IAC AFLの説明：スイッチギアの内部アーク分類要件と安全規格

はじめに

の内部アークフォルト。 高圧開閉装置¹ は、配電において最も激しい現象のひとつです。12～40.5kVのアークが持続すると、障害が発生してから保護が解除されるまでのほんの一瞬の間に、TNT数キログラムに相当するエネルギーが放出される可能性があります。.

内部アーク分類（IAC）とは IEC 62271-200² IAC AFLは、スイッチギヤの前面、側面、背面からアクセス可能な人員の保護を証明する特定の分類です。.

二次変電所、産業施設、および障害発生時に作業員が立ち会う可能性のあるあらゆる場所でMV開閉装置を設計する電気エンジニアにとって、IAC分類は特別な仕様オプションではありません。IAC AFL要件、型式試験で確認される内容、およびスイッチギヤの設計がどのように認証を達成するかを理解することは、すべての責任あるMV設備の安全仕様の技術的基礎となります。.

この記事では、内部アーク分類IAC AFL要件に関する完全な技術リファレンスを提供します。これは、故障物理学およびIEC 62271-200試験方法から、AIS、GIS、およびSISスイッチギヤのタイプにわたる設計機能、アクセシビリティゾーンの定義、および仕様要件に至るまでです。.

目次

• IEC 62271-200における内部アーク分類とIAC AFLの定義とは？
• 内部アーク試験はMVスイッチギヤのIAC AFL準拠をどのように検証するか？
• AIS、GIS、SISスイッチギア設計はどのようにしてIAC AFL認証を取得するのか？
• スイッチギヤの設置におけるIAC AFL要件の指定と検証方法とは？
• 内部アーク分類 IAC AFL要件に関するFAQ

IEC 62271-200における内部アーク分類とIAC AFLの定義とは？

内部アーク分類は、金属で密閉された高圧スイッチギヤの主要規格であるIEC 62271-200で定義されており、定義された試験条件下で内部アークフォルト時のスイッチギヤエンクロージャの性能を検証する任意の型式試験分類です。この分類システムでは、文字コードを使用して、開閉器エンクロージャのどの面が人体保護のために試験され認定されたかを識別します。.

IACクラシフィケーションレターシステム

IEC 62271-200では、テストされたアクセシビリティゾーンを指定する文字の組み合わせを使用して、内部アーク分類を定義しています：

IAC分類コード：

• A: 該当するアーク分類（装置はIACテスト済み）
• F: フロントフェイス認証 - パネル前面にいる人員を保護
• L: 側面認証 - パネル側面の人員を保護
• R: 背面認証 - パネル背後の人員を保護
• B: ダブル・バスバー配置の両側に適用される分類

一般的なIACの分類：

• IAC A： 前面のみ - 最低分類。パネル前面のオペレータを保護する。
• IAC AF： 前面および側面 - スイッチギヤの横の通路にいるオペレータや作業員を保護します。
• IAC AFL 前面、側面、後面 - 全周囲の保護；要員が設置面のどの面にもアクセスできる場合に必要
• IAC AFLB： ダブルバスバー・スイッチギアの全周囲保護

アクセシビリティ・クラス

IEC 62271-200では、通常の運転および保守時における開閉器への作業者の近接性を決定する3つのアクセシビリティクラスを定義しています：

アクセシビリティクラスA（アクセス制限）：
スイッチギヤの設置は、訓練を受けた正規の電気関係者のみがアクセスできるアクセス制限区域にあります。作業者は、操作中に安全な距離を保つことが期待され、以下の訓練を受けます。 アーク放電³ 危険に対する認識。設置場所のレイアウトによっては、IAC AまたはIAC AFの分類でもよい。.

アクセシビリティクラスB（一般アクセス）：
スイッチギヤの設置は、特別なアーク放電訓練を受けずにスイッチギヤの近傍にいる可能性のある非電気要員（建物の居住者、保守作業員、または一般市民）がアクセス可能なエリアに設置されています。IAC AFL分類は、クラスBのアクセス可能な設備に対する最低要件です。.

現実的な意味合い 建物、産業施設、都市部の変電所など、通常の運転中に電気関係者以外が危険区域内に存在する可能性のある場所に設置する開閉器は、最低限の安全要件としてIAC AFL分類を指定しなければならない。.

