資格のある電気技師が、ブレーカーのすぐ隣にあるメインパネルに設置しました。半年後、落雷が施設から200メートル離れた場所にある電力会社の変圧器に落ちました。翌朝、40,000ドル相当のPLCが損傷しているのを目にすることになります。, VFD, 、および制御システム。.
パネルに取り付けられたサージ保護装置は？パネルにそのままあり、完璧に見えます。.
高価なパネルジュエリーのようです。.
パネル取り付け型サージ保護装置の実際の仕組み（そして、ほとんどが機能しない理由）
パネル取り付け型サージ保護デバイス（SPD）の内部で実際に何が起こるかを説明します。コアテクノロジーは、金属酸化物バリスタ、略してMOVです。興味深い量子状態にある電圧に敏感なスイッチと考えてください。.
通常の動作電圧（120Vまたは240V）では、MOVは非常に高い抵抗を持っています。基本的に開回路です。電力は、何もないかのようにブレーカーを通って機器に流れます。しかし、電圧が特定の閾値（住宅システムでは通常400〜600V程度）を超えてスパイクすると、MOVは絶縁破壊を起こします。その抵抗は、約1ナノ秒で数百万オームからほぼゼロに低下します。.
それはまばたきするよりも速いです。「雷」と言うよりも速いです。MOVは10,000アンペアのスイッチになり、閉じたばかりです。.
さて、誰も手遅れになるまで尋ねない質問があります。そのサージエネルギーはどこに行くのでしょうか？
MOVは経路を作成します。しかし、どこへの経路ですか？これは 接地に関する質問であり、実際の保護と高価なパネルジュエリーの違いです。.
ほとんどのパネル取り付け型SPDは、ホットからニュートラル、ホットからアース、ニュートラルからアースの3つのポイントに接続します。MOVがトリガーされると、そのサージエネルギーをどこかに分流しようとします。「どこか」が単に機器の接地バー（コンセントのアースと機器のフレームを結合するのと同じバー）である場合、問題を解決するのではなく、問題を作成したことになります。.
そのサージエネルギーは地球に放散される必要があります。接地システムの機器安全アースにではありません。水道管にではありません。実際の地球にです。ベンジャミン・フランクリンが250年前に凧を揚げたときに話していたことです。.
落雷は300,000ジュールのエネルギーを運ぶ可能性があります。「20,000ジュールの定格」のパネル取り付け型SPD？それは吸収能力ではありません。マーケティングの劇場です。MOVはサージを吸収しません。分流します。そして、300,000ジュールが行く場所が、施設の配線、PLCラック、および可変周波数ドライブを通る以外にない場合？それが40,000ドルの修理代を説明します。.
Pro-ヒント: ジュール定格は、MOVがいつ故障するかを示しますが、どれだけの保護があるかを示しません。50,000アンペアの電流定格は、20,000ジュールのエネルギー定格よりもはるかに重要です。SPDはサージを地球に分流する必要があり、吸収しようとしないでください。.
「アース」が「地球」なしでは、単なる高価なパネルジュエリーである理由
電気技師とエンジニアは、誰もがその意味を知っているかのように「アース」という言葉を投げかけます。彼らは知りません。そして、この言語的なずさんさが、毎年、損傷した機器で数万ドルの費用を施設に負担させています。.
電気システムには、完全に異なる2つのアースがあります。
安全アース（機器アース）： これは、すべての機器接地導体が終端するパネル内のアースバーです。その仕事は、短絡時にソースに故障電流経路を提供し、誰かが感電する前にブレーカーをトリップさせることです。機器のフレーム、コンセントのアース、および金属製のエンクロージャーを一緒に結合します。電気安全に不可欠です。サージ保護には完全に間違っています。.
地球アース： これは、実際の地球への接続です。接地棒、Uferアース、土壌に打ち込まれた接地電極。その仕事は、サージエネルギーの無限のシンクを提供し、数十万ジュールのエネルギーを無害に地球の質量に放散することです。これがフランクリンが実証したことです。これが実際に落雷による損傷を防ぐものです。.
