コンタクタと安全性

国内のスマート負荷管理の概念は標準的な実践となるでしょう。 なぜ ？ – 単純に、私たちが国内の電力網のピーク需要を管理するための貯蔵容量や柔軟性を持っていないという理由だけで、現在のガスや石油ベースの燃料と同様に、地元の発電や消費者などを考慮した場合でも、これは意味するものです。電力の使用/使用時期を反映するコストモデルであり、各消費者の既存の電力需要に対する高度な管理と制御が必要です。

マスター コントローラーを備えたスマート アプライアンスを使用した分散制御のコンセプトは、新しいビルドに簡単に実装できます。 既存の設備や機器では、使用時の供給の可用性やコストに基づいて、集中制御パネルを利用して回路を選択できます。

その結果、特定の機器や回路に個別のスイッチング機能を提供するコンタクタ (パワーリレー) の使用が増加しました。 たとえば、基本機能をコンタクタに依存する今日の EV 充電器の動的負荷管理に似ています。

コンタクタを利用して安全機能を提供するベストプラクティス回路設計では、コンタクタと関連する制御回路の認識されている故障モードが考慮されています。 既存の標準はこれをカバーしています - 以下に例を示します。

BSEN 61508 (機能安全) 規格は、電気制御システムの特定の要素が安全機能を提供する BSEN 62061-1 (機械の機能安全) や BSEN IEC 61851-1 (EV 充電システム) などのアプリケーション規格に対応します。 たとえば、EV 充電器では、充電サイクルを開始する前に PE 導体の有無を確認します。 設計リスク評価は、危険を阻止または除去するために使用される制御システムおよび製品の性能設計を決定します。

緊急停止：特に機械の可動部分に関連する非電気的危険を除去または停止する。 さらなる危険が生じる場合、たとえば高慣性負荷での電気ブレーキの解除など、電源を取り外さないでください。

図 1: 機器に単一の障害が発生すると、安全機能が失われる可能性があります。たとえば、E/Stop の操作時にコンタクタの接点が閉じたままになる場合、つまりハードウェア フォールト トレランス (HFT) = 0 です。このレベルのパフォーマンスは、次の用途には十分である可能性があります。打撲などの軽度の回復可能な傷害ではありますが、回復不可能な傷害の場合はそうではありません。

関連する指令/規制の安全目標を満たすために、設計者は、リスク/危険に基づいた障害監視、障害対応、ハードウェア冗長性などの追加措置を検討する必要があります。

緊急スイッチオフ:* 供給電圧に関連する電気的危険の除去

BS EN 60204-1 (機械の安全性): 電源を再接続する前に、チェック後の許可されたアクションを含む、操作時にラッチがオフになる適切な機器の使用を指定します。

* 1989 年職場規則ガイダンスノート (2) 35: 230v AC は「致命的危険」として分類されています。

BS7671 537.3.3 (設備の全体または一部への電源の切断): 緊急スイッチオフ用の装置は、危険に近い場所ですぐにアクセスできる必要があります。537.3.3.6 を参照し、手段があればオフ位置にラッチできる必要があります。スイッチをオフにして再度オンにすることは、同じ人の制御範囲内ではありません – 537.3.3.7 を参照

例。 この家庭用ヒートポンプの制御装置は敷地内にあり、屋外で装置を操作している人の手の届く範囲にはありません。 安全に絶縁するために、停止したモーター電流を遮断できる負荷時スイッチを装置の近くに配置する必要があります。

2016 年電気機器 (安全) 規則には、具体的な安全目標が詳しく記載されています。 これらの目的を達成するために、メーカーは通常、指定された規格に基づいて機器を設計するか、標準化されていない機器には既存の参照規格 (ベスト プラクティス) を使用します。 既存の規格とベストプラクティスを適用して、製品リスク評価と機器設計に対する設計者の基本的な安全性ケースをサポートできます (スケジュール 2 (2.d) を参照)。

特定の設計基準でカバーされていない電気機器は、引き続き電気機器安全規則に準拠する必要があります。 応用例 EV 充電用の単相 PME 電源 (BS 7671 722.411.4.1) - つまり、開回路中性線故障時の電気切断。 上記の条項の注 5 を参照してください。

「...機器の製造業者が機器が関連する指令の安全目標を満たしていることを確認することは、電気設備の設計者または設備の仕様に責任を負うその他の人の責任です。」

722.411.4.1 (iii)、(iv)、(v) に記載されている機器には、特定の製品設計基準がありません。 ただし、既存の安全規格は、コンタクタを使用する安全関連機能の設計原則をカバーしています。

BSEN 60947-4 (電気機械コンタクタ) 付録 K; 機能安全アプリケーションでコンタクタを利用する機器の設計に使用するための、一般的な故障モードと故障率に関する情報を提供します。たとえば、開回路中性点故障の場合に電気的危険を除去するために活線、中性線、および接地線を切り替えることができます。 数週間、数ヶ月、さらには数年にわたる通電後にコンタクタのアーマチュアを開いて回路を切断することにのみ依存する設計では、開路に失敗する可能性が高くなります。詳細は以下を参照してください。

家庭用の安全な機器の設計では、機器の日常の安全な操作の責任者が「一般人」であることを考慮しています。

BS7671 表 537.4 は BSEN 60947-4 を参照しています。 完全に密閉された機器または筐体およびBSEN 61095に取り付けるのに適したコンタクタ。 コンタクタは < 63A および Iq* < 6kA に制限されており、モジュラーエンクロージャへの取り付けに適しています。 コンタクタが両方の規格を満たすかどうかをテストできます - メーカーの技術データを参照してください。

