産業オートメーションの制御キャビネットの過電圧保護

リサ・エイテル著 | 2021年6月19日

産業用制御キャビネットによって制御される自動化された施設は、電力変動に直面しても確実に動作するために、それらのキャビネット内のコンポーネントに依存しています。 これらのコンポーネントには、ローカル電源、PLC、データ ロガー、ネットワーキングおよびその他の通信機器、IO が含まれますが、これらはすべて電圧サージの悪影響に対して脆弱です。

過電圧としても知られる電圧サージは、次の原因で発生する可能性があります。

• 大型モーターのオフまたはオンなどのプラントフロアの突然の電力イベント• 誘導性または容量性負荷のオフまたはオンによって引き起こされる周期的な過電圧• 数パーセントを超える商用配電線のシステム起因変動• 落雷などの外部イベント

周期的な過電圧、数マイクロ秒から数ミリ秒続く過渡的なスパイク、または電圧の膨張（または低下）のいずれであっても、すべての過電圧は、制御キャビネットのコンポーネントだけでなく、その制御に依存する機械や機器に重大な損傷（さらには完全な故障）を引き起こす可能性があります。戸棚。 制御盤への過電圧の経路は、入力導体と出力導体の両方に沿って存在します。

過電圧後の測定装置の短絡

そのため、過電圧による損傷を防ぐ産業用サージプロテクターが不可欠です。 これらのサージ保護装置は制御盤に取り付けられ、デジタル信号やアナログ信号の伝送、DC 電源や AC 電源に接続されている機器など、高価で敏感な機器から有害なサージ電圧をそらします。

用語サージ保護装置 SPD は、産業用オートメーション システムを電圧サージから保護する幅広いコンポーネントを指す総称です。 SPD は、過渡過電圧を制限し、電流波の方向を変更して、管理可能で安全になるまで過電圧の大きさを低減します。 SPD コンポーネントの 2 つの主要なサブタイプには、サージ アレスタとサージ プロテクターが含まれます。

産業用避雷器説明したように、スイッチングや落雷による過電圧の影響から機器を保護するために、商用電力の変電所やよりローカルな電圧降下場所に設置します。 実際、米国電気規格 (NEC) では、サージアレスタを、サージ電流をバイパスまたは放電することで過電圧を制限し、将来の過電圧に対してこれらの機能を繰り返す能力を維持しながら電流の流れを排除できる保護装置として定義しています。 避雷器は、保護する機器と並列に接続します。 これにより、避雷器が機器を通る電圧サージを制限し、電流を安全にアースに向けることができます。

IEEE 1100-2005 で定義されている電圧サージには、電圧膨張と過渡現象の両方が含まれます。 DIN レールに取り付けられた過電圧および不足電圧制御の画像 (Shutterstock 経由)

産業用サージプロテクターまた、電気および電子コンポーネントを過電圧から保護する役割もありますが、電流を短絡または遮断することによってコンポーネントに供給される電圧を制限することによって保護されます。 これにより、電圧が安全なレベルまで下がります。 このような産業用サージプロテクターを使用すると、設計に適した電流が電源から接続されたさまざまな産業用コンポーネントに流れるようになります。 その後、電源からの電圧がスパイクまたはサージした場合 (および許容しきい値を超えた場合)、サージ保護装置が追加の電力を接地線にリダイレクトします。 多くのサージ保護装置では、余剰電圧の方向を変えるのは金属酸化物バリスタまたは MOV です。

電力会社は交流として電力を送電します。これは、変圧器がそのような電圧を簡単に降圧したり昇圧したりできるためです。 問題は、AC 電源を使用するには、電力品質の高い機器を導入する必要があるということです。

産業用サージ保護デバイスは、3 つの基本的なカテゴリに分類されます。

• 低電圧 SPD• 中電圧 SPD• 高電圧 SPD

高電圧および中電圧の SPD は通常、制限を使用して過電圧に対処します。 対照的に、低電圧 SPD には 3 つの異なる方針があります。