パネル取り付け型SPDが、専用の地球アース経路ではなく、機器のアースバーに接続されている場合、そのサージに電気システムを直接通過する高速道路を与えたことになります。MOVがトリガーされます。サージはホット導体から迂回します。そして、コンピューターのシャーシ、VFDの入力段、PLCの電源装置を通って、その機器のアースバーに結合されたすべての導体を通過し、地球への経路を探します。.
その電源タッププロテクターが荷物の中にある場合、クルーズ船はそれを没収します。彼らは火災の脅威を真剣に受け止めています。なぜですか？サイズが小さすぎるMOVが、分流できないサージエネルギーを処理しようとすると、熱が発生するためです。プラスチック製のハウジングを発火させるのに十分な熱です。内部に0.50ドル相当のMOV部品が入った25ドルの電源タップには、適度なサージエネルギーでも処理できる熱質量がありません。.
さて、それをスケールアップします。不適切に接地されたパネル取り付け型SPDが、近くの落雷を地球ではなく施設の配線を通して分流しようとしている場合？それはサージ保護ではありません。分散型の火災の危険です。.
Pro-ヒント: 電気技師に1つの簡単な質問をしてください。「このSPDのアース線はどこに行きますか？機器のアースバーですか、それとも地球アース電極に直接ですか？」彼らが「アースバー」と言うなら、サージ保護ではなく、高価なパネルジュエリーを持っていることになります。.
タイプ1、タイプ2、タイプ3：場所と地球への接続がジュール定格よりも重要な理由
業界は、サージ保護デバイスを、処理できると主張するジュール数ではなく、設置場所によって分類します。この分類を理解することで、ほとんどの施設がサージ保護を間違えている理由がわかります。.
タイプ1 SPD サービスエントランス（電力会社の電力が施設に入る場所、メインの遮断器の前）に設置します。それらは、10フィート未満の導体で地球アース電極に接続する必要があります（その数が重要な理由については後述します）。これらはヘビーヒッターです。通常、50,000〜200,000アンペアの定格です。彼らの仕事は、外部ソース（落雷、電力会社のスイッチング、変圧器の故障）からの大規模なサージが施設の配線に到達する前にクランプすることです。.
タイプ2 SPD メインの配電盤またはサブパネルに設置します。タイプ1を通過したサージに対する2番目の保護層を提供し、施設内で生成されたサージ（モーターのスイッチング、VFDの高調波、コンデンサーバンクのスイッチング）にも対処します。ほとんどのパネル取り付け型SPDはタイプ2デバイスです。.
タイプ3 SPD は、使用場所のプロテクターです。電源タップ、個々の機器のサージプロテクター、インライン同軸プロテクター。ほとんどの人が知らない重要な要件があります。タイプ3デバイスは、メインパネルから30フィート以上の導体長で設置する必要があります。.
待ってください、30フィート以上ですか？それは逆のように思えます。保護はできるだけ近くにあるべきではありませんか？
いいえ。そして、その理由は次のとおりです。
タイプ3 SPDは意図的にサイズが小さくなっています。それらは、小さなローカルサージ（静電気放電、軽微なスイッチングトランジェント）を処理するように設計されています。それらは、限られた熱質量を持つ小さなMOVを使用します。タイプ3 SPDをパネルの近く（たとえば、5フィート離れた場所）に設置し、電力会社から大きなサージが入ってきた場合、そのタイプ3デバイスは、導体のインピーダンスが電流を制限する前に、完全なヒットを受けます。.
それらの小さなMOVは蒸発します。時には激しく。火災調査官はこれを「熱暴走」と呼びます。施設管理者はそれを「壁からの焦げ臭い匂い」と呼びます。いずれにせよ、機器を保護しているのではなく、火災の危険を作り出しています。.
