データセンターのサージ保護：UPS、PDU、ATS向けSPD設計

このページについて

データセンターのサージ保護設計は、一般的な3レベルの製品リストに従うのではなく、すべての導電経路を追跡する必要があります。単線結線図から開始し、電力供給、発電機電源、自動切替開閉器（ATS）、主低圧配電盤、無停電電源装置（UPS）の入力およびバイパス、下流の配電、電力分配ユニット（PDU）またはリモートパワーパネル（RPP）、ラックへの供給、および露出した銅製のデータまたは制御インターフェースを追跡してください。.

各移行点を保護境界の候補として扱います。サージ保護装置（SPD）システム電圧、接地方式、予想されるサージ曝露、機器の耐性目標、想定短絡電流、接続経路、および協調性の根拠を確認した後にのみ（SPDを割り当ててください）。UPS、ラックPDU、または高いkA定格単体では、このレビューは完了しません。.

設計境界： 本ガイドは概念的なエンジニアリングワークフローであり、端子配線手順やプロジェクトの承認を目的としたものではありません。データセンターの電力システムには、複数の通電電源、蓄積エネルギー、バイパス経路、および高い故障レベルが含まれる可能性があります。最終的な設計、設置、試験、および保守には、有資格者、承認済みの単線結線図、機器の取扱説明書、適用される規格、およびプロジェクト固有の調査が必要です。.

データセンターの完全なサージ経路をマッピングする

データセンターの可用性は、商用電源の引き込み口だけでなく、完全な電力アーキテクチャに依存します。通常の動作経路は、情報技術機器に到達する前に、主配電盤、UPS、PDU、RPP、またはバスウェイを経由する場合があります。電源障害やメンテナンス時には、発電機、代替フィーダー、静的バイパス、メンテナンスバイパス、または第2のA/B分配経路を経由して電力が供給されることがあります。.

したがって、サージの検討では、機器が通電状態を維持し得るあらゆる状態を網羅する必要があります。

商用電源 ── 低圧主配電盤 ── UPS入力 ── UPS出力 ── PDU/RPP ── ラックA
      │                    │                    ▲
      │                    └── UPSバイパス ──────┘
      │
発電機 ── 発電機用開閉装置 ── ATS ──────┘

代替電源/経路 ── 配電盤B ── UPS B ── 分配B ── ラックB

外部銅線サービス ── ネットワーク / BMS / 火災報知 / セキュリティ / 冷却制御 ── IT機器

これは境界マップであり、標準的なトポロジーではありません。施設によっては集中型UPSシステムを使用する場合もあれば、分散型またはモジュール型UPSアーキテクチャを使用する場合もあり、中性点が生成または切り替えられるポイントも異なる可能性があります。. ISO/IEC 22237-3:2021 は、電源供給、内部配電、通信用ボンディング、避雷、および電力品質測定をデータセンターの配電範囲内に含めています。そのようなシステム全体の見地から、SPDの検討は引き込み口だけで完結させてはならないのです。より広範なVIOX データセンターおよび通信アプリケーションページは、このSPD設計レビューに取って代わるものではなく、転送、監視、分岐保護、および配電と並行してサージ保護をマッピングするものです。.

