを提供しています。この用語集では、クラウスアンドナイマーのスイッチング・テクノロジーとスイッチング・デバイスに関する一般的な用語について解説します。
1. 一般用語・技術用語
1.1 低電圧
電力工学では電力系統および電力回路は最大発生電圧のレベルに応じて異なる範囲に分割されます。低電圧範囲は、交流電圧1000 Vまで、および直流電圧1500 Vまでが含まれます。
1.2 交流
交流電圧または交流電流 (AC) では、それぞれの電圧値および電流値は時間の経過とともに変化し定期的に繰り返されます。電気工学では、主に正弦波の交流電圧および電流が印加されます。電流の強さと方向は周期的に変化し、それにより2度のゼロ交差がおきます。一般的な50 Hzの低電圧系統では、50周期が毎秒繰り返されることを意味します。したがって、瞬間的に電流が流れないゼロ交差が100回起こります。交流回路におけるこの特性は開閉動作に有利です。
1.3 直流
直流電圧または直流電流 (DC) では、電圧の極性と電流の方向は変化しません。交流とは対照的に、電流は方向の変化なしに連続的に流れるので、ゼロ交差は起こりません。その結果、直流回路におけるスイッチング動作は、開閉時にアーク放電の持続時間がより長くなるために、交流回路よりも技術的な要求が高くなり、その結果、開閉接点の磨耗が増えます。
1.4 スイッチ
スイッチは電流を投入または遮断し、それぞれの開閉状態を維持ための電気回路用の部品です。スイッチは多種多様な用途に応じて特定機能を持った様々な仕様にて製造されます。機械的スイッチング・デバイスの基本的な構成要素は、導電性材料、または、適切な金属および合金で作られた開閉接点である。開閉接点は、特殊な機械的構造により作動及びそれぞれのノッチ位置に保持されます。
1.5 開閉接点
開閉接点は、接点間の物理的接続を直接確率して電気回路を閉路させます。接点を反発させようと発生する電気力を打ち消すために、特に過電流の場合には、適切な接点圧力が必要です。開閉接点は、機械的、電気的、および、熱的に高いストレスにさらされ、多数のスイッチングサイクルにおいてもその機能を維持しなければなりません。特に、電気回路を遮断することによって発生する開閉時のアーク放電は、実質的に開閉接点の摩耗を引き起こします。
1.6 アーク放電
開閉時のアーク放電は、通電中の接点が遮断されたときに特定の条件下で発生する現象です。アーク放電は、電動機などの誘導負荷が遮断された場合に特に顕著に発生します。誘導性負荷は特徴として磁場と言う形でエネルギーを保持します。この磁場に蓄えられたエネルギーは、遮断後にアーク放電による電流の流れを引き起こします。アーク放電は、接点が十分に離れるまで、またはアーク放電とその温度が磁気エネルギーを消費するまで持続します。アーク放電による温度上昇は摂氏数千度に達し、破壊的な効果を持ち摩耗の原因となります。接点材料は高温のために接点表面で融解し、溶着の要因になります。
1.7 アーク放電の弧消
電気回路遮断時のアーク放電の持続時間を最小化するために、アーク放電を効果的に消滅させる設計機構を設けています。設計機構の一例は、いわゆるスパーク消弧構造です。これはアーク放電を分離し、冷却するために金属シートを使用し、さらに、急速なエネルギー消失させます。もう一つの例としては、特殊なガス放出プラスチックの使用です。アーク放電による温度上昇の際、消弧構造のプラスチック壁からガスを放出し、その結果、強いアーク冷却およびエネルギー吸収効果を引き起こします。
永久磁石は、特に直流回路用のスイッチにおいて消弧構造またはエリア内にアーク放電を効果的に誘導するために使用されます。アーク放電も磁界を持つ通電導体であるため永久磁石により偏向されます。
上記のアーク放電の弧消技術に加えて、絶縁距離の延長と高速遮断が直流電流に対して有用です。同時に作動する複数の接点の直列接続によって全体的な絶縁距離を大きくとることができ、それにより必要な絶縁距離が複数の接点遮断で分割されます。できるだけ早く絶縁距離に到達するために、スナップアクション機構は高速遮断に使用されます。
1.8 ブリッジ接点
ブリッジ接点は可動接点ブリッジと2つの固定接点から構成されます。スイッチの切替構造は、接点ブリッジを接点上に移動させ、接点圧を加えます。リジッド接点ブリッジは、電気回路を二か所で遮断します。そのため、空間距離は接点間距離の2倍になります。
1.9 ナイフ型接点
ナイフ型接点は、柔軟性のある接点バネと刃型電極からなり、複数の接点バネの間に刃型電極を挿入して接触させます。刃型電極と接点バネとの間の滑りせん断動作により、接触面は動作時にセルフクリーニングされ、それにより接触面上の堆積物及び腐食層が除去されます。セルフクリーニング特性に加えて、この接点構造は従来の接点構造と比較して振動と電気力の反発に対して耐性が優れています。
