電源用SPD

電源用SPDの試験規格改定について

JIS C 5381-11による要求性能及び試験方法の大幅強化

2014年に制定されたJIS C 5381-11により要求性能及び試験方法が大幅に強化され、電源用SPDの安全性はさらに向上しました。ここでは、新たに規定された信頼性試験等についてご紹介します。

電源用SPDの試験規格の改定について

試験規格改定の経緯と厳格化による安全性向上

電源用SPDの要求性能と試験方法は、IEC(国際電気標準会議)にて、1998年にIEC 61643-1として初めて制定され、その後、日本では2004年に完全翻訳JISとしてJIS C 5381-1が制定されました。日本では、従来、「保安器」「避雷器」「アレスタ」と「呼ばれ、インフラ設備を中心に導入されていた製品が、このJISの制定によりSPD(サージ防護デバイス)と用語が統一され、広く世間に普及することになりました。 この最初のSPDの規格は、識別、表示、雷に対する試験方法(電圧防護レベル、公称放電電流、インパルス放電電流等)、端子および接続のみが「要求事項」であり、その他の試験は、「要求によって試験する」に留まっています。そのため、SPDの安全性に関しては、十分とは言えませんでした。
1998年にIEC 61643-1が発行された後、IECでは2005年にIEC61643-1 Ed2.0が発行され、2011年にIEC61643-11が発行されています。一方、日本では、2005年に発行されたIEC61643-1 Ed2.0はJIS化されず、2011年に発行されたIEC61643-11が、2014年にJIS C 5381-11として制定されました。この新しいJIS C 5381-11は、SPDが故障した場合の挙動(安全に壊れること)や一時的過電圧(TOV)に対する挙動、信頼性試験等が追加され、すべてが「要求事項」となっています。よって、この新しいJIS C 5381-11に対応した電源用SPDは、従来のJIS C 5381-1に対応したSPDと比べ、遥かに安全性が向上しています。

JIS C 5381-11とJIS C 5381-1

SPD故障時の安全性確認を大幅に強化

JIS C 5381-11では非常に多くの試験が新たに規定され、特にSPD故障時の安全性確認は非常に強化されています。電源用SPDは多回数の雷電流の通電や、公称放電電流(または最大放電電流)を超える雷電流の通電等により、短絡方向に劣化、故障します。JIS C 5381-11では、このSPDの劣化から短絡故障となる過程を各段階で再現して、安全性(安全に故障する事)を確認する試験が新たに規定されました。


JIS C 5381-1の要求事項 JIS C 5381-11の要求事項 指定するSPD分離器を接続する試験 短絡電流試験装置を使用する試験
主電源 副電源
一般的な要求性能 識別 識別 - - -
表示の不滅性 表示の不滅性 - - -
電気的要求性能 感電保護 感電保護 - - -
- - 漏電電流 - - -
測定制限電圧
•電圧防護レベルUp
測定制限電圧
• 電圧防護レベルUp
- - -
動作責務試験
• 公称放電電流In
• インパルス放電電流Iimp
動作責務試験
• 公称放電電流In
• インパルス放電電流Iimp
-
- - 耐熱性試験 - - -
- - 熱安定性(下記参照) - - -
- - 短絡電流耐量(下記参照) -
- - SPDの故障モードを模擬する試験(下記参照)
- - 絶縁抵抗 - - -
- - 耐電圧 - - -
- - 低圧システム側の故障による一時的過電圧(TOV)(下記参照) -
- - 高圧システム側の故障による一時的過電圧(TOV)(下記参照)
機械的要求性能 端子および接続 ねじ、通電部分及び接続部の信頼性 - - -
- 外部導体用端子 - - -
- 空間距離及び沿面距離 - - -
- - 機械的強度(衝撃試験) - - -
環境および材料的な要求性能 - - 固体の侵入、水の浸入の耐性(IPコード) - - -
- - 耐熱性 - - -
- ボールプレッシャー試験 - - -
- - 異常加熱及び火災に対する耐熱性 - - -
- - 耐トラッキング性 - - -

 

指定するSPD分離器

SPD分離器はSPDが短絡故障した際に短絡電流を遮断し、SPDを電源幹線から分離するための過電流分離器です。 JIS C 5381-11では、製造業者が指定するSPD分離器を接続して、各種安全試験を実施するため、当社指定のSPD分離器以外の分離機器を接続した場合、SPDの安全性が確保できません。そのため必ず当社指定のSPD分離器を接続してご使用下さい。

 

熱安定性

熱安定性試験は、SPDが劣化し漏れ電流が徐々に増加した時に、安全に電源からSPDが分離できることを確認する試験です。 試験は、電圧スイッチング素子(主にGDT:ガス入り放電管およびギャップ)を短絡させた状態で行います。 SPDが動作開始する交流電圧を試料に印加し、その電圧を徐々に上昇させ、電圧制限素子(主にMOV:金属酸化物バリスタ)に流れる漏れ電流を2mAから徐々に増加させます。漏れ電流の増加に伴う電圧制限素子の発熱を素早く検知し、SPD内部の熱分離器により、SPDを安全な状態で電源から分離できることを確認します。

 

