株式会社ノイズ研究所

製品情報 雷サージ試験器 始業前点検の方法

NoiseKen

始業前点検について

雷サージ試験器は、落雷電流による大地の電位変動や屋外の電力線、電話線に誘導された『高エネルギーの誘導雷ノイズ』を模擬して発生する試験器です。ここでは、国際規格IEC 61000-4-5規格の内容を中心に、始業前の簡易チェック方法およびAC/DC LINE OUTPUT、TELECOM LINE OUTPUTでの測定方法を記載します。

準備するもの

製品名MODEL名備考
雷サージ試験器LSS-F03
オシロスコープ帯域100MHz以上 
波形確認用ケーブルセット05-00099ASURGE OUTPUTおよびAC/DC LINE OUTPUTでの電圧/電流確認用
テレコム波形確認用ケーブルセット05-00150ATELECOM LINE OUTPUTでの電圧/電流確認用
高電圧プローブ15kV以上の耐電圧を確保している型式のもの)2本
電流プローブ電流トランスフォーマーと組み合わせて使用
BNCケーブルV/Iモニタ測定用(試験器に添付)
絶縁トランスNCT シリーズオシロスコープ保護用
アースケーブルPE接続用

V/Iモニタ端子での測定

本チェックは、特別なプローブを必要とせず簡易的に電圧と電流のサージ波形を確認する目的のものです。
(波形の精度を保証するものではありません。)

① BNCケーブルで本試験器V/Iモニタとオシロスコープを接続します。
② オシロスコープの入力をハイインピーダンス(1MΩ終端)に設定してください。
③ 試験器をSTART します。

V/Iモニタ端子による、電圧/電流波形測定イメージ

雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像

【実測波形例】

雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像
1.2/50μs 電圧波形(1kV)
100 mV/div 100μs/div
雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像
1.2/50μs 電圧波形 立ち上がり波形
100 mV/div 400ns/div
雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像
8/20μs 電流波形(1kV)
100 mV/div 10μs/div
雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像
8/20μs 電流波形 立ち上がり波形
100 mV/div 2μs/div
雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像
10/700μs 電圧波形(1kV)
100 mV/div 400μs/div
雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像
10/700μs 電圧波形 立ち上がり波形
100 mV/div 4μs/div
雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像
5/320μs 電流波形(1kV)
5 mV/div 400μs/div
雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像
5/320μs 電流波形 立ち上がり波形
5 mV/div 2μs/div

SURGE OUTPUTおよびAC/DC LINE OUTPUTでの測定

○ 電圧の測定

オシロスコープを設置し、絶縁トランスを介してAC電源供給を行います。このとき、絶縁トランスのオシロスコープ接続側コンセントのPE端子をアース接続してはいけません。

オシロスコープのCh1とCh2それぞれに高電圧プローブを接続します。

サージ試験器の駆動電源を接続します。このとき、接地端子の付いた3PのACケーブルによって大地アースが確実におこなわれていることを確認してください。大地アースが確実ではないと思われる場合には、次図の様に、サージ試験器のPE端子と試験室の接地端子を別のアース線にて接続します。

試験器のサージ出力端子HOTとCOMそれぞれに、波形確認用ケーブルセット(05-00099A)内の「開放電圧用ケーブル」を接続します。その際、AC/DCライン重畳部(CDN)の全ての重畳ライン出力端子(L1~PE)には、サージの出力先の設定を誤って選択したまま放電した場合の事故を防ぐ為に、試験器の出荷時に取り付けられているコネクタキャップを取り付けてください。なお、コネクタキャップが取り付けられていない空き端子が一つでもあると、試験器の安全機能が働く為にサージを出力させることができません。

HOTとCOMそれぞれの開放電圧用ケーブルの先端の圧着端子に、高電圧プローブを接続します。なお、作図の都合から次図では省いてありますが、高電圧プローブは絶縁体で構成された適切な高さの安定した台の上に置き、計測中に落下したりすることのないように工夫して配置してください。

Ch1とCh2の両方の高電圧プローブのGND線を試験器のPE端子に一緒に接続します。GND線の長さが足りずPE端子まで届かない場合は、適切なケーブルにて中継します。

この状態にて試験器からサージ波形を発生させ、オシロスコープで観測します。差動計測の具体的な設定方法は、オシロスコープのメーカーや型式によって多少異なる為にここでは詳細には触れませんが、トリガーは基本的にCh1で設定します。Ch1とCh2とも電圧レンジの設定は、高電圧プローブの減衰比を考慮して、波形がオシロスコープの画面からオーバーしないレンジにします。
Ch1-Ch2の演算を行った後のMath(演算)波形が、計測対象のサージ電圧波形となります。