単線結線図上にマークすべき8つの境界

境界	主要な検討事項	承認前に必要な証拠	一般的な欠落事項
電力会社からの受電および主低圧配電盤	施設入口に到達し得る外部サージ負荷はどの程度か？	電源および接地方式、雷保護環境、公称電圧および最大連続使用電圧、適用すべきSPDのクラス/タイプ、保護レベル、短絡電流およびバックアップ保護データ	最大放電電流の数値のみで選定すること
発電機およびATSの経路	代替電源、露出フィーダー、切り替えレイアウト、またはボンディング構成によって、別の曝露が生じる可能性がありますか？	発電機およびATSの単線結線図、導体経路、電源特性、中性点処理、故障状態、機器の取扱説明書	商用電源入力のみの保護
UPSの通常入力	どのような過渡現象が整流器または入力段に到達する可能性がありますか？	UPS入力の耐量および取扱説明書、上流側SPDデータ、設置された導体経路、電源および故障状態	UPSのラベルが適切な外部保護を証明していると仮定した場合
UPSバイパス経路	バイパスは、通常の変換経路を迂回して負荷を給電できますか？	静的バイパスおよびメンテナンスバイパスのトポロジー、バイパス電源の起点、スイッチング状態、メーカー要件	通常のUPS経路の確認（バイパスは除く）
UPS出力および下流側の配電	機器端子の目標を達成するために、別のSPDステージが必要ですか？	出力トポロジー、ガルバニック絶縁または該当する場合の派生中性点、ケーブル距離、下流側機器の耐量、メーカーの互換性	UPSの動作を確認せずに習慣で出力SPDを設置すること
PDU、RPP、バスウェイ、および分岐配電	配電境界は、明確な保護ゾーンまたは長い下流ルートのどちらを対象としていますか？	トランスの有無によるトポロジー、分岐レイアウト、故障電流、機器の耐量、および協調性の根拠	すべてのPDUが適切なサージ保護を備えていると仮定した場合
ラック電源供給	検証されていないカスケードを発生させることなく、使用地点（ポイント・オブ・ユース）の段階で最終的な機器端子の目的を改善できますか？	ラック供給電圧、PDU特性、最終機器インターフェース、上流/下流の協調データ	一般的なラックストリップを検証済みのType 3 SPDとして扱うこと
銅線データ、監視、および制御インターフェース	サージ電流は、導電性の非電源経路を通って流入または流出する可能性がありますか？	インターフェース電圧、電流、帯域幅／データレート、該当する場合はPoEクラス、ピン／ペア割り当て、シールド、ボンディング、コネクタ、試験規格	AC電源を保護しつつ、露出した銅製インターフェースを未確認のままにすること

UPSはサージ保護の仕様ではない

UPSとSPDは、それぞれ異なる主要な問題を解決します。UPSは蓄積エネルギーによる瞬断補償を提供でき、そのトポロジーに応じて電力を調整または安定化させることがあります。SPDは、規定の試験条件下で過渡電圧を制限し、サージ電流を分流させるために評価されます。一部のUPSモデルには内部サージ制限コンポーネントが含まれていますが、その有無、保護モード、試験負荷、断路器の構成、および協調制限はモデル固有のものです。.

言葉を鵜呑みにせず、正確なUPSのドキュメントを要求してください UPS:

どの入力、バイパス、および出力端子が存在しますか？
通常、バッテリー、静的バイパス、メンテナンスバイパス、および故障状態において、どの経路が接続されたままになりますか？
メーカーは内部サージ保護を宣言していますか？また、それはどの試験方法およびモードに基づいていますか？
どのような外部SPDの構成が許可または要求されていますか？
SPDを追加することで、残留電流監視、絶縁監視、フィルタ、電源の互換性、または保護協調に影響が出る可能性はありますか？
出力は個別に導出されていますか、トランス絶縁されていますか、トランスレスですか、あるいは接地基準を変更するような方法で切り替えられていますか？

回答は、二重変換方式、ラインインタラクティブ方式、モジュール方式、トランスベース方式、およびトランスレス方式のシステム間で異なる場合があります。図面が不完全に見えるという理由だけで、UPS出力にSPDを設置しないでください。実際の出力回路、メーカーの指示、通常状態およびバイパス状態、ならびに下流側の目的を確認してください。.

また、SPDは持続的な過電圧、不足電圧、周波数エラー、高調波歪み、欠相、または誤った転送指令を修正するものではありません。これらの状態には、適切な監視、制御、保護、および電力品質機能が必要です。.

商用電源、発電機、ATSを個別の電源経路として検討する

商用電源と発電機の供給源はATSで合流することが多いですが、それらは同一のサージ経路ではありません。導体経路、曝露状況、電源インピーダンス、中性点構成、および想定短絡条件は異なる場合があります。.

商用電源と主配電盤の境界

施設入口において、設計が雷関連電流、商用電源の開閉サージ、またはその他の伝導妨害に対処する必要があるかどうかを確立してください。適用される設置フレームワークと、外部雷保護システムとの関係を特定してください。雷電流が境界を越える可能性がある場合、必要な耐量は下流側のType 2デバイスや大型の アイマックス 値のみ。.