短絡電流耐量試験

短絡電流耐量試験は、SPDが短絡故障した時に、電源からSPDが安全に分離できることを確認する試験です。 試験は電圧スイッチング素子(主にGDT:ガス入り放電管およびギャップ)および電圧制限素子(主にMOV:金属酸化物バリスタ)を短絡させたSPDで実施します。SPDに指定するSPD分離器を接続し、電圧はUREF(基準試験電圧)、電流は推定短絡電流に調整した電源をSPDに接続し、短絡電流を通電します。 この試験は、SPDが短絡故障した際に、短絡電流が流れる経路(指定する接続配線、SPD内部の配線、SPD内部の熱分離器、接続端子)が指定するSPD分離器と保護協調がとれていることを確認する試験です。


SPDの故障モードを模擬する試験

SPDの故障モードを模擬する試験は、劣化/短絡故障したSPDに電源の短絡電流が通電される状態を模擬し、SPDが安全に故障することを確認する試験です。
試験は、SPDに指定する分離器を接続して実施します。最初に電流を1~20Aの範囲で調整した副電源で、SPDのUcの3倍以上の電圧を5秒間、SPDに印加します(これを前処理と呼びます)。前処理に続き、主電源で、電圧はUREF(基準試験電圧)、電流は100A、500A、1000A、推定短絡電流に設定した電圧、電流をSPDに通電します。 この試験は、SPDに内蔵する電圧制限素子を劣化/短絡故障させた後に短絡電流を流す試験のため、実際のSPDの故障状態を確認する試験となります。

SPDの故障モードを模擬する試験の試験回路とタイミング

 

低圧システム側の故障による 一時的過電圧(TOV)

低圧システム側の故障による一時的過電圧を2時間印加します。低圧システム側の故障による一時的過電圧は、低圧回路の地絡事故や短絡などで、比較的容易に生じるため、SPDは、この一時的過電圧に耐えることが良い。 昭電のJIS C 5381-11対応のSPDは、低圧システム側の故障による一時的過電圧では故障しません(耐えます)。

 

高圧システム側の故障による 一時的過電圧(TOV)

試験は、SPDに指定する分離器を接続し、基準試験電圧UREFを印加します。この状態で、高圧システム側の故障による一時的過電圧を1秒間印加します。 高圧システム側の故障による一時的過電圧の発生確率は低いため、試験後にSPDは故障しても良く、試験は「耐える」または「安全に故障する」ことを確認します。 昭電のJIS C 5381-11対応のSPDは、接地間にGDT(ガス入り放電管)またはギャップを実装することで、接地間の過電圧で動作しない、あるいは動作し故障しても絶縁を維持することができます。

 

一時的過電圧(TOV)

一時的過電圧(TOV)の試験は、SPDの故障原因の1つである電源電圧の一時的上昇に対するSPDの挙動を確認する試験です。電源電圧の一時的な上昇は一時的過電圧(TOV:temporary overvoltage)と呼ばれ、比較的に発生確率の高い「低圧システム側の故障」によるものと、発生確率の低い、「高圧システム側の故障」によるものがあります。 このTOV電圧は各国の電源システムにより異なります。しかし、JIS C 5381-11では、IEC(ヨーロッパ)システムのTOVが記載されており、日本のTOV電圧と合っていません。現在IEC SC37A WG3およびWG5での審議を経て、次のIEC改訂では、日本のTOV電圧を追記することとなっています。現在、IECで審議中の日本の電源システムにおける基準試験電圧UREFとTOV電圧を次に示します。


基準試験電圧UREF 低圧システム側の故障による一時的過電圧(120分) 高圧システム側の故障による一時的過電圧(1秒)
L-N L-PE L-L N-PE L-N L-PE L-L N-PE L-N L-PE L-L N-PE 試験電流
単相3線 中性線接地 100V/200V 110V 110V 220V - 220V 220V - - - 820V - 600V 30A
単相2線 1線接地 100V 110V 110V - - 145V 145V - - - 710V - 600V 30A
単相2線 1線接地 200V 220V 220V - - 290V 290V - - - 820V - 600V 30A
単相2線 中性点接地 200V - 110V 220V - - 220V - - - 710V - 600V 30A
三相3線 Δ結線 1線接地 200V 220V 220V 220V - 290V 290V - - - 820V - 600V 30A
三相4線 Y結線 中性点接地 100V/173V 110V 110V 191V - 190V 190V - - - 710V - 600V 30A
三相4線 Y結線 中性点接地 240V/415V 255V 255V 440V - 440V 440V - - - 855V - 600V 300A
単相3線 中性線接地 100V/200Vと
三相3線 Δ結線 1線接地 200Vで接地相共用
単相3線 中性線接地 100V/200Vおよび 三相3線 Δ結線 1線接地 200Vと同様 330V 330V - - 単相3線 中性線接地 100V/200Vおよび 三相3線 Δ結線 1線接地 200Vと同様

カタログ・取扱説明書

名称 データ形式 データサイズ ダウンロード
雷害対策総合カタログ PDF 18.5MB ダウンロード
SPD製品ガイド PDF 10MB ダウンロード
CADデータ DXF ダウンロード

関連ページ

製品に関するご質問や見積依頼等お気軽にお問い合わせください

  • お問い合わせ先一覧
  • お問い合わせフォーム
  • 地震対策
  • ネットワーク
  • セキュリティ
  • ファシリティ
  • 建設・工事・保守
  • 雷害対策の基礎知識
  • 雷害特集
  • PV向けスペシャルコンテンツ
  • 雷リスク診断サービス
  • カタログダウンロード
  • CADダウンロード

お問い合わせはこちら 製品に関するご質問や見積依頼などお気軽にお問い合わせください