製造施設が高品質のスイッチギアを持っている場合でも、適切に配置された配電システムや正しくサイズ設定されたトランスがあっても、30kWのポンプモーター（例えば）の故障したモーター制御回路によって発生した過電流故障の原因を特定できないために、重要な機器がまだ稼働していない可能性があります。そのため、モーターコントロールセンター（MCC）は、複数の（数十または数百の）モーター設置を1つのエリアに統合する手段として設計されており、各モーターに対して個別のブレーカー、過負荷および故障検出を備え、電気サービスに接続するために1つのバスのみを必要とします。このガイドでは、モーターコントロールセンターの機能、その能力、および国家電気コードに含まれる要件について説明します。.
要約すると、NECはモーターコントロールセンター（MCC）を共通の電力バスを共有する複数の封入セクションのグループとして定義し、さまざまなモーターコントローラーユニットを含むものとしています。MCCの主な機能は、共通のエリア内で動作する多くのモーターの起動、停止、保護、および監視を可能にすることです。MCCは、以下の利点を提供する役割も果たします：フィールド配線の削減；トラブルシューティングの簡素化；安全性の向上（引き出しユニット）；および追加のモーターを購入するのではなく、プラントにモーター容量を追加する能力の向上（「バケット」の追加）。通常、各モーターコントローラーユニットにはブレーカー/ヒューズ、接触器、および過負荷リレーが含まれます。この時点で、インテリジェントMCCはネットワーク化された通信機能を持ち、したがってモーターの操作を制御しながら制御システムに多くの情報を提供します。.
モーター制御センターとは何か
国家電気規則第100条による定義は、MCCを共通の電力バスを持つ封入セグメントの集合体として説明し、主にモーター制御デバイスで構成されています。この説明の明確さは、テキスト内の3つの異なる場所で明らかです。封入セグメントという用語は、モデルが交換可能であることを示しており、セクションは必要に応じて一緒に組み立てたり拡張したりできます。共通の電力バスは、各セクションのための別々のラインではなく、すべてのセクションを接続する電源ラインの存在を示しています。定義の第3部では、モーター制御ユニットが特に言及されており、このモデルが電気配電にのみ使用されるパネルボードやスイッチボードとは異なることを示しています。.
この設計により、MCCはハイブリッドデバイスとなり、配電システムと装置の両方の特徴を持っています。そのため、構造仕様に関してスイッチボードのアイデアを採用し、モーター回路用のデバイスの構造に関する追加要件を提供するため、430条第8部を独立した文書として持つ必要があり、単にスイッチボードに関連する条項の一部ではありません。.
MCCの目的：コストを正当化する目的
MCCは通常、そのスターターの総価値よりも高価です。このプレミアムには6つの要素があります。それぞれが独自の有効な工学的理由です。.
- 中央集権的制御。特定のエリア内のすべてのモーターはリモートでオンオフでき、故障の解決がはるかに容易になります。オフラインのベルトコンベヤーが発生した場合、オペレーターはスターターをどこで見つけるか正確に知っています：MCCのラベル付きコンパートメント内で、機械の接続ボックスではなく。.
- 調整と選択性。ブレーカ装置の1つの設定が全バスシステムに適用され、すべての電動ドライブ間での調整を可能にし、電気的故障を効果的に排除します：1つのモーターが停止すると、他のすべてのドライブは運転を続けることができます。.
- ケーブルが少ない。配電および制御用のワイヤはすでに配線され、テストされています。現場で必要なのは、1本のメインフィードワイヤ、各モーター用の特別なワイヤ、および制御接続ケーブルを設置することだけです。.
- 安全なメンテナンス。交換可能なユニットは、MCC全体の電源を切ることなく修理または交換できます。この機能はプロセスプラントにとって最も重要なものです。.
- スケーラビリティ。新しいリレーボードをMCCに接続することで、さらに多くのモーターを追加できます。.
- 故障制限と人員保護。封じ込め構造、セパレーター、およびアーク耐性設計により、故障の影響を1つのコンパートメントに制限でき、部屋全体に広がることはありません。.
これらのすべての利点の商業的正当性は、コスト削減という形で表現されることはほとんどなく、むしろ計算されたダウンタイムのコストとして表現されます。数万ドルのコストがかかる予定外の停止に苦しむ工場は、修理にかかる時間を短縮することで、インテリジェントなMCCのコストを回収します。.