以上の設定状態で表示された波形が、計測対象のサージ電圧波形となります。

サージ発生部とは別に、AC/DCライン重畳部(CDN)からの出力波形を計測する場合には、波形確認用ケーブルセット(05-00099A)内の「開放電圧用ケーブル」をAC/DCライン重畳部の重畳ライン出力端子に接続をして測定を実施します。その際、サージの出力先として選択されていない端子の全てに(例:三相タイプの試験器でサージの注入相をL1、リターン相をL2に設定した場合には、残るL3,NとPEの各端子が該当します)、試験器の出荷時に取り付けられているコネクタキャップに替えて本製品の「ダミーキャップ」を挿入し ます。開放電圧用ケーブル、またはダミーキャップのいずれかが接続されていない空き端子が一つでもあると、試験器の安全機能が働く為にサージを出力させることができません。

《差動計測の必要性について》

IEC 61000-4-5 規格対応試験器は、規格で定められたフローティング方式を採用しています。これにより、サージのリターン側がシャーシ(大地アース)から浮いている構造のサージ発生回路から高電圧・大電流の高エネルギー・サージを出力しています。
フローティング方式で出力される高エネルギー・サージを計測するには、作業安全確保の為、GND電位の変動も考慮した上で同時に2本の高電圧プローブを使用する「差動計測」をおこなう必要があります。

《「差動計測」が安全な理由》

雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像

Surge Out部での電圧波形測定イメージ

雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像

CDN OUT(Injection Out)部での電圧波形測定イメージ
※ L1-L3間の測定イメージ

【実測波形例】

雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像
1.2/50μs 電圧波形(1kV)
200 V/div 100μs/div
雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像
1.2/50μs 電圧波形 立ち上がり波形
200 V/div 400ns/div
雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像
10/700μs 電圧波形(1kV)
200 V/div 400μs/div
雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像
10/700μs 電圧波形 立ち上がり波形
200 V/div 4μs/div

○ 電流の測定

電流波形の計測には、電流トランスフォーマーと組み合わせた電流プローブが必要です。試験器の最大出力電流は7500Aですが、波形確認用ケーブルセット(05-00099A)を使用して何アンペアまでの電流波形を計測できるかは、お客様がご用意された電流トランスフォーマーと電流プローブそれぞれの減衰比(感度設定)が幾つであるかによって決まりますので、必要十分な減衰比を持ったものをご用意ください。

以下の手順で機材を配置・接続し、電流波形を計測します。

オシロスコープを設置し、絶縁トランスを介してAC電源供給を行います。このとき、絶縁トランスのオシロスコープ接続側コンセントのPE端子をアース接続してはいけません。

オシロスコープに、電流トランスフォーマーと組み合わせた電流プローブを接続します。

サージ試験器の駆動電源を接続します。このとき、接地端子の付いた3PのACケーブルによって大地アースが確実におこなわれていることを確認してください。大地アースが確実ではないと思われる場合には、次図の様に、サージ試験器のPE端子と試験室の接地端子を別のアース線にて接続します。

試験器のサージ出力端子HOTとCOMを、波形確認用ケーブルセット(05-00099A)内の「短絡電流用ケーブル」で短絡接続します。その際、AC/DCライン重畳部(CDN)の全ての重畳ライン出力端子(L1~PE)には、サージの出力先の設定を誤って選択したまま放電した場合の事故を防ぐ為に、試験器の出荷時に取り付けられているコネクタキャップを取り付けてください。なお、コネクタキャップが取り付けられていない空き端子が一つでもあると、試験器の安全機能が働く為にサージを出力させることができません。

短絡電流用ケーブルの湾曲部の先端を、電流トランスフォーマーでクランプします。なお、電流トランスフォーマーは適切な高さの安定した台の上に置き、計測中に落下したりすることのないように工夫して配置してください。

この状態にて試験器からサージ波形を発生させ、オシロスコープで観測します。オシロスコープの電流(電圧)レンジの設定は、電流トランスフォーマーと電流プローブそれぞれの減衰比を考慮して、波形がオシロスコープの画面からオーバーしないレンジにします。電流波形の計測では差動計測を設定する必要はありません。オシロスコープの設定が差動計測モードになっている場合には解除(Math OFF)し、通常の単発取込モードに設定変更します。