IEC準拠のACシステムの場合、, IEC 61643-11:2025, 、～と併用される IEC 61643-01:2024, 、AC低圧SPDの製品要件、試験、および定格を規定する。. IEC 61643-12:2020 選定、設置場所、動作、および協調について扱う。製品宣言と設置後の適用は別個の証拠層であり、双方が必要となる。.

発電機とATSの境界

発電機側またはATS出力側に別のSPDが必要かどうかを判断するために、汎用的なケーブル距離のルールを使用してはならない。距離は曝露、結合、振動、および下流の保護段階の値を変化させる可能性があるが、実際の経路および協調検討の代わりにはならない。.

レビュー：

発電機のフィーダーが屋内、屋外、埋設、架空のいずれであるか、または雷電流経路の近くを通っているかどうか；;
発電機の補機、制御装置、ヒーター、充電器、または通信導体が追加のインターフェースを形成するかどうか。;
ATSの切り替え方式および接続されるすべての電源。;
切り替え式または非切り替え式の中性線処理と、それによって生じる保護モード。;
商用電源および発電機運転時における想定短絡電流。;
ATSの各状態において、片側のSPDが接続されたまま有効に機能するかどうか。;
ATSメーカーが許容されるSPDの設置場所や接続構成を指定しているかどうか。.

切り替えイベントは過渡環境の一部となり得ますが、SPDは故障したATSを修理したり、不適切な持続的出力を調整したりするものではありません。過渡電圧保護は、転送制御、電圧/周波数監視、過電流保護、および発電機保護とは分離してください。.

UPSの通常状態、バイパス状態、およびメンテナンス状態を一つの設計課題として扱う

バイパス経路は、汎用パネルのSPDレイアウトを再利用すべきではないという、データセンター特有の最も重要な理由です。UPSが静的バイパスに切り替わる際、または技術者がメンテナンスバイパスに切り替える際、重要負荷は通常の変換チェーンの一部をバイパスする経路を通じて供給される可能性があります。.

各UPSモジュールまたはシステムについて、状態テーブルを作成してください：

動作状態	電源から負荷への経路	接続されたままのSPD境界	必要な検証
通常変換	通常電源 → UPS入力/変換 → UPS出力	プロジェクト固有	入出力トポロジー、内部保護、外部SPD互換性
バッテリー動作	蓄電エネルギー源 → インバータ → UPS出力	プロジェクト固有	出力基準、接続されたバイパス導体、下流側の保護状態
静的バイパス	バイパス電源 → 静的スイッチ → 負荷	通常の変換経路をバイパスする場合がある	バイパス電源の露出および保護経路
メンテナンスバイパス	メンテナンスバイパス → 下流側配電	UPSおよびその内部保護を分離可能	UPSの分離中も保護を維持
代替電源運用	発電機または第2系統の商用電源 → ATS/開閉装置 → UPSまたはバイパス	電源の短絡電流および中性点基準を変更可能	この状態におけるSPDの短絡適合性および保護モード

A系統およびB系統がデュアルコードのIT機器に給電している場合、両方の系統についてこの表を完成させてください。A系統上のデバイスは、2つの系統が同じラックに終端しているという理由だけでB系統を保護するわけではありません。.

PDU、RPP、バスウェイ、およびラックの保護

下流のデータセンター配電には、トランス内蔵型PDU、トランスレスPDU、RPP、分電盤、バスウェイタップオフユニット、ラックPDU、および分岐回路監視が含まれる場合があります。これらの名称は配電の役割を表すものであり、特定のサージ制限機能を証明するものではありません。.

下流側の段が必要かどうかを判断するために、以下の4つの質問を検討してください。

これは独立した電気ノードですか？ 変圧器、長い配線経路、別の部屋、外部フィーダー、または新しい等電位ボンディング境界がある場合、曝露状況や機器端子のストレスが変化する可能性があります。.
そのノードで何を保護する必要がありますか？ PDU電子機器、分岐監視装置、ラック機器、および接続された制御ポートのインパルス耐電圧またはメーカーが定める保護目標を特定してください。.
上流側の段はこのノードに何を残しますか？ 上流側デバイスのラベルだけでなく、設置済みの電圧およびエネルギー協調の証拠を使用してください。.
提案された下流側のSPDは、耐え抜いて協調動作が可能ですか？ 保護レベル、放電耐量、短絡電流適合性、バックアップ保護、接続経路、およびメーカーの整合性証明を確認してください。.

