SPD：ワン・アンド・ワンだけじゃない⚡。

火曜日の午前2時。あなたの携帯電話がナイトテーブルの上で鳴り、発信者番号は工場の夜勤責任者だった。あなたの心は沈む。決して良い知らせではない。雷雨は1時間前にこの地域を通過したが、直撃はなく、あなたの家の明かりが明滅することもなかった。しかし、スーパーバイザーの声は必死だ。「ライン3がダウンしている。メインPLC、VFD2台、I/Oカードの半分が焼けている。完全にお手上げだ」。“

私は15年以上シニア・アプリケーション・エンジニアを務めているが、このような話を何度聞いたことか。犯人は嵐そのものではなく、嵐が送電線に送り込む目に見えない殺人者、すなわち過渡過電圧、あるいは一般にパワーサージと呼ばれるものである。これは高エネルギー、短時間の電気スパイクで、敏感な電子機器を一瞬で麻痺させたり破壊したりする。そのコストは、新しいPLCを購入するための数千ドルだけではありません。生産の損失、納期の遅れ、緊急修理費用など、数万ドルから数十万ドルにのぼります。.

ほとんどの施設は、外部避雷針システムを備えているため、守られていると思っている。しかし、それは火災を誘発する直接の落雷から建物の構造を保護するだけである。電力、データ、通信回線に伝導・誘導される大規模な電気サージを止めることはできない。.

そこで登場するのがサージ防護デバイス（SPD）だ。しかし、よく耳にする質問は、「どれが必要なのか？そしてどこに？すべてのパネルにSPDを付けるべきか？“ です。答えは ”イエス “か ”ノー “かだけではない。正しい答えは、SPDの種類とその中のテクノロジーを理解することに根ざした戦略的なものである。このガイドでは、サービスエントランスからフロアの最も繊細な機器まで、サージ保護の理由、内容、場所について、深い理解に焦点を当てながら説明します。 タイプ1対タイプ2対タイプ3のSPD素材比較.

基礎知識：サージプロテクタの仕組み

SPDの種類を説明する前に、SPDが実際にどのような働きをするのかを説明しよう。電気系統を、安定した通常の水圧（電圧）を持つ配管系統と考えてください。サージとは、突然の大規模なウォーターハンマー爆発のようなもので、配管を破裂させたり、電化製品を損傷させたりする圧力の急上昇です。.

アン SPD は減圧弁のような働きをする。通常の電圧条件下では、何もせず、高インピーダンスを示します。しかし、ある閾値（クランプ電圧）以上の電圧スパイクを検出すると、瞬時に非常に低インピーダンスの経路を作り出し、過剰なエネルギーを安全に大地に迂回させる。電圧が正常に戻ると、「バルブ」は再び閉じる。これはすべてナノ秒単位で行われる。.

サージは主に2つの原因で発生する：

1. 外部サージ： これらは大きなもので、落雷（数マイル離れた場所でも）や電力会社の送電網切り替え作業によって引き起こされることがよくあります。落雷は莫大なエネルギーを持ち、主要な電気サービスへの主要な脅威となります。.
2. 内部サージ： このような過渡現象ははるかに一般的で、全過渡現象の最大80%を占めています。このような過渡現象は、モーター、ポンプ、HVACシステム、溶接機などの大きな負荷がオン・オフするたびに、施設内で発生します。その規模は小さいものの、常に繰り返されるこの現象は、時間とともに電子機器を劣化させ、ランダムな早期故障のように思われます。.

こうした脅威は外部と内部の両方からやってくるため、サージプロテクタ1つでは十分ではない。最も効果的な戦略は、“Defense in depth”（深層防御）として知られる協調的で層状のアプローチである。取水口の粗いスクリーンが大きな岩を捕らえ、下流の細かいフィルターが沈殿物を捕らえ、蛇口で最後のカーボンフィルターが水の純度を保証する。SPDはこれと同じカスケード方式で機能する：1回で終わりじゃない

レイヤー化（カスケード化）されたサージ保護システム。.

