[ Home > 電気製品の EMC／安全適合性 > バナナの皮 ]
概要
2010年9月23日4時25分、RMS Queen Mary 2 (QM2) がバルセロナに近付いていた時、 その船の船尾主配電室で爆発が起きた。 数秒後、4機の推進機全てが停止し、直後にその船は停電した。 幸い、その船は航法上の危険なしに外洋を漂流した。
非常用発電機が自動的に始動して船に重要な電源を供給し、 船尾主配電室内に設けられた船尾高調波フィルタ室で爆発が発生したことがすぐに判明した。 船尾主配電盤が切り離されて主発電機が再始動させられ、 5時23分に船は航海を再開でき、その後、9時0分頃にバルセロナに停泊した。 負傷者はいなかった。
その事故は船尾高調波フィルタと周囲の構造に多大な損傷を引き起こした。 1つは船尾高調波フィルタ室の中の、もう1つは船尾主配電室の中の、 2機のスプリンクラー・ヘッドが作動した。
その爆発は船尾高調波フィルタのコンデンサの劣化によって引き金を引かれた。 コンデンサの電極間で内部放電が生じ、これは絶縁材を蒸発させ、 コンデンサが破裂するまで内圧を上昇させた。 絶縁油の蒸気が噴出して発火し、 高調波フィルタに給電する 11000V バスバーの間に放電を起こしやすい条件を生じる。
コンデンサの劣化を警告する唯一の手段であった電流不平衡検出システムは 動作しなくなっていたことが判明し、 それが何年ものあいだ作動していなかったことは明らかであった。
コンデンサの故障からの電気的妨害がブレーカを開かせて 船尾高調波フィルタを電源網から分離する。 停電に関する詳細な履歴データのためのオプションは建造時に選択されていなかったので、 その後の停電の正確な原因を突き止めることはできなかった。 だが、封じ込めることができず、発電機の停止をもたらした電源網の広範な不安定性を、 その事故の際の船尾高調波フィルタ内の破壊が引き起こした可能性が最も高いと考えられる。
Lloyd's Register (欧州、中東、及びアジア) は、国際船級協会連合から次のことを勧告された:
Maritime and Coastguard Agency は、 電源網上の過剰な高調波歪みの有害な影響に関する所定のガイダンスを作り、 高圧機器内のアーク放電の危険について気付かせるために Code of Safe Working Practices for Merchant Seamen を更新するように勧告された。
QM2 の管理会社の Carnival UK も、次のことを勧告された: 高調波歪みとコンポーネントの故障の影響に対する保護の規格の改善; そして、船の安全に顕著に影響し得る故障状態を示す警報を同定して優先度を付けるための、 QM2 に取り付けられた機械警報システムのレビュー。
(Extracts taken from: “Report on the investigation of the catastrophic failure
of a capacitor in the aft harmonic filter room on board RMS Queen Mary 2
while approaching Barcelona 23 September 2010.
VERY SERIOUS MARINE CASUALTY REPORT NO 28/2011 December 2011”
available from http://www.maib.gov.uk/publications/investigation_reports/2011/qm2.cfm,
along with a set of Annexes.)
Editor - I find it interesting that they had a procedure for checking and recording
the current monitors on the harmonic filter capacitors,
but no procedure for what to do when their readings were wrong!
Dan Hoolihan: キャリアの中でペースメーカー会社と仕事をしたことがあると言っていたと思いますが、 そこでどのような試験をして、どのような結果を見たのかを簡単に教えていただけませんか?
