ブスバーの面取りとエッジ R

長方形ブスバーは工場出荷時に角が直角で、剪断機または穴あけ機から出る際にはその角にバリが残る。ほとんどの加工業者はその角を面取りしている。その理由は多岐にわたり、絶縁材料が必要とする場合、図面でR3が指示されている場合、または作業者の手切りを防止する場合がある。いずれの理由も妥当であり、それぞれ異なるR（面取り半径）を要求する。

業界全体の作業範囲はおおよそR2～R10 mmであり、バーサイズ、電圧クラス、および設置環境から選定される。これは実務上の記述であり、規格上の義務要件ではない。この区別は、見た目以上に重要である。

規格が実際に規定する内容

多くの機械およびブスバーのベンダーページでは、IEC 61439が「銅ブスバーの面取りを義務付けている」と主張し、中には800 Vを超过するシステムにおいて、IEC 61439とUL 891の双方が最小R3を義務付けていると进一步に記述しているものもある。

IEC 61439-1には、面取り半径に関する直接的な規定はない。同規格が行うのは、クリアランスおよび沿面距離の要件を設定し、その寸法決定のロジックをIEC 60664-1 絶縁協調から導き、完成した配電盤が電圧耐性試験に合格することを要求することである。面取り半径は、これらの規定を満たすための技術的な手段の一つである。義務的な規定ではなく、引用できる条項番号も存在しない。UL 891についても同様である。

面取り半径が義務であるという認識は、すべてにR3を無造作に適用し、分析を停止することにつながる。これを技術的手段として理解すれば、R2で十分な箇所にはR2を、現場で問題が発生する箇所にはR8を適用し、バーや表面錫めっきされて両側に25 mmの空気層があるようにねじ付けられる箇所には、何も施さないという判断が可能になる。

規格の用語で見た現場での問題

IEC 60664-1は、電極形状に直接言及するという点で安全規格の中でも異例である。5.1.3条は、導電部の形状と配置が電界の均一性に影響を与え、したがって特定の電圧に耐えるためのクリアランスに影響することを述べて始まる。

同規格はクリアランス表を2つのケースに分割している。

ケースAは不均一電界である。同規格が提示する最悪ケースモデルは、尖端半径30 µmの針状電極と1 m × 1 mの平面電極が向かい合う構造である。ケースAのクリアランスは、導電部の形状にかかわらず、電圧耐性試験なしに使用できる。このため、数値はより大きくなる。

ケースBは均一電界であり、基本的に一定の電圧勾配を持つ電界として定義される。説明例は、球体半径がギャップよりも大きい2つの球体向かい合う構造である。ケースBのクリアランスはより小さい。導電部の形状と配置がその一定な勾配を実現するように設計されている場合にのみ許容され、ケースAの値より小さいクリアランスは電圧耐性試験で検証する必要がある。

定格衝撃耐圧2.5 kVの場合、2つのケースの違いは、おおよそ1.5 mmとおおよそ0.6 mmの空気層の違いである。相間隔がキャビネット幅の制約となる緊凑な構成では、これは無視できる誤差ではない。

定常状態のクリアランス表に付記されている注意事項がある。すなわち、非一様電界条件下では部分放電なしでの寸法付けは不可能である。規格によれば、概ね 2.5 kV（ピーク値）以上では、破壊電圧値に基づいて寸法付けしても、特に非一様電界においてコロナフリーの動作が保証されない場合があり、より大きなクリアランスを使用するか、電界分布を改善する必要がある。

電界分布の改善が、エッジ半径の役割である。クリアランスに代わるものとしてではなく、より小さな数値の使用を可能にするメカニズムとして、かつ同じ幾何学的間隔で連続的な部分放電耐性を維持するメカニズムとして機能する。

沿面距離はこのように設定されない。沿面距離は稼働電圧、汚染度、材料グループによって決まり、銅の角を丸めても必要な沿面距離が短くなることはない。等しい沿面距離条件下では、半径はより一様な電界と、ケースBのクリアランスを使用する機会を提供する。しかし、表面経路自体には何も与えない。

コロナ放電とその遅延故障メカニズム

海面上の一様電界において、空気は約 3 kV/mm でイオン化する。辺長 90° の銅角部に、公称 0.1 mm のエッジ面取りがある場合、電界集中は間隙の幾何学形状に依存する係数となるが、定性的には、角部での局所電界が間隙全体の平均電界が到達する前にイオン化領域に達することになる。

