要点
- 零クロス点: 交流電流は、自然にゼロクロス点（100～120回/秒）でアークを消弧しますが、直流電流はアークを持続的に発生させます。.
- 設計の違い: 直流遮断器は、磁気吹き消しコイルと深いアークシュートを必要とするため、物理的に大きく、交流バージョンよりも高価になります。.
- 電圧ディレーティング： 直流アプリケーションに交流遮断器を使用すると、電圧容量が大幅に低下します（例：690V AC → 約220V DC）。.
- 安全規則: 火災の危険や接点溶着を防ぐため、太陽光発電や蓄電池などの直流システムには、交流定格の遮断器を絶対に使用しないでください。.
メンテナンス技術者は、アイソレータースイッチを開放した。600ボルト、32アンペア。屋上太陽光発電アレイのルーチンロックアウト手順。.
ただし、そのスイッチはDC定格ではなかった。.
ハウジング内部では、分離された接点間にアークが発生する。輝かしい、持続的なプラズマブリッジが、イオン化された空気を通して600V DCを伝導する。ACシステムでは、このアークは次の電流ゼロクロスで10ミリ秒以内に自然に消滅する。しかし、DC電流にはゼロクロスがない。アークは持続する。接点は侵食し始める。温度が上昇する。数秒以内に、安全な遮断を提供するはずだったアイソレーターが、まさに最も隔離が必要なときに、連続的な高電圧導体になってしまう。.
ことになる “「ゼロクロス安全ネット」”――ACにはそれがあり、DCにはない。そして、アイソレータースイッチの設計、定格、選択方法のすべてを変える。.
アイソレータスイッチとは何ですか?
アン アイソレータスイッチ （遮断スイッチまたはスイッチ遮断器とも呼ばれます）は、電気回路を電源から遮断し、安全なメンテナンスと修理を保証するように設計された機械式開閉装置です。以下によって規定されます。 IEC 60947-3：2020 低電圧開閉装置（最大1000V ACおよび1500V DC）の場合、遮断スイッチは、活線導体と下流の機器の間に、目視可能な遮断（目で見たり確認したりできる物理的なギャップ）を提供します。.
とは異なり 遮断器, 、アイソレーターは負荷がかかった状態で故障電流を遮断するように設計されていない。それらはメンテナンス遮断器である。回路が非通電状態であるか、最小限の負荷がかかっているときにそれらを開き、下流での作業のための安全な隔離ポイントを作成する。ほとんどのアイソレーターには、LOTO（Lockout/Tagout）コンプライアンスのためのロックアウト機構（南京錠ハスプまたはロック可能なハンドル）が含まれている。.
アイソレーターの選択が重要な理由は次のとおりである。の物理学 アーク遮断――スイッチを開いた後のマイクロ秒で何が起こるか――は、ACとDCで根本的に異なる。ACサービスに適したアイソレーターは、電圧が低い場合でも、DCサービスには完全に不適切（かつ危険）である可能性がある。定格プレートに「690V」と記載されている場合があるが、それは690V 交流. である。それを600V DC太陽光ストリングで使用すると？アークフラッシュの潜在的な危険を作り出したことになる。.
これは、些細な技術的な詳細や保守的な安全マージンではない。それは物理学である。そして、その理由を理解するには、電圧下で接点が分離するときにすべてのスイッチ内部で何が起こるかを見る必要がある。.
Proチップ#1: データシートに明示的なDC電圧/電流定格がない限り、DCアプリケーションにAC定格のアイソレーターを絶対に使用しないでください。690V AC定格のアイソレーターは、通常、DC容量がわずか220〜250V DCである。これは、開回路時の4パネル太陽光ストリングよりも小さい。.
アーク消弧の問題：DCが異なる理由
電圧下でスイッチを開くと、アークが発生する。それは避けられない。接点が分離すると、それらの間のギャップはまだ十分に小さく――マイクロメートル、次にミリメートル――電圧が空気をイオン化し、導電性プラズマチャネルを作成する。機械的な接点が接触していなくても、電流はこのアークを流れ続ける。.
スイッチが回路を真に隔離するためには、このアークを 消弧. しなければならない。そして、ここでACとDCは完全に異なる。.
AC：自然なゼロクロス
交流は、その名前が示すように、交互に変化する。50 Hz ACシステムは、1秒あたり100回、電圧/電流がゼロになる。60 Hzシステムは、1秒あたり120回、ゼロになる。8.33ミリ秒（60 Hz）または10ミリ秒（50 Hz）ごとに、電流の方向が反転し、ゼロを通過する。.