Jim Toler: そう。 それがまだ事業を続けているかどうかはわかりませんが、 きっかけは、Cordis というマイアミのペースメーカー製造業者からの話でした。 だが、Dr. Peter Harjean が助けを探して Georgia Tech に来ました。 彼の懸念は、パルス・レーダー・システムが、 植え込まれたペースメーカーのパルス・レートをどうにかして変えるかも知れないということでした。 そこで、Peter は私がいくつもの医学会議に行ってペースメーカー製造業者と合えるようにしました。 彼は私を連れて行って彼らに紹介してくれました。 その後、彼らは EMI/EMC 評価のために Georgia Tech にペースメーカーを持ち込み始めました。
私たちはどうやって試験を行なうかに取り組みました。 単に空気中に置いたのでは、その通常の設置場所と全く似ていません。 そこで、体組織の、少なくともその要素の代用として塩水を用意し、 ペースメーカーを塩水の中に置いてそのリードを水平に引き出すようにしました。 Georgia Tech には数台の高出力レーダー・システムがありましたので、 その溶液の中でその環境に曝しました。 興味深いことに、最初の試験は最も多い、世界で最も多い販売数のユニットに対するものでした。 販売数の上では、それは世界で最良のペースメーカーでした。 最初のレーダーを作動させた時、 レーダーのパルス・レートがペースメーカーのパルス・レートを変えました。
Dan Hoolihan: あまり良くないですね。
Jim Toler: そこで、ペースメーカーの試験とともに、ペースメーカーの設計を調べ始めました。 設計の問題は圧倒的なものではなく、 基本的には伝統的なフィルタとシールドが行なわれていましたが、 それは生物学的に適合した形で行なわなければなりませんでした。 考慮しなければならないのはそれだけでした。 そこで、ペースメーカー製造業者のためのかなり大規模な試験計画を、ここと海外でやり終えました。 それは我々全員にとっての学習の機会であり、その過程で数人の非常に良い友人を得ました。
Dan Hoolihan: その後、例えば電子レンジの問題にも関係しましたか? 電子レンジとペースメーカーの? レーダーについての研究はそれにどのように関係しましたか?
Jim Toler: 電子レンジは、勿論、パルス電磁界ではなく連続的な電磁界です。 従って、最初から、電子レンジからの影響はそれほど大きくないかも知れないと考えていました。 だが、それらは当時懸念されていたものでした。 電子レンジを並べ、扉を閉めて試験を始めました。 それから扉を所定の幅だけ開けると、当然、放射レベルは増加しました。 それから開ける幅が増やしていきました。 そして、ペースメーカーは、概して電子レンジに影響されませんでした。 私たちはそれをかなり良く実証し、電子レンジの曝露の懸念の一部を解消するポイントに達しました。 それは当時の公衆の懸念でしたが、 技術的あるいは工学的な観点ではそれほどのものではありませんでした。
(Extracts taken from: “Interview with Jim Toler at the 2013 IEEE International Symposium on EMC” by Dan Hoolihan under the pen name “Espresso Engineering”, published in the 2014 IEEE Electromagnetic Compatibility Magazine - Volume 3 - Quarter 1, available from http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6798791)
最近の選挙は最も心を決めた投票人にとってさえも試練となることがわかった。 長い、ゆっくりと動く投票の列と、 北東部のハリケーン被害を受けた地域に性急に導入された無計画な解決に加えて、 投票人は全国にわたるいくつかの州での電子投票機の誤動作にも曝された。 ペンシルバニアでは、ユーザー「centralpavote」が公開した、 その機械のタッチ・スクリーンが Barack Obama 大統領が 共和党の大統領候補 Mitt Romney と誤って投票されたことを示す YouTube ビデオの後、 投票機は「使用停止」とされた。
そのビデオ投稿者はビデオの説明で、 Obama 大統領の名前の横のチェックボックスを何度か選ぼうとし、 その度にその代わりに Romney の名前がハイライトされたと説明している。
「ソフトウェア開発者として、私はすぐにトラブルシュート・モードに入った。 私は最初はキャリブレーションが外れていると考え、 実際には Obama がハイライトされるようにと、Jill Stein を選択しようとした。 駄目だ... 私は両側の投票者に何か問題がないかと尋ね、彼らはないと答えた。」と彼は言った。
表示技術専門家で、Information Display の編集者である Alfred Poor によると、 タッチ・スクリーンを備えた多くの電子デバイスは、 2つの導体のあいだの電荷の蓄積と交換に、 そして「導電性センサ層の面の上に電磁界が『投影』されるという事実」に依存する、 「投影容量」として知られている技術を用いている。
タッチ・モジュールをガラス板でカバーしても、 導体が近くにある時の検出能力は損なわれない。 Poor は「画面に指で触れた時、その場所のそれぞれの導電層から電荷の一部が奪われ、 それぞれの導体は独立にチェックされるので、 同時に触れられた複数の箇所を同定することが可能である。」
だが、 Poor は、 その導体のシステムは「電磁干渉からの電気的ノイズの影響を受けやすく」、 どの信号が実際の接触点からのものであるかを読み間違え、 電子デバイスの意図しない動作をもたらし得る、と警告する。 現時点で、当局はペンシルバニアの電子投票機の誤動作の原因を同定していない。
(Taken from http://www.interferencetechnology.com/pennsylvania-voting-machine-malfunction-emi-related, 11/08/2012. For more information, visit The Raw Story: http://www.rawstory.com/rs/2012/11/06/pa-voting-machine-taken-out-of-service-for-flipping-votes-to-romney-report and PC Advisor (http://www.pcadvisor.co.uk/news/digital-home/3405657/how-it-works-technology-of-touch-screens/).
