2025-07-22
電気サージが発生すると、許容ピーク電圧レベルを大幅に超える電圧が、建物の回路を介して電気機器に伝わる可能性があります。適切な保護がないと、この機器は電圧サージによる損傷や故障を受けやすくなります。これらのスパイクを打ち消すために必要な保護の種類は、サージ保護デバイス（SPD）によって提供できます。
適切なSPDを指定するには、そのアプリケーションに関連する定格を特定し、理解する必要があります。最大連続動作電圧（MCOV）、電圧保護定格（VPR）、公称放電電流（In）、短絡電流定格（SCCR）など、SPDには多くの性能値と定格が関連付けられています。最も誤解されている定格は、通常キロアンペア（kA）で定量化されるサージ電流定格です。
サージ保護デバイス（SPD）の種類とは何ですか？
サージ保護デバイス（SPD）の種類は、保護機能、設置場所、およびさまざまなサージ電流に耐える能力に基づいて、電圧サージから電気システムを保護するデバイスを分類するために使用される分類方法です。SPDは、IEC（国際電気標準会議）とUL（Underwriters Laboratories）の2つの主要な規格に従って分類されます。各規格には、デバイスがサージ関連のインシデントから電気システムを保護することを保証するための独自の分類と要件があります。
IEC規格によるサージ保護デバイスの種類
IEC 61643-11規格は、AC電力システムで使用されるSPDの性能要件と試験方法を指定しています。この規格によると、SPDは次の特性を持つ3つの主要なタイプに分類されます。
タイプ1 SPD（クラスI）：
- 機能：電気システムを直撃雷から保護します。
- 設置場所：メイン配電盤の近く、システムの入り口に設置します。
- サージ波形：10/350μs。この波形は、10μsでピークに達し、350μsで50％に減衰する直撃雷をシミュレートします。
- サージ電流耐性（Iimp）：高、通常10kA以上。
- 公称放電電流（In）：IEC 61643-11、クラスIによると、10kA以上。これは、SPDが損傷することなく複数回耐えることができる電流です。
- 電圧保護レベル（Up）：1.5kVから2kV。Upは、SPDが放電中に通過できる最大電圧です。
- 用途：商業、住宅地、および中程度の落雷リスクのある地域に適しています。
タイプ2 SPD（クラスII）：
- 機能：間接的な落雷またはスイッチング操作によって発生するサージ電圧から電気システムを保護します。
- 設置場所：サブ配電盤またはタイプ1 SPDの後に設置します。
- サージ波形：8/20μs。この波形は、8μsでピークに達し、20μsで50％に減衰する電気システム内で伝播するサージ電圧をシミュレートします。
- 公称放電電流（In）：中、通常5kAから20kA。これは、SPDが損傷することなく複数回耐えることができる電流です。
- 電圧保護レベル（Up）：1.5kVから2kV。Upは、SPDが放電中に通過できる最大電圧です。
- 用途：商業、住宅地、および中程度の落雷リスクのある地域に適しています。
タイプ3 SPD（クラスIII）：
- 機能：タイプ1およびタイプ2 SPDによって減衰された後の残留サージ電圧から、敏感な電子機器を保護します。
- 設置場所：ソケット、小型配電盤、または端末デバイスなどの敏感な電子機器の近くに設置します。
- サージ波形：8/20μsおよび1.2/50μs。これらの波形は、より速い上昇時間（1.2μs）とより遅い減衰時間（50μs）で、残留サージをシミュレートします。
- 公称放電電流（In）：低、通常5kA未満。
- 電圧保護レベル（Up）：1kVから1.5kV。Upは、SPDが放電中に通過できる最大電圧です。
- 用途：コンピューター、電気通信デバイス、医療機器などの敏感な電子デバイスに適しています。
UL規格によるサージ保護デバイスの種類
UL 1449規格は、北米の電気システムで使用されるSPDの要件を指定しています。この規格によると、SPDは4つのタイプに分類されます。
タイプ1 SPD：
- 機能：電気グリッド外からの直撃雷または近隣の落雷によって発生するサージ電圧から保護します。
- 設置場所：電力メーターの前、メイン回路ブレーカーの前または後に設置します。
- サージ電流耐性：高いサージ電流に耐えるように設計されています。
- 用途：大規模な産業用および商業用建物に適しています。
タイプ2 SPD：
- 機能：システム内または電気グリッドからのサージ電圧から保護します。
- 設置場所：メイン回路ブレーカーの後またはサブ配電盤に設置します。
- サージ電流耐性：電力グリッドまたは内部システム障害からのサージ電流に耐えるように設計されています。
- 用途：住宅地および商業地域に適しています。
タイプ3 SPD：
- 機能：残留サージ電圧から敏感な電子デバイスを保護します。
- 設置場所：電気コンセントまたは敏感なデバイスの近くに設置します。
- サージ電流耐性：タイプ1およびタイプ2 SPDを通過した後の残留サージ電流に耐えるように設計されています。
- 用途：家庭用およびオフィス用電子デバイスに適しています。
タイプ4 SPD：
- 機能：電気機器に統合されたモジュール式またはアセンブリSPD。