内部アークフォルト物理学-IACテストが含まなければならないもの

IACの分類が何から保護しなければならないかを理解するには、内部アークフォルトによって発生する物理現象を理解する必要があります：

圧力波：
内部アークは10,000℃を超える温度でプラズマを発生させ、急激なガス膨張を引き起こす。密閉された金属製エンクロージャ内では、圧力が10～100 bar/msの速度で上昇し、スチールパネルを破裂させ、ドアを吹き飛ばし、エンクロージャの破片を高速発射体として投射するのに十分です。圧力波は、アークが発生してから数ミリ秒以内に、人間の反応時間よりも速く、作業員の位置に到達します。.

熱放射と高温ガス放出：
アークプラズマは強力な熱エネルギーを全方向に放射します。圧力開放ベントが作動すると、500～2,000℃の高温ガスが筐体から噴出し、ベント開口部から1～3メートルの距離で重度の火傷を引き起こす可能性があります。高温ガスの噴出方向、温度、噴出時間は、IAC試験で検証された重要なパラメータです。.

溶融金属の投射：
バスバー、接点、エンクロージャ表面のアーク浸食により溶融金属液滴が生成され、圧力開放口やエンクロージャの破裂部から高速で放出される。1,083℃の溶融銅液滴は、衣服に即座に引火し、重度の接触火傷を引き起こします。.

音響圧力波：
最初のアーク点火により圧力波が発生し、音速（約340m/s）で空気中を伝播する。12kVの内部アークから1メートルの音響過圧は200Paを超えることがあり、鼓膜損傷や意識障害を引き起こすのに十分である。.

IEC 62271-200に基づくIAC試験パラメータ

テスト・パラメーター	標準値	備考
試験電流	定格短絡電流 (Isc)	通常16kA、20kA、25kA、または31.5kA
試験時間	0.1s（100ms）または1.0s（1,000ms）	1.0sの方がより厳しい。
試験電圧	定格電圧 (Um)	12kV、24kV、または40.5kV
アーク開始	相間または相アース間の細いワイヤー	各コンパートメントにおける最悪のケースの故障箇所
インジケーターパネル	コットンファブリックのパネル	発火＝その面のテスト不合格
人的距離	囲い面から0.3m	この距離に配置されたインジケーターパネル
合格基準	エンクロージャーの破裂なし、インジケータの発火なし、インジケータを貫通する弾丸なし	3つの基準を同時に満たさなければならない

内部アーク試験はMVスイッチギヤのIAC AFL準拠をどのように検証するか？

IAC型試験は、MVスイッチギヤ認証の中で最も厳しく破壊的な試験の一つである。被試験盤は、定格短絡電流で最悪のケースの内部アークフォルトに意図的にさらされ、エンクロージャは、認証されたすべての面の模擬人員位置を保護しながら、その事象に耐える必要がある。.

テストのセットアップと手順

ステップ1 - インジケーターパネルの取り付け：
綿布インジケータパネル（IEC 62271-200 Annex Aに従って標準化）は、試験対象のスイッチギヤエンクロージャの各面から0.3mの距離に設置される。アーク発生中に綿布が発火した場合、その面の試験は不合格となります。この0.3mの距離は、アクセシビリティゾーンにいる作業員にとっての最小安全作業距離を示しています。.

ステップ2 - アーク開始ワイヤー：
細い銅線（通常直径0.1～0.5mm）を各開閉器コンパートメント内の最悪故障位置に相間または相アース間に設置し、バスバーコンパートメント、開閉器コンパートメント、ケーブルコンパートメントをそれぞれ個別に試験する。ワイヤーはアーク発生時に瞬時に気化し、試験電流レベルで持続的なアークを発生させます。.

ステップ3 - 現在のアプリケーションをテストする：
試験回路は、指定された試験時間（0.1s または 1.0s）の間、アークに定格短絡電流を流します。1.0秒の試験時間は0.1秒よりもかなり厳しいもので、バックアップ保護に依存する一次保護システムが故障した場合の最悪の保護クリアランス時間を表しています。最新のIAC AFL仕様のほとんどは、バックアップ保護クリアタイムが100msを超える設備に対して1.0sの試験時間を要求しています。.

