機械安全セミナーシリーズ第 2 回 産業機械の電気安全 IEC 60204-1 の概要 Junji Konishi UL Japan, Inc. 2015.7.30 UL の名称 UL のロゴ UL の認証マークは UL LLC の商標です 2015 その他のマークの権利は それぞれのマークの所有者に帰属しています 本内容は一般的な情報を提供するもので 法的並びに専門的助言を与えることを意図したものではありません 本テキストは 本セミナーの受講者が学習用教材として所有することだけを認め 本テキストのいかなる部分も 無断で複写 転載することを禁止します UL and the UL logo are trademarks of UL LLC 2014. All Rights Reserved. Do Not Reproduce or Distribute without Permission.
整合規格の選択 ( 国際規格の階層 ) ISO/IEC ガイド 51 ISO 機械系 ISO 12100: 設計の一般原則 - リスクアセスメント及びリスク低減 ISO 11161: 統合製造システム ISO 13849-1: 制御システム ISO 13850: 非常停止 ISO 13857: 安全距離 ISO 14119: インターロック ISO 14122-1: はしご ISO 14122-2: プラットフォーム等 A 規格基本安全規格 B 規格 グループ安全規格 B1: 安全の側面関連 B2: 安全関連装置 IEC 電気系 IEC 60204-1: 機械の電気機器 IEC 61508: 電気的機能安全 IEC 62061: 機能安全 IEC 60947: スイッチ IEC 61496: センサー IEC 61000: EMC 等 C 規格 個別製品規格 工作機械 無人搬送ロボット 射出成型機 梱包機械 輸送機械 産業用ロボット 印刷機械 手持ち工具 食品機械 プレス機械 ポンプ 等 5
目次 リスクアセスメント 機器の選定 外部電源導体と電源遮断装置 電撃に対する保護 機器の保護 保護ボンディング 制御回路及び制御機能 6
リスクアセスメント 4.1 電気機器にともなう危険に関するリスクアセスメントは 機械のリスクアセスメントのための総合的要求事項の一部として行う ( リスクアセスメントの詳細は ISO 12100:2010 参照 ) < 危険な状況例 > 原因電気装置の故障又は障害制御回路の故障又は障害電力回路の故障又は障害 電源の変動や停電スライド式や回転式接点の導通不良電気的妨害電気的及び機械的な蓄積エネルギーの開放表面温度 危険状態感電や電気火災機械の機能不良機械の機能不良安全機能の不良機械の機能不良予期しない機械的動き火傷 7
リスク分析されるまで反復するスクが適切に低減メントISO 12100:2010 図 1よりリリスクアセスメント 開始 機械類の制限の決定 危険源の同定 リスクの見積り リスク評価 リスクアセスリスクは適切に低減されたか? はい 文書化 終了 いいえ リスクの低減 8
容に関してはリスク低減可能規格で取り上げられている内リスクアセスメント ( リスク低減プロセス ) 格に適合することにより ISO 12100:2010 図 2より規リスクアセスメント 設計者によって講じられる保護方策 3ステップメソッド ステップ 1: 本質的安全設計方策 ステップ 2: 安全防護および付加保護方策 リスク 機械設計 製造者 使用者入力 ステップ3: 使用上の情報 機械に警告標識 信号 警報装置 取扱説明書 設計者入力 設計者が保護方策を講じた後の残留リスク 使用者によって講じられる保護方策 組織 - 安全作業手順 - 監視 - 作業許可システム 追加安全防護物の準備及び使用 保護具の使用 訓練など 使用上の情報に基づいて使用者が適切に方策を実施した場合に低減が期待されるリスク 機械使用者 全ての保護方策を講じた後の残留リスク 9
機器の選定 電気部品及び装置は 意図された用途に適していること 関連する IEC 規格がある場合はこれに適合すること 供給者の指示に従って適用すること (4.2 項 ) インターロックガードに適したスイッチ 電源遮断装置 Interlock switch IEC 60947-5-1 ISO 14119 Breaker IEC 60947-2 Power supply Inverter IEC 61800-5-1 取り付け隙間 過電圧カテゴリ 汚染度 ディレーティング Emergency stop IEC 60947-5-5 ISO 13850 Motor IEC 60034 series 設置場所 アクセス性 使用環境 温度 湿度 汚染度 10