MCCの動作：水平バス、垂直バス、バケット
電気的には、MCCは複雑ではなく、工学的には、工学設計が機能的にしています。電力はユニットに流れ込み、2つのレベルのバスバーに分配されます。水平バスは、電源をユニットのすべての垂直セクションに接続する直線バーの形で表されます。セクション内では、垂直バスがこのセクションに配置されたモーターコントローラーに電力を供給します。.
建設の特性は建設コードに基づいており、図面や規制文書に示されているため、知っておくことが重要です。.
- バスのブレースはバスの定格と混同してはいけません。バスの定格はバスの電流容量を意味します。一方、バスのブレースは短絡状況下でバスが耐えられる最大機械力を意味し、電流（例えば、65 kAまたは100 kA）で表されます。十分な定格を持ち、ブレースが不十分なバスは、故障電流の下で破壊される可能性があります。.
- フェーズ配置は一定です。三相システムでは、水平および垂直バスは、前面から見てA、B、Cの順序に配置される必要があります。これは、前から後ろ、上から下、または左から右を意味します。三相四線デルタ回路では、接地された高電圧のフェーズはBと呼ばれます。.
- スペーシングはコードによって定義されています。600 Vまでの設置では、スペーシングテーブルは、ライブバスと地面の間に最小25.4 mm、対向フェーズワイヤー間に空気を通して25.4 mm、表面を横切って50.8 mmを要求します。.
- ワイヤー曲げスペースは必須です。端子およびガター空間での最小曲げスペースは、スイッチボードと同じです。この推奨の理由は、導体が設置中に指定された曲げ半径の外側で一度でも曲げられると、その絶縁が永久に損傷する可能性があるためです。.
- バリアは、サービスバスバーを他のデバイスから分離し、隣接セクションで作業する人員を危険な状況から保護するために、任意のサービス入口MCCに存在します。.
MCC内の垂直セクションの場所を占めるユニットはバケットと呼ばれ、ここで電気作業が行われます。ユニットとバスのインターフェースは、使用されるMCCの種類を示します：固定ユニットまたは引き出し可能なユニットです。固定は、ユニットが所定の位置にボルトで固定され、メンテナンス作業中に電源から切り離されることを意味し、引き出し可能なユニットは、バスを非活性化することなくコンパートメントから引き出すことができます。.
バケット内に入るもの：DOLスターターからVFDまで
プライマリコンビネーションスターターは、3つのコンポーネントで構成されています：短絡保護デバイス（ブレーカーまたはヒューズ）、モーターを制御するための接触器、および連続過電流から保護するための過負荷リレーです。コンビネーションスターターの他のすべては、そのテーマの異なるバージョンに過ぎません。.
| ユニットタイプ | それが行うこと | 使用される場所 |
|---|---|---|
| 直接接続（DOL）スターター | フルボルテージ始動；ブレーカー、接触器、過負荷 | フルボルテージ始動に耐える小型モーターおよび負荷 |
| 逆転スターター | 前進および後退回転を提供する2つの接触器 | コンベヤ、ホイスト、方向変更を必要とするプロセス |
| スターデルタスターター | スタート時にスターモードで始動し、デルタに切り替えることで始動電流を減少させます | 電源容量が始動電流を制限する大きなモーター |
| ソフトスタータ | 始動トルクと電流を制御するためのサイリスタベースの電圧ランプ | 機械的衝撃が重要なポンプ、ファン、コンベヤ |
| 可変周波数ドライブ（VFD） | 連続的な速度制御とエネルギー最適化 | プロセス制御、HVAC、可変流量需要のあるもの |
| フィーダーバケット | 保護および切り替えのみ、モーター制御なし | 他の場所にパネル、トランス、または機器を供給 |
| インテリジェントユニット | オンボード診断および計測機能を備えたネットワーク接続スターター | モーターデータを制御またはメンテナンスシステムに統合するプラント |
この層には、インカマーでは見られない2つの保護機能が含まれています。最初の機能は過負荷保護で、モーターの性能とサービスファクターに基づいて設計されています。長時間にわたって厳しい過負荷で運転されるモーターは、短絡装置がその役割を果たす前に故障する可能性があります。2つ目の機能は接地故障保護で、予期しない経路を通る電流を検出する役割を担っています。1つのバスに多くのモーターがあるプラントでは、その保護の設計は選択的でなければならず、その背後にある原則は 接地故障保護, の基本に示されています。これは、故障がインカマーで検出される場合でも、単一のバケット内で検出される場合でも同様に適用されます。.