30フィートの最小値は、サージ電流がタイプ3デバイスに到達する量を自然に制限する電気インピーダンスを提供します。それは安全マージンです。サービスエントランスまたはパネルにあるタイプ1またはタイプ2 SPDは、大きなヒットを処理します。タイプ3デバイスはローカルノイズを処理します。.
しかし、ここで人々を困惑させるのは、5セント相当のMOV部品が入った3ドルの電源タップが25ドルから80ドルで販売されていることです。マーケティングは「20,000ジュール！」または「4,000ジュール！」と叫びます。これらは、保護されていると感じさせるように設計された数字です。彼らがあなたに言わないこと：それらのジュールは、MOVが故障するポイントを測定するものであり、実際に安全に処理できるものではありません。.
適切なタイプ1 SPDは150ドルから300ドルかかり、施設全体（食器洗い機、HVAC、PLC、コンピューター、ドアベル、すべて）を保護します。これは、一般的な施設では、保護されたアプライアンスあたり約1ドルです。80ドルの電源タップは、間違って設置されている場合は何も保護せず、過負荷になると発火し、誰かに非常に健全な利益率をもたらします。.
この ジュールトラップ重要な仕様に焦点を当てる一方で、重要な設置要件を無視します。.
Pro-ヒント: 50,000アンペアの定格のタイプ1またはタイプ2 SPDは、数十回の落雷に耐え、数十年間機能し続けます。タイプ3の「20,000ジュール」の電源タップは、最初の実際のサージを生き残れない可能性があります。アンペア定格は常にジュール定格を上回ります。.
10フィートのルール：接地線の長さがワイヤゲージよりも重要な理由
おそらく、設置手順を見たことがあるでしょう。「SPDを接地システムに接続します。」簡単ですよね？SPDから最寄りのアースバーまで6 AWGの銅線を配線します。ボックスをチェックして、次に進みます。.
間違いです。その設置は、200ドルのSPDをパネルジュエリーに変えただけです。.
問題はインピーダンスです。抵抗ではありません。インピーダンスです。それらは関連していますが、同じものではありません。マイクロ秒単位で上昇する落雷の立ち上がりエッジをそらそうとしている場合、その違いは非常に重要です。.
抵抗は、マルチメーターで測定するものです。DC電流の流れに対する抵抗です。6 AWGの銅線は、1,000フィートあたり約0.4オームです。SPDからアースバーまで？おそらく8フィート？それは0.003オームです。無視できますよね？
インピーダンスは周波数に依存します。それは抵抗プラスリアクタンスです。変化する電流に対する抵抗です。落雷からのサージはDCではありません。それは、メガヘルツ範囲にまで及ぶ周波数成分を持つ高速立ち上がりパルスです。これらの周波数では、まっすぐなワイヤでさえインダクターとして機能します。ワイヤが長ければ長いほど、インダクタンスは大きくなります。インダクタンスが大きければ大きいほど、インピーダンスは大きくなります。.
導体の1フィートごとに、約300〜400ナノヘンリーのインダクタンスが追加されます。高速立ち上がりサージの間、そのインダクタンスは電圧降下を引き起こします。式：V = L × (di/dt)。電流が1マイクロ秒あたり10,000アンペアで変化している場合（近くの落雷では珍しくありません）、インダクタンスのすべてのナノヘンリーが電圧を生成します。.
計算は次のとおりです。
6 AWGの8フィート ≈ 3,000 nHのインダクタンス
サージ立ち上がり：10 kA/μs = 10,000,000,000 A/s
ワイヤ全体の電圧：V = 3,000 × 10-9 H × 1010 A/s = 30,000ボルト
SPDはサージを600Vでクランプしました。しかし、そのインピーダンスのために、接地導体全体に30,000ボルトがあります。その電圧はどこに現れますか？もう一方の端に接続された機器全体に現れます。.
この 10フィートのルール：地球アースへのSPDの接続は10フィート未満でなければならず、そのルートのすべての詳細が重要です。.