機器の選定 使用している部品が IEC 規格適合品でない場合の対処方法 < 部品に適した IEC 規格がある場合 > 1.IEC 規格に適合している他の部品に交換する 2. 該当部品メーカー様が該当部品を IEC 規格に適合させる 3. 該当部品を使用している機械メーカ様が該当部品を IEC 規格に適合させる ( 該当部品メーカー様の技術資料やサンプルの入手など かなり困難 ) < 部品に適した IEC 規格がない場合 > 1.IEC 60204-1 の下で評価する 11
外部電源導体と電源遮断装置 単一の外部電源に接続すること電源遮断装置の入力端子までとすること (5.1 項 ) 3 Φ AC 380 V 電源遮断装置 外部電源導体接続端子が 一箇所の場合 Inverter AC 380 V 異なる電圧で動作する機器がある場合はトランスなどから分電する Transformer AC 380 V AC 220 V Control panel P/S AC 220 V 12
外部電源導体と電源遮断装置 単一の外部電源に接続すること電源遮断装置の入力端子までとすること (5.1 項 ) 外部電源導体が二箇所の場合 電源遮断装置はそれぞれ必要 (5.3 項 ) AC 220 V 3 Φ AC 380 V 装置の性能維持などの理由により メインの電源とは別に電源供給したい場合 Heater AC 220 V 電源遮断装置が 2 つある場合 危険状態の発生を防ぐ必要があるのなら それぞれがインターロックされる必要がある 電源遮断装置 Control panel Transformer AC 380 V AC 220 V Inverter AC 380 V P/S AC 220 V 13
外部電源導体と電源遮断装置 単一の外部電源に接続すること電源遮断装置の入力端子までとすること (5.1 項 ) 注 : 部品の SCCR は全て適切なものが選定されている前提です 3 Φ AC 380 V 電源遮断装置 ( 例 )SCCR: 35 ka 電源遮断装置で遮断されないため感電のリスクが増える 3 Φ AC 380 V Terminal blocks SCCR: 10 ka 装置の SCCR が 10 ka になる (16.4 項 ) (UL508A 参考 ) CB SCCR: 30 ka CB SCCR: 30 ka M M 端子が増えるため接続不良の可能性が増える CB SCCR: 30 ka CB SCCR: 30 ka M M Control panel Control panel 14
電撃に対する保護 直接接触 : エンクロージャによる保護 充電部は少なくとも IP2X 又は IPXXB のエンクロージャ内部に配置すること (4,11,14 章も満たす必要がある )(6.2.2 項 ) エンクロージャの上面にアクセス可能な場合は上面は IP4X 又は IPXXD 以上であること (6.2.2 項 ) 天井面の放熱スリット ファン開口 予備配線用グロメット 配線出口のスポンジ 冷却エア吸入口 15
電撃に対する保護 直接接触 : エンクロージャによる保護 エンクロージャ ( ドア 蓋 カバー ) の開放は 次の (a,b,c の ) 何れかにて可能とすること (6.2.2 項 ) a) 接近にはキー又は工具の使用を必要とする ネジ止め キーロックなど b) エンクロージャを開放する前に エンクロージャ内側の充電部を遮断する ハンドルをオフ位置にしないと開くことができない電源遮断装置など c) キー又は工具を使用せず 又充電部を遮断せずに開放出来るものは全ての充電部が少なくとも IP2X 又は IPXXB の水準で直接接触に対しての保護が行われている場合とする 工具を使用しなければ外すことができないバリアの使用など 16