ステップ4 - 高速録音：
高速度カメラ（最低1,000フレーム/秒）により、アークイベントをすべての面から同時に記録し、圧力リリーフの作動タイミング、ガス放出の方向と温度、エンクロージャの変形、あらゆる発射体の放出イベントを捉えます。記録はフレームごとに分析され、すべての合格基準に適合していることが確認されます。.

ステップ5 - テスト後の検査：
アークが発生した後、試験パネルは以下の項目について検査される：

• エンクロージャーの構造的完全性（破裂や断片化がないこと）
• ドアとカバーの保持（すべてのカバーは取り付けられたまま、またはコントロールされたまま）
• インジケーター・パネルの状態（発火なし、発射された弾による穴なし）
• 圧力開放ベント機能（正しく作動し、再密閉されていること）

IAC AFL合格基準-3つすべてを満たすこと

基準1 - エンクロージャーの破裂なし：
スイッチギヤの筐体は、アーク発生中に破裂、断片化、部品の突出があってはならない。エンクロージャの制御された変形は許容範囲であり、パネル、ドア、またはカバーの永久的な変形は予想され、故障とはならない。重要な要件は、金属部品が人員の位置に向かって突出するような制御不能な破砕が発生しないことである。.

基準2 - インジケータパネルが点火しない：
どの認証面からも 0.3m 離れた綿インジケータ・パネルも、アーク発生中または発生後に発火してはならない。この基準は、高温ガスの放出、熱放射、および溶融金属の突出がすべて作業者の位置から遠ざかり、エンクロージャ内に収容されるか、または安全ゾーンに向けられた制御された圧力逃がしチャネルを通じて排気されることを確認するものです。.

基準3 - 発射物を貫通させない：
エンクロージャの破片、ファスナー、アーク浸食生成物、溶融金属液滴など、固体の投射物はインジケータ・パネルを貫通してはならない。この基準は、エンクロージャの設計が、認証されたすべての面において、人員の位置に向かって高速の破片が放出されることを防止していることを検証するものです。.

圧力リリーフ設計 - IAC AFL準拠の鍵

IAC AFLへの準拠を可能にする技術的メカニズムは、制御された圧力逃がし、つまりアークによって発生した圧力と高温ガスが、すべての人員の位置から同時に遠ざかるように設計された経路です。IAC AFL認証（3つの面すべてが保護されている）の場合、圧力開放システムは前方、側方、後方の位置から排気を遠ざける必要があります。.

圧力開放設計のアプローチ：

• 上部に取り付けられた圧力逃がしダクト： アークガスは、屋根に取り付けられた圧力開放フラップを通して垂直上方に排気されます。
• 底部の排気チャンネル： アークガスは床の溝を通って専用の排気プレナムに導かれる - 天井の高さが制限されている場合、またはスイッチギヤルームが一段高くなっている場合に使用されます。
• 一体型アーク排気ダクト： アークガスを遠隔の安全な排気ポイントに導く工場装着の排気ダクト - 上部排気も下部排気も不可能な設置場所で使用されます。

IACテスト期間 設計への影響

テスト期間	アークエネルギー（25kA、12kV）	圧力解放の要件	代表的なアプリケーション
0.1秒（100ミリ秒）	~30 MJ	適度な通気孔面積	高速プロテクション(<100msクリア)
0.3秒（300ミリ秒）	~90 MJ	大きな通気孔	標準的な保護コーディネーション
1.0秒（1,000ミリ秒）	~300 MJ	最大通気面積	バックアップ保護クリア
0.1s + 1.0s	複合	最大通気面積	最も過酷な仕様

AIS、GIS、SISスイッチギア設計はどのようにしてIAC AFL認証を取得するのか？

IAC AFL認証を取得するためのアプローチは、AIS、GIS、SIS開閉器技術によって根本的に異なります。これは、それぞれの絶縁と開閉媒体に関連する異なるアークエネルギー、コンパートメント容積、圧力開放の課題を反映しています。.

AISスイッチギア IAC AFLデザイン

すなわち、コンパートメントの容積が大きいこと、故障イベントあたりのアークエネルギーが大きいこと（空気アークの消弧は真空やSF6よりも遅い）、3つの面を保護しながら物理的に大きなエンクロージャからの圧力開放を管理する必要があることです。.