電流ゼロクロスでは、アークを維持するエネルギーはない。プラズマは脱イオン化する。アークは消滅する。次の半サイクルまでに接点が十分に分離されている場合、ギャップの絶縁耐力（再点火せずに電圧に耐える能力）がシステム電圧を超える。アークは再点火しない。絶縁が達成される。.
この “「ゼロクロス安全ネット。」” ACアイソレーターは、この自然な遮断に依存できる。それらの接点設計、ギャップ距離、およびアークチャンバーの形状は、次のゼロクロスの後にアークが再点火しないことを保証するだけでよい。それは比較的寛容な設計問題である。.
DC：無限アークの問題
直流にはゼロクロスがない。決して。600V DC太陽光ストリングは、600ボルトを連続的に供給する。アイソレーターの接点が分離してアークが発生すると、そのアークは連続的なエネルギーによって維持される。自然な遮断点はない。次の3つのいずれかが発生するまで、アークは無期限に継続される。
- 接点ギャップが十分に大きくなる アークでさえそれをブリッジできない（ACよりもはるかに大きな物理的分離が必要）
- アークが機械的に引き伸ばされ、冷却され、吹き飛ばされる 磁場とアークシュートを使用する
- 接点が溶着する 持続的な加熱から、絶縁の目的全体を無効にする
オプション3は、DCサービスでAC定格のアイソレーターを使用した場合に発生する。ACでは問題なく機能する接点分離速度とギャップ距離――次のゼロクロスが10ミリ秒で到着するため――は、DCには不十分である。アークは持続する。接点の侵食が加速する。最悪の場合、接点が溶着し、絶縁が完全に失われる。.
Proチップ#2: AC電流は、1秒あたり100回（50 Hz）または120回（60 Hz）ゼロを通過する。各ゼロクロスは、アークが自然に消滅する機会である。DC電流は決してゼロを通過しない。これは些細な違いではない。DCアイソレーターが、ACアイソレーターにはない磁気吹き飛ばしコイルと深いアークシュートを必要とする理由である。.
DCアイソレーターの設計：アークチャンバーの戦士
DCアークは自己消弧しないため、DCアイソレーターは積極的な機械的手段によって強制的に消弧する必要がある。これは “「アークチャンバーの戦士」”――DCアイソレーターは戦闘用に設計されている。.
磁気吹き飛ばしコイル
ほとんどのDCアイソレーターには 磁気吹き飛ばしコイル または接点の近くに配置された永久磁石が組み込まれている。アークが発生すると、磁場はアーク電流（移動電荷）と相互作用し、接点からアークを押し出し、アーク消弧チャンバーに押し込むローレンツ力を生成する。.
それを、アークが留まりたい場所から物理的に押し出す磁気的な手と考えてください。アークをより速く、より遠くに移動するほど、アークは冷却され、引き伸ばされ、それ自体を維持できなくなる。.
アークシュート（スプリッタープレート）
アークがアークチャンバーに吹き込まれると、 アークシュート――アークを複数の短いセグメントに分割する金属板（多くの場合銅）のアレイに遭遇する。各セグメントには独自の電圧降下がある。すべてのセグメントの合計電圧降下がシステム電圧を超えると、アークは維持できなくなる。それは崩壊する。.
DCアイソレーターは、電流ゼロクロスに依存できないため、ACアイソレーターよりも深く、より積極的なアークシュート設計を使用する。アークは、毎回、全電流で強制的に消弧する必要がある。.
高銀接点材料
DCアークは接点に過酷である。全電圧での持続的なアーク放電は、急速な侵食と加熱を引き起こす。これに耐えるために、DCアイソレーターは、ACアイソレーターで一般的な銅または真鍮の接点よりも溶着や侵食に強い、より高い銀含有量（多くの場合、銀タングステンまたは銀ニッケル合金）の接点材料を使用する。.
その結果？1000V DC、32A定格のDCアイソレーターは、物理的に大きく、重く、複雑で、同様の定格のACアイソレーターよりも2〜3倍のコストがかかる。これは恣意的な価格設定ではない。ゼロクロスなしでアーク消弧を強制するエンジニアリングコストである。.
Proチップ#3: 太陽光発電システムの場合、遮断器の直流電圧定格が、予想される最低温度でのストリングの最大開放電圧（Voc）を上回っていることを常に確認してください。400Wモジュールを10枚接続したストリングは、-10℃で500～600V DCに達する可能性があり、多くの「DC対応」遮断器を超えます。また、以下のガイドを参照してください。 DC遮断器の接続 安全な配線方法について。.
ACアイソレーターの設計：ゼロクロスに乗る
比較すると、ACアイソレーターは単純である。磁気吹き飛ばしコイルは必要ない（ただし、一部にはより高速な遮断のために含まれている）。深いアークシュートは必要ない。エキゾチックな接点材料は必要ない。.
