ブスバー加工から見た UL 891 と IEC 61439

IEC 圏から北米へ輸出する盤メーカーは、この 2 つの規格の違いを誤った順序で知ることが多くあります。アセンブリを 設計し、IEC 61439 で検証し、そのうえで、その作業が米国の検査官の受け入れるものには何ひとつ変換されないと 気づくのです。逆方向の道も楽ではありません。2 つの文書は同等の製品を対象とし、同等の安全上の結果に到達し ますが、その仕組みは構造的に異なり、その違いはバーの穴あけとめっきにまで達します。

それぞれがどこで終わるか

UL 891 は、公称 1000 V 以下のデッドフロント形スイッチボードを対象とし、カナダ 電気規程第 1 部、米国電気工事規程（ANSI/NFPA 70）、メキシコの設備基準 NOM-001-SEDE に従って設置され、 利用可能短絡電流 200000 A までのものを扱います。劇場のプリセット・調光制御機器、ライブフロント構造、 鉄道の制御・電化機器、モータコントロールセンタユニットを収めるためだけの構造は対象外です。

IEC 61439 は交流 1000 V、直流 1500 V までの低圧開閉装置および制御装置 アセンブリを対象とし、第 1 部（一般規則）に製品の各部を加えて適用します。第 2 部が配電用開閉装置および 制御装置アセンブリを扱い、UL 891 のスイッチボードに最も近い対応物です。

このカテゴリは重なり合っておらず、そのずれは商務上の意味を持ちます。UL 891 は、IEC がひとつのファミリーで 覆う領域を分割している北米の製品規格のひとつです。引出形の低圧パワーサーキットブレーカ構造は UL 891 では なく UL 1558 に入ります。産業用制御盤は UL 508A です。ひとつの IEC 61439-2 のアセンブリ設計が、それら 北米のカテゴリの 2 つないし 3 つにまたがることがあり、カテゴリごとに別々のリスティングの手続きになります。 自社がどこに入るのかを決めることは、最後に来る書類上の細目ではなく、案件で最初の技術的判断です。全体像は どのブスバー規格が適用されるか にあります。

適合性評価 — 他のすべてを支配する違い

ここでの違いは技術ではなく手続きのものであり、その下流のすべてを動かします。

IEC 61439 のもとでは、製造者がアセンブリの特性を宣言し、宣言した値が満たされていることを示す設計検証の ファイルを保持します。検証は、試験によるか、試験済みの設計からの導出によるか、規格が定める範囲内での計算に よります。第三者は必要ありません。EU では、整合規格である EN 61439 を経路として、低電圧指令と EMC 指令の もとで宣言を行います。能力も、根拠も、責任も自社にあります。

UL 891 のもとでは、製品は国が認めた試験機関によってリスティングされます。NRTL が構造を評価し、試験に 立ち会うか自ら実施し、そのうえで自社工場での 追跡検査 によってリスティングを維持します。製作している ものがリスティングされた内容と一致し続けているかを、予告なしの訪問で確認するものです。扉に貼られた表示は、 一度行われた試験についての表明ではありません。ある工場が継続的な監視下にあるという表明です。

輸出者がつまずく帰結が 3 つあります。

検証ファイルは移りません。IEC の試験データは NRTL の評価の参考にはなりえますが、リスティングの代わりには なりません。北米向けの経路は、最初から独自の日程を持つ別の計画として予算化してください。

変更に対する制約が異なります。IEC のもとでは、導出の規則の範囲内で、自らの権限で設計を改訂し検証ファイルを 更新できます。リスティングのもとでは、リスティングされた構成の外に出る構造変更は NRTL へ戻ることを意味 します。IEC の柔軟さに慣れた工場にとって、これが実務上最大の調整点になります。

現場での改造もまた別です。IEC のアセンブリに現場で追加されたブスバーの分岐は、元の製造者が評価すべき問題 です。リスティングされたスイッチボードに同じ分岐を加えると、リスティングが無効になり現地評価の対象になり えます。これは加工に直結します。予備のパッド位置と分岐用の備えを工場で設計に織り込んでください。後から 取り付けるのは不釣り合いに高くつきます。

温度上昇と、それが決めるめっきの判断

どちらの規格も温度上昇を制限します。基準条件も理由も異なるうえ、選ばれている数値がかなり違います。銅に 対して何をするかを変える違いは、これひとつです。

IEC 61439-1 は表 6 で限度を定めています。外部絶縁導体用の端子は 70 K に制限され、脚注が重要です。その 70 K は通常の試験に基づく値であり、内蔵機器の端子が外部導体用の端子でもある場合は、機器メーカーの限度と 70 K のうち 低いほう が適用されます。