2. スイッチの種類と製品
2.1 断路器 / ディスコネクター
断路器（ディスコネクター）は、機器またはプラント設備を電源システムから分離する機械的スイッチング・デバイスです。断路器は、例えば、過電圧や汚染された沿面距離の経路など、意図しない起動を防ぐために、十分な絶縁距離、空間距離、および沿面距離を持つ必要があります。断路器は、電流を切り替えることを目的としたものではなく、回路遮断器、負荷スイッチ、ヒューズなどの他の装置によって回路が遮断された後に動作させます。
2.2 負荷開閉器
断路器とは対照的に、負荷開閉器は通常の状況下、意図された動作電流で通電機器およびシステム部品を開閉させるのに適しています。これらの開閉器は負荷接続状態で動作し、開閉時のアーク放電が発生する可能性があるため、アーク放電による消弧のために様々な設計的対策を設けています。
2.3 断路用開閉器 / スイッチディスコネクター
断路用開閉器(スイッチディスコネクター)は、負荷開閉器と断路器の機能を組み合わせたものです。そのため断路用開閉器は適切な空間距離や沿面距離、切替状態の表示などの分離機能を満たし、さらに特定の開閉容量を規定しています。開閉容量とは、一般に電流を遮断する能力のことであり、負荷の種類によってスイッチ製品の開閉容量が異なります。さまざまな負荷条件が標準化され、さまざまな負荷種別が規定されています。負荷種別は対応するスイッチ製品が準拠しなければならない幾つかの要件の組み合わせにより規定されています。
2.4 直接動作スイッチ
スイッチはさまざまな方法で動作させることができます。直接動作スイッチは、人が手動で操作します。さらに、直接動作スイッチの種類は、ロータリースイッチ、キースイッチ、または、トグルスイッチのように区別することができます。
2.5 ロータリースイッチ
ロータリースイッチスイッチは、一般に回転操作によって動作します。切替機構は開閉接点の可動部に回転動作を伝達させます。ロータリースイッチは、複数のノッチ位置を配置でき、実際のスイッチの設計に応じて、一つのデバイスで複数の回路を異なる方法で動作させることができます。
2.6 カムスイッチ
カムスイッチはロータリースイッチのひとつです。回転動作は、カムによって伝達され、開閉接点を動かします。一つのカムで、複数の開閉接点を別々に作動させることができます。クラウスアンドナイマーのカムスイッチのモジュラー構造により、複数のスイッチ筐体の積層構造と、多数のオプション部品の追加機能を備えた拡張が可能です。このモジュラー構造により、機械的スイッチングデバイスは、無数のアプリケーションに対応可能です。シンプルな単極および多極オン/オフスイッチ、切り替えスイッチ、多ステップスイッチ、モーター用スイッチ、または制御スイッチだけでなく、他の多くの回路もモジュラー構造の製品群により実現できます。
2.7 メインスイッチ (コンパクトスイッチ)
メインスイッチは、プラント機器、各種機器の電源の接続または切断を目的としています。三相交流電源の三極を同時に切り替えるメインスイッチのために特にコンパクトな設計となっています。さらに、4極用の構造は、中性線が切り替えられるとともに、中性線が早入り/遅切れ接点として機能します。メインスイッチは、そのサイズに関連して高い開閉容量を持つ断路用開閉器です。クラウスアンドナイマーのコンパクトなメインスイッチは、投入または遮断操作中に積極的な接点動作を特徴としています。さらに、メインスイッチ/コンパクトスイッチは、多数の機能拡張とオプション追加機能を備えた広範なモジュラー構造システムです。
2.8 オプションの追加機能
オプションの追加機能は、クラウスアンドナイマーの総合的なモジュラー構造システムの一部であり、当社のスイッチ製品の幅広い機能拡張を可能にしています。モジュラー構造システムは、パッドロック装置、キーロック装置、ドアクラッチ、様々なエンクロージャー、および、様々な表示装置、インターロック装置、または、特殊な動作装置のような用途のソリューションを含みます。
2.9 押しボタン及びパイロットランプ
押しボタンとパイロットランプは、機械の操作と様々な機械の状態に関するフィードバックを受け取るための入出力デバイスです。スイッチ容量の小さい押しボタンスイッチ、あるいは、ポテンショメータは、指示デバイスとして使用され、制御ユニットに電気信号を送信します。パイロットランプは、機械作業者のための光信号デバイスとして用いられます。押しボタンとパイロットランプを1つのデバイスに組み合わせて使用することもでき、クラウスアンドナイマーの幅広い製品群は、さまざまなアプリケーションに対応するソリューションを提供します。