- 設置場所：通常、デバイスまたは配電盤内に統合されています。
- サージ電流耐性：統合された電気機器の要件を満たすように設計されています。
- 用途：内蔵SPDを備えた電気デバイスに適しています。
SPD：動作原理
SPDの動作はシンプルでありながら効果的です。電力サージが発生すると、MOVはすぐに抵抗を減らし、導電性を高めます。これにより、サージ電流の大部分を、接続されたデバイスに到達して損傷を与える前に、安全にアースに逃がすことができます。そうすることで、サージは中和され、下流の機器を高電圧または電流スパイクから保護します。
過渡過電圧とは何ですか？
過渡過電圧は、短期間に発生する短く、高強度の電圧サージです。これらのサージは、蓄積されたエネルギーの突然の放出から発生するか、外部要因によって誘発されます。これらは、落雷などの自然発生的なもの、または電気システムのスイッチング操作のような人為的なものとして分類できます。
過渡過電圧はどのように発生しますか？
人間の活動によって引き起こされる過渡過電圧は、多くの場合、モーター、変圧器、および特定の照明システムの動作から発生します。過去には、これらのイベントは住宅環境では一般的ではありませんでした。しかし、電気自動車の充電器、空気熱源および地熱ヒートポンプ、可変速洗濯機などの最新技術の台頭により、家庭用電気システムにおける過渡現象の可能性が大幅に増加しました。
自然な過渡過電圧は、通常、間接的な落雷によって引き起こされます。たとえば、近くの架空の電力線または電話線への直撃雷は、線に沿ってサージを送信する可能性があります。これは、電気設備および接続された機器に深刻な損傷を与える可能性があります。
SPDを適切にサイズ設定する方法
さまざまな場所で使用する必要があるサージ電流（kA）定格のレベルに関する公開データや推奨事項はほとんどありません。電気電子技術者協会（IEEE）は、サージ定格とは何か、それらをどのように解釈するかについていくつかのインプットを提供していますが、推奨事項は公開していません。残念ながら、システム要件を入力してソリューションを受け取るための、証明済みの式または計算機はありません。メーカーが計算機などを介して提供する情報は、単なる推奨事項です。
パネルが大きいほど、保護に必要なkAデバイス定格も大きくなるという傾向があります。もう1つの誤解は、200kAが良いなら、400kAは2倍良いに違いないということです。このホワイトペーパーでわかるように、これは必ずしも当てはまりません。電気業界における長年の知識、経験、専門知識の結果として、Emersonはサージ電流定格を適用する方法に関するいくつかのガイダンスを生成しました。（次のページの図1を参照）
適切なタイプのサージ保護デバイスを選択し、IECおよびUL規格に従ってその分類を理解することは、電気システムと電子デバイスが電圧サージから適切に保護されていることを確認するために不可欠です。各規格は、アプリケーションと場所の特定の要件に応じて、電気システムを保護するための異なるアプローチを提供します。
サージ保護デバイスの主な目的は、外部または内部のいずれかのソースから電気配電システムに導入される過渡電圧を分流および抑制することです。電気配電システム全体で適切なサージ電流（kA）定格のSPDを選択すると、機器の最適な性能寿命が得られます。施設に適したSPDを選択する際には、次の重要な点を念頭に置いてください。
1. 施設とその内部の機器に適切なサージ抑制を提供するには、サービスエントランスに配置された単一のSPDだけでは不十分です。各場所に適切なサージ電流定格の、カスケードSPDを推奨します。これにより、サービスパネルまたは重要な負荷に対して優れた抑制が提供されます。どんなに大きくても高価であっても、単一のSPDは同じレベルのシステム保護を提供しません。
2. アプリケーションに対してSPDを過大にサイズ設定してもシステムを傷つけることはありませんが、SPDを小さくしすぎると、SPDが早期に故障し、システムが過渡現象とその影響にさらされる可能性があります。
3. 直撃雷の場合、SPDだけでは、包括的な避雷システム（UL96Aマスター雷認証を参照）の代わりにはなりません。
SPDの設置時の注意点
サージ保護デバイス（SPD）が効果的に機能するようにするには、慎重な設置が不可欠です。主な注意事項は次のとおりです。
- 回路またはデバイスの直前に並列にSPDを設置し、サージ電流を敏感な機器からそらすようにします。
- スイッチボード内の接続ワイヤは、最大長0.5メートルで、できるだけ短くしてください。
- タイプ1サージプロテクターのみを使用しても、高エネルギーサージを管理し、過電圧を低減するには不十分な場合があります。タイプ2またはタイプ3サージプロテクターで補完することをお勧めします。
- すべての設置は、適切な接地とデバイスの確実な取り付けを確実にするために、地域の電気規制に従って、資格のある電気技師が行う必要があります。
結論
結論として、サージ保護デバイスは、産業用および商業用の両方の環境で電子機器を保護するために不可欠です。適切に定格され、認定されたSPDを設置すると、標準の回路ブレーカーの能力を超える電力サージに対して信頼性の高い保護が提供されます。