AIS IAC AFLデザインの特徴：

• コンパートメント化： バスバー、スイッチング装置、およびケーブル・コンパートメント間の独立した金属バリアが、アークの伝播を制限し、故障コンパートメントのみへの圧力上昇を抑制します。
• 強化エンクロージャーパネル： 前面、側面、後面のゲージが重めのスチール（2.5～3mm）で、圧力による変形に強く、断片化を防ぐ。
• トップマウントの圧力リリーフ： パネルルーフの大面積プレッシャーリリーフフラップは、アークガスを垂直上方に排気し、3つのフェース位置すべてから遠ざける。
• 耐アーク性ドアラッチ： 圧力波の負荷がかかっても閉じた状態を維持するポジティブ・ロック式ドア機構により、フロントフェイスの人員に向けたドアの飛び出しを防止

AIS IAC AFLの制限： コンパートメント容積が大きいということは、より大きなアークエネルギーを管理しなければならないということである。AISで1.0秒の試験時間IAC AFLを達成するには、かなりの圧力開放ベント面積が必要であり、パネルの高さと奥行き寸法が制約されることが多い。.

GISスイッチギヤ IAC AFL設計

ガス絶縁開閉装置は、密閉型であることが利点です。 SF6ガス⁴ SF6コンパートメントがアーク圧力を封じ込められなかった場合、加圧ガスの蓄積エネルギーが追加されるため、結果として生じるエンクロージャの破裂はAISよりも激しくなる。.

GIS IAC AFLデザインの特徴：

• 一次封じ込めとして密閉されたガス・コンパートメント： SF6ガス・コンパートメントは、破裂することなく全試験時間の間アーク圧力を封じ込めるように設計されています。
• 圧力逃し弁： 各ガスコンパートメントに工場出荷時に設定された圧力リリーフバルブは、定義された圧力閾値で作動し、制御されたチャネルを通じて排気を誘導します。
• コンパートメント圧力定格： GISエンクロージャは、破裂することなく最大アーク圧力に耐える圧力定格を備えています。
• 外部アーク排気ダクト： プレッシャーリリーフの排気は、工場で取り付けられたダクトを通り、すべての人の位置から離れた安全な排気ポイントに導かれます。

GIS IAC AFLアドバンテージ： より小さなコンパートメント容積とより速いSF6アーク消弧により、故障事象あたりの総アークエネルギーを低減し、同等のAIS設計よりも長い試験時間でIAC AFL準拠を容易に達成することができます。.

SISスイッチギア IAC AFLデザイン

固体絶縁開閉器は、3つの技術の中で最も有利なIAC AFL性能特性を達成しています。GISの小さなコンパートメント容積と、故障事象あたりのアークエネルギー総量を最小化する真空消弧エネルギーの利点を組み合わせています。.

SIS IAC AFLデザインの特徴：

• 真空遮断器のアーク封じ込め： 真空遮断器は、スイッチングアークを密閉された外囲器内に閉じ込めるため、通常の負荷遮断動作中にアークエネルギーが開閉器コンパートメント内に放出されることはありません。
• エポキシ封止の耐アーク性： 鋳造エポキシ絶縁は、耐アーク性表面（IEC 61621 > 180秒）を提供し、故障時に絶縁表面を横切ってアークが伝播するのを防ぎます。
• コンパクトなコンパートメント： コンパートメントの物理的容積が小さいため、圧力膨張に利用可能な総ガス容積が制限され、ピーク圧力上昇率が低下する。
• 上部の排気圧力リリーフ： コンパクトなパネル形状により、上部排気圧力リリーフの設計を簡素化し、AIS同等品よりも小さなベント面積でIAC AFLを達成

SIS IAC AFLのパフォーマンス比較：

パラメータ	会計情報システム	地理情報システム	戦略情報システム
フォルトあたりのアークエネルギー（25kA、0.1秒）	高い（空気消滅）	中（SF6消光）	低い（真空消光）
コンパートメント容積	大型	ミディアム	小さい
ピーク圧力上昇率	高い	ミディアム	低い
必要な圧力開放ベント面積	大型	ミディアム	小さい
1.0s達成時のIAC AFL	チャレンジング	スタンダード	スタンダード
故障後の再運転	コンプレックス（アークシュートの損傷）	ガス分析が必要	ハイポット＋PDテストのみ