SPDの階層：タイプ1対タイプ2対タイプ3のSPDを深く掘り下げる

業界では、UL 1449やIEC 62305シリーズなどの規格に基づき、SPDが設置される場所や扱うサージの種類に応じて「タイプ」に分類しています。これを理解する タイプ1 vs タイプ2 vs タイプ3 SPD ヒエラルキーは強固な保護計画の基礎である。.

タイプ1 SPD：最前線のディフェンダー

タイプ1のSPDは、システムの最初の防衛線です。サービスエントランスに設置される頑丈なゲートキーパーで、電力会社からの電力が建物に入る場所です。ライン側」（メインブレーカーの前）または「負荷側」（メインブレーカーの後）のいずれにも設置できますが、その主な仕事は、最も強力な外部サージに対処することです。.

• 場所 主配線口、主配電盤、または商用変圧器。.
• 目的 直撃または近傍の落雷による高エネルギー過渡現象や、ユーティリティの大規模なスイッチング・イベントから保護する。.
• キースペック タイプ1のSPDは、次のような衝撃に耐えられるかどうかで定義される。 10/350µs 電流波形, インパルス電流（Iimp）と呼ばれる。この波形は、直流雷電流の巨大なエネルギーと長い持続時間をシミュレートしています。高波に耐えられるように作られていると考えてください。.
• ヒント：建物に外部雷保護システム（避雷針）がある場合、タイプ1のSPDは推奨されるだけでなく、必須である。. 雷保護システムは、地面への直接打撃を安全に伝導するように設計されていますが、そうすることで、タイプ1のデバイスのみが対応できる大規模なサージを電気システムに誘導します。.

タイプ2 SPD：施設の主力製品

タイプ2のSPDは最も一般的なタイプで、施設全体のサブパネルや分電盤を保護します。過電流保護装置（サーキットブレーカーなど）の「負荷側」に設置するように設計されています。.

• 場所 配電盤、分岐盤、精密機器への給電。.
• 目的 タイプ1のSPDが「通過」させる残留サージエネルギーを上流に転換し、さらに重要なことは、施設内で頻繁に発生するサージを抑制することである。.
• キースペック タイプ2のSPDは 8/20µs電流波形, 公称放電電流（In）として知られている。この波形は、10/350µs 波よりもはるかに速い立ち上がり時間と短い継続時間を持ち、内部で発生したサージや外部で発生したサージの残骸の特性をシミュレートしています。これらは、主潮流が護岸によって打ち砕かれた後の、港湾内のぎざぎざした予測不可能な波を扱うものと考えてください。.

タイプ3のSPD：使用段階での最終仕上げ

タイプ3 SPDは、保護する機器のすぐ隣に配置される最終的な保護層です。サージ保護された電源タップやプラグイン・アダプター、あるいは繊細な電子機器に直接組み込まれていることもあります。.

• 場所 コンセントまたは機器の接続部、通常は負荷から10メートル（約30フィート）以内。.
• 目的 タイプ2のSPDを通過することができる小さな高速過渡電流や、近くのデバイスから発生する過渡電流をクランプします。その主な利点は、最も必要とされる場所に非常に低いクランプ電圧を提供することです。.
• キースペック タイプ3のデバイスも8/20µsの電流波でテストされるが、その焦点は巨大なエネルギー処理ではなく、より低電圧にある。 電圧保護定格 (VPR) または 電圧保護レベル（上）. .この定格は、機器がさらされる最大電圧を示しており、繊細な電子機器にとっては、低い方が常に有利です。.
• プロのアドバイス タイプ3のSPDだけに頼ってはいけない！洪水をコーヒーフィルターで止めるようなものだ。上流のタイプ1とタイプ2のデバイスが力仕事をしなければ、大きなサージはタイプ3のデバイスと、それが保護するはずの機器を即座に破壊してしまう。.

