電源用SPDの試験規格改定について

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。

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U_REF（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。

 

■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