実際に、2010年、日本の商店街に LED ランプが設置された後で、 アナログのテレビとラジオの放送の受信品質の低下が生じた [2]。
(Taken from “Measurement and Modelling of Electromagnetic Noise from LED Light Bulbs”
by Y Matsumoto et al in the 2013 IEEE Electromagnetic Compatibility Magazine
- Volume 2 - Quarter 4, available from
http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6714699.
Reference [2] is [2] S. Kanno, N. Hirasawa and Y. Akiyama,
“A study on the correlation between common mode voltage measured by using CDNE
and radiated electromagnetic field strength emitted from LED bulbs”,
IEICE Tech. Rep., EMCJ 2011-12, pp. 13-17, Dec. 2011.)
光ファイバーは、電磁干渉 (EMI)、スパイク、サージ、そしてグランド・ループへの耐性を持つ。 そのデータは銅線の上を伝搬しない; それは光のビームで運ばれる。 これは、例えば機械の電動機が強力な磁界を発生し得る工業用途で高い価値を持つ。 Wi-Fi とセルラー・ネットワークは同様の利点を与える。
だが、データ通信範囲を銅線で拡げることは望ましくない電気的事象のリスクを増大させる。 接続されたデバイスのあいだの距離が大きくなれば、 それが異なる接地基準を持つ可能性が、 そしてそれに関連するグランド・ループのリスクが高くなる。 もしケーブルが工業環境に設置され、機械の近くを通るならば、 広い範囲は EMI の機会も増大させる。
銅線網はサージ抑制と絶縁で保護されるべきである。 サージ・サプレッサは信号と接地線のあいだのスパイクを制限し、 電源線の最初の防衛線として配備されるべきである。 現在のモデルは、DIN レールに取り付けられ、あるいはキャビネットに直接接続され、 39kA までのサージ防護定格と 1ns 以下の応答時間を持つことができる。
だが、グランド・ループ事象で生じるように接地線が上昇する時、 絶縁が必要となるだろう。 アイソレータはデータ信号を光か電界のパルスに変換し、また戻す。 スパイクとサージはその絶縁ゾーンで阻止される。 アイソレータは DC 電源を AC に変換して戻すことで電源線を保護する。
(An extract from: “Five options to extend reach of your Ethernet network” by Mike Fahrion, who is the director of product management at B&B Electronics http://www.bb-elec.com, published in the Industrial Ethernet Book Issue 79 / 46, November 2013, pages 36-37, available at http://www.iebmedia.com/.
無線周波干渉 (RFI) は、誘導加熱装置や RF 安定化アーク熔接機とともに、 ある種の機械や携帯型工具によっても引き起こされる。 新しいタイプの電子制御式の機械は RFI の被害者となり得る。 それは金属加工分野での来るべき問題であり、 その可能性を無視する人のための前兆となるトラブルである。 長年にわたって干渉に関して多くの作業が行なわれてきたが、 機械の RFI は 1年半ほど前に始まった...
