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» 2019年06月21日 11時00分 公開

DC-DCコンバーター活用講座(28):DC-DCコンバーターの安全性(3)固有の安全性と本質安全 (2/2)

[Steve Roberts(RECOM),EDN Japan]
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可燃性物質

 電源はエネルギー源として、故障状態または誤使用状態時に自ら発火するか、非常に高温になって近接する可燃性物質に引火する可能性もあります。電源の可燃性要素(PCB、ケース、充填材など)の最も標準的な要件は、UL94-V0規格に準拠することです。この規格は、電源に使用されている可燃性物質が炎の引火後自己消火するかどうか、また、炎が拡散するかどうかを判定するために行う一連の標準検査をベースとしています。

 さらに、この規格は、使用される物質がスパークや電気的アーク放電により引火する可能性があるかどうかも確認します。電気的絶縁のため、電源内部にプラスチックやテープが使用されることは多いので、これは重要です。

 UL94の検査では、水平面(HB)、垂直拡散(V-0、V-1、V-2、またはVTM-0、VTM-1、VTM-2(薄い材料向け))検査において可燃性物質の火炎または赤熱燃焼が拡散する性質、ならびに、検査対象の下に少量の脱脂綿を置いて行う(溶けたプラスチックの滴下物は脱脂綿を発火させてはならない)外部へ引火の性質に応じて、可燃性物質を評価します。

図3:UL94の燃焼滴下物検査(クリックで拡大)出典:RECOM

 この他の可燃性物質の規格では、電源に使用される可燃性物質の質量、電源の使用場所(例えば、その場所が有人か無人か、家具の内部か、あるいは列車の寝台車両かなど)、電源と他の潜在的発火源または可燃性物質との物理的距離に応じて電源を分類します。従って、電源メーカーが火災危険に適用される全ての規格に適合するためには、アプリケーションへの装着時の電源の向き、垂直/水平方向のスペース、燃焼保全要件、使用目的など、エンドユーザーのアプリケーションについて極めて詳細に知る必要があります。

 これは、電源が第三者販売業者や通信販売会社を通じて販売される多くの状況では不可能です。このため、データシートでは火災危険に対する基本的要件であるUL94-V0を使用し、詳細な準拠試験や検査は顧客と緊密に連携する、あるいはエンドユーザー自身で実施するしかありません。

 火災での死亡原因として、煙の吸入は火傷を上回っています。煙は、ばい煙などの粒子、一酸化炭素などの気体、有機分子などの揮発性物質、蒸気などの浮遊微粒子を含む、空気中のあらゆる燃焼生成物として定義されます。

 主にばい煙と蒸気から生じる煙の目に見える要素は、炎が放出する酸を含まない限り、多くの場合は本質的に有毒ではありません。しかし、視界が悪くなり避難が妨害されると、それらの要素は火災危険の一因となります。一酸化炭素などの気体が原因で過呼吸が起こると、肺の煙への曝露(ばくろ)が拡大する上、血液中のヘモグロビンとの結合により体内への正常な酸素摂取ができなくなります。

 通常、電源には、火災時に相当量の煙を排出する可燃性物質はそれほど多く含まれません。含まれるとすれば、充填材です。樹脂充填は、湿気、ほこり、腐食要素などの環境汚染物から電源を保護し、発熱部品とケース間により良い熱伝導経路を提供し、内部の部品を機械的な衝撃や振動の影響から保護するために利用されます。

 多くのアプリケーションでは、そのアプリケーションの環境要件と熱要件を満たす上で樹脂充填が不可欠です。最もよく使用されている充填材は2液型エポキシ、シリコンゴム、ポリウレタンです。このうち、シリコンゴムだけは煙の厳しい要件を満たすことができませんが、低煙化合物も販売されています(残念ながら高価ですが)。

 煙害の評価に使用される規格の1つがNFF火災および煙試験です。NFF16-101/102規格は、リスク評価表を使用して、フランスの鉄道で要求される仕様を明確化しています。これにより、可燃性と煙放出のリスクをアプリケーションまたは鉄道ルートに従って評価することができます(列車がトンネルを通る場合、煙は地上でのみ使用するときよりも危険度が高まります)。

 煙の評価は、煙の不透明度と毒性によって決まります。下記の例は、試験から、シリコン・ゴムの充填材は低燃焼性だが煙の放出が多すぎる(F3/I3)、一方、エポキシ樹脂は許容可能(F1/I2)であることが分かります。これらから、この電源は地下鉄列車に適すると言えます(白の要件)。

表2:炎と煙のリスク評価(クリックで拡大)出典:RECOM

⇒「DC-DCコンバーター活用講座」連載バックナンバーはこちら


執筆者プロフィール

Steve Roberts

Steve Roberts

英国生まれ。ロンドンのブルネル大学(現在はウエスト・ロンドン大学)で物理・電子工学の学士(理学)号を取得後、University College Hospitalに勤務。その後、科学博物館で12年間インタラクティブ部門担当主任として勤務する間に、University College Londonで修士(理学)号を取得。オーストリアに渡って、RECOMのテクニカル・サポート・チームに加わり、カスタム・コンバーターの開発とお客様対応を担当。その後、オーストリア、グムンデンの新本社で、RECOM Groupのテクニカル・ディレクタに就任。



※本連載は、RECOMが発行した「DC/DC知識の本 ユーザーのための実用的ヒント」(2014年)を転載しています。

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