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製品安全適合性の確認のための試験 ―― 電気的試験

by Gregg Kervill (GK Consultants Ltd.)
翻訳: T. Sato

概要

この論文では、基本的な製品安全性試験に関連する問題や技法に 取り組むことを始めるべきであろう。 これは詳細な、専門的な、また百科辞典的な知識を必要とする地雷原である。 これには２つの基本的な理由がある：

  1. それは、我々が作り上げた製品が 必要とされる広範囲で詳細な安全性要求に適合することを 保証するための最後のチャンスとなるであろう。

  2. おそらく、誰も我々の作業を正しくチェックしない。

これは、我々が監視から安全であるということを暗示しているわけではない： それは、もし我々の仕事がチェックされた (例えばアクシデントや苦情の後で) ならば、それは詳細に、 かつ専門家的にチェックされるであろうことを意味している。 もし我々の仕事がこの種の監視の対象となれば、 過ちや誤った仮定があったならば、我々の専門的技術と 「充分な注意 (due diligence)」が問題とされるであろうことに確信を持てる。 従って、我々が何をしようとしており、 これを実施する我々の責任をいかにして果たそうとしているかを 反映することが不可欠である ―― おそらく、設計プロセスの中で最も恐ろしく、 しかし報いのある仕事であろう。 充分な注意と「黄金律」： 我々がいずれかの仕事を誤って行なったならば 人々が死ぬかも知れないことを覚えておくこと ―― これが我々の充分な注意の義務が意味する全てである。

この作業を引き受けるためのあなたの能力に自身を持ち、 自分の行動に確信を持てるようにすること。

通常、適切な整合規格への適合性は、 LVD への適合性を示すものとみなされる。 それ自身を製品安全適合性のための簡単な、あるいは汎用の解決策であると言っている いかなる記事や製品にも気を付けること： 単純な解決策や万能薬はない。 同様に、全ての電気製品の適合性を確認するための 単純なチェックリストや汎用の手法などというものはない。 もしそのようなものがあるならば、 ただ１つの電気的安全性規格のみが存在している筈である ―― 何百個もの規格があるという事実は、 電気的安全性確認が最初に思ったほど単純な作業ではないことを明白に示している。 それは特別な知識と経験を必要とする ―― もし何か疑問があれば、テスト・ラボへ行くか、 あなたの近くの EMC クラブにコンタクトすること。

彼 (そして彼女) の特定の製品に対して何が要求されているかを学び、 彼の「充分な注意」の義務を妥協することなく果たすことは、 それぞれの技術者の義務であり、責任である。 次に、この前の論文から 「黄金律」のいくつかを繰り返しておく： これは、これらが極めて重要であり、 また我々が製品のレビューや試験を行なう際に 持たねばならない態度を示しているからである。 全てのテスト・ベンチの上にそのコピーを貼り出しておくべきである。

  1. レビューや試験を行なう際に、 我々は製品を不合格としようとする！ 我々はそれが合格することを示そうとしているのではない。 以下の「正しい意識」の章を見よ。

  2. 関係する規格のコピーを常に手元に置き、 その本をあなたの理解を助けるために使え。

  3. あなたの理解、資格、そして能力に確信がない限り、決して製品をレビューし、 あるいは製品安全性レビュー・チェックリストを使わないこと。 (過ちを犯した場合には、かなりの個人的なリスク ――物理的な、あるいは財政的な―― を持つことになる可能性がある。)

  4. 疑義がある場合には、常に危険側に間違えよ ―― 規格が改定される際には、その変更は通常はそれらをより明確にし、 あるいはその条件をより厳しくするようなものとなる。

  5. 製品の一部が「きわどい」ものの、 規格の解釈がその設計を受け入れることを許すことに気付いたならば、 そのきわどい合格がきわどい不合格となった時の 影響を考慮せよ (そして管理者に説明せよ)。

  6. 重要なパラメータは最小値、あるいは最大値 として規定されていることを忘れないこと。 もしこれらを代表的な設計パラメータとして用いたならば、 全製品の 50% が不適合となり、潜在的に違法となることを、 自動的に保証することになる。

  7. 疑わしい製品を顧客に供給することを許すように強制されないこと ―― サンプルや再生品は安全性についての最新の規格に適合しなければならない。

  8. 常に不適合を正すこと。 製品に CE マークを付けるのであれば、 不適合は刑法犯罪であることを知っておくこと。 あなたは起訴され、罰金を課され、そして服役させられるかも知れない。

  9. 常に体系的に作業を行ない、それぞれのステップを記録すること。 これは第三者があなたの道筋を追いかけることを可能とする ―― これは、誰かがその製品に関する詳細な質問に答え、 あるいはクリティカルなコンポーネントを再定義する必要がある場合には不可欠である。