VIOX SPDの協調およびカスケード接続ガイドこれら4つの検証ゲートを詳細に展開します。本データセンターガイドは同一の手法を用いていますが、プロジェクトの計算や特定のデバイスペアの証明に代わるものではありません。.

ラックレベルにおいて、rPDUが単なる配電用か、監視用か、アウトレットのスイッチング用か、あるいは宣言されたサージ保護機能を提供しているかを確認してください。次のようなマーケティング用語は、 フィルタリング済み, コンディショニング済みあるいは 保護済み 試験規格、保護モード、制限電圧データ、および整合性指示の代わりにはなりません。.

導電性のデータ経路と制御経路を個別に保護する

過渡現象が銅線の通信、監視、または制御インターフェースを通過している間でも、電力保護を適切に整合させることが可能です。関連する経路には以下が含まれます：

イーサネットおよびPower over Ethernet (PoE)；;
通信回線および銅線キャリア回路；;
RS-485、Modbus、BACnet、およびリモートI/O；;
ビル管理システム (BMS) センサーおよびコントローラー；;
火災検知、入退室管理、CCTV、およびセキュリティインターフェース；;
発電機、ATS、UPS、PDU、およびバッテリー監視リンク；;
冷却プラント制御および屋外リモート機器；;
アンテナ、同軸ケーブル、および金属製ケーブルシールド。.

これらのインターフェースに対して電源用SPDを選択することはできません。保護装置は、関連するサージモードを制限しつつ、正常な信号を維持する必要があります。そのためには、最大連続信号電圧または供給電圧、電流、周波数またはデータレート、帯域幅、挿入損失、導体/ペア構成、シールド、接地方法、コネクタ、および適用される試験データが必要です。.

IEC 61643-21:2025 PoEのように電力も供給する回線を含む、電気通信および信号ネットワークに接続されるSPDの要件と試験方法を規定しています。. IEC 61643-22:2015 それらの選択、配置、協調、および保守について扱っています。IEEEは、ICTサージ保護装置を個別の適用領域として IEEE C62.43.1-2020.

VIOXを使用してください信号用サージ保護器選定ガイドを使用してくださいインターフェースレベルの選択について規定しています。光ファイバーは本質的に非導電性のリンクを提供するため、1つのサージ経路を除去できますが、金属製の補強材、シールド、電源導体、筐体、およびボンディング経路については依然として検討が必要です。.

あらゆる動作状態を通じてA/B冗長性を維持する

データセンターの冗長化は、サージの検討に2つの変化をもたらします。第一に、電源および配電経路が増加します。第二に、保守状態や故障状態において、論理的な両経路が一時的に共通の上流電源やバイパス境界に配置される可能性があります。.

各A/B経路について、以下をマークしてください：

通常電源および代替電源；;
ATSまたは開閉装置の状態、;
UPSモジュール、入力、バイパス、および出力、;
PDU/RPPまたはバスウェイの経路、;
ラックへの供給および二重電源機器の接続、;
共用接地および等電位ボンディングポイント、;
相互接続された制御、監視、および銅線通信、;
メンテナンスのためにコンポーネントが絶縁されるすべての状態。.

次に、1つのSPDの故障、断路器の動作、バックアップデバイスの動作、またはメンテナンスのための絶縁によって、両方の経路から保護が失われる可能性があるかどうかを確認してください。冗長化には必ずしもすべての物理ポイントでデバイスを二重化する必要はありませんが、設計記録には、各経路がどのような曝露および保護喪失イベントに耐えられるかを示す必要があります。.

単なるkA値ではなく、根拠を明記する

提案する各AC電源用SPDについて、一貫した要件セットを収集してください。正確な宣言名称は適用されるIEC、UL、または地域の枠組みに依存するため、異なる試験量を互換性があるものとして比較しないでください。.

