過電流と過電圧は、どのような場合に起こるのでしょうか。過電流と過電圧の発生する仕組みと、それにより制御盤が被害を受けないための対策を紹介します。
過電流の発生原因は2種類あります。間違った配線や故障により短絡（ショート）してしまった場合、もうひとつは過負荷により許容以上の電流が流れる場合です。
間違った配線や故障による過電流の場合はすぐに遮断器が働き、電路が遮断されます。この場合は配線の再接続、作業指示書の内容や回路の設計の見直し、機器の点検などを行う必要があります。
過負荷による過電流には、電気機器を一度に多く使ったことで起こる過電流と、電動機に大きな負荷をかけることで起こる過電流があります。
電線には流すことができる電流の大きさが規格されています。過電流により、電線の許容電流を上回った電流が生じ続けると、銅線が過熱し被覆（ひふく）が溶け、発火、火災とさらに大きな被害につながる危険があります。また、一度限度を超える熱が加えられた銅線は抵抗値が大きくなり、続けて使用するとその箇所は熱を持ちやすくなるため危険です。この場合は電線を交換する必要があります。
電動機に大きな負荷をかけた場合、電圧は一定なため電動機に大きな電流が生じます。定格以上の電流が続いた場合、配線の過熱や電動機の破損につながります。
また機器や基盤に過電流が発生した場合、過熱による素子や端子の損傷、ハンダはがれといった不具合の原因になることもあります。
過電圧は、許容以上の電圧がかかることです。
過電圧の発生条件として代表的なものは、落雷や電源オン/オフによる誘導電圧の発生などがあります。また、まれな例として、トランス（変圧器）の故障により電圧が変動、進相コンデンサの働きにより大きな電圧が発生、というケースもあります。
過電流・過電圧から回路や制御盤を守るには、どのような対策があるでしょうか。
第一に重要なのは、安全ブレーカーやサーキットプロテクタなどの遮断器を設置することです。これらにより過電流発生時に回路を遮断し、電動機や機器、電線を保護することができます。
また、多くの電源ユニットには過電流保護素子が内蔵されており、許容以上の電流が生じた場合に保護機能が働くように設計されています。同様に、インバータモーターやサーボモーターには過電圧保護機能が備わっているものも多く、過電流・過電圧が発生した場合に機器単体で保護機能が働きます。
ところが、機器に備わっている過電流・過電圧保護機能では、落雷による桁違いに大きな電流・電圧を防ぐことはできません。また、落雷による雷サージは、ブレーカーを遮断するだけでは防ぐことが不可能です。機器を電源から遮断したうえで、通信ケーブル類もすべて切り離す必要があります。しかし、ネットワーク化が進み情報通信とIoTに支えられる現代においては、この方法は非現実的です。
そこで使われるのが、雷サージ保護デバイス(SPD)です。この機器は雷サージによる過電流・過電圧を、遮断するのではなく確実にアースへと導き、機器や回路への侵入・通過を防ぎます。雷による非常に大きな過電圧から回路を守るためには、SPDを制御盤に組み込んでおく必要があります。
過電流と過電圧について、その発生原因と対策を紹介しました。
回路・制御の設計者は、過電流・過電圧により引き起こされる、さまざまな事故やトラブルを未然に防ぐための対策を施す必要があります。保護機能付きの機器を使い、保護デバイスの組み込みといった対策もとってみてはいかがでしょうか。
また過電流を防止するためには、電動機に無理な負荷をかけないこと、定格以上の機器・設備を使用しないことが大切です。制御盤や機器の使用者・操作者は、定格電流・定格電圧を遵守し、過度の負荷をかけないことを常に心がけましょう。
参考：
リタールの技術ライブラリ
「規格に適合したスイッチギア及びコントロールギアの製作IEC 61439適用」
本冊子は、新規格IEC 61439 準拠に必要な様々な対策を講じる上でのお手伝いをするために作成しました。リタール製規格適合システム製品の利用に関するご相談から貴社機器の要求設計や日常検査のご提案まで、幅広くご利用ください。
※新規格IEC 61439における変更点の他、「設計検証報告書」の作成方法などについて、85ページにわたって解説しています。