熔接機と誘導加熱装置からの無線干渉が認識され、良く制御された問題となった時、 敏感な受信機を使っていた海軍の技術者は、 何かがまだ問題を引き起こしていたことを見出した。
干渉は自然や人工の様々な電気的妨害によって引き起こされ得る。 だが、この特定の干渉はいくつかの機械に関係する特定の種類の電気機器まで追跡された。
多くの形
干渉は多くの形を取り得るし、 通常のラジオ放送と受信機を含む広範な電気デバイスによって引き起こされ得る。 だが、それが運用される専用の周波数や帯域を割り当てられているため、 放送局やアマチュア送信機が主な犯人であるケースは少ない。 もし局が外れれば、そのオペレータがそれについて聞くことは確かである。
機械によって引き起こされるほとんどのトラブルの原因は、 通常の放送や海軍で使用されている周波数で放射する電流サージを引き起こす 電気デバイスからのものである。
これらはスイッチ接点間のスパーク、誘導機構からのハム、ブザーからの静電気、 そしてその他の同様の活動からのものであり得る。 この多くは単にその機構からの副作用である; 機械所有者にとって特に望ましいわけではないが、危害は生じない (と考えるかも知れない)。 だが、それは生じる。 発生した RFI は通常の無線信号のように送信され、普通の無線機器によって受信され得る。
遠隔での妨害
工業プラントからの干渉信号は、何マイルも離れた空港の地上 — 空中間通信を損なうかも知れない。 ILA (計器着陸侵入) や GCA (地上誘導着陸) を用いているパイロットは、 もし管理されていない干渉がその通信を覆い隠したならば無力となろう。 他の多くのものとともに オレゴンの工場の電子デバイスがジョージアの空中 — 地上通信を妨害した事例が記録されている。
スパーク
ほとんどの「電気的ノイズ」は、電力の流れの突然の変化、スパーク、 あるいは電流サージによって引き起こされ、しばしば望ましくない影響を生じる。 もしスパークが設計によってシステムから排除されたならば、 制御デバイスは簡略化できる。
この1つの良い例は、長いあいだ突然の RF ノイズ発生源で、 改善を必要とする製品であった、蛍光灯スタータである。 蛍光灯の設計を行なっているある小さい企業が、 改善された、RFI を生じない照明器具を開発した。 この設計のランプが通常の蛍光灯の何倍も保つことがわかり、 その企業は今はそれを干渉が望ましくない用途のために販売している。
海軍はこの問題について相当の研究を行なっており、比較的多くの情報を持っているものの、 干渉は海軍の問題というだけではない。 干渉の問題は多くの産業と多くの種類の機器に影響する。
電流サージ
例えば、海軍は計算機械の一部が問題にあり得ない答えを返すことに気付いた。 多くの調査の後で、彼らは計算機械が拾い上げて数値に加えた電流サージを アークを生じている蛍光灯が電力線に逆流させていたことを見出した。 計算機械はこのケースでは極度に脆弱と呼ばれるかも知れないものであり、 電源線干渉を拾い上げて誤った答えに変換しないように その制御システムを再設計することが可能であった。
これは RFI の分別のない側面でもある。 あるニューヨークの新聞が、 あるホテルの客が部屋に幽霊がいると確信しそうになったと報じた。 実際には、ホテル内無線システムが送信していたベルボーイへの無線呼び出しを 彼の補聴器が拾っていたものであった。
補聴器は無線呼び出しを拾えるべきではない ―― それは増幅器と考えられており、それ以上のものではない。 疑いなく、それが修理され、調整されたのは昔のことである。
(Extracts taken from: “Radiofrequency Interference―A Problem of Automatic Machine Control” by Charles D. Emerson, Associate Editor, American Machinist and Leonard W. Thomas, Interference Reduction Section, Bureau of Ships, from Bureau of Ships Journal, May 1956, as adapted from American Machinist, November 7, 1955 - as republished in “Quasies and Peaks” in the 2013 IEEE Electromagnetic Compatibility Magazine - Volume 2 - Quarter 4, available from: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6714693.)