以上の設定状態で表示された波形が、計測対象のサージ電流波形となります。

サージ発生部とは別に、AC/DCライン重畳部(CDN)からの出力波形を計測する場合には、短絡電流用ケーブルをAC/DCライン重畳部の重畳ライン出力端子に接続をして測定を実施します。その際、サージの出力先として選択されていない端子の全てに(例:三相タイプの試験器でサージの注入相をL1、リターン相をL2に設定した場合には、残るL3,NとPEの各端子が該当します)、試験器の出荷時に取り付けられているコネクタキャップに替えて本製品の「ダミーキャップ」を挿入し ます。短絡電流用ケーブル、またはダミーキャップのいずれかが接続されていない空き端子が一つでもあると、試験器の安全機能が働く為にサージを出力させることができません。

雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像
Surge Out部での電流波形測定イメージ
雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像
CDN OUT(Injection Out)部での電流波形測定イメージ
※ L1-L3間の測定イメージ
雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像
8/20μs 電流波形(1kV)
100 A/div 10μs/div
雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像
8/20μs 電流波形 立ち上がり波形
100 A/div 2μs/div
雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像
5/320μs 電流波形(1kV)
5 A/div 200μs/div
雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像
5/320μs 電流波形 立ち上がり波形
5 A/div 2μs/div

【出力波形規定(1.2/50μs-8/20μsコンビネーション波形)】

■ 電圧サージ(1.2/50μs)

雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像

■ 電流サージ(8/20μs)

雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像

■ 1.2/50μsコンビネーション波形規定

立ち上がり時間 Tf μs半値までの時間 Td μs
開放路状態のサージ電圧Tf = 1.67 × T = 1.2 ± 30 %Td = Tw = 50 ± 20 %
短絡状態のサージ電流Tf = 1.25 × Tr = 8 ± 20 %Td = 1.18 × Tw = 20 ± 20 %

■ 電源線CDNの1.2/50μsコンビネーション波形規定(開放路電圧)

開放路状態のサージ電圧 ※カップリングインピーダンス
18 μF (ノーマルモード)9 μF + 10 Ω (コモンモード)
ピーク電圧
Current rating ≦ 16 A
16 A < current rating ≦ 32 A
32 A < current rating ≦ 63 A
Set voltage +10 % / -10 %
Set voltage +10 % / -10 %
Set voltage +10 % / -10 %
Set voltage +10 % / -10 %
Set voltage +10 % / -10 %
Set voltage +10 % / -15 %
立ち上がり時間1.2 μs ± 30 %1.2 μs ± 30 %
半値までの時間
Current rating ≦16 A
16 A < current rating ≦ 32 A
32 A < current rating ≦ 63 A
50 μs + 10 μs / -10 μs
50 μs + 10 μs / -15 μs
50 μs + 10 μs / -20 μs
50 μs + 10 μs / -25 μs
50 μs + 10 μs / -30 μs
50 μs + 10 μs / -35 μs

※ 試験する電子機器の定格電流に適合する波形規定を満たすCDNを用いる。

■ 電源線CDNのコンビネーション波形規定(短絡電流)

波形パラメータ
短絡電流
カップリングインピーダンス
18 μF(ノーマルモード)9 μF + 10 Ω(コモンモード)
立ち上がり時間Tf = 1.25 × Tr = 8μs ±20 %Tf = 1.25 × Tr = 2,5 μs ±30 %
半値までの時間Td = 1.18×Tw = 20μs±20 %Td = 1.04 × Tw = 25 μs ±30 %

■ 電源線CDNの開放路電圧波形と短絡電流波形規定

電源線CDNのEUT側での
開放路ピーク電圧
±10 %
電源線CDNのEUT側での
短絡電流 ± 10 %
(18μF)
電源線CDNのEUT側での
短絡電流 ±10 %
(9μF + 10 Ω)
0.5 kV0.25 kA41.7 A
1.0 kV0.5 kA83.3 A
2.0 kV1.0 kA166.7 A
4.0 kV2.0 kA333.3 A

【出力波形規定(10/700μs-5/320μsコンビネーション波形)】

■電圧サージ(10/700μs)

雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像

■電流サージ(5/320μs)

雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像

■10/700μsコンビネーション波形の時間パラメータ

立ち上がり時間
μs
半値までの時間
μs
開放路電圧10 ± 30 %700 ± 20 %
短絡電流5 ± 20 %320 ± 20 %

■10/700μsコンビネーション波形の開放路電圧と短絡電流

試験器の出力側の開放路電圧±10 %試験器の出力側の短絡電流±10 %
0.5 kV12.5 A
1.0 kV25 A
2.0 kV50 A
4.0 kV100 A