必要条件	記録すべき事項	それが判断を左右する理由
システム	公称電圧、周波数、相数、接地方式、各モード間の最大連続使用電圧	互換性のある電圧および保護モードの構成を決定します
設置位置および責務	施設境界、雷環境、上流/下流ノード、適用されるSPDクラス/タイプ	設置場所に割り当てられたサージ責務を定義します
保護性能	`上`, 、VPR、測定制限電圧、または適用されるモード固有の宣言	機器端子の電圧目標をサポートします
放電責務	`アイムプ`, `で`, `アイマックス`, 、公称放電電流、または適用可能なインパルスデータ	異なる試験負荷下での性能を記述する。値は互換性がない
故障状態	想定短絡電流、SCCRなどのSPD短絡宣言、または `Isccr`, 、必要なバックアップ保護	SPDがその故障電流および保護装置の定格を超えて適用されることを防止する
TOV挙動	システムおよびモードに対して宣言された一時過電圧挙動	インパルス性能とは別に商用周波ストレスに対処する
コーディネーション	正確な上流/下流モデル、分離、デカップリング、およびメーカーによる調整の証拠	複数のステージが1つの検証済みシステムとして動作するかどうかを示す
インストール	接続導体の長さ、経路、ループ面積、分岐方法、エンクロージャ、および環境条件	設置されたリード線のインダクタンスと配線により、保護対象機器の電圧が上昇する可能性がある
保守性	視覚的インジケータ、リモート接点ロジック、交換可能モジュール、絶縁方法、予備品戦略	保護機能の喪失をどのように検出し、復旧させるかを定義する

VIOXガイドを使用して SPDデータシートの読み方これらのフィールドをRFQに翻訳する場合。上流および下流を追加しないこと 上 値を等しくする、 アイマックス と アイムプ, または、最大のkA値を、設置された保護電圧が最も低いことの証明として扱う。.

設置変数の制御

適切に選定されたSPDであっても、接続経路によって電圧が加算される場合や、サージ電流が制御されていない等電位ボンディング経路を通る場合には、性能が十分に発揮されないことがあります。設置されたループ全体を確認してください：

SPDの接続導体は、承認された設置方法が許容する範囲内で、可能な限り短く直接的なものにすること。;
不要なループ、急激な配線の迂回、およびサージ電流経路を共有すべき導体間の分離を避けること。;
L、N、PE、およびボンディング接続を、接地システムおよび必要な保護モードと整合させること。;
バックアップヒューズまたは回路遮断器、および実際の接続点における想定故障電流を確認すること。;
電源保護と信号保護を、未検討の経路をゾーン間に作成することなく、意図した基準点にボンディングすること。;
SPD、配電盤、UPS、ATS、PDU、および信号機器に関する指示に正確に従ってください。.

IEC 62305-4:2024 建造物内の電気・電子システムに対するシステムレベルのサージ保護対策を扱います。その適用範囲には、保護コンポーネントの選定だけでなく、設計、設置、点検、保守、および試験が含まれます。.

保護喪失の可視化

SPDは、データセンターの回路が通電状態のままでも、故障した保護素子を切り離すことができます。負荷はサージ保護が低減または消失した状態で動作し続ける可能性があるため、試運転時に確認された緑色のインジケーターは、製品寿命を保証するものではありません。.

定義：

各表示インジケーターの正常状態および警報状態。;
あらゆるリモート接点の常開、常閉、およびCOMの論理。;
どのBMS、監視制御データ収集（SCADA）、または警報入力がその信号を受信するか。;
警報が1つのモジュール、1つのモード、1つのアセンブリを特定するものか、あるいは共通のステータスのみを示すものか。;
点検時の対応、安全な絶縁方法、交換部品、および復旧確認。;
計画メンテナンスやモジュール交換の際、保護ステータスがどのように維持されるか。.

リモート接点は一般的にデバイスのステータスを報告するものであり、サージの大きさを測定したり、残りの耐用年数を正確に計算したりするものではありません。詳細なステータスロジックをVIOXにルーティングしてください。 SPDリモート信号ガイドおよび状態基準保全（CBM）に基づく交換計画を、産業用SPDのライフサイクルおよびMOV経年劣化ガイド.