自動認識産業団体が、医用デバイス、医薬品、血液、そして人体の生理機能への タグとリーダーの送信の影響の同定のために使用できる一連の方法論を 2009年初期までに公表することを望んでいる。
「[RF のヘルスケア環境での影響を調査する] 多くの異なる研究や試験が行なわれてきた」 と AIM Global の社長の Dan Mullen は言う、 「そして、何らかの懸念や問題があるかどうかを判断するために産業界が見て使うことができる、 再現可能で一貫した試験プロトコルのセットを、 REG (RFID Experts Group) に協力しているメンバーのために作ることを決めた。」
Mullen は、7月に明らかになったいくつかの研究、 特に Indiana University Purdue University Indianapolis (IUPUI) の研究者と RFID コンサルティング/システム・インテグレーション・ファームである BlueBean が行なったもの、 そして政府の研究プロジェクトの一部として オランダの University of Amsterdam の Academic Medical Center が行ない、 Journal of the American Medical Association (JAMA) で公表されたものを引用する。
双方の研究は、RFID システムからの電磁放射が 輸液ポンプ、EKG モニタ、そしてその他の医用機器を妨害しそうかを調査した。 だが、彼らの調査結果は異なる。 IUPUI/BlueBean の研究は電磁環境での問題を見付けなかった (New RFID Study Finds No Interference With Medical Devices を参照) が、 オランダの研究は 非臨床環境の救命救急機器への RFID による EMI のインシデントを見付けた (Researchers Warn RFID May Disrupt Medical Equipment を参照)。
「ある段階で、これについて何かを行なう必要があることに気付いた」と、 REG の議長で Q.E.D. Systems の CEO の Craig Harmon は言う。 Harmon は、 彼や他の人が IUPUI/BlueBean と University of Amsterdam の研究に関連して 多くの連絡を受けていると、 そして産業界が最も懸念しているのは AIM Global の性急な活動であると言う。 その組織は最初は FDA (米国食品医薬品局) がその試みを主導すると考えていたが、 後に、そのようなイニシアティブには2〜3年を要すると認めた FDA の代表と合って考えを変えた。
「それほど長く待つことはできない」と Harmon は言う。 「病院での RFID の使用が禁止されていると言っている人は知らないが、 特定の例を示せるようなものではなく噂のようなものであるものの、 ある種のヘルスケア組織がこの技術の使用を先送りにしていると聞いている。」
REG は3組の試験プロトコル・スイーツを策定するだろう: 1つは医用デバイス (植え込みとウェアラブル); 2つめは臨床機器の感受性; そして3つめは薬学、生物学、血液製剤、そして人体生理学。 そのプロトコルは、最初は、IEEE 802.11 や Wi-Fi (2.45GHz) とともに、 ISO 11785 (125kHz 周波数帯を用いる)、ISO 14443 と ISO 15693 (13.56MHz)、 そして ISO 18000-6C と EPC Gen 2 (860〜960MHz) を含む 11の異なる RFID 規格に基づく無線周波識別システムに焦点を当てるだろう。
その任務を成し遂げるため、REG は RFID の分野で先導的な3つの大学 ――Georgia Institute of Technology、 University of Pittsburgh、 そして University of Texas at Arlington―― と共同作業を行なうだろう。 そのグループは次の6ヶ月程度のあいだに試験プロトコルを用意したいと考えているが、 その作業は時間を要するだろう、と Harmon は言う。
REG は、試験プロトコルの作業を終え次第、 コメントと承認のために FDA に送ることを計画している。 AIM は、その後、試験機関、ラボ、そして大学が その試験プロトコルを入手できるようにしたいと考えている。 そのプロトコルがどのようにライセンスされるかの詳細はまだ検討中であるが、 Harmon は、そのプロトコルは、共同研究協定のもと、それがどことなるかは未定であるが、 その策定に直接関与した企業と大学が所有することになるだろうと言う。
(Extracts taken from: “AIM Global to Develop Protocols for Testing Effects of RFID Emissions in Health Care” by Beth Bacheldorin the RFID Journal, http://www.rfidjournal.com/articles/view?4384.)
Last update: 2014-07-13