*Iq = コンタクタの定格条件付き短絡電流 + SCPD

BSEN 60947-4 付属書 K: 安全関連アプリケーションで使用するコンタクタ (BSEN 61095 は適用されません) たとえば、BSEN IEC 61851-1 では、コンタクタが 60947-4 を満たすことが要求されます。

付録 K の条項 K.3 には故障モードの特性が記載されており、表 K.1 には常開コンタクタの典型的な故障モードが記載されています。 条項 K.4 では、典型的な故障率 (表 K.2) を取り上げ、「1 つのコンタクタのハードウェア フォールト トレランス (HFT) は一般にゼロである」と述べています。 設計目的のため、HFT のレベルは BSEN 61508 で定義されています。たとえば、HFT = 0 の機器は単一の危険な障害を許容できません。以下の最初の例の表 K.1 を参照してください。

表 K.2 に示されている一般的な故障率 (F) は特定の使用カテゴリーに関連していますが、「開く失敗」率は負荷時動作では 73%*、機械的動作 (オフ) では 50%* であることに注意することが重要です。負荷。）

* 電気機械式コンタクタの範囲に基づく代表的な値

上記の場合のように、コンタクタの故障モードによって危険な状況が発生し、故障率が 40% を超える可能性がある場合、60947-4 は、適切な故障対応機能を備えた診断機能の使用を指します。例: BSEN IEC 61851-1 ( EV 供給装置) 6.3.1.1 では、EV への電源の通電および非通電、つまり充電サイクルごとのコンタクタの開閉の監視を含む、必須のコントロール パイロット機能が必要です。 これにより、たとえば機器に開回路中性点故障監視機能が含まれている場合など、機器に追加の安全機能が要求される前に故障を特定できる可能性が高まります。

ミラー* 補助接点を使用して電気制御システムを介して診断フィードバックを提供することにより、完了したサイクルの終わりにコンタクターが開かなくなったことを検出する認知された (標準化された) 方法が得られます。

* ミラーコンタクト: 電源コンタクトの状態を確実に再現するために電源コンタクトと機械的にリンクされた補助コンタクト – 60947-4 Annex F

実際には、コンタクタが開かない原因は数多くあります。以下に 2 つの例を示します。

61095障害が発生した場合、保護装置との調整により障害解消中に危険な影響が生じないよう指定します。 接点が溶着するリスクは受け入れられており、コンタクタはそれ以上の使用には適さない可能性があります。つまり、機器をサービスに戻す前にコンタクタを交換してください。

60947-4調整の 2 つのレベル (タイプ) を指定します。 障害が発生した場合、どちらのタイプの調整でも主要接点が溶着するリスクを受け入れます。タイプ 1 調整。 61095 と同様に、機器を稼働状態に戻す前にコンタクタを交換してください。 タイプ 2 調整。 コンタクタはさらなる使用に適している必要があります。サービスに戻す前に、これを確認する方法については、製造元の説明書を参照してください。

コンタクタの接点の溶着をチェックする前に MCB をリセットしたりヒューズを交換したりすると、コンタクタの下流の活線回路が発生し、コイル電源が切断される可能性があります。

どちらの規格も、公称 (100%) 制御電源電圧で通電したときに、コンタクタの接点と磁気回路が熱平衡に達するまでに十分長い定常電流を流し続ける時間として、継続使用 (コンタクタ通電) を指します。ただし、コンタクタの電源を切らずに 8 時間を超えてはいけません。 コンタクタの磁気回路が長期間通電されると、低レベルの過電圧が持続する可能性があります。 磁石システムが過熱すると、コイル電源を取り外してもアーマチュアが閉じたままになる可能性があります。

BS 7671 表 537.4: 絶縁に適した主な接点を参照 - 537.2.4、537.3.3.6、および 537.3.7 を参照:

規制の文言は革新的な技術を網羅し、安全な設計基準を維持します。 既存の機器規格がない場合、汎用安全規格は、既存の製品を適用する際に安全な機器を開発および設計する方法についてのアドバイスを提供します。

製品に関して技術的な決定を下すには、その特定のソリューションに関連するリスクを理解する必要があります。 その解決策の正当性を明確にする必要があります。 既存の安全規格では、機能安全アプリケーションにコンタクタを適用する方法について推奨事項が示されています。 機器の定期的な動作（コンタクタの開閉）と診断制御システム（コンタクタのミラーコンタクトを使用）および障害対応機能（システムのロックアウト、警報、メンテナンスなど）を組み合わせることで、危険な障害を早期に特定できるようになり、機器の安全性の信頼性。 EV 充電器の設計基準では、基本設計で機能安全要件がすでに考慮されており、その結果、EV 充電ポイントに組み込まれた開回路中性点故障時の電気切断という設計特徴は、既存の規格 61851-1 を参照することで検証できます。

コンタクタは定期的に動作 (開閉) するように設計されており、電気負荷を定期的に遠隔から切り替える簡単で信頼性の高い方法を提供します。 安全関連アプリケーションで使用する場合は、コンタクタ製品規格 60947-4 および既存の安全規格に記載されているアドバイスに注意する必要があります。

Chaz Andrews – Doepke UK Ltd、テクニカルマネージャー

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