  10. コンポーネントの使用に同意する前に、 常にそれぞれの安全クリティカル要素の安全性証明書のコピーを入手すること。

  11. 決して仮定しないこと。

  12. 常に証明を要求すること。

  13. 決して口頭での保証を受け入れないこと。

正しい意識

設計技術者として、我々は我々の製品が正しいものであり、 正しく動作することを期待する ―― もしそれに 95% 未満のチャンスしかないと考えていたならば、 我々は設計プロセスを開始しなかったであろう。 この「正しい」性能への期待は、 我々が乗り越えなければならない最大の問題である。 我々はそれを不合格とするように試み、 それがどのように危険を生ずるかを分析しなければならない； その後に、この知識に基づいて、 我々は修正、及び／もしくは (許容できる場合には) 警告を加える。

これを始める前に、 我々があり得ない、不合理である、あるいは明らかに馬鹿げていると考えた何かを、 誰かが、どこかでやるであろうことを憶えておくこと ―― そして、もし彼らが傷害を受けたならば、 我々は少なくとも我々の製品を弁護しなければならなくなるであろう。 逆の極端な場合においては、 我々は欧州経済領域全体で全ての製品をリコールすることを強制されるかも知れない。

警告

注意： 以下の試験は権威のあるものではなく、 必要となる試験のいくつかの概要を示すことを意図したものである ―― これらの試験の多くは、 もしそれらが「正しく」実施され、解釈されたならば、 通常は時間や費用をかなり節約することになるものであるが、 しばしば設計確認段階で見落とされる。 実施された試験が適切であることを保証するために、 あなたの製品のために適切な安全規格に詳細に示されている要求を参照して欲しい ―― 正しい条件と適用方法に従って進め、 また受け入れ基準を知って正しく解釈しなければならない。 以下の試験のいくつかは試験技術者を危険な電圧や電流に曝すであろう ―― 他のものは、その本来の「危険な操作」による。

電気的試験

被試験装置 (UUT) に電源を供給しようと思う前に、 それが良好な電気的接地を備えていることを確認することは良い考えであろう。 従って、我々は常にこの試験を最初に行なう。

これらの試験は、通常、単純に評価することのできない特性を試験することにより、 詳細な物理的レビューを支援するように設計されている。 物理的レビューと同様、それらは「オペレータ」や「サービス要員」に対する 電気的な危険がないことを確認することを意図している。

それらの試験は、通常は２つの可能性を考慮したものとなる：

被試験装置 (UUT) に何らかの電源を供給する前に、 それが良好な電気的接地を備えていることを確認することは良い考えであろう。 従って、(クラス I 機器においては) これが常に最初に我々が行なう試験となる。

接地接続試験 ―― 危険な試験 (電流による危険)
目的 保護接地が適切であることを確認する。
方法 一次接地と、危険な電圧から基礎絶縁のみによって絶縁された、 あるいは基礎絶縁が触れる「可能性のある」全ての金属部、 そして通常の、あるいは単一故障状態で特別低電圧 (ELV)となる回路 との間に、適切な接地接続試験器を接続する。

プラグ接続型の機器では、我々はインレット・コネクタの接地ピンを使う： 恒久接続型の機器では、一次接地に接続する。

電流を対応する規格で要求されるレベルに設定し、 その抵抗が規定された最大値よりも小さいことを確認する。 大抵は、我々の結果は許容される最大値よりも大幅に小さいものとなる ―― 従って、製造プロセスはこれを反映し、 期待される「標準値」からのいかなる逸脱も調査されることを保証すべきである ―― それは、おそらくは接地接続故障を示している。

どのような故障も潜在的に致命的なものとなるので、 この試験は全てのクラス I 製品に対して行なわなければならない。

オペレータは、常に２段階の保護を与えられなければならない。

耐圧試験 ―― 危険な試験 (感電の危険)
目的 危険な電圧と オペレータがアクセス可能な部分との間に 適切な絶縁があることを保証する。
方法 まず、どのレベルの絶縁が必要となるかを分析しなければならない。 この分析は物理的レビューに際して行なわれ、 これは基礎絶縁が必要な箇所と強化絶縁が必要な箇所を決定する。

全ての接地された部分と危険な電圧との間には 基礎絶縁がなければならない： オペレータがアクセス可能な接地されていない部分と 危険な電圧との間には強化絶縁がなければならない。

頻繁に見落とされる領域は、 接地されていない導電性の部分に基礎絶縁が接触する可能性がある箇所 (強化絶縁とする必要がある)、 そして SELV 電源がフローティングであり、 同様に強化絶縁を必要とする箇所である。