タイプ、エンクロージャーおよびインテリジェントMCC
MCCは、固定式または引き出し式であるかどうかに基づいて分類されるだけでなく、使用するエンクロージャーと準拠する標準に基づいて分類されます。電気定格は重要な要素ですが、使用されるNEMAタイプのエンクロージャーも、洗浄、ほこり、湿度を伴うプラントの運用において重要な役割を果たします。これは、不適切に封入されたアセンブリの故障が、清浄な電気故障によるのではなく、汚染による絶縁破壊によって発生するためです。.
標準に関しては、北米には独自のUL 845およびNEMA ICS 18標準があります。さらに、スターターの性能はNEMA ICS 2標準に示されています。国際プロジェクトは、温度上昇、短絡耐性機器パラメータ、クリアランスおよび creepage 制限を確認するためにIEC 61439-1およびIEC 61439-2テストに従う必要があります。これは、準拠したMCCが一般的な資格ではなく、特定の標準を満たす必要があることを示しています。したがって、入札がどの標準を満たす必要があるかを示さない場合、それは正当なものとして扱うことはできません。.
インテリジェントMCCは、過去数十年で最も重要な成果を表しています。すべての補助接点をマーシャリングパネルのPLCに配線する代わりに、各バケットに通信モジュールがあり、プラントネットワークの一部となるという実践が導入されました。まず第一に、制御配線を大幅に削減することが可能になります。第二に、追加のデバイスなしで各モーターのエネルギー消費量と稼働時間データを取得できます。第三に、反応的メンテナンスの代わりに予知保全のための状態データを取得できます。しかし、インテリジェントMCCがネットワークシステムの一部として機能することを保証する新たな課題も生じます。一方で、電気メンテナンスにはサイバーセキュリティ、アドレス管理、スペアパーツのバージョンなどの責任も含まれます。.
サービス機器、接地およびコードの要件
第430条第VIII部に従い、最初の設計会議からいくつかの条件を満たす必要があります。MCCがサービス機器として機能する場合、すべての接地されていないサービス導体用の主遮断装置が1つ必要です。また、接地導体が存在する場合には、接地ルールに従った適切なサイズの主接続装置も必要です。さらに、サービスバスバーとMCCの他の部分との間に隔離を確立するためのバリアも提供する必要があります。.
接地は通常、最後の手段と見なされ、これに関して誤りがあると最も危険な状況になります。すべてのMCCコンポーネントは、与えられた機器接続導体テーブルに該当する接続導体またはバスによって一体化されるべきです。また、すべての接地ケーブルがこのバスおよび対応するポイントに対して規定された要件を満たしていることを確認する必要があります。セクションが適切に接続されていない場合、隣接するMCCフレームが互いに影響を及ぼし、特定の電圧差が生じる状況が発生します。原則は、すべての接地システムに適用されるものであり、設計段階で見直す価値があります。 トランスとシステムの接地 MCCの接地バスが実際に何に基づいているかを決定し、上流で適切な接地スキームがあっても、内部接続が不完全な場合、モーターのフレームが予期しない電位にさらされる可能性があります。.
名札と図面に関する2つの追加要件があります。まず、システムが設置された後、MCCの電力バスの電流定格と短絡定格が明確に表示される必要があります。また、MCCの故障電流が文書化され、アイテムを検査、設置、サービスすることが許可されたすべての人が利用できるようにする必要があります。さらに、短絡が計算された日付も必要です。.
MCCに供給するもの：上流機器と定格チェック
MCCを別々に定義することはできません。なぜなら、その定格は上流のパラメータと一緒に評価されない限り重要性を持たないからです。一般的に、電源は配電用変圧器、主配電盤、または高電圧変電所からのフィーダーである可能性があります。定格を決定する前に取得すべき三つの値があり、それには供給電圧と構成、ユーザーによる電流消費、接続地点での予想短絡電流が含まれます。.