お客様事例：IAC AFL仕様 人員の安全事故を防ぐ

中央ヨーロッパで12kVの都市型二次変電所ネットワークを管理する電力会社の調達マネージャーは、競合他社のスイッチギヤ設備でヒヤリハットの事故が発生した後、Beptoに連絡しました。非IACクラスのパネルでバスバー故障が発生し、側面のエンクロージャが破裂したため、故障が発生する数秒前に技術者が作業していた変電所の通路に高温のガスと金属片が放出されました。技術者は工具を取り出すために通路に出ただけで、怪我はなかった。.

その後行われた電力会社の安全監査では、非IACクラスまたはIAC Aクラスのみのスイッチギアが、電気担当者以外がアクセス可能な場所に設置されている二次変電所が23箇所特定されました。すべての交換パネルにBeptoのIAC AFLクラスSISスイッチギアを指定した後、この電力会社は、コンパクトな上部排気圧力リリーフ設計が1.0秒の試験時間でIAC AFLを達成し、バックアップ保護クリア時間シナリオの下でも完全な周辺人員保護を提供することを確認しました。また、密閉された固体絶縁構造により、競合他社の装置で故障後の再運転を複雑にしていたアークシュートの損傷やSF6ガス汚染の懸念も解消されました。.

スイッチギヤの設置におけるIAC AFL要件の指定と検証方法とは？

IAC AFLを正しく指定するためには、設置のアクセシビリティ条件、プロテクションクリアリング時間、物理的なレイアウトを系統的に評価し、特定の設置パラメータに対してサプライヤーのIAC型式試験証明書を厳密に検証する必要があります。.

ステップ1：必要なIAC分類の決定

人員のアクセシビリティを評価する：

• 通常運転時、メンテナンス時、緊急時対応時に、開閉器設置に関連するすべての人員の位置を地図上に示す。
• スイッチギヤエンクロージャのどの面に作業員がアクセスできるかを特定する（前面のみ、前面と側面、または3面すべて）。
• IEC 62271-200に従って、設置のアクセシビリティを分類してください：クラスA（制限付き、訓練された人員のみ）またはクラスB（一般アクセス、電気関係者以外可）
• ルール 電気関係者以外がスイッチギヤのどの面にもアクセスできる場合は、IAC AFLを最小値として指定してください。

必要な試験期間を決定する：

• インストールのプライマリ保護クリア時間を特定する（最新のデジタル保護では通常60～150ms）
• バックアッププロテクションのクリアタイムを特定する（アップストリームバックアップでは通常300～1,000ms）
• ルール バックアッププロテクションクリアリング時間と同等またはそれ以上のIACテスト時間を指定します。バックアップクリアリング時間が300msを超えるインストレーションでは、1.0sのテスト時間を指定します。

ステップ2：圧力リリーフの方向を確認する

IAC AFLの認証は、ある重要な点で、設置場所特有のものです：圧力リリーフの排気方向は、実際の設置レイアウトに対して検証されなければなりません。工場試験でIAC AFLと認定されたパネルが上面排気であったとしても、上面排気が低い天井によって遮られたり、居住区域に向けられたりする場所に設置された場合、作業員の保護に失敗する可能性があります。.

圧力リリーフ検証チェックリスト：

• 圧力リリーフの排気方向（上部、下部、またはダクト）が設置室の形状に適合していることを確認する。
• 圧力リリーフベントの上の天井の最低クリアランスを確認する（通常、最低300～500mmのフリースペース）
• 排気ダクトの経路（該当する場合）が安全な無人の場所で終端していることを確認する。
• 圧力リリーフが作動しても、高温ガスがケーブル入口、制御ケーブルトレイ、または隣接する機器に向かわないことを確認すること。

