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雷害対策の基礎知識サージ防護デバイス

建物内の各機器を雷サージから防護します

オフィスや家庭などの機器に、落雷の影響で過電圧・過電流が侵入すると機器やその中のデータが一瞬で破壊されます。対象となる機器と雷サージの侵入ルートに合ったSPDを設置し、雷サージを安全に放流することで雷害から機器等を守ることができます。建物内部の電源設備、通信機器を雷サージから防護するためにSPDの設置や等電位ボンディングを構築することが必要です。特にJIS化に伴い、大電流に対応するSPDが必要になりました。雷保護システム関係のJISや保護性能向上に向けた昭電独自の取り組みなどをご紹介します。

雷サージ防護対策とは

SPDを用いて雷サージの機器への侵入を防護する方法

雷電流およびその分流電流並びにそれに起因する電気磁気的な影響で発生する誘導過電圧(雷サージ)から建物内の設備機器を防護するための対策です。その領域と雷エネルギー量に見合う最適なSPDを選定して設置し、雷サージを安全に放流することで機器を保護します。
SPDを設置すると、電源または通信回線から侵入した雷サージは、SPDの内部を通過し、それぞれの出口となる電源・通信回線へ放出されます。雷の通過経路になりやすい通信機器に安全な「逃げ道」を用意することで、大切な機器とデータを過電圧・過電流から安全に保護します。雷サージ侵入時も電源を切らずにそのまま機器を使用することができ、SPD自体も繰り返し使用できます。

雷保護システム関係のJIS

JIS Z 9290-1 2014 雷保護-第1部:一般原則
JIS Z 9290-3 2014 雷保護-第3部:建築物等への物的損傷及び人名の危険
JIS Z 9290-4 2016 雷保護-第4部:建築物内の電気及び電子システム
JIS C 5381-11 2014 低圧サージ防護デバイス-第11部:低圧配電システムに接続する低圧サージ防護デバイスの要求性能及び試験方法
JIS C 5381-12 2014 低圧サージ防護デバイス-第12部:低圧配電システムに接続する低圧サージ防護デバイスの選定及び適用基準
JIS C 5381-21 2014 低圧サージ防護デバイス-第21部:通信及び信号回線に接続する低圧サージ防護デバイス(SPD)の要求性能及び試験方法
JIS C 5381-22 2018 通信及び信号回線に接続するサージ防護デバイス(SPD)の選定及び適用基準

雷保護領域とSPDの選定

雷保護領域(LPZ)とSPD

JISでは、各雷侵入領域別に雷保護領域(LPZ*1)区分を行っています。その領域と雷エネルギー量に見合う最適なSPDを選定する必要があります。

JISで規定する機器の定格インパルス電圧

機器の定格インパルス電圧と雷保護協調を確保

低圧電源に接続される機器は、その使用等級を区分するため、機器の過電圧カテゴリ(Ⅰ〜Ⅳ)に分類され、必要な機器の定格インパルス電圧が決められています。また、その機器の定格インパルス電圧と雷保護協調を取るために適切なSPDの保護レベルを選定する必要があります。

直撃雷の波形

10/350μsのエネルギー比は8/20μsの20倍

従来、国内における雷電流波形は、JECやその他の規格においても8/20μsが主流でしたが、現在JISにおいては直撃雷の電流波形を10/350μsとしています。10/350μsと8/20μsの電流波高値を同じとした場合、そのエネルギーの違いは下図のように面積に置き換えて比較できます。そのエネルギーの比は8/20μsに対して10/350μsは約20倍以上となります。

公共建築工事標準仕様書(平成28年版)

低圧用SPDの要求仕様にJIS C 5381-11が記載

公共建築工事標準仕様書は、平成28年版が平成28年3月に発行されました。この28年版への変更で、低圧用SPDの要求仕様にJIS C 5381-11が記載されました。このため、公共設備にはJIS C 5381-11対応品が必要になります。また、分電盤に設置するAC用SPD、および接続箱に設置するPV用SPDの公称放電電流は、5kA以上と記載されています。これにより、高性能のAFDシリーズ、AGNシリーズ、ADNシリーズのみならず、コストパフォーマンスの高いGN-2、GN-1シリーズおよびDNシリーズはすべて公共設備に使用可能です。

建築設備設計基準(平成30年版)

SPD分離器や分離器の使用基準を明確化

建築設備設計基準は、平成27年版への変更で、SPD分離器の記載が大きく変わっています。旧版(平成21年版)では、「低圧用SPDに設ける配線用遮断器は、クラスⅡについては、50AT(50AF以上)、クラスⅠについては225AT(225AF以上)の警報接点付き配線用遮断器とし、特記する。」と記載されていましたが、平成27年版では、「低圧用SPDに設けるSPD分離器は、SPDを設置する箇所の短絡電流以上とし、特記する。ただし、低圧用SPDが分離器を内蔵する場合は、この限りではない。なお、SPDの故障を考慮し、分離器より上位の遮断器と過電流協調を検討する。」との記載に変りました。しかし、平成30年版では、「低圧用SPDに設けるSPD分離器は、SPDを設置する箇所の短絡電流を遮断できるものとする。」と簡略化した表現を用いています。しかし、平成27年版で示すように、SPD分離器は、SPDとの過電流協調が必要であり、公共建築工事標準仕様書(平成28年版)が指定する、低圧用SPDの要求仕様JIS C 5381-11を満足するためには、SPD製造業者の指定するSPD分離器を使用することが必要です。

SPD分離器の重要性

SPDの発火、焼損、さらには火災の原因となる故障時の短絡電流への対応

SPDは定格以上の雷サージ電流の通電や定格以内の雷サージ電流であっても、それが繰り返し通電された場合、または定格を超える一時的過電圧(TOV)が印加された場合、一般的なクラスⅡSPDは、短絡方向に故障します。この時、SPDを接続している電源幹線からSPDを安全に切り離しができない場合、SPDは発火、焼損し、最悪の場合、火災の原因となります。
そのため、SPDには短絡故障時に安全に電源幹線からSPDを切り離す機構(SPD分離器)が必要です。一般的には、内部素子の漏れ電流の増加時に動作するSPD内部の熱分離器と、SPDの内部、外部または両方に実装し、SPDの短絡故障時に生じる短絡電流で動作する過電流分離器(電流ヒューズ、MCCB等)で構成し、SPDが劣化した場合、どちらかの分離器でSPDを安全に電源幹線から切り離すことが必要です。
また、電流ヒューズ形のSPD分離器(SFD)は、2013年12月に製品規格(JEITA RC-4501)及び適用規格(JEITA RC -4502)が制定され、SPD分離器に要求される性能や適用方法が明確に規定されました。この規格では、必要な雷サージの通電性能を有し、かつ故障したSPDを早期に分離する定格電流の低いヒューズを要求しています。また、この規格の付属書では、日本のようなTTシステムでは、短絡電流がシステムの接地抵抗値に依存し、システム毎に異なるため、SPD内部の熱分離器とSPD分離器の両方で、全領域における短絡電流の遮断を要求しています。当社の電源用SPD AGN-4シリーズ及びPV用SPD ADN,DNシリーズではSPD内部の熱分離器の遮断性能(SIT)を明確にし、指定するSPD分離器の接続により、SPD故障時の短絡電流を全領域において遮断(SITS®)を可能としました。