電撃に対する保護 残留電圧に対する保護 電源遮断後も 60 V を越える残留電圧を持つ充電部は電源遮断後 5 秒以内に またコンセントプラグの場合は 1 秒以内に 60 V 以下に放電すること (6.2.4 項 ) 電源 電源遮断装置 残留電圧測定 時間内に放電できない場合は エンクロージャのよく見えるところに感電の警告 およびエンクロージャを開ける前に必要な放電時間を示す警告文が必要 NF MC Inverter トランスの二次側は 巻線で消費されることが多い P/S Transformer Control panel 17
電撃に対する保護 間接接触 : 電源の自動切断による保護 地絡故障が発生した場合 回路や機器への給電を十分に短い時間 (5 秒以内 ) で自動的に遮断する過電流保護装置が動作すること (6.3.3 項 18.2.2 項試験 2 附属書 A) この方策の有効性は保護ボンディング系のインピーダンスと保護装置のトリップ特性で決まる PE 電源 CB MC IEC 61557-3 に適合したループインピーダンステスターで (A) と (B) の間のインピーダンスを測定する 地絡電流 (A) (B) M 地絡故障 Control panel 又は 故障回路のインピーダンスを計算する 18
電撃に対する保護 間接接触 : 電源の自動切断による保護 露出導電部は全て保護ボンディング回路へ接続しなければならない (8.2.3 項 ) メタルフレキチューブ PE Door 電源遮断装置 露出導電部 : 電気機器の接触しうる導電部で 通常は充電部になっていないが 故障状態で充電部になる部分 樹脂製ケーブルグランド Control panel 19
電撃に対する保護 PELV の使用による保護 (Protective Extra-Low Voltage: 保護超低電圧 ) PELV の使用は間接接触及び限られた範囲の直接接触による電撃から人を保護することを目的とする (6.4.1 項 ) PELV 回路は以下の全ての条件を満たすこと (6.4.1 項 ) a) 乾燥した場所での使用充電部の広い範囲が人体と接触の恐れが無い場合 25 Va.c. r.m.s. 又は 60 Vd.c.( リップル無し ) 上記以外の回路は 6 Va.c. r.m.s. 又は 15 Vd.c. ( リップル無し ) 以下であること b) 回路の片側又は回路の電源の一点は保護ボンディング回路へ接続する c) PELV 回路の充電部は他の充電回路と電気的に分離する d) 各 PELV 回路はその他の回路から物理的に分離する (13.1.3 参照 ) e) PELV 回路のプラグソケットは他の電圧系統回路と接続出来ないこと Battery DC Power Supply Transformer Motor Generator PELV に使用できる電源の詳細は 6.4.2 項を参照 20
電撃に対する保護 PELV の使用による保護 b) 回路の片側又は回路の電源の一点は保護ボンディング回路へ接続する c) PELV 回路の充電部は他の充電回路と電気的に分離する d) 各 PELV 回路はその他の回路から物理的に分離する (13.1.3 参照 ) AC 220 V DC P/S + 24 V 0 V c) 強化絶縁 PELV circuits Relay b) ボンディング回路への接続 d) 物理的分離 Motor DC 電源は IEC 60950-1 適合品の使用を多く見かける 適合品であっても必ずしも強化絶縁タイプであるとは限らないので注意する 21
電撃に対する保護 PELV の使用による保護 機械内のユニットや他の機械と PELV 回路を接続する場合 自社の機械の制御盤 他の機械 AC 220 V 動力回路 DC P/S PELV 回路 I/F Connector PELV? 接続先が PELV を満足することを確認する また PELV を指示する PELV? M サーモスタット回路 I/F Terminal block Control panel PELV 回路に接続される部分は強化絶縁されているか確認する 22
電撃に対する保護 PELV の使用による保護 d) 各 PELV 回路はその他の回路から物理的に分離する (13.1.3 参照 ) 異なる回路の導体の作動電圧が異なる場合は導体を適切なバリアで分離するか または同一ダクト内にある導体 例えば非接地システムに対する相間電圧及び対地電圧の内の最も高いものから隔離すること (13.1.3 項 ) ケーブルダクト PELV 回路導体とそれ以外を違うダクトで分離する AC 200 V DC 24 V PELV 右の場合 ダクト内の全ての導体の耐電圧は AC200V 以上であること AC 200 V AC 100 V DC 24 V PELV 23