TELECOM LINE OUTPUTでの測定

○ 電圧の測定

オシロスコープを設置し、絶縁トランスを介してAC 電源供給を行います。このとき、絶縁トランスのオシロスコープ接続側コンセントのPE 端子をアース接続してはいけません。

オシロスコープのCh1 に高電圧プローブを接続します。テレコム重畳部の測定では、常にPE 基準に電圧を測定しますので、サージアウト部やAC 重畳部のように差動測定の必要はありません。

サージ試験器の駆動電源を接続します。このとき、接地端子の付いた3PのACケーブルによって大地アースが確実におこなわれていることを確認してください。大地アースが確実ではないと思われる場合には、次図の様に、サージ試験器のPE 端子と試験室の接地端子を別のアース線にて接続します。

次図を参照してケーブル・ショートバー・インタロック解除MGを接続します。

ケーブルC の先端の圧着端子に、高電圧プローブを接続します。

サージ試験器 からサージ波形を発生させ、オシロスコープで観測します。

雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像
テレコム電圧波形測定の配置と接続例
雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像

テレコム電圧波形測定の接続詳細図(4 線印加)

テレコム電圧波形測定の接続詳細図(2線印加)

■TELECOM LINE OUTPUTでの測定

○ 電流の測定

電流波形の計測には、電流トランスフォーマーと組み合わせた電流プローブが必要です。LSS-F03(サージ試験器) の最大出力電流は約282 A(10/700 波形4 線,6000 V 設定時)ですが、波形確認用ケーブルセット(05-00099A)を使用して何アンペアまでの電流波形を計測できるかは、お客様がご用意された電流トランスフォーマーと電流プローブそれぞれの減衰比(感度設定)が幾つであるかによって決まりますので、必要十分な減衰比を持ったものをご用意ください。

以下の手順で機材を配置・接続し、電流波形を計測します。

オシロスコープを設置し、絶縁トランスを介してAC 電源供給を行います。

オシロスコープに、電流トランスフォーマーと組み合わせた電流プローブを接続します。

サージ試験器の駆動電源を接続します。このとき、接地端子の付いた3PのACケーブルによって大地アースが確実におこなわれていることを確認してください。大地アースが確実ではないと思われる場合には、下図の様に、サージ試験器のPE 端子と試験室の接地端子を別のアース線にて接続します。

下図 を参照してケーブル・ショートバー・インタロック解除MGを接続します。

ケーブルBのケーブル部分に、電流プローブを通します。

サージ試験器からサージ波形を発生させ、オシロスコープで観測します。

雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像
テレコム電流波形測定の接続詳細図(4線印加)
雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像

テレコム電流波形測定の配置と接続例(4線印加)

テレコム電流波形測定の接続詳細図(2線印加)

《テレコム波形確認用ケーブルセット(05-00150A)》

05-000150A

【出力波形規定】

■ 電圧サージ(1.2/50μs)

雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像

■ 電流サージ(8/20μs)

雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像

■ 非シールド・対称通信線CDNの波形規定

カップリング出力電圧(設定電圧)CDNの供試装置側での開放路電圧
Voc
±10 %
電圧立ち上がり時間
Tf = 1.67 xTr±30 %
電圧半値までの時間
Td =Tw±30 %
CDNの供試装置側での短絡電流Isc
±20 %
電流立ち上がり時間Tf=1.25xTr
±30 %
電流半値までの時間Td=1.18xTw
±30 %
コモンモード
R = 40Ω
カップリングデバイス*
2 kV2 kV1.2 μs45 μs48 A1.5 μs45 μs

* GDT, Clamping device, Avalanche devices

CDNは、最高定格の電圧で校正することを推奨。表で示す数値は設定値2 kVに対するものであり、CDNが別の最高電圧に対する定格となる場合、校正はその最高定格電圧で行なう。(最高電圧が6 kVの場合、この表に示す短絡電流値に3を乗じる。)

■電圧サージ(10/700μs)

雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像

■電流サージ(5/320μs)

雷サージ試験器 始業前点検の方法 製品イメージ画像

■ 屋外からの非シールド対称信号線CDNの開放路電圧波形と短絡電流波形規定

カップリング出力電圧
(設定電圧)
CDNの供試装置側での開放路電圧
Voc
±10 %
電圧立ち上がり時間
Tf = 1.67 xTr

±30 %
電圧半値までの時間
Td=Tw
±30 %
CDNの供試装置側での短絡電流 Isc
±20 %
電流立ち上がり時間
Tf
±30 %
電流半値までの時間
 Td
±30 %
コモンモード
カップリングデバイス
1 pair 27.5 Ω
4 kV4 kV8 μs250 μs145 A3.2 μs250μs
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