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保護継電器システムの試験に関する ANSI と IEC の協調

by Nicholas Wright, Product Manager, Haefely Test, Switzerland

翻訳: T.Sato

IEC 61000-4-12、製品規格 IEC 60255-1 並びに IEC 60255-4、そして ANSI C37.90 は、 並立した出版物として長年存在してきた。 それらは、変電所で使用するための電子機器の試験に関係している。 ANSI 規格のある版は、IEC と ANSI の振動波発生器の定義の違いを取り除いた。 だが、依然としてその試験方法にはいくつかの相違点がある。

波形

Figure 1
Figure 1: 周波数 1MHz の振動波

Figure 2
Figure 2: 2.5kHz のファスト・トランジェント (IEC 61000-4-4 と同様)

電源回路内のスイッチングは、減衰振動波とファスト・トランジェント波を発生する。 これらは、非常に早い立上り時間、低いエネルギー、 高い繰り返し率を持つ干渉のバーストによって特徴付けられる。 新しい ANSI C37.90 規格は、この用途で使用するための２種類の波形を規定している。 これらの波形の例は、Figure 1、及び 2 に示す。 全てのインターフェースにおけるこれらの波形の試験レベルは、振動波については 2.5kV、 EFT/B (電気的ファスト・トランジェント/バースト) については 4kV である。

これらの波形は、並立している IEC 製品規格 60255-1 (振動波)、 及び 60255-4 (EFT/B) とは別に規定されている。

結合

使用されるいかなる結合回路網も、 試験されるインターフェースに試験信号を注入でき、 かつ試験信号の保護リレー用電源や補助制御インターフェースへの伝搬を 防止できるものでなければならない。

双方の種類の試験について、２つの結合方法が用いられる： コモン・モード、及び横 (差動) モード。

コモン・モード結合は、いずれの場合でも、 結合/減結合素子としてインダクタとコンデンサを用いた古典的な CDN、 あるいは IEC 61000-4-4 の EFT 試験で通常用いられているような 容量性クランプのいずれかを用いて実現できる。 後者は、試験信号が常にグランドを基準としたものであることから可能となる。 容量性クランプの唯一の不利な点は、それが結合を与えるものの減結合を与えず、 EUT と使用されている任意の補助機器の双方へ試験インパルスが伝達されることである。

横モードは、試験信号がケーブルやケーブルのグループの間に印加されるので、 古典的な CDN を必要とする。 横モード試験はデータ通信や信号用のインターフェースには適用されないので、 振動波と EFT インパルスの双方のために標準的な電源線用 CDN を使用できる。 その用途から、これは３相用 CDN を用意しなければならないことを意味する。

試験システムの検証

Figure 3
Figure 3: 振動波の検証

Figure 4
Figure 4: EFT 波形の検証

再現性を保証するために、 ANSI C37.90 はそれぞれの試験セッションの前、及び後の 試験システム性能の検証を要求している。 これは、毎年、あるいは規定された期間ごとに行なわれる、 より詳細な測定を伴うシステム校正と混同してはならない。 この検証は、以下のものの試験を必要とする：

IEC 規格と対照的に、波形パラメータの検証は 試験セッションで用いられる任意の結合/減結合回路網を含めて実施するように規定されている。 波形は、EUT が接続される箇所で正しくなければならないと明確に示されている (iEC 規格はこの点に関して不明確であり、CDN ありとも、なしとも解釈できる)。

それぞれの発生器について、波形の検証は以下のものの測定を含む：

  1. 波形の立上り時間 (EFT)
  2. 最初のピークの立上り時間 (振動波)
  3. 無負荷でのピーク電圧レベル
  4. インパルス周期 (EFT)
  5. 波形の減衰 (振動波)

それらの波形は記録され、試験報告書に含められるべきである。

ANSI C37.90 の Annex A によれば、校正は Figure 3、及び 4 で示されるようにコモン・モード測定のみで実施される。

外部でのピックアップに伴って現れる干渉信号を避けるために、 フィード・スルー試験は 発生器のグランド端子と測定システムの入力のあいだで可能な 最小のケーブルを用いて行なわねばならない。

試験手続き


Figure 5
Figure 5: 電源ラインのための ANSI C37.90 試験セットアップ

インパルスは、適切な結合デバイス (CDN か容量性クランプ) を用いて EUT の関係するポート全てに印加すべきである。 EUT は可能な限り通常の動作条件とすべきであり、 これは特定のインターフェースを動作させるために必要な 全ての電源と補助機器に接続することを意味する。

小さいユニットは、IEC 61000-4-4 で述べられている EFT 試験と同様の形で、 「卓上型」機器と呼ばれるものとして試験することができる。 大きなユニットは床の上で試験される。 いずれの場合でも、EUT よりも少なくとも 0.1m 大きい 接地基準面を使用しなければならない。 EFT 試験の要求と同様の形で、EUT は GRP から絶縁される。 その絶縁は、「卓上型」機器については 0.5mm、 「床置き型」機器については 10cm でなければならない。

卓上試験のセットアップは、Figure 5 に示す。

要約

ANSI C37.90 の変更は、この種の試験を突然前面に引き出した。 この規格を何年ものあいだ機能しなくしていた誤りの修正は別として、 この新たな変更は ANSI と IEC の標準化委員会のあいだの より大きな協調へ向けたステップである。

この記事は、この ANSI 規格の、製造業者のための要旨である。 勿論、リモート・リレーからコントロール・センターへのデータの送信に用いられる、 多くの異なった種類のインターフェースがあり得る。 この規格の意図としては、 電気的な接続を伴う任意のインターフェースは試験の対象となる。 例えば、Ethernet や電話のインターフェースは、EUT の一部として、 理想的にはデータ伝送を行ないながらの試験を必要とするであろう。 幸い、そのような試験はコモン・モードについてのみ必要となり、 容量性結合クランプを使用することができる。 容量性結合クランプの代替は、 現代的な通信システムで見られる高データ・レートで使用できる、 専用の広帯域 CDN である。

Copyright (C) 2004 Nutwood UK Ltd.

これは、EMC+Compliance Journal に掲載された記事を、 その許諾を得て T. Sato が翻訳したものです。 この翻訳については、原著者らはいかなる責任も持ちません。 これについての意見、質問などは VEF00200@nifty.com (T.Sato) 宛にお送り下さい。

Last update: 2004-08-18