なぜ？なぜなら ゼロクロスがほとんどの作業を行う. 。ACアイソレーターの仕事は、アークを強制的に消弧することではなく、自然なゼロクロス遮断後にアークが再点火しないようにすることである。.
- 十分なギャップ距離： 通常、低電圧ACの場合は3〜6mm（電圧と汚染度によって異なる）
- 基本的なアーク封じ込め： 表面を伝わるアーク放電を防ぐための単純な絶縁バリア
以上です。交流遮断器は、波形を利用して負荷を軽減します。機械設計は、それに追いつくだけで済みます。三相モーターなどの特定のアプリケーションについては、以下を参照してください。 三相遮断スイッチの完全ガイド.
電圧ディレーティングのペナルティ
多くのエンジニアが驚くことがあります。もしあなたが しなければならない DC用にAC定格のアイソレーターを使用すると（使用すべきではありませんが、仮に）、そのDC電圧容量はAC定格よりも大幅に低くなります。これが “「電圧ディレーティングのペナルティ」です。”
一般的なパターン：
- 690V AC定格 → 約220-250V DC容量
- 400V AC定格 → 約150-180V DC容量
- 230V AC定格 → 約80-110V DC容量
なぜこれほど厳しいディレーティングが必要なのでしょうか？それは、DCアーク電圧がACアーク電圧とは根本的に異なるからです。メーカーは、DC電圧定格を大幅に下げることで、これに対応しています。.
太陽光発電アプリケーションの場合、これは “「PVストリングの罠」です。” 一般的な400Wソーラーパネルの開放電圧（Voc）は、STCで約48-50Vです。10枚のパネルをストリングにすると：480-500V。しかし、Vocは低温で上昇します。180V DC定格の400V ACアイソレーター？まったく不適切です。.
Proチップ#4: 遮断器は、無負荷または最小負荷の開閉用に設計されています。これらは、メンテナンス用の遮断器であり、過電流保護ではありません。耐候性が必要な環境では、以下を理解していることを確認してください。 遮断スイッチのIP等級.
DC vs ACアイソレーター：主な仕様の比較
| 仕様 | ACアイソレータ | DCアイソレーター |
|---|---|---|
| 消弧メカニズム | 自然な電流ゼロクロス（100〜120回/秒） | 強制的な機械的消弧（磁気吹き消し+アークシュート） |
| 必要な接点ギャップ | 3〜6mm（電圧によって異なる） | 8〜15mm（同じ電圧でもギャップが大きい） |
| アークシュートの設計 | 最小限または全くない | 深いスプリッタープレート、積極的な形状 |
| 磁気吹き消し | オプション（高速遮断用） | 必須（永久磁石またはコイル） |
| 接触材料 | 銅、真鍮、標準合金 | 高銀含有量（Ag-W、Ag-Ni合金） |
| 電圧定格の例 | 690V AC | 1000V DCまたは1500V DC |
| 電流定格の例 | 32A、63A、125Aが一般的 | 16A〜1600A（PV/ESS向けに広い範囲） |
| 代表的な用途 | モーター制御、HVAC、産業用AC配電 | 太陽光発電、バッテリーストレージ、EV充電、DCマイクログリッド |
| 規格 | IEC 60947-3:2020（AC使用カテゴリ） | IEC 60947-3:2020（DC使用カテゴリ：DC-21B、DC-PV2） |
| サイズ-重量 | コンパクト、軽量 | より大きく、重い（同じ電流定格で2〜3倍のサイズ） |
| コスト | 低い（ベースライン） | 2〜3倍高価 |
| 開放時のアーク持続時間 | <10ms（次のゼロクロスまで） | 機械的に消弧されるまで連続 |
重要な収穫 DCアイソレーターの「2〜3倍のコストペナルティ」は、価格つり上げではありません。ゼロクロスなしでアークを消弧するという根本的な物理的制約を反映しています。.
DC vs ACアイソレーターの使い分け
決定は、好みやコスト最適化の問題ではなく、アイソレーターのアーク消弧能力をシステムの電流タイプに合わせることです。.
DCアイソレーターの使用例：
1. 太陽光発電（PV）システム
すべての太陽光発電アレイのDCストリングは、アレイとインバーターの間で絶縁が必要です。ストリング電圧は通常、600～1000V DCに達します。特にPVスイッチング用に設計されたIEC 60947-3 DC-PV2使用カテゴリを探してください。以下のガイドを参照してください。 ソーラーコンバイナーボックスの電圧定格 を参照してください。.
2. バッテリーエネルギー貯蔵システム（ESS）
バッテリーバンクは、48V〜800V+のDC電圧で動作します。バッテリーモジュールとインバーター間の絶縁が必要です。.