どのような故障も潜在的に致命的なものとなるので、この試験は 危険な電源から給電される全ての機器に対して行なわなければならない。

入力電流／電力
目的 定格情報が正しいことを保証する。
方法 適切な接続ボックスを用いて、 電流計と電圧計 (あるいは真の RMS 表示の電力計) を接続し、 入力電流／電力が最大となるように被試験装置を動作させる。 これはデューティー・サイクル、クロック速度、負荷に依存する； これは「合理的に」接続され、取り付けられ、あるいは組み込まれ得る、 いかなる内部や外部の部品やシステムによっても変化するであろう。
接地漏洩電流 ―― 危険な試験 (感電の危険)
目的 接地漏洩電流が危険でないことを保証する。
方法 一般に、接地漏洩電流を測定する２つの方法がある ―― １つの方法は絶縁トランスを必要とする。 高電力の絶縁トランスは重く、高価になる傾向があるので、 この装置は高価なものとなることがある。

もう一方の方法は、接地接続を切断し、 その接地導体を流れる電流を測定するものである。 この第２の方法は比較的安価な、ポータブル機器を使うが、 被試験装置を保護接地がないままとする。

いずれの方法も、通常は高精度の部品を用いた特別な測定回路を必要とする ―― 規格で規定されたネットワークを使わなければならない ことは憶えておく価値がある。

タイプ A (家庭用) プラグで許容される最大接地漏洩は、 通常は 3.5mA と規定されている ―― もしこのレベルに近い電流を測定したならば、 コンポーネントのばらつきが製造ユニットを法的な上限を超えさせる危険を犯すよりも、 その時点でそれについて何らかの処置を行なうことが良い考えである。

タイプ B (工業グレード) コネクタ ――IEC 309―― が用いられている場合には、 普通はより大きい電流が許容される： しかし、その規格で規定された上限があるであろう。

温度上昇 ―― 通常状態
目的 通常の動作状態においてコンポーネントの最大定格を超えないことを保証する。
方法 機器を最悪条件の負荷とデューティー・サイクルのもとで、 最小の、公称の、そして最大の入力電圧で動作させ、 全てのクリティカルなコンポーネントの 安定状態の温度を測定する。

クリティカルなコンポーネントは、 オペレータがアクセス可能なカバーや、 変形し、危険を生ずる可能性のあるプラスチック部品 (例えば、押し込み固定型コネクタがプラスチックに取り付けられている箇所) を含むであろう； それは、コンポーネントによって加熱されるワイヤも含むであろう。

温度上昇 ―― 異常状態
目的 異常な、あるいは単一故障状態において、 規定された最大温度を超えず、かつ危険がないことを保証する。
方法 通常、機器は最悪条件の負荷とデューティー・サイクルのもとに 公称の電圧入力で動作させ、 「合理的な使用」と「予見可能な誤使用」をシミュレートするために 単一故障が引き起こされる。

これは換気口の封止、ファンの停止、 一次回路や二次回路のコンポーネントの短絡などを含む。 一度には１つの故障のみが引き起こされる。

オペレータがアクセス可能な出力
目的 どのような電気的な出力も SELV であり、 かつエネルギー限定限度以内にあることを保証する。
方法 オペレータがアクセスすることのできる全ての出力電圧を測定する ―― 驚くほど多数の製造者がこの試験の重要性を理解することに失敗し、 あるいはこれは彼らの製品には適用されないと誤って仮定している。

全ての電源出力は、それらが SELV 要求に適合することを保証するために レビュー (そして試験) される ―― このレビューは (明らかに) 隣接する絶縁、接続、 あるいは接合の故障を考慮するであろう。 開放回路、及び短絡回路電流 (そして必要であれば電力) は測定され、対応する規格のエネルギー限定限度と比較される。 典型的に示されている限度のいくつかは、240VA、30VA、及び 8A である。

蓄積電荷 ―― 危険な試験 (感電の危険)
目的 主電源コードが、それを抜く際に オペレータを蓄積電荷や危険なエネルギーにさらさないことを保証する。
方法 専用のテスト・ボックス、あるいは 10MΩ プローブを備えたストレージ・スコープが 適切な「接続」ボックスに接続される ―― 被試験装置が「ON」とされ、電源コードが抜かれる。 そのリードの残留電圧が測定され、 これは (典型的には) 1〜5秒 ――規格や取り付けられているコネクタの種類に依存する―― の間に 60V 未満まで低下しなければならない。 切り離しが主電源のピーク半サイクルに起きることを保証するため、 この試験は (通常は多くの回数) 繰り返される； そして、スイッチを「OFF」の位置にした状態でも繰り返される。

次の論文

次の論文では、 事前の適合、自己アセスメント、そして行なうべき製造試験 を可能とするために必要となる 機械的、及び電気的な試験装置のいくつかについて解説する ―― 特に、大量、及び小量の製造者の対照的なニーズのいくつかも見るであろう。

Copyright (C) 1999 GK Consultants Ltd.

これは、Gregg Kervill 氏が UK EMC Journal 上で発表した文書を、 その許諾を得て T. Sato が翻訳したものです。 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: November 7, 1999