しかし、問題を引き起こすのは最後の値です。変圧器がすでに変更された既存のサイトに構築されたMCCは、設計されたものよりもはるかに大きな故障レベルに対処する可能性があります。最も一般的な例は、製造プロセスに大きな変更を加えずにより多くの故障電力をもたらす公共事業の改修です。これが故障電流の文書提供が必要な理由であり、すべての重要な修理作業には定格確認が含まれるべき理由です。 配電トランス 供給するものが何を寄与するか—そのインピーダンス、構成、定格容量—は、その計算の出発点です。なぜなら、変圧器のインピーダンスは通常、MCC端子での利用可能な故障電流において支配的な要素だからです。.
保護、計測、そして電流変圧器の役割
すべてのMCC機器と多くの大型モーターのバケットは、実際に流れる電流の検出のために電流変圧器に依存しています。電流変圧器は、高い一次電流を通常5Aまたは1Aの標準的な二次電流のレベルに減少させ、保護リレーやメーターによって管理可能にします。MCC内のCTが適用される場所は三つあり、過電流および接地故障保護のための入線バスバー、大型モーター始動器の差動または熱保護、エネルギー消費およびエネルギー需要に関する情報が収集される測定パネルです。.
設計の二つの側面が計測機器の機能に影響を与えます。第一の側面は、比率が適切に選ばれなければならないことです。CTは最大一次電流を超えなければならず、二次電流は信頼できる読み取りのために通常負荷で十分なレベルに保たれるべきです。だからこそ、大型モーターには測定用ではなく保護用のCTが通常使用されます。第二の側面は、二次負荷の合計です。これは、CTに接続されたすべてのリレー、メーター、ケーブルの合計抵抗です。この役割に適したデバイスを選択することは、物理的なサイズではなく、文書化された精度クラス、負荷、短時間熱定格の問題です。 電流トランスの範囲 具体的なユニットのためにこれらのパラメータがどのように公表されるかを示しています。電流変圧器はまた、メンテナンステクニシャンが決して忘れてはならないルールを導入します：二次回路は負荷の下で決して開いてはいけません。なぜなら、負荷がないとCTは自らの端子間に危険な電圧を発生させるからです。.
一般的な問題とメンテナンスの実践
MCCの故障は珍しいものではありません。これらは少数の繰り返しの原因に集約され、そのほとんどはスケジュール上で目に見えます。.
| 問題 | 根本原因 | 軽減策 |
|---|---|---|
| バス接続部での過熱 | 緩いボルト接合部、熱サイクル、汚染 | スケジュールに基づくトルクチェック；負荷下での赤外線サーモグラフィ |
| 接触器またはスタータの故障 | 高い動作周波数による接点摩耗 | インテリジェントユニットの運転カウンタ；計画的な接点交換 |
| 不必要なトリップ | 実際のモーターに対して不正確な過負荷設定；VFDからの高調波 | 名板の定格負荷電流とサービスファクタに対して設定を確認 |
| 絶縁破壊 | 埃、湿気、洗浄水の侵入、緩いゴミ | 正しいエンクロージャクラス、ガスケットの維持、清掃プログラム |
| 文書化されていない変更 | 図面の更新なしでの現場変更 | 制御された図面改訂；各監査で実際の設置と照合 |
| アークフラッシュと人員の露出 | 評価やPPEなしでの通電機器の作業 | 公表された事故エネルギー研究、境界、PPEおよび手順 |
実際、これを達成するメンテナンスルーチンは、バスのトルクとサーモグラフィ、接点検査、スタータの運転カウント、エンクロージャの環境モニタリング、図面が設置と一致しているかの確認などの活動を含む、最もシンプルなタイプのメンテナンスの一つです。MCCがプロセスの大部分に電力を供給する単一のポイントであるプラントでは、そのプログラムはトランスとスイッチギアのメンテナンスと同じカレンダーに属すべきであり、別のサイロではなく、包括的な トランスフォーマーメンテナンスチェックリスト MCC検査スケジュールは、強制的な停止になる前に遅い劣化を捉えるスケジュールされた介入の同じ論理を共有します。.
スイッチギア、パネルボード、VFDと比較したMCC
会議では、異なる意味を持つ4つの用語が混同され、仕様の問題が発生する可能性が高くなります。.
- パネルボード。これは、適切な過電流保護を備えた回路の組み合わせに電力を分配します。モーター始動はなく、過負荷保護もここには存在しません。.
- スイッチボードまたはスイッチギア。このアセンブリは、より大規模な電力分配と保護を目的としており、電力の分配と保護を助けます。.