結果として部分放電が発生する。これは間隙を橋渡ししない、微小で局在的な自己消弧性放電である。遮断装置は動作しない。組立品は初日にもれなく耐圧試験に合格する。この放電はオゾンと窒素酸化物を生成し、水分の存在下で有機絶縁物を侵食し、放電自体もポリマー表面を直接侵食する。故障は、数年後に着火追跡故障として現れ、納入記録からは説明がつかないものとなる。

これが、中圧および最新の 800 V ～ 1500 V DC システムにおける半径の意義である。型式試験に関する話ではなく、型式試験の間の組立品の挙動に関するものである。

絶縁物は鋭角を曲がれない

電気的議論よりも機械的議論のほうがより具体的であり、ほとんどの低圧パネルビルダーにとって、より直ちに関係するものである。

すべての一般的なブスバー絶縁方法は、直角角部においてそれぞれの特有の方法で失敗する。

ヒートシンクチューブは放射状に収縮し、90° 内角部に完全に追従できない。角部を橋渡しする。その橋の下には、電界が最も高いポイントに位置する、バー全体に沿った空気隙間が存在する。厚壁ブスバー用チューブも十分に厚いため、鋭利なエッジが焼入過程中にそれを切断、あるいは薄くする。

エポキシパウダー封入（静電塗装または流動浸漬法による）も、同様にすべての有機機塗料が鋭利なエッジで直面する表面張力による引き戻しに苦しむ。最も必要な箇所でフィルムが薄くなる。

ポリイミドフィルムをバーに巻き付けるかラミネートすると、コーナーに沿って張り渡すようになり、コーナーに沿ってなじむ Instead of following it, and the tension in the film concentrates at the corner in service.

インジェクション成形では、コーナーに流動の影が残り、冷却時にポリマーの収縮が最も鋭い突起から離れるように引きます。

4つのケースすべてにおいて、欠陥は同じです：幾何学的に最高電界点に存在するガス充填空洞。それは最悪の配置です。比誘電率が約4の固体の中に比誘電率1の空洞がある場合、空洞内の電界は周囲の固体の数倍となり、一方、ガスの絶縁破壊強度は固体のそれより遥かに低い。したがって、空洞は毎周期で最初に放電し、放電は空洞壁を侵食し、壁がなくなるまで続きます。

エポキシ含浸ブスバー絶縁の研究では、まさにこの一連の経緯が追跡されています：泡欠陥内の部分放電がエポキシを分解し、ガス圧が上昇し、圧力が靭性を超えると空洞壁が破壊されます。発生源は欠陥であり、欠陥は幾何学上、絶縁を平坦部と同等に配置することが不可能だった場所に位置します。

Rをとったコーナーは、絶縁をより良くするものではありません。平坦部と同等の性能を絶縁に可能にするものです。

パウダーコートおよびペイントのエッジバック引き

コーティング業界はこの議論を数十年前に解決し、数値を定めました。

ポリマーコーティングが鋭いエッジに塗布される際、パウダーでも液体でも、流動および硬化中の表面張力が材料をエッジから引き離します。エッジの乾燥塗膜厚は、隣接する平坦面の厚さの几分の一にまで減少する可能性があり、これは塗装鋼の腐食が内部に向かって広がるのではなく、エッジから始まって広がる理由です。

ISO 8501-3は、エッジ、溶接部および表面欠陥に対する3つの準備グレードを定義しています。最も徹底したグレードP3では、すべてのエッジを半径2 mm以上のRで丸めることが要求されます。その後、ISO 12944-3

、腐食性カテゴリC4以上において高いおよび非常に高い耐久性に対して、また浸漬カテゴリIm1～Im4に対して、P3を義務付けています。

この2 mmは、妥当な最小半径の根拠となる数値であり、電気規格ではなく、コーティング規格から来ています。顧客からR2の根拠を求められた場合は、IEC 61439ではなくISO 8501-3を引用します。

Progress in Organic Coatingsに掲載された体系的な研究では、研磨した冶金学的断面で丸みを帯びた鋼のエッジ上の乾燥塗膜厚を測定し、テストしたシステムにおいて、エッジ半径によるコーティング被覆率への統計的に有意な影響は見出されませんでした。この研究は構造鋼に関するもので、銅ブスバーに関するものではありませんが、メカニズムを覆すものではありません。ただし、丸みをつけるプロセスとコーティングシステムが、半径の数値と同等に重要である可能性を示唆しています。エッジに丸みをつけることは必要です。しかし、それだけでは十分ではありません。