データセンター用SPD単線結線図レビューワークシート

電源、バイパス、配電、ラック、および導電性信号境界ごとに1行ずつ記入してください。A系統およびB系統、ならびに電流経路が実質的に変化する状態については、行を複製してください。.

フィールド	プロジェクト入力
境界IDおよび単線結線図参照	`[盤 / 母線 / フィーダー / インターフェース]`
この経路を使用した動作状態	`[通常 / 発電機 / 静的バイパス / メンテナンスバイパス / バッテリー / その他]`
電源および接地方式	`[商用電源 / 発電機 / UPS出力 / 派生システム; TN / TT / IT / プロジェクト固有]`
公称電圧および最大連続電圧	`[値および保護モード]`
接続機器および耐力目標	`[機器 / 宣言耐力 / 設計目標]`
外部および局所的に発生する曝露	`[雷サージ環境 / 開閉 / 屋外経路 / 結合経路]`
提案されるSPDの機能および適用フレームワーク	`[電源または信号 / タイプ・クラス・試験規格]`
保護レベルの根拠	`[Up / VPR / 測定制限電圧 / 信号制限データ]`
放電耐量の根拠	`[Iimp / In / Imax / Uoc / 適用信号試験データ]`
想定故障電流およびSPD短絡の根拠	`[故障電流 / SCCR / Isccr / その他の宣言]`
バックアップ保護および断路器の配置	`[デバイス / 定格 / メーカー指示]`
上流側/下流側の協調に関するエビデンス	`[正確なモデル / 表 / 試験済み組み合わせ / 計算]`
接続およびボンディング経路	`[導体長 / 経路 / PEボンディングポイント / シールド処理]`
状態および保守方法	`[インジケータ / リモート接点 / アラーム入力 / 交換用アクセス]`
未解決の課題および担当レビュアー	`[不明 / ドキュメント必須 / 所有者 / 期日]`

RFQブロック

SPDの選定または見積もりを依頼する際は、以下の情報を送付してください：

プロジェクト / 市場：
適用される設置規格またはコード：
単線結線図の改訂版：
境界IDおよび設置位置：
常用、予備、およびバイパスの電源経路：
システム電圧、周波数、および相数：
接地方式および保護モード：
雷保護 / 露出状況：
接続点における想定短絡電流：
設計済みの場合は、必要なSPDタイプまたは試験クラス：
必要なUp / VPR / 制限電圧目標：
必要なIimp / In / Imaxまたは適用される試験デューティ：
バックアップヒューズまたは回路遮断器の要件：
協調させる上流および下流のSPDモデル：
接続導体の経路および利用可能な取り付けスペース：
視覚的表示 / リモート接点の要件：
電源、PoE、データ、制御、および監視インターフェース：
必要なモデル固有の証明書、レポート、および取扱説明書：
数量、配送先、およびプロジェクトスケジュール：

不明な項目は、「データセンターグレード」といった一般的な評価に置き換えるのではなく、不明のままにしておく必要があります。.

最終設計ルール

データセンターのサージ保護は、すべての通電経路および導電経路が、あらゆる関連する動作状態で検討されて初めて完了します。正しい設計には、受電段、下流段、およびインターフェース固有の保護装置が含まれる場合がありますが、その数や定格を汎用的な階層図から選択することはできません。.

まずアーキテクチャを構築してください。次に、対象となる機器セットについて、電圧保護、エネルギー協調、距離および接続の影響、短絡適合性、バイパス状態、信号インターフェース、および保守性を検証してください。.

製品評価にあたっては、エビデンススケジュールと利用可能な VIOXサージ保護デバイス製品群. を比較してください。プロジェクト固有のショートリストについては、完成した単線結線図のレビューおよびRFQブロックを [email protected]. へ送付してください。VIOX製品の適合性は、正確なモデルのドキュメントから確認する必要があります。本ガイドへの掲載は、すべてのデータセンターシステムとの互換性を保証するものではありません。.

データセンターのサージ保護：UPS、PDU、ATS向けSPD設計