特徴の比較：タイプ1 vs タイプ2 vs タイプ3

インサイド・ザ・ボックスSPD技術の素材比較

では、実際にこれらのデバイスの内部には何があり、電気工学の高速技を可能にしているのだろうか？SPDの “タイプ ”はその用途を定義しているが、内部の部品技術こそが実際の仕事である。素材の選択は、デバイスの性能、寿命、コストを決定する。主なコンポーネントは4種類あり、ハイブリッドで使用されることが多い。.

1.金属酸化物バリスタ (MOV)

MOVはサージ保護の世界では誰もが認める主力製品で、タイプ2およびタイプ3のSPDの大半に使用されています。これはセラミック半導体デバイス（主に酸化亜鉛と他の金属酸化物）で、電圧感応スイッチのように動作します。通常の電圧では、その結晶粒界が高い抵抗を生み出す。電圧が急上昇すると、これらの境界はナノ秒単位で破壊され、抵抗はゼロ近くまで下がり、サージ電流をアースにシャントする。.

• 長所だ： 応答速度が非常に速く、サイズの割にエネルギー吸収能力が高く、比較的安価である。.
• 短所だ： サージをそらすたびに劣化する。そのたびに材料がわずかに変化し、クランプ電圧が低下します。時間が経つと、短絡状態で故障することもあります。このため、MOVを使用した最新のSPDには必ず温度ヒューズとステータスインジケータを搭載し、寿命が来たら安全に切り離す必要があります。.

2.ガス排出管 (GDT)

GDTは、不活性ガスで満たされた小さなセラミック管に封入された2つ以上の電極から成るシンプルで強力なデバイスです。電極間の電圧がガスの耐圧を超えるとアークが発生し、極めて低抵抗の経路（仮想短絡）が形成される。.

• 長所だ： 非常に高いサージ電流を扱うことができ（タイプ1アプリケーションの雷レベルのイベントに最適）、静電容量が非常に低く（データ/テレコム回線に最適）、MOVのように使用による劣化がなく、非常に堅牢である。.
• 短所だ： MOVよりも反応が遅い。アークがトリガーされると、「追従電流」と呼ばれるアークが発生し、サージが通過した後も、線間電圧がアークを維持するのに十分である限り、導通し続けます。これはAC電力線を破壊する可能性があり、多くの場合、アークを消すために二次コンポーネント（MOVやヒューズなど）が必要になります。.

3.スパークギャップ

スパークギャップは、元来の「力技」サージプロテクタです。最も単純な形は、小さなエアギャップによって隔てられた2本の導体です。非常に高い電圧（雷など）が発生すると、アークがギャップを飛び越え、電流を転換します。最近の「トリガー式スパークギャップ」は、第3の電極や電子回路を使用することで、より確実に、より低く制御された電圧で発火する、より高度なバージョンです。.

• 長所だ： 想像しうる最高レベルの雷電流（Iimp > 100 kA）に対応可能。驚くほど堅牢です。.
• 短所だ： 非常に遅く、正確でないトリガー電圧で、通常はヒューズまたはブレーカーによって消滅させなければならない大きな追従電流を発生させる。力技が優先されるユーティリティの変電所や主要なサービスエントランスに設置されるヘビーデューティタイプ1のSPDにほぼ独占的に見られる。.

4.過渡電圧抑制（TVS）ダイオード

TVSダイオードは、超高速ツェナーダイオードのような半導体デバイスで、サージ保護用に特別に設計されています。外科手術のような精度で電圧をクランプする、SPD界の精密機器です。.

• 長所だ： 応答時間が非常に速く（ピコ秒）、クランプ電圧が非常に正確で、（定格内で）繰り返し使用しても劣化しない。.
• 短所だ： 他の技術に比べ、エネルギー処理能力ははるかに低い。繊細な基板レベルのコンポーネントを保護するのに最適で、タイプ3デバイスの保護の最終段階として使用されることが多い。.