ブスバーそのものについて、表 6 は単一の数値を与えていません。この行は、限度が導電材料の機械的強度、近傍の 機器への影響の可能性、導体に接する絶縁材料の許容温度限度、導体温度が接続される機器に与える影響、そして 差込接触部については接触材料の種類と表面処理によって決まる、と読めます。誰もが引用する 105 K という値は 注 g にあり、それらの判定基準の上に置かれた上限です。列挙された判定基準がすべて満たされているとして、素地の 銅ブスバーおよび導体については温度上昇 105 K を超えてはならない、というものです。注 1 が 105 K の出どころを 説明しています。銅の焼なましが起こりやすくなる温度です。電気的ではなく冶金学的な限度です。

基準となる周囲条件は、使用状態の平均で 35 °C、試験時の周囲温度は 10 °C から 40 °C の間で許容されます。

北米の慣行はまったく別のところから始まります。限度は 接続される機器および導体 の許容電流から導かれ、 NEC の Article 110.14(C) を通じて義務付けられています。IEC 61439-1 自身も参考の附属書 M でこれを表に しており、ブスバーに関する 2 つの値は覚えておく価値があります。めっきなしのブスバーで 50 K、めっきした ブスバーで 65 K です。端子は、附属書が条件を付ける場合を除いて 50 K に制限されます。北米のスイッチ ボードの慣行における基準周囲温度は 40 °C です。

2 つを並べてみてください。素地の銅に対する IEC の上限は 105 K、同じめっきなしのバーに対する北米の限度は 50 K。基準周囲温度の議論をする前から、半分未満です。めっきがそのうち 15 K を取り戻します。

ここから加工上の帰結が 2 つ導かれ、両者は逆を向いています。

北米向けの仕事では、まともな電流密度であれば、めっきは設計要求になります。50 K と 65 K の間の 15 K の 差は、スイッチボード全体を通してバー 1 サイズ分のかなりの部分を買います。銅の上にすずめっきが一般的な選択 で、費用より接触抵抗の安定性が重要な場合には銀が使われます。

IEC 向けの仕事では、通常の助言は逆を向きます。Copper Development Association の指針は、環境上の必要が ない限り銅どうしの接続面にめっきをしないことです。軟らかいめっきは高温で流動し、接続部が依拠している接触 圧力を緩めうるためです。この助言は IEC の体系では妥当であり、北米の体系では誤りです。その理由は冶金学上の 見解の相違ではありません。2 つの体系は別のものを制限しています。IEC は銅を焼なましから守っており、北米は アセンブリから伝わる熱から、接続された電線と機器を守っています。

両方の市場向けに製作するのであれば、めっきは仕向先に応じた案件ごとの判断であり、常置の作業指示書ではなく 工程カードに載るべきものです。

離隔距離と、空間距離・沿面距離

UL 891 は離隔距離を規定します。異極間、および充電部と大地との間の、空気中および表面に沿った最小距離で、 電圧帯で引く表から読み取ります。値はインチ、帯は離散的で、帯の間を補間することは認められていません。

IEC は距離をそのように表にしません。IEC 61439 の空間距離と沿面距離は IEC 60664-1 を通して導かれます。空間距離は定格インパルス耐電圧に汚損度と 標高を加味して、沿面距離は使用電圧、汚損度、絶縁材料の比較トラッキング指数から導かれます。

実務上の違いは、それぞれの体系が何に敏感かという点です。公称電圧が同じ 2 つの IEC のアセンブリでも、一方が より汚れた環境にあるか、より標高が高ければ、最小距離は異なりえます。UL の離隔距離の表は、その水準でこれらを 問いません。UL の規格の一部では、旧来の表の代替として IEC 60664 に整合した UL 840 が認められるように なっていますが、リスティングが評価される拠りどころは UL 891 自身の構造要求事項です。

加工側にとっての帰結はバーの配置です。汚損度 3 の IEC の空間距離に合わせた設計は、通常 UL の離隔距離も 満たします。600 V の UL の離隔距離に合わせた設計は、通常汚損度 2 の IEC を満たします。どちらの向きでも 「通常」であり、設計手法ではありません。ひとつの物理設計で両方に対応しなければならないなら、両方の包絡線に 合わせて配置し、幅が増えることを受け入れてください。

ここは、ベンダーがよく行う主張を訂正しておくべき場所でもあります。IEC 61439 は面取りを要求していま せん。ブスバーにエッジ R を求める箇条はありません。エッジ形状は、空間距離、沿面距離、絶縁耐力の規定を 満たすための工学的手段であり、鋭い角に電界応力が集中するがゆえに価値を持ちます。良い考えであり、その理由も 妥当です。客先の技術者に尋ねられても、その理由は持ちこたえます。