機器の保護 7.2.4 制御回路 電源電圧に直接接続する制御回路の導体と制御回路用変圧器への給電回路は 7.2.3 に準拠して過電流に対する保護を行うこと 制御回路変圧器又は直流電源から電源を受ける制御回路の導体は 過電流に対して保護を行うこと 保護ボンディング回路と接続した制御回路では 開閉される導体 ( 接点の入る導体 ) に過電流保護を挿入する L1 L2 L3 変圧器の過電流保護は製造者の指示に従うこと 7.2.7 Transformer 制御回路 過電流保護装置は不要 24
機器の保護 7.2.8 過電流保護の取り付け位置 過電流保護は導体の断面積が減少する又は導体の電流容量が低下する場所に配置すること 10.0 mm 2 CB 端子台と CP 間の電線サイズが太くなり 端子接続できない場合がある 10.0 mm 2 10.0 mm 2 CP CP 2.5 mm 2 1.5 mm 2 M M 25
機器の保護 7.2.8 過電流保護の取り付け位置 ただし次の条件を全て満たしている場合は除く - 導体の電流容量が負荷に必要な電流容量以上 - 電流容量が減少する場所と過電流保護装置の間の導体長さが 3 m 以下 - 導体が短絡の可能性を低減するような方法で取り付けられている 10.0 mm 2 CB 3 m 本来はこの分岐点に過電流保護装置が必要だが 省略可能となる 端子台と CP 間の電線サイズを細くできる 2.5 mm 2 3 m 1.5 mm 2 CP CP 2.5 mm 2 1.5 mm 2 M M Control panel 26
保護ボンディング 保護ボンディング回路の構成 PE 端子 (5.2 参照 ) 機械の装置の中の保護導体 露出導電部及び電気機器の導電性構造部 機械の構造の一部を形成する外部導電部 PE M Control panel Motor unit Machine 27
保護ボンディング 8.2.3 保護ボンディング回路の導通性 露出導電部はすべて 8.2.1 に従って保護ボンディング回路に接続すること ( 例外 8.2.5) ある部分が何らかの理由で取り外される場合 残りの部分の保護ボンディング回路が遮断されてはならない (8.2.3) PE 調整時に露出導電部の保護ボンディング回路が遮断される Motor power M Control panel Motor unit Machine 28
保護ボンディング 8.2.4 保護ボンディング回路からの開閉装置の排除 保護ボンディング回路が取り外し可能な集電装置又はプラグ / ソケット セットで遮断される場合 保護ボンディング回路は先接続 - 後遮断接点 (first make last break contact) とすること (8.2.4) 13.4.5 の例外 Driver モーターへ M 保護ボンディング用接点 Control panel 29
制御回路及び制御機能 9.1 制御回路 交流電源から供給される制御回路への給電には 制御変圧器を使用しなければならず 電圧は 277 V を超えないこと (9.1.1 9.1.2) 制御回路は過電流保護を設けること (9.1.3) 制御回路は電源から絶縁することが要求される 特に短絡電流や過電圧カテゴリ III からの保護が目的である 9.2 制御機能 制御機能の安全関連 ( 機能安全 ) の側面に関する情報は ISO 13849-1, ISO 13849-2 及び IEC 62061 に示されている (9.2) 制御回路 特に安全に関連する回路は リスクアセスメントを実施し SIL や PL の検証が必要となる 30
制御回路及び制御機能 9.2.2 停止機能 - 停止カテゴリ 0 ( 機械駆動部の電源を直ちに遮断 ) - 停止カテゴリ 1 ( 停止するまで電源供給を維持 停止後電源遮断 ) - 停止カテゴリ 2 ( 機械駆動部に電源供給され続ける制御停止 ) 9.2.5.3 停止 - 停止カテゴリ 0 1 又は 2 の停止機能を 機械のリスクアセスメントに基づいて また機能的要