SFBテクノロジ

選択的保護

選択的保護

SFBテクノロジを搭載した電源で選択的で低コストのシステム保護が実現します。

最大のシステム可用性を実現するために標準サーキットブレーカは磁気トリップする必要がありますが、故障電流経路を選択的に切断し重要なシステムパーツを停止することなく動作させ続けるにはこれが唯一の方法です。SFBテクノロジで、電源とDC/DCコンバータから公称電流の数倍の電流が一時的に流れ、必要なパワーリザーブが供給されます。

目的は最大のシステム可用性

生産には障害が付きものです。たとえば配線短絡や負荷の誤動作が発生することがあります。その場合でも、プロセス全体で許容されている限り、影響を受けない場所にある機器やシステムは停止することなく動作し続ける必要があります。

これを解決するには個別端末装置や小規模の機能グループを別々に保護します。こうすればエラー発生時に影響を受けないシステムパーツを無駄に切り離さずにすみます。

SFBテクノロジを搭載した電源とDC/DCコンバータで生産を保護します。SFBは選択的ヒューズ切断(Selective Fuse Breaking)の略語です。エラー発生時に装置から公称電流の6倍の電流が12 ms流れ、影響を受けた回路を切り離します。

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サーキットブレーカで低コスト保護

重要なシステムパーツは稼働し続ける  

SFBテクノロジ

通常、センサやアクチュエータなどの負荷を追加する場合はコントローラと並列で電源ユニットに接続します。ダウンタイムを最短にするために電流経路を個別に保護する必要があります。

短絡発生時には故障電源経路だけが遮断され、他の負荷は停止することなく動作し続けます。

現在、標準サーキットブレーカがもっとも低コストで回路を保護するソリューションとなっています。バイメタルでの電磁式または熱式トリップが可能です。

数ミリ秒でトリップさせるために、サーキットブレーカの公称電流よりもはるかに大きい電流を内蔵のソレノイドに必ず流す必要があります。

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サーキットブレーカの特性

公称電流6 Aの機器用ミニチュアサーキットブレーカ  

30 Aで磁気トリップ

通常、電磁トリップに必要な短絡電流は交流(AC)であることがメーカーによって指定されています。このためユーザーはDCの値が1.2倍高いことを確認する必要があります。

サーキットブレーカにはさまざまなトリップ特性があり、多くの産業用アプリケーションで特性BまたはCのサーキットブレーカを使用しています。

特性Bのサーキットブレーカをトリップさせるには次の電流が必要です。

  • ACアプリケーション:公称電流の3~5倍
  • DCアプリケーション:公称電流の3~6倍

このため、最悪の条件下で25 Aの特性Bのサーキットブレーカをトリップさせるには150 Aを数ミリ秒流す必要があります。

特性Cのサーキットブレーカでは次の電流が必要です。

  • ACアプリケーション:公称電流の5~10倍
  • DCアプリケーション:公称電流の5~12倍
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SFBテクノロジで電圧ディップを防止

3~5 msで磁気トリップ  

ダイナミックパワーリザーブ

ケーブルが長いと、エラー発生時に必要なトリップ電流に限界があります。このためサーキットブレーカのトリップが遅れたりトリップできない場合もあります。

電源のパワーリザーブが低い場合、熱式トリップが数秒から数分続くこともあります。

この場合、どのサーキットブレーカがトリップしているかは見ればわかるのでトラブルシューティングはとても簡単で。ただしこのとき電源(DC 24 V)は停止しており、コントローラは故障しています。

最悪の場合、電源ユニットから流れる電流がきわめて小さいか、わずか数秒という短時間しかパワーリザーブを供給しておらず、ヒューズがトリップしません。この場合はトラブルシューティングに時間とコストがきわめてかかります。

SFBテクノロジを搭載したQUINTシリーズの装置では公称電流の最大6倍の電流が流れます。このパルスでサーキットブレーカは磁気トリップします。

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ケーブル長と断面積

サーキットブレーカのトリップには距離Iが決め手  

最大ケーブル長に注意

サーキットブレーカがすばやくトリップするかどうかは負荷を接続するケーブルの長さと接続断面積によっても異なります。

ここで決め手となるのは電源ユニットから流れる電流合計だけではありません。故障電流経路のインピーダンスが十分低い場合にだけ大電流も短絡に流れ、サーキットブレーカが磁気トリップします。

アプリケーションに適した電源はケーブル長と接続断面積で決まりますが、これは一覧表で確認できます。

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使用例

負荷短絡時でもコントローラは停止せずに動作  

負荷短絡時もコントローラは停止せずに動作

シナリオの例

  • 電源(24 V/20 A)からコントローラおよび3点の負荷に給電しています。
  • それぞれの電流経路はサーキットブレーカ(6 A、特性B)によって保護されています。
  • 電流経路の銅線ケーブルは25 mです(接続断面積は2.5 mm²)。

この例で短絡が起こると、SFBテクノロジで20 Aの電源ユニットから公称電流の6倍つまり最大120 Aの電流が一時的に流れます。サーキットブレーカは常に3~5ミリ秒でトリップしますが、このとき特性曲線の磁気範囲に定格電流の10倍の電流が流れています。

他の負荷は引き続き動作し、コントローラには引き続きDC 24 Vが供給され、短絡したにもかかわらず停止せずに動き続けます。

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実用性

この動画ではSFBテクノロジの特長を示す試験をしています。

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フエニックス・コンタクトの機器用ミニチュアサーキットブレーカ

SFB特性曲線がある熱磁気サーキットブレーカ  

熱磁気サーキットブレーカ

フエニックス・コンタクトの熱磁気サーキットブレーカシリーズでSFB特性曲線が初めて採用されました。

このトリップ特性は、特にSFBテクノロジベースで稼働する電源で使用するために開発されています。この2台の装置を組み合わせて、電源と端末装置のケーブルが長い場合でもエラー発生時にほぼ間違いなくトリップさせることができます。

SFB特性曲線は特性Cをベースいしていますが、誤差はごくわずかになっています。このためサーキットブレーカがすばやくトリップ電流に到達し、すぐにトリップします。短絡電流が制限され、ケーブルと接続先装置の負荷を低減します。

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フエニックス・コンタクト株式会社

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