材料技術マトリックス：一目でわかる比較

重要な収穫 完璧なSPDとは、多くの場合、単一の技術ではなく、以下のようなものである。 ハイブリッド・デザイン それぞれの長所を活かす高性能なタイプ1またはタイプ2のSPDで一般的で非常に効果的な組み合わせは、巨大なエネルギーを処理するGDTまたはスパークギャップと、応答時間とクランプ電圧を管理するMOVの組み合わせです。.

理論から実践へ：3ステップの選択と設置ガイド

さて、ここからが最も重要な部分だ。これらすべてをどのように施設に適用するか？優れたデザインは、明確で論理的なプロセスに従っている。.

ステップ1：プロテクションゾーンを理解する（LPZコンセプト）

IEC 62305規格は、雷保護ゾーン（LPZ）の概念を導入しています。建物を入れ子になった一連の箱と考え、各層がより多くの保護を提供します。目標は、各ゾーンの境界にSPDを設置し、サージエネルギーを徐々に低減することです。.

ゾーン境界におけるSPDの配置を示す雷保護ゾーン（LPZ）のコンセプト。.

• LPZ 0： 建物の外で、直撃雷と完全な電磁場にさらされる。.
• LPZ 1： 建物のすぐ内側、最初の保護装置（タイプ1 SPD）の後のエリア。.
• LPZ 2： 建物の奥深く、二次保護装置（タイプ2 SPD）の後。.
• LPZ 3： ファイナルデバイス（タイプ3 SPD）によって保護された、センシティブデバイスの周辺エリア。.

ステップ2：SPD選択決定ツリー

このシンプルなツリーを、あなたの選択プロセスの参考にしてください。.

ステップ3：4つの重要な設置チェック

何万ドルもするSPDシステムが、ずさんな取り付けによって使い物にならなくなっているのを見たことがある。物理学は容赦ない。これらのルールに忠実に従うこと。.

1. 正しい位置 SPDは、保護するパネルや機器のできるだけ近くに設置してください。.
2. 短いリード長： これは 最も重要な設置ルール. .SPDをパネルの相とアースバーに接続するワイヤーにはインダクタンスが加わります。ワイヤーが1インチ伸びるごとに、急上昇するサージ時の貫通電圧が増加します。追加される電圧は、1フィートあたり数百ボルトにもなります！ プロからのアドバイス：リードの長さは常に0.5メートル（約20インチ）以下に保つこと。. 誘導ループを減らすために、相線と接地線を一緒にねじります。.
3. しっかりとした接地： SPDの仕事は、エネルギーを地面に迂回させることです。アースシステムが貧弱（高抵抗）であれば、エネルギーは行き場を失い、SPDはその役割を果たせません。単一で低インピーダンスのグランドリファレンスがあることを確認してください。.
4. 適切な過電流保護： SPDはサーキットブレーカーまたはヒューズを介して接続する必要があります。これはSPDをサージから保護するためではなく、万一寿命が尽きた場合に電源から安全に切り離し、火災の危険を防ぐためです。このブレーカーのサイズについては、必ずメーカーの推奨に従ってください。.

よくある質問（FAQ）

1.タイプ3のSPD（電源タップのようなもの）を取り付けるだけで、大型のものを省略できますか？
いいえ、これは一般的でコストのかかる間違いです。タイプ3のデバイスは、小さな残留サージにしか対応できません。ユーティリティからの大きなサージや近くの落雷は、デバイスを破壊し、おそらくデバイスに接続されている機器も破壊します。サージを管理可能なレベルまで低減するには、上流のタイプ1およびタイプ2のデバイスが必要です。.