ステップ3：IAC型式試験証明書の確認

IAC型式試験証明書は、IAC AFL適合の唯一の有効な証拠であり、特定の設置パラメータに対して詳細に検証されなければなりません：

証明書検証チェックリスト：

• テスト基準： 証明書がIEC 62271-200（現行版）を参照していることを確認する。
• テスト電流： テストされたIsc≧設置ポイントでの定格Iscを確認する（見込み故障電流）
• テスト期間： テストされた持続時間≧必要な持続時間（0.1s、0.3s、または1.0s）であることを確認する。
• テスト済みの顔： IAC AFやIAC Aのみではなく、IAC AFL（フロント、ラテラル、リア）が証明書に明記されていることを確認すること。
• パネル構成： テストされた構成が指定されたパネル（シングルバスバー/ダブルバスバー、ケーブルコンパートメントあり/なし、メーターコンパートメントあり/なし）と一致していることを確認する。
• 認定試験所： コンファームテストは、鈴鹿サーキットで実施された。 ILAC認定⁵ ハイパワー試験所 - メーカー内試験施設ではない

ステップ4：規格と認証の一致

• IEC 62271-200： 一次規格 - IAC試験方法と分類を含む金属密閉MV開閉装置
• IEC 62271-200 附属書 A： インジケータ・パネルの仕様とテスト・セットアップの要件
• IEC 62271-1： 共通仕様 - 定格短絡電流と持続時間の定義
• iec 61482-1-1 / iec 61482-1-2： アーク放電保護服規格-IAC分類ゾーンにおける作業員に対するPPE要件を規定
• NFPA 70E： 職場における電気安全に関する米国規格-アーク放電の危険分析および PPE の選択（米国および米国の影響を受けた仕様に適用可能）
• gb/t 11022 / gb/t 3906： 中国国家規格-中国国家規格の文脈におけるIAC分類要件を確認する。

IAC AFL仕様概要

仕様パラメーター	最低条件	Bクラス推奨
IAC分類	IAC AFL	IAC AFL
試験電流	≥ 設置時の見込みIsc	≥ プロスペクティブIsc＋10%マージン
テスト期間	≥ バックアップ保護クリア時間	1.0s
テスト顔	フロント＋ラテラル＋リア	フロント＋ラテラル＋リア
圧力開放方向	すべての人事ポジションから離れる	トップ排気優先
認定ラボラトリー	ILAC認定	ILAC認定
故障後の再運転	メーカープロトコルによる	O&Mマニュアルに規定

よくあるIACの仕様と設置の間違い

• クラスBのアクセシビリティのためのIAC AまたはIAC AFの指定 - 前面のみまたは前面と側面の認証は、メンテナンス中にスイッチギヤの背面にアクセスする可能性のある作業員を保護するものではありません。
• 試験期間を検証することなくIAC証明書を受理すること - 0.1秒の試験時間でIAC AFLを示す証明書は、バックアップ保護クリアシナリオでの保護を証明するものではありません。
• 設置時に圧力リリーフの排気経路を塞ぐ - ケーブルトレイ、電線管、および開閉器の搬入後に圧力開放ベントの上または下に設置された構造物は、排気経路を塞ぎ、IAC AFLの性能を無効にする可能性があります。
• IAC分類によりPPEが不要になると仮定した場合 - IAC AFLの分類では、エンクロージャの表面から0.3mの距離にいる作業員を保護します。0.3mより近い距離で作業する作業員や、パネルを開く必要がある作業を行う作業員には、IEC 61482またはNFPA 70Eに準拠した適切なアーク放電PPEが必要です。

結論

内部アーク分類 IAC AFLはIEC 62271-200の枠組みであり、MVスイッチギアを電気機器から人的安全なインフラストラクチャに変えます。二次変電所、産業施設、および人員のアクセス性を完全に制御できないあらゆる場所でスイッチギアを指定するエンジニアと調達マネージャーにとって、IAC AFL分類は許容できるリスクと許容できないリスクの境界を定義する譲れない安全基準です。.

IACの分類は、仕様、証明書、および設置のすべてが一致した場合にのみ、保護するように設計された人々を保護するためです。.

内部アーク分類 IAC AFL要件に関するFAQ

1. MV機器の技術原理と安全運用基準を探求する。. ↩

2. 金属製密閉型高圧開閉装置の主要な国際規格。. ↩

3. 電気アーク現象に伴う危険と緩和策を理解する。. ↩

4. 六フッ化硫黄ガスの絶縁特性とアーク消火特性を分析する。. ↩

5. 国際試験所認定協力機構（International Laboratory Accreditation Cooperation）を通じて、試験報告書の真正性を検証する。. ↩