3. EV充電インフラ
DC急速充電器は、400〜800V DCを車両バッテリーに直接供給します。.
4. DCマイクログリッドおよびデータセンター
データセンターでは、変換損失を減らすために、380V DC配電の使用が増えています。.
5. 海洋および鉄道DC配電
船舶および列車は、数十年にわたってDC配電（24V、48V、110V、750V）を使用してきました。.
ACアイソレーターの使用例：
1. モーター制御回路
AC誘導モーター、HVACシステム、およびポンプの絶縁。.
交流配電の構築
照明パネルおよび一般的な建物負荷の絶縁。.
産業用交流制御盤
以下の機器を備えた機械制御キャビネット ACコンタクター およびPLC。.
重要なルール
システム電圧がDCの場合（48V DCであっても）、DC定格のアイソレーターを使用してください。アークの物理現象は電圧レベルを気にせず、波形の種類を気にします。48V DCのアークでも、AC専用スイッチで維持され、接点溶着を引き起こす可能性があります。.
選定ガイド：DCアイソレーターの4ステップメソッド
ステップ1：最大システム電圧の計算
について 太陽光発電： 予想される最低周囲温度でストリングのVocを計算します。Vocは、25°Cを下回る1°Cあたり約0.3〜0.4%増加します。.
- 例：10パネルのストリング、STCでVoc = 49V/パネル。-10°Cの場合：49V × 1.14（温度係数）× 10パネル = 559V DC 最小アイソレーター定格
Pro-ヒント: 安全マージンを確保するために、常に計算された最大システム電圧より少なくとも20%高いアイソレーター電圧定格を指定してください。.
ステップ2：電流定格の決定
について 太陽光発電： ストリング短絡電流（Isc）× 1.25の安全率を使用します。.
ステップ3：利用カテゴリの確認
IEC 60947-3利用カテゴリのデータシートを確認してください：一般的なDC回路の場合はDC-21B、特に太陽光発電DCスイッチングの場合はDC-PV2。.
ステップ4：短絡定格の確認（該当する場合）
ほとんどの遮断器は、無負荷または最小負荷の開閉用に設計されています。通常の負荷開閉または故障遮断の場合は、以下を指定してください。 DC回路ブレーカー と記載されています。.
Proチップ#5: DCアイソレーターは、ACアイソレーターよりも2〜3倍高価です。これは、根本的に異なる接点材料、磁気ブローアウトシステム、および深いアーク消弧室が必要なためです。.
よくある質問
AC アイソレータを DC アプリケーションに使用できますか?
いいえ、一般的にはできません。交流遮断器は、電気アークを消弧するために交流の「ゼロクロス点」を利用します。直流電流にはゼロクロス点がないため、アークは交流スイッチで無期限に持続し、過熱、火災、接点溶着につながる可能性があります。.
なぜDC遮断器はAC遮断器よりも大きいのですか？
DC遮断器は、アークの消弧を機械的に強制するために、磁気吹き消しコイルやより深いアークシュート（スプリッタープレート）など、より大きな内部コンポーネントを必要とします。また、アークの再点弧を防ぐために、より広い接点ギャップも必要です。.
DC遮断器とDCサーキットブレーカーの違いは何ですか？
DC遮断器は、主にメンテナンス遮断（回路の絶縁）用に設計されており、通常は無負荷で動作します。 DC回路ブレーカー は、過負荷および短絡に対する自動保護を提供し、負荷がかかった状態で故障電流を遮断するように設計されています。.
結論：物理学はオプションではありません
DCアイソレーターとACアイソレーターのスイッチの違いは、定格、コスト、または好みの問題ではありません。それは物理学です。.
ACアイソレーターは以下に依存しています。 “「ゼロクロス安全ネット」”. DCアイソレーターは以下に直面しています。 “「終わりのないアーク問題」”. アークは、スイッチが磁気ブローアウトコイルと深いアークシュートを通して消弧を強制しない限り、無期限に持続します。.
太陽光発電ストリングまたはバッテリーストレージ用のアイソレーターを指定する場合、アーク消弧システムを選択することになります。間違ったものを使用すると、アークが持続し、火災が発生する可能性があります。ルールは簡単です。電圧がDCの場合は、DC定格のアイソレーターを使用してください。.
物理学は交渉の余地がありません。それに応じて選択してください。.
太陽光発電またはバッテリーストレージプロジェクト用のDCアイソレーターの選択でお困りですか？ IEC 60947-3に準拠したDCスイッチングソリューションに関する技術ガイダンスについては、アプリケーションエンジニアリングチームにお問い合わせください。.