10フィートのルールを無効にするもの：
急な曲がり。. 接地導体の90度の曲がりごとにインダクタンスが追加されます。磁場は曲がりに追従できず、反対の電圧を生成します。曲げる必要がある場合は、接地線を緩やかな曲線で配線します。さらに良いのは、まっすぐに配線することです。.
金属製の電線管。. 金属電線管またはEMT内で接地導体を配線すると、電線管のインダクタンスが直列に追加されます。これは、接地線を誘導コイルで包むようなものです。SPDの接地導体を金属電線管内で配線しないでください。保護が必要な場合はプラスチックを使用するか、規定で許可されている場合は露出配線を使用してください。.
他の導体との配線。. SPDの接地線は、電力導体と同じ経路で配線しないでください。相互インダクタンスにより、1つの導体のサージが近くの導体に電圧を誘導します。SPDの接地を他の配線から少なくとも12インチ離してください。.
接地接続の間違い。. 基礎壁を乗り越えて、接地棒まで下がる？導体を8フィート延長し、2つの急な曲がりを追加したことになります。可能な場合は基礎を貫通させるか、床をまっすぐ貫通させてください。.
接地電極へのインピーダンスが最も低い経路が必要です。機器の接地バーへではありません。水道管へでもありません（現代の設置では規定違反です）。最も近い便利なボンディングポイントへでもありません。実際の接地棒またはUfer接地へ、理想的にはサービスエントランスにボンディングされた同じ接地電極システムへ。.
Pro-ヒント: 10フィートを超える接地導体のすべてのフィート、すべての急な90°の曲がり、金属電線管内のすべてのフィートは、保護効果を推定10〜15％低下させるインピーダンスを追加します。3つの急な曲がりと10フィートの電線管を備えた20フィートの接地線？SPDの効果の半分以上を失っています。.
もう1つ重要な点があります。単一点接地です。電力、同軸、電話、データ回線上のすべてのSPDは、同じ接地システムに接続する必要があります。電力SPDがサージを接地棒Aに放出し、同軸SPDが30フィート離れた接地棒Bを参照する場合、機器に直接接続された30フィートのアンテナを作成したことになります。サージ中、これらの2つの接地は数千ボルト異なる可能性があります。.
すべてを1つの単一点接地にボンディングします。それがフランクリンが実証したことです。それが今でも機能することです。.
施設を実際に保護する方法：4ステップメソッド
損傷が発生した後で保護を後付けすることはできません。ここに、100年以上にわたる避雷工学で文書化された、実際に機能する方法があります。.
ステップ1：サービスエントランスにタイプ1またはタイプ2のSPDを設置する
最初の防御線は、ユーティリティ電源が入る場所、つまりメインブレーカーの前、またはメイン配電盤に設置します。保護する価値のある機器がある場合は、これは交渉の余地がありません。.
最小定格：50,000アンペア。雷が「わずか」20,000アンペアである可能性があるのに、なぜ50kAなのですか？3つの理由があります。まず、その20 kAという数値は、最悪の場合のストライクではなく、典型的なストライクです。次に、ヘッドルームが必要です。定格制限で動作するSPDは、劣化が速くなります。第三に、50 kAのデバイスは通常、熱質量が大きく、交換が必要になる前に、より多くのサージイベントに耐えることができる、より大きなMOVを備えています。.
コストの現実：高品質の50 kAタイプ1またはタイプ2のSPDは、150ドルから300ドルかかります。200個のコンセント、30個のモーター、さまざまな制御システム、HVAC、照明、および電子機器を備えた施設の場合？これは、保護されたアプライアンスあたり約1ドルの保護です。単一のPLCの交換には、SPDよりもコストがかかります。.
施設内のいずれかのデバイスにサージ保護が必要な場合（コンピューター、コントローラー、VFD、またはマイクロプロセッサーを搭載したものが含まれている場合）、すべてを保護する必要があります。サージは、どの回路パスを通るかを気にしません。利用可能なものを介して接地を見つけます。「利用可能なもの」が、機器ではなく、SPDの専用接地接続であることを確認してください。.
ステップ2：専用の接地経路を作成する（10フィート未満）
これは、設置の90％が失敗する場所です。SPDには接地ラグが付属しています。インストーラーはそれを…機器の接地バーに接続します。これで完了、ですよね？
いいえ。重要なときに失敗する高価なパネルジュエリーを取り付けただけです。.
SPDの接地導体は、10フィート未満の導体で、接地電極に直接接続する必要があります。15フィートではありません。12フィートではありません。10未満です。そして、それらのフィートが重要です。
導体を急な曲がりなしで配線します。緩やかなカーブのみ、または可能な場合はまっすぐにします。すべての90度の直角は、雷サージの立ち上がり時間のナノ秒スケール中に余裕がないインダクタンスを追加します。.
金属電線管はありません。電線管のインダクタンスが目的を無効にします。機械的保護が必要な場合はプラスチック電線管を使用するか、規定で許可されている場合は導体を露出配線してください。.
他の配線から分離します。電力導体から最小12インチのクリアランスを維持します。サージエネルギーをシステムに結合する相互インダクタンスを最小限に抑えようとしています。.
単一点接地—すべてのSPD（電力、同軸、電話、データ）は、同じ接地電極システムを参照する必要があります。距離で隔てられた複数の接地ポイントを作成すると、施設が雷アンテナになります。.
適切なルートでは、基礎壁をドリルで開けたり、床の開口部から設置したり、地下室の床の下に配線したりする必要がある場合があります。それは便利ではありません。それは必要です。「便利」と「効果的」の違いは、数千ドルの機器の損傷で測定できます。.
ステップ3：他の引き込みサービスを保護する
サージエネルギーの経路は電力だけではありません。外部から施設に入るすべての導体は、潜在的なサージ侵入ポイントです。.
同軸ケーブル（インターネット、衛星、ケーブルテレビ）には、同軸用に定格されたSPDが必要です。サージはシールドを介して侵入し、機器をバイパスして、電力接地から出て、電子機器を破壊するコモンモード電圧を生成する可能性があります。.
電話回線には、通信定格のSPDが必要です。「固定電話は死んでいる」にもかかわらず、多くの施設では、アナログ電話サービス、火災警報ダイヤラー、または銅線ペアで動作するエレベーター緊急回線がまだあります。落雷は、これらのペアに電圧を誘導する可能性があります。.
ネットワークデータ回線—屋外イーサネット、建物外装のセキュリティカメラ、または建物間で実行されるネットワークケーブルがある場合は、データ定格のSPDが必要です。屋外ケーブルの近くの地面への落雷は、ツイストペアに電圧を誘導します。.
ここに交渉の余地のない要件があります。 すべての引き込みサービス上のすべてのSPDは、同じ接地ポイントにボンディングする必要があります。. それはステップ2からの単一点接地です。電力SPDがサージを接地Aに放出し、同軸SPDが40フィート離れた接地Bを参照する場合、コンピューターの電源とネットワークインターフェイスの間に直接接続された40フィートの電圧差を作成したことになります。.
サージは等化経路を見つけます。通常は機器の内部を通ります。機器は、制御または保存していたものよりも交換する方が安価です。.
ステップ4：タイプ3の使用場所プロテクターを30フィート以上離しておく
個々の機器サージプロテクター（電源タップ、インライン同軸プロテクター、UPSユニット）を使用している場合、それらはタイプ3デバイスです。それらは使用場所に取り付けられ、メインパネルから30フィート以上の導体距離が必要です。.
なぜ？タイプ3 SPDは、ユーティリティスケールのサージではなく、ローカルトランジェント用にサイズ設定された小さなMOVを使用するためです。落雷時に電源タップがパネルから5フィート離れている場合、導体インピーダンスがそれを制限する前に、完全なサージ電流が発生します。MOVは蒸発します。最良の場合：ストリップは動作を停止します。最悪の場合：熱暴走が火災を引き起こします。.
30フィートのルールは恣意的ではありません。それは、電流制限器として機能する電気インピーダンスです。フィートあたり300〜400ナノヘンリーで、30フィートは約10マイクロヘンリーを提供します。これは、使用場所のデバイスに到達するまでにサージ電流の立ち上がり速度を大幅に制限するのに十分な直列インダクタンスです。.
これは、インストーラーが直感に反すると感じる何かを説明しています。サービスエントランスにあるタイプ1またはタイプ2のSPDは、外部サージから施設を保護するだけではありません。また、施設内のタイプ3デバイスからも施設を保護しています。これらのサイズの小さい使用場所プロテクターは、不適切に配置されている場合、潜在的な火災の危険性があります。サービスエントランスSPDは、サージがそれらに到達して破壊する前にクランプします。.
両方をインストールするときに、冗長な保護を作成しているわけではありません。各コンポーネントが適切な場所でその役割を果たす、調整された保護システムを作成しています。.
Pro-ヒント: 接地に適切に接地されたタイプ1またはタイプ2のSPDを設置した後、施設のタイプ3プラグストリップおよび機器プロテクターは実際に正しく機能します。ローカルトランジェントを処理し、サービスエントランスSPDは大きなサージを処理します。適切に接地されたタイプ1/2がない場合、タイプ3デバイスは、間違ったサージを待っている高価な火災の危険性があるだけです。.
結論：接地はオプションではありません
パネルマウントサージプロテクターは、正しく接続されている場合に機能します。MOVテクノロジーは健全です。エンジニアリングは証明されています。失敗するのはインストールです。.
これで、パネルジュエリーと実際の保護の違いがわかりました。 接地に関する質問 が重要です。安全接地は、故障時に人を保護します。接地は、サージ中に機器を保護します。SPDを間違った方に接続すると、間違った問題を解決したことになります。.
場所が有効性を決定する理由がわかりました。タイプ1およびタイプ2 SPDは、サービスエントランスまたはメインパネルに直接接地接続でインストールされます。タイプ3デバイスは、使用場所で30フィート以上離れてインストールされます。これらの配置ルールに違反すると、保護ではなく火災の危険性が生じます。.
導体配線がほとんどの設置を無効にする理由がわかりました。 10フィートのルール は提案ではありません。10を超えるすべてのフィート、すべての急な曲がり、金属電線管のすべてのインチは、サージ電圧を地球ではなく機器に送るインピーダンスを追加します。.
別のパネルマウントSPDを取り付ける前に、またはすでにインストールされている場合は、次の質問をしてください。
SPDの接地導体はどこで終端しますか？答えが「機器の接地バー」である場合、パネルジュエリーがあります。.
実際の接地電極までの接地導体経路の長さはどれくらいですか？答えが10フィートを超える場合、SPDの効果は追加のフィートごとに低下します。.
すべての引き込みサービス（電力、同軸、電話、データ）は、同じ単一点接地にボンディングされたSPDで保護されていますか？そうでない場合は、機器を介した電圧差経路を作成しました。.
ベンジャミンフランクリンは、250年前に凧、鍵、ライデン瓶で接地を理解しました。金属酸化物バリスタ、オシロスコープ、および数十年にわたるIEEE標準があります。.
これを間違える言い訳はありません。接地の問題を修正すると、パネルマウントSPDは高価なジュエリーではなくなり、実際の保護になります。.
技術の精度注
基準&源を参照される:
- IEEE C62.41（低電圧AC電力回路のサージ電圧に関するIEEE推奨プラクティス）
- IEEE C62.11（AC電力回路用金属酸化物サージアレスターのIEEE標準）
- NEC第285条（サージ保護デバイス、1000ボルト以下）
- IEC 61643-11（低電圧サージ保護デバイス）
- IEEE C62.45（機器のサージテストに関するIEEE推奨プラクティス）
適時性算書: すべての技術仕様、設置要件、および標準参照は、2025年11月現在で正確です。MOVテクノロジー、タイプ1/2/3分類、および接地要件は、IEEEおよびNEC標準で文書化された確立されたエンジニアリングプラクティスです。.