2.私のサージプロテクタを交換する必要があるかどうか、どのように私は知っていますか？
最近のパネル・マウント型SPD（タイプ1および2）のほとんどには、ステータス表示灯または機械的なフラグが付いている。通常、緑は機能していることを意味し、赤、オフ、または別の色は、保護が損なわれ、ユニットの交換が必要であることを意味します。一部の高度なシステムには、ビル管理システムに接続できるリモート・モニタリング・コンタクトもあります。.

3.サージプロテクタとサーキットブレーカの違いは何ですか？
サーキットブレーカーは 過電流-システムが過大な電流を持続的に引き込む状態（短絡や過負荷のモーターなど）。遅効性の熱磁気デバイスです。SPDは以下から保護します。 過電圧-極めて高速で短時間の電圧スパイク。この2つの機能はまったく異なるが、同様に重要な保護機能である。.

4.サージプロテクタは直撃雷から機器を守ってくれますか？
構造物自体への直撃から100%を保護する装置はありません。適切に設置された雷保護システム（LPS）が直撃に対応します。タイプ 1 の SPD は、構造物への巨大な電流を処理するように設計されています。 から送電線に伝導される。 そのストライキ。これらは完全なシステムの2つの部分である。.

5.kA定格は高ければ高いほど良いのですか？
ある点まで。IimpまたはInの）kA定格が高いほど、そのデバイスはより多くのサージエネルギーまたはより多くのサージイベントをその耐用年数にわたって処理できることを意味するため、一般に、より堅牢で長持ちするデバイスであることを示します。しかし、曝露レベルに対して適切なkA定格が得られれば、より低いkA定格のデバイスはより長寿命であることを示します。 電圧保護定格（VPR）以上 繊細な電子機器を保護するためには、より重要な要素となる。.

6.なぜ設置リードの長さが重要なのですか？
インダクタンス。電流の急激な変化（サージなど）に抵抗する。この抵抗により、ワイヤに沿って電圧降下が生じます。サージ発生時、この電圧はSPDのクランプ電圧に加わり、機器にかかる総電圧を増加させます。短くてまっすぐなワイヤーは、この追加電圧を最小限に抑えます。.

7.雷雨の少ない地域でSPDは必要ですか？
そうです。最大80%のサージが内部で発生することを覚えておいてください。モーター、コンプレッサー、VFDが回転するたびに、小さなサージが発生します。ユーティリティ・グリッドのスイッチングもいたるところで発生します。これらの事象は、電子資産の寿命と信頼性を低下させる累積的な損傷を引き起こします。.

8.パネルマウントSPDを自分で取り付けることはできますか？
資格と免許を持った電気技師でない限り、してはいけません。設置には、生きている、または生きている可能性のある電気パネルの内部での作業が含まれ、非常に危険です。安全性、コンプライアンス、有効性のために、必ず専門家に依頼してください。.

結論では、すべてのパネルにSPDを付けるべきか？

最初の質問に戻ろう。答えは、やみくもにSPDをつけるのではなく すべて パネルを取り付けることができる。 電気系統の重要な移行ポイントに、戦略的にSPDを選択します。.

ということだ：

1. ブルートフォースで始めるタイプ1デバイス 外からの高波に対応するため、サービス・エントランスに設置された。.
2. ワークホース・タイプ2デバイスの追加 繊細で重要な機械に給電する重要な配電盤で、内部の波の揺れに対応する。.
3. 精密なタイプ3装置による仕上げ 最も脆弱な制御機器、データ機器、マイクロプロセッサー・ベースの機器を保護する。.

の違いを理解することである。 タイプ1 vs タイプ2 vs タイプ3 SPD を掘り下げていく。 材料比較 MOV、GDT、およびその他の技術を使用し、調整された多層サージ保護戦略を実施することで、細心の注意を払って設計し、正確に設置することで、大惨事となるような故障を回避することができます。電気は点滅するかもしれませんが、重要なシステムはオンラインを維持し、次の嵐までぐっすり眠ることができます。.