治具または半径

これらは同一ではなく、違いについて図面作成段階で2分程度の検討に価する。

面取り（ chamfer ）は平坦な面取り部である。1 mm × 45°の面取りは、90°の角を135°の角2つに置き換える。砥粒除去、取扱時の危険性軽減、わずかなコーティング効果を提供する。電気的には、表面に不連続点が2つ残り、電界はそこに集中するため（軽減された程度に）、一般的に想定されるほどの効果はない。

面取り（ radius ）は両面に接続する真円弧であり、不連続点は皆無である。電界が求める形状であり、ヒートシュリンクやオーバーモールディングにも適する形状である。

取扱安全性や、ボルト留めまま裸で使用するバーには面取り（ chamfer ）で十分であり、生産速度も速い。絶縁、エンキャプレート、または位相間隔が厳密な数百ボルト以上で使用するものは、図面で面取り（ radius ）を指定し明記すべきである。"chamfer 1 mm" と "R1" では使用工具が異なり、性能も異なるため。

銅のコスト

面取り（ radius ）は断面積を削減する。断面積は許容電流を決定する。

各角で除去される面積はR²(1 − π/4)、または約0.215 R²である。100 × 10 mm、断面積1000 mm²のバーで、4つの角をR5にすると約21.5 mm²（わずかに2%超）が除去される。60 × 10 mmバーでR3の場合は約1.3%である。同じ100 × 10バーで1 mm × 45°の面取り（ chamfer ）は2 mm²、0.2%を除去する。

導体の2%の削減は致命的ではないが、余裕なくサイズ設定されたバーでは無視できず、エンクロージャーおよびグループ化による電流低減と累積する。設計が限界に近い場合、角部損失あり/なしでブスバー許容電流計算ツールで幾何形状を確認し、高負荷バーに大きな面取り（ radius ）を採用する前に検証ことが望ましい。

手、手袋、および多くの加工現場が実施する理由

砥粒0.2 mmの剪断銅エッジはアークフラッシュ用の手袋を破損させる。手も切断する。ブスバーは重量があり、組立中に繰り返し取扱われ、組立工の体重をかけて位置に搬入されることも多い。

これは電界集中の議論が全くないアセンブリでエッジ処理が指定される理由であり、完全に妥当な理由である。手袋消耗量と応急処置記録は、工場管理者がすでに追跡している項目であり、測定対象となるものでもある。

再現性のある生産

ブスバーの面取り（エッジレディウス）が多くの現場でオプション扱いされている理由は、かつてはハンドファイルやディスクグラインダーを用いた手作業であり、精度が不均一で速度が遅く、作業環境も厳しかったためです。

この問題に対処する機械は2つのカテゴリがあります。面取り加工は、成形刃物を装着したミリングスピンドルを使用し、バー端面だけでなく、穴の縁や両端に沿っても、定義された面取りやレディウスを切り出します。EMAC-XT 面取り加工機は、BT40スピンドルを6000 rpmで駆動し、6位置自動工具交換装置を装備。バーの厚さ3～15 mm、幅30～230 mmに対応し、位置決めと繰返し精度を±0.05 mmで維持します。この自動工具交換装置が重要です。面取り工具、レディウス成形工具、穴縁処理工具を1つのプログラムで使用することで、オペレーターは加工のたびにコルレットを交換するために機械の前に立つ必要がなくなります。

バリ取りは、異なる目的を持つ別の加工工程です。穴の縁を含むすべての部位からバリを取り除き、一回のパスで小規模で制御のしにくいエッジブレーク（面取り）を施します。BND800-2 バリ取り機は、厚さ0.5～50 mm、幅100～800 mmのバーを、5～30 m/minの速度で処理します。このスループットにより、特定のバーに限定せず、すべてのバーのバリ取りが実用的になります。

押さえるべき区別は以下の通りです。バリ取りは、バーを安全に取り扱えるようにし、ボルト継手において2つの合わせ面の間に残ってしまう可能性のある突起部金属を除去します。しかし、制御されたレディウスを形成するものではありません。図面でR3が指示されている場合に、バリ取りラインでバーを通しただけでは、解決すべき絶縁の問題は残ったままです。