- MCC。この機器はモーター制御システムを中心に構築されています。これらは、モジュラーセクションのアセンブリ内で、保護、切り替え、および過負荷保護を1つのバスで提供します。.
- VFD。これは、MCC内または別々に配置できる1つのモーター機能を制御するユニットです。VFDの動作原理はMCCのそれとは同一ではありません。.
よくある質問
MCCの主な目的は何ですか？
目標は、単一の中央場所から複数のモーターを管理、保護、監視できるようにすることです。実際には、製造セクターのすべてのスターターとフィーダーをモジュラー構造の共通電力バスに接続することを意味します。システムは、モーターが現場で別々に配線されている場合よりも、はるかに簡単に起動、停止、過熱や短絡から保護されるように構築されています。第二の目的はスケーラビリティです：システム全体の再構築の代わりに、新しいセグメントを追加したりセクションを接続することで必要な容量を得ることができます。.
MCCはどのように機能しますか？
電力は、主装置（ブレーカー、ラグ、またはヒューズスイッチなど）を介して供給され、そこから共通電力バスを介して配分されます。この共通バスから各セクションの垂直バーが取り出され、各別に積み重ねられたモーター制御ユニットに電源を供給します。各ユニット（バケットと呼ばれる）は、回路保護装置、接触器またはドライブ、過負荷保護用のパネルが装備されています。制御配線は、ユニットを押しボタンまたはプラントネットワーク（インテリジェントMCCの場合）に接続します。.
MCCパネルの一般的な問題は何ですか？
繰り返し発生する問題は、接続が不十分なバスによってホットスポットが発生し、頻繁に駆動されるスイッチの接触器が摩耗し、不要なトリップを引き起こす過負荷の設定が不正確であり、汚れや湿気によって絶縁が劣化し、VFD接続モーターの高調波が他の負荷に影響を与え、技術者によって行われた文書化されていない変更が機器の図面を無効にすることによるものです。ほとんどの問題は、故障が発生するのを待つのではなく、トルクの定期テスト、熱画像検査、使用される接触器のカウント、環境チェックによって特定されます。.
VFDとMCCの違いは何ですか？
それらは異なるレベルで機能します。MCCは、電力を供給し、モータードライブの保護と起動能力を提供する機器の集合体として機能します。一方、VFDは、周波数と電圧を変化させることによって1つのモーター速度を変更する単一のデバイスを指します。ドライブは一般的にMCCバケットに取り付けられるため、人々はこの2つの概念を混同しがちですが、MCCはドライブの完全なセットのためのエンクロージャ、バス、および保護装置であり、VFDは1つのモーターを制御する責任があります。MCCを完全にVFDに置き換えると、電気ドライブの適切な保護がなくなります。.
参考文献
- NFPA — NFPA 70 国家電気規則、記事100および記事430パートVIII（モーター制御センター）
- NFPA — NFPA 70E：職場における電気安全のための基準
- UL Solutions — UL 845：モーター制御センター
- NEMA — NEMA ICS 18：モーター制御センターおよびNEMA ICS 2：産業用制御およびシステムコントローラー
- 国際電気標準会議 — IEC 61439-1 および IEC 61439-2: 低電圧開閉装置および制御装置のアセンブリ
- IEEE — IEEE C37.20.7: 内部アーク故障のための52 kVまでの開閉装置の試験ガイド
結論
モーター制御センター (MCC) は、電力システムのための電気エネルギーの共通配分が終了する場所です。バスは配分に使用される機器であり、バケットは電力配分を保護、切り替え、監視するために使用されます。大きな金属製のエンクロージャーとガードは、機器が露出しないように特別に設計されており、現代の工場ネットワークは、MCC全体が電力収集のオペレーターとして機能することを可能にします。各メーカーは、バスの補強、位相順序、曲げおよびクリアランススペース、交差点での接続、名札のマーキング、故障電流の文書化に関する要件を含むコードを開発しています。ほとんどのメーカーは、すべてのMCCに対して3つの基本的な決定を下す必要があります。まず、ダウンタイムコストが高すぎる場合、メーカーは取り外し可能なMCCコンポーネントを提供するべきです。次に、メーカーは各MCCの故障電流定格が端子での故障電流と等しいかそれ以上であることを確認するべきです。最後に、メーカーは顧客が施設を建設している間、エンジニアリング文書の継続的な監視を提供するべきです。.