支持構造と短絡耐力

どちらの規格もアセンブリが事故電流に耐えることを求めており、その表し方が異なります。

IEC 61439 は、規定の継続時間に対する定格短時間耐電流（Icw）、定格ピーク耐電流（Ipk）、そして該当する場合は 定格限流短絡電流（Icc）を宣言します。主母線に対する試験は形状について具体的です。試験する主母線の長さは (2 ± 0,4) m に固定され、母線が延長される想定のものであれば接続部を少なくとも 1 か所含めなければなり ません。合格判定基準も同様に具体的です。試験後も空間距離と沿面距離が満たされていること、母線の支持物が 分離したり貫通した割れを生じたりしていないこと、そして 導体の接続に用いた部品に緩みがないこと です。

UL 891 は 200000 A までの短絡電流定格を割り当てます。これは指定された過電流保護機器を組み込んだ状態で 確立され、スイッチボードの区画の定格は、直列経路の中で最も低い定格に制限されます。支持構造は、宣言する 電気的パラメータではなく、表示される構造上の属性です。スイッチボード内を通す電線が試験中に支持を必要と した場合、その要求は機器に表示されます。標準的な試験は短く、配線用遮断器の遮断時間に合わせた数サイクル です。選択協調のために短時間定格が必要な場合には、より長い継続時間が求められます。UL 891 は附属書 G に、 短絡試験なしで 100,000 A の定格に到達する構造規則による経路も設けており、これが IEC の試験によらない検証の 選択肢に最も近い北米の対応物です。

ブスバー工場にとって、加工上の帰結はどちらのもとでも同一です。そしてそこが役に立つ部分です。弱点は接続部 です。IEC は合格判定基準の中でそれを明示しており、UL の支持構造の考え方も構造的に同じことを述べています。 緩んだボルト軸力、全面が接触したことのない接続面、端部距離の不足で伸びた穴。そのいずれもが、合格する設計を 不合格のサンプルに変えます。

機械上で何が変わるか

• 穴配置： 欧州の図面は DIN 43673-1 由来のメートル系の配置で作業します。 北米の図面は NEMA の 2 穴の慣行、すなわち 1¾ インチ（44.45 mm）ピッチの 0.562 インチ穴に ½ インチの ボルトです。どちらも丸めて他方に変換できるものではありません。両方の市場に対応するなら両方の金型を抱える ことになり、機械の金型ステーション数が商務上の制約になります。仕向先市場が変わるたびに段取り替えの必要な 固定金型のラインではなく、36 ステーションまで拡張できる IMAC-CENTER 80 のような 24 ステーションの加工センタ を検討する根拠がこれです。金型側については ブスバーの打抜き のページで扱って います。

• 接続部の処理： どちらの体系でも温度上昇の結果を決めるのは接続部ですが、北米の限度では出来の悪い 接続部を吸収する余裕がはるかに小さくなります。組立時に平らで研磨したての接続面、ねじが潤滑されているか どうかに合わせたナットファクタによる管理されたトルク、そして荷重を穴から遠ざけて分散させる寸法の座金。 IEC では 105 K のもとで平凡な接続部でも通るかもしれません。北米のスイッチボードでめっきなしのバーが 50 K であれば通りません。

• めっき： 常置の慣行ではなく仕向先で決まります。指定される場合、バーは清浄でバリのない状態で工場を 出なければなりません。バリの上からめっきすれば、その欠陥は永久に閉じ込められます。

• エッジとバリの状態： 接続面のバリは 2 本のバーを引き離し、計算した接触面積は実際に得られる接触面積 ではなくなります。バリ取り が組立工の手ではなく工程の中にあるべき理由であり、 板厚 0.5–50 mm、幅 100–800 mm のバーに対応する BND800-2 のようなラインが存在する理由でもあります。

• 表示： 銘板の内容が異なり、その責任者も異なります。UL のリスティングマークはリスティングの条件の もとで貼付され、記載項目は規格が定めます。IEC の銘板には製造者が宣言した特性が記載され、その中には北米に 対応物がまったくない定格負荷率も含まれます。

2 つの市場向けにバーの寸法を決める

温度上昇の余裕がこれほど違うため、同じ用途でも 2 つの体系では別のバーになり、その差はわずかな余裕では ありません。慣習からではなく限度から計算してください。適用される温度上昇を確定し、正しい基準周囲温度を 適用し、そのうえで補正係数を残したままの定格の出典から寸法を決めます。周囲条件と配置の補正を伴う DIN 43671 が通常の実務上の拠りどころで、当社の 許容電流計算ツール は基準条件を仮定するのではなく、それらの補正を適用します。

同じ計算の IEC 側では、使える検証経路が定格電流によって制限され、1600 A を超えると計算経路は完全に閉じ ます。この制約は、他の境界条件とともに 温度上昇検証の記事 に示しています。