IEC過電圧カテゴリーについて理解する

2021年4月27日、Ron Stull著 - 5分の閲読

高電圧電源に接続された機器が、IEC仕様に準拠した適切な過電圧耐性能力を備えていることを確認するのは、業界の安全要件を満たすために不可欠です。

過電圧と安全性

電線上の過電圧過渡電流は、接続機器に損傷を与え、手のかかる高価な故障を引き起こすだけでなく、ユーザーを危険にさらす可能性があります。信頼性と安全性を確保するために、エンジニアはIECで定義されている過電圧カテゴリー（設置カテゴリーとも呼ばれる）に精通している必要があります。

過電圧カテゴリーは次の4つが定義されています。

カテゴリーIは、過電圧カテゴリーの中では最も低いもので、過電圧過渡電流を低レベルに制限する手段を含む回路に適用されます。
カテゴリーIIは、固定設置から供給された機器に適用できる過渡電流を示します。たとえば、家庭用の場合、電気工具、テレビなど、家の壁コンセントに差し込むように設計された機器は、カテゴリーIIの過電圧に耐えることができなければなりません。
カテゴリーIIIは、家庭用ヒューズパネルのスイッチなどの固定設置内の装置、またはエアコンやAC電源に配線された産業機械などの固定設置に恒久的に接続された装置に適用されます。
カテゴリーIVは、最も高い過電圧カテゴリーで、設置元で使用された機器に適用されます。つまりユーティリティ側が直接接続します。配電パネル、ユーティリティ・グレードの変圧器、メーターなどがその例です。

以下の図は、これらのカテゴリーをコンテキストで配置するのに役立ちます。

国内設定におけるカテゴリーの図 — 図1：コンシューマアプリケーションは、通常、カテゴリーIからカテゴリーIII

カテゴリーIVでは、高電圧過渡電流が予想されます。一方、カテゴリーIIIの機器に見られる過渡電流は、配線インピーダンスと、システムに存在するヒューズや回路ブレーカの影響で減少します。

カテゴリーIIは固定設置の消費者側に適用されますが、配線回路のインピーダンスが増大するため、過渡電圧はカテゴリーIIIよりも低くなります。ウォールマウントのコンセントは通常、建物内の配電インフラの過渡電流抑制特性によってカテゴリーIIのソースとして見なされます。カテゴリーIIの限界値は、カテゴリーIIIの光源から10メートル以上離れた位置に配置された照明スイッチなどの機器にも適用されます。

表1は、動作電圧または公称電圧に応じて、さまざまなカテゴリーの機器に適用される過電圧要件をまとめたものです。公称電圧を補間することはできませんのでご注意ください。したがって、カテゴリーIIの用途で250Vで動作する機器は、2500Vまでの過電圧過渡電圧用に設計する必要があります。

過渡電圧許容値
公称電圧（Vac）	カテゴリーI	カテゴリーII	カテゴリーIII
50	330	500	800
100	500	800	1500
150	800	1500	2500
300	1500	2500	4000
600	2500	4000	6000
1000	4000	6000	8000

表1: IECで定義されている過電圧カテゴリー

これらの過電圧カテゴリーは、1000VACまでの定格電圧を持つ機器の絶縁要件を説明するIEC 60664-1、ソーラーパワーコンバータの安全規格であるIEC 60209-1、機械の安全に関するIEC 60204-1、試験や測定、プロセス制御、実験室用機器などの電気機器を対象とするIEC 61010-1など、さまざまな機器安全規格で参照されています。

安全基準を満たす設計

過電圧能力に影響を与える機器設計の重要な側面には、保護絶縁の電圧定格、変圧器や光アイソレータなどの電気部品による絶縁、沿面距離や距離、ケーブルや相互接続の断面などが含まれます。設計者は、該当する安全基準への全体的なコンプライアンスを確保する一環として、これらの要件に注意を払い、必要な機能を達成する必要があります。

機器を既製の電源を使用して設計する場合は、適切なPSUを選択する際に過電圧カテゴリーを確認することが重要です。カテゴリーIII電源のみが、カテゴリーIII電流源に直接接続できます。ただし、カテゴリーII電源で設計された機器は、適切な絶縁変圧器が電源と電源入力の間に接続されている場合、カテゴリーIII電源から電源供給できます。

カテゴリーII電源は、壁のコンセントなどのカテゴリーII電源に直接接続できます。カテゴリーIII電源は、接続機器の高い信頼性または可用性が重要な場合に接続できます。一方、カテゴリーIの機器を壁コンセントに接続するには追加の保護が必要です。これには、前述したように絶縁変圧器、またはカテゴリーII過渡電流を抑制するように設計された電源を利用可能です。

電源の選択

CUIでは、カテゴリーIIとカテゴリーIIIのアプリケーション用の標準電源を幅広く取り揃えています。VGS-100W シリーズなどの標準内部AC-DC電源は、カテゴリーIIアプリケーション向けに設計されています。VGS-100Dなどのシリーズは、カテゴリーIIIの固定設置で使用する高入力過電圧能力を備えています。どちらのシリーズも、出力過電圧、短絡、過電流保護を内蔵した堅牢な設計機能、最大 305VAC の幅広い入力電圧範囲、IEC/EN/UL 62368の一般安全認証を組み込んでいます。またこのユニットは、電源と変圧器についてはIEC/EN 61558、家電についてはIEC/EN 60335に準拠しています。

カテゴリ：安全とコンプライアンス

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Ron Stull

電力システムエンジニア

Ron Stullは2009年にCUIに参入して以来、アナログおよびデジタル電源、そしてAC-DCおよびDC-DC電力変換の分野で知識と経験を積み重ねてきました。彼はこれまで、アプリケーションサポート、テスト、検証、設計などの責任者としてCUIのエンジニアリングチームで重要な役割を担ってきました。Ronは、電力エンジニアリング以外では、ギターを弾いたり、ランニングをしたり、アメリカの国立公園をすべて訪れることを目標に妻とアウトドアを楽しんでいます。