単相と三相の電力系統を理解する
単相システム (1P+N): 220-240V のアプリケーション
単相電力システムは 220-240V で動作し、1 本の活線導体 (L1) と 1 本の中性線導体 (N) で構成されています。これらのシステムは通常、 2 極 (2P) 自動切換スイッチ 活線導体と中性線の両方を同時に切り替える.
主な用途:
- 住宅およびアパート
- 小規模な商業オフィス (100A 未満のサービス)
- レクリエーション用車両 (RV) およびモバイルホーム
- 軽負荷の機器および家電製品
- 家庭用必須負荷のバックアップ電源
単相システムの電力供給能力には制限があり、通常は最大 100A サービス (240V で 24kW) です。住宅用バックアップ電源アプリケーションの場合、2P ATS は、商用電源と発電機電源を切り替える際に適切な保護を提供します。.
三相システム (3P+N): 380-415V の産業用電力
三相電力システムは、3 本の活線導体 (L1、L2、L3) と中性線導体 (N) を介して 380-415V を供給します。これらのシステムには、 3 極 (3P) または 4 極 (4P) 自動切換スイッチ, 中性線を切り替える必要があるかどうかに応じて、システムの安全性と信頼性に影響を与える重要な決定事項です。.
主な用途:
- 製造施設および工業プラント
- HVAC システムを備えた商業ビル
- データセンターおよび通信施設
- 三相モーター (ポンプ、コンプレッサー、チラー) を稼働させている施設
- 大規模な太陽光発電設備と ハイブリッドインバーターシステム
| システムタイプ | 電圧 | 導体 | 標準的な ATS | 最大負荷容量 | 一般的なアプリケーション |
|---|---|---|---|---|---|
| 単相 | 220-240V | L1 + N | 2P | 最大 24kW | 住宅、小規模商業 |
| 三相 | 380-415V | L1 + L2 + L3 + N | 3P または 4P | 最大 400kW 以上 | 産業用、大規模商業用 |
| スプリットフェーズ | 120/240V | L1 + L2 + N | 3P (特殊) | 最大 48kW | 北米の住宅 |
「4 番目の極」のジレンマ: 3P 対 4P ATS の選択
これは、ほとんどの仕様エラーが発生する場所です。3 極と 4 極の ATS のどちらを選択するかによって、システムが中性線接地と故障保護をどのように処理するかが根本的に変わります。.
3 極 ATS: スイッチされた相、ソリッドニュートラル
3P ATS は、3 本の活線導体 (L1、L2、L3) のみを切り替え、中性線導体は ソリッドパススルー接続 両方の電源間.
コンフィギュレーション：
- スイッチ: L1、L2、L3
- パススルー: ニュートラル (N)
- 接地: サービスエントランスでの単一のボンディングポイント
- 発電機: ニュートラルは接地にボンディングされていません (フローティングニュートラル)
重要な制限事項：
3P ATS を使用する場合、発電機のニュートラルは 発電機で接地にボンディングしてはなりません すべての中性線と接地のボンディングは、商用電源のサービスエントランスでのみ行われます。これにより、発電機が商用電源の接地基準を共有する、非分離派生システムが作成されます。.
ソリッドニュートラルを備えた 3P ATS のリスク:
- グランドループの形成: 商用電源と発電機のニュートラルがソリッドニュートラルバスを介して接続されている場合、2 つの接地システム間の電圧差によって循環電流が発生します。これは特に、 ハイブリッド太陽光発電バッテリーシステム インバーターが DC オフセット電流を導入する可能性がある場合。.
- RCD/GFCI の非互換性: 漏電遮断器 (RCCB) 相導体と中性線導体間の電流の不均衡を測定します。ソリッドニュートラルでは、故障電流が別の経路を通って戻る可能性があるため、誤動作が発生したり、最悪の場合、実際の地絡時にトリップに失敗したりする可能性があります。.
- 中性線電位差: 発電機と商用電源の接地インピーダンスが異なる場合 (モバイル発電機または仮設設備で一般的)、非通電電源が中性線バスを介して接続されている場合、中性線が危険な電圧まで浮遊する可能性があります。.
- 地絡リレーの競合: システムと 地絡保護 両方の電源で、非通電電源の中性線経路を流れる誤った地絡電流が発生し、保護デバイスが不必要にトリップする可能性があります。.
4 極 ATS: 完全なソース分離
4P ATS は切り替えます すべての 4 本の導体: L1、L2、L3、および中性線。これにより、電気的に絶縁された、個別に派生したシステムが作成されます。.
コンフィギュレーション：
- スイッチ: L1、L2、L3、N
- パススルー: なし (完全な絶縁)
- 接地: 各電源で個別のボンディング
- 発電機: 発電機で中性線を接地にボンディング
4極構成の利点:
- 個別に派生したシステムのコンプライアンス: 各電源 (電力会社、発電機、太陽光インバーター) は、独自のニュートラル-グラウンドボンドを持つ独立した個別に派生したシステムになります。これにより、NEC第250.30条の要件を満たし、並列接地経路を排除します。.
- グランドループの防止: 非アクティブな電源を完全に切断することにより、異なる接地システム間で循環電流が流れることはありません。これは、 太陽光ハイブリッドシステム インバーターベースの電源がハーモニックまたはDC成分を導入する可能性がある場合に重要です。.
- RCD保護の互換性: 各電源の保護は、代替電源の接地経路からの干渉なしに、独自の故障電流のみを認識するため、地絡保護デバイスは正しく機能します。.
- 電圧基準の安定性: 各電源は独自の安定した中性線基準を確立し、電源間の中性線電位差によって引き起こされる電圧変動を排除します。.
VIOXエンジニアリングの推奨事項
ハイブリッド太陽光-バッテリーシステム、発電機バックアップ設備、および複数の電源を使用するすべてのアプリケーションについて、VIOXは4極自動切換スイッチを強く推奨します。.
わずかなコスト増加 (通常、3Pユニットよりも15〜25%) は、グランドループの問題、迷惑なRCDトリップ、および中性線電圧の不均衡による潜在的な機器の損傷の排除と比較してごくわずかです。2,000を超えるフィールドテストでは、 太陽光コンバイナーボックス インストールでは、4P ATS構成を使用するシステムは、3P構成と比較して、接地関連のサービスコールが92%少なくなりました。.
| 特徴 | 3極ATS | 4極ATS |
|---|---|---|
| 切り替えられた相 | L1、L2、L3 | L1、L2、L3、N |
| ニュートラルなハンドリング | ソリッドパススルー | スイッチ (絶縁) |
| 発電機N-Gボンド | 削除する必要があります | 発電機で必要 |
| システムタイプ | 個別に派生していません | 個別に派生 |
| グランドループ | 高リスク | 排除 |
| RCD互換性 | 限定 | 完全な互換性 |
| ハイブリッドソーラー | 推奨されません | おすすめ |
| コストプレミアム | 基本価格 | +15-25% |
| NECコンプライアンス | 慎重な設計が必要 | 自動コンプライアンス |
単相3線式システム：北米の選択の落とし穴
米国、フィリピン、台湾で一般的な単相3線式電力は、切換スイッチを指定する多くのエンジニアを悩ませる独特の課題を提示します。.
単相3線式電力とは何ですか？
単相3線式は、 120V/240V センタータップ付き変圧器の二次巻線を通して供給されます。
- L1から中性線：120V
- L2から中性線：120V
- L1からL2：240V
「単相」と呼ばれていますが、単相3線式システムには、 2つの活線導体 （L1、L2）があり、位相が180°異なり、さらに中性線導体があります。.
ATS選択の落とし穴
よくある間違い: 単相3線式システムに標準の2極ATSを指定すること。.
問題: 真の単相システム（1つの活線+中性線）用に設計された標準の2P ATSは、2つの活線を持つ単相3線式システムを適切に処理できません。切り替える必要があります L1とL2の両方, 、1つだけではありません。.
正しい解決策：
- 3極ATS構成: 3P ATSを使用して、L1、L2、および中性線を切り替えます。これにより、単相3線式システムは、2つの相のみが使用される三相システムのように扱われます。.
- 特殊な単相3線式2P ATS：一部のメーカーは、ニュートラルをパススルーのまま、L1とL2の両方を同時に切り替える特殊な2Pスイッチを提供しています。ただし、これらも上記で説明したグランドループの問題の影響を受けます。.
単相3線式アプリケーションの要件
北米の住宅用バックアップ電源システム（一般的な200Aサービス）の場合：
おすすめ: ニュートラルスイッチング付き3極ATS または 4極ATS （L1+L2+N+予備として扱う場合）
この構成：
- 両方のホットレッグ（L1、L2）を個別に切り替えます
- オプションでニュートラルを切り替えることができます（発電機システムに推奨）
- 120V（L1またはL2からN）および240V（L1からL2）の両方の負荷の適切な動作を可能にします
- 電力会社と発電機のニュートラル間の逆流を防ぎます
重要な配線に関する注意：単相3線式を3Pまたは4P ATSに接続する場合：
- L1 → ATS端子1
- L2 → ATS端子2
- 端子3 → 空のままにするか、ニュートラルスイッチングに使用します
- N → 専用のニュートラル端子（4Pの場合）またはソリッドバス（3Pの場合）
これは特に重要です EV充電器の設置 レベル2充電には、多くの場合、240Vの単相3線式電源が必要です。.
負荷のバランスと相電圧の安定性
三相システムの負荷の不均衡は、ATSの性能と信頼性に直接影響する運用上の問題を引き起こします。.
三相不均衡の物理学
完全にバランスの取れた三相システムでは、各相は等しい電流（±10％）を運び、ニュートラルは最小限の電流（主に高調波）を運びます。ただし、実際の設置では、次の理由により、このバランスが達成されることはめったにありません。
- 単相負荷の分散：ほとんどの商業用および住宅用負荷は単相です（照明, 、事務機器、コンピューター）。これらの負荷が1つまたは2つの相に集中すると、重大な不均衡が発生します。.
- モーターの突入電流：三相 モーターとコンタクタ は、起動時に高い突入電流を消費します。システムがすでに不均衡な場合、この過渡現象により、ATSの位相喪失または電圧不均衡保護がトリガーされる可能性があります。.
- 太陽光インバーターの出力: ハイブリッドインバーター 三相システムでは、特にバッテリーの充電とインバーターが同時に発生する場合、わずかに不均衡な出力が発生する可能性があります。.
不均衡がATSの動作に与える影響
最新の自動切換スイッチは監視します 電圧の大きさと位相角 すべての導体で。一般的なATS電圧不均衡トリップ設定：
- 相間電圧の不均衡：平均から±10％
- 位相喪失検出：いずれかの相が公称値の85％を下回る
- ニュートラルシフト検出：ニュートラル電圧が相電圧の10％を超える
実際の故障シナリオ：
負荷バランスが悪い415V三相システム：
- L1：95A（ほぼ容量）
- L2：45A（軽負荷）
- L3：60A（中程度の負荷）
施設が大規模な 三相モーター （例：HVACコンプレッサー）を起動すると、L1電圧が380Vに低下し、L2とL3は410Vのままになります。ATSコントローラーは、この7.3％の不均衡を潜在的な位相喪失と解釈し、不必要に発電機に切り替えて、運用を中断する可能性があります。.
不均衡に関連するATSトリップの防止
エンジニアリングソリューション：
- 負荷分散分析：最初の設置時に、ピーク時の各相の電流を測定します。再配布 単相負荷 L1、L2、L3全体で±15％のバランスを実現します。.
- モーターソフトスターター：インストール ソフトスタートコントローラー 起動時の突入電流と電圧降下を低減するために、大型三相モーターに使用します。.
- 電圧不平衡耐性の向上：ATSでトリップ設定のフィールド調整が可能な場合は、電圧不平衡耐性を10%から15%に引き上げてください（電源品質が許容する場合のみ）。工場出荷時の設定を変更する前に、VIOXテクニカルサポートにご相談ください。.
- 位相平衡パネル：単相負荷が大部分を占める施設では、位相間で負荷を動的にローテーションする自動位相平衡配電盤を設置してください。.
- 発電機容量の選定：不平衡負荷時に電圧安定性を維持するために、バックアップ発電機の容量が総負荷を少なくとも25%上回るようにしてください。容量不足の発電機は、電圧不平衡の問題を増幅させます。.
電圧不平衡が原因でATSが頻繁に誤作動する場合は、弊社の包括的な ATSトラブルシューティングガイド を参照してください。電圧監視、リレー設定、CT比の検証手順について説明しています。.
その他のシステム設計上の考慮事項
ATSを新規または既存の配電システムに統合する場合は、次の関連コンポーネントを考慮してください。
- 回路ブレーカーの協調：ATS切替動作中に、上流および下流の保護デバイスが適切に協調するようにしてください。
- サージ保護：スイッチング過渡現象から保護するために、ATSの商用電源側と発電機側の両方にType 2 SPDを設置してください。
- 適切な接地：接地電極システムが、分離電源システムの規定要件を満たしていることを確認してください。
- 配電盤の選定：パネルの仕様をATSの出力定格および極構成に合わせてください。
クイックリファレンス：ATS選択マトリックス
| の応用 | 電圧システム | 負荷タイプ | 推奨ATS | 重要な考慮事項 |
|---|---|---|---|---|
| 住宅用バックアップ | 240V単相 | 混合家庭用 | 2P（100-200A） | 標準的な2極で十分 |
| RV/モバイルシステム | 120/240Vスプリットフェーズ | 混合120V+240V | 3Pまたは4P（30-50A） | 両方のホットレグを切り替える必要があります |
| 小規模商業用 | 240V単相 | オフィス+ HVAC | 2P（200-400A） | 突入電流に合わせてサイズを選定 |
| 軽工業 | 415V三相 | ほとんどがモーター | 3P（100-400A） | 中性線接地の場所を確認 |
| ハイブリッドソーラー | 415V三相 | インバーター+系統連系 | 4P（63-250A） | グランドループを防止 |
| 発電機バックアップ | 400V三相 | 臨界ロード | 4P（100-630A） | 分離電源に必須 |
| データセンター | 400V三相 | UPSシステム | 4P（400-1000A） | 高速切替、バイパス機能 |
| 製造業 | 415V三相 | 重機 | 4P（250-800A） | 負荷平衡が重要 |
FAQ：一般的なATS極構成に関する質問
Q：4線式三相システムで3極ATSを使用できますか？
はい。ただし、中性線の確実な接続を維持し、発電機の中性線が接地に接続されていないことを確認する場合に限ります。発電機は非分離電源システムとして動作する必要があります。ただし、 ハイブリッドソーラーシステム およびRCD保護を備えた設備では、グランドループと誤トリップを回避するために、VIOXは4極構成を推奨します。.
Q：スプリットフェーズシステムに3極切替スイッチが必要なのはなぜですか？
単相3線式120/240Vシステムには、2本の活線（L1、L2）があり、240V負荷に適切に対応し、120V回路のバランスを維持するためには、両方の活線を切り替える必要があります。標準的な2極スイッチは、活線の一方しか切り替えないため、120V回路の半分とすべての240V負荷は、切替時に電源が供給されません。単相3線式用に構成された3P ATS、または中性線切替機能付きの4P ATSを使用することが望ましいです。.
Q：3極ATSシステムで発電機の中性線を接地するとどうなりますか？
危険な並列接地経路が生成されます。商用電源と発電機のニュートラルが両方とも接地に接続され、ソリッドニュートラルバスを介して接続されている場合、地絡電流はいずれかの経路を通って戻る可能性があります。これはNEC 250.20の要件に違反し、地絡保護装置の誤動作を引き起こし、異なる接地電極間に循環電流を発生させます。3P ATSを使用する場合は、必ず発電機のニュートラル-接地間の接続を解除してください。.
Q：システムがATSの問題を引き起こすほど不平衡かどうかを判断するにはどうすればよいですか？
通常動作中にクランプメーターで相電流を測定します。 クランプメーター. この式を使用して不平衡を計算します。
不平衡 % = (平均からの最大偏差 / 平均電流) × 100
不平衡が20%を超える場合は、単相負荷を各相に再分配するか、ATSの電圧不平衡トリップ設定を調整してください（可能な場合）。詳細な測定手順については、弊社 ATSトラブルシューティングガイド を参照してください。.
Q: 3極ATSを4極構成に後付けできますか？
いいえ。機械構造と接点配置が根本的に異なります。3極ATSは3つの切替接点とソリッドニュートラルバスバーを備えています。4極ATSは4つの独立した切替接点を備えています。アップグレードにはATS全体の交換が必要です。VIOXは、重要なアプリケーション向けにダウンタイムを最小限に抑えたレトロフィットサービスを提供しています。現場評価については、テクニカルサポートにお問い合わせください。.
Q: 3Pと4PのATSシステムで異なる回路ブレーカーが必要ですか？
上流と下流 遮断器 は、ATSの極構成と一致させる必要があります。3P ATSシステムの場合は、3極 MCCB または ACB. を使用してください。4P ATSシステムの場合は、完全な電源絶縁を維持するために4極ブレーカーを使用してください。これは特に 太陽光発電設備 で重要であり、DCシステムとACシステムは絶縁された状態を維持する必要があります。.
VIOXエレクトリック は、2008年以来、世界中の産業および商業顧客に15,000台を超える自動切換開閉器を供給してきました。当社のエンジニアリングチームは、特殊なATS構成を必要とするプロジェクトに対して、無料のシステム設計レビューを提供しています。テクニカルサポートまでお問い合わせください。 [email protected] または、弊社の完全な ATS製品ライン で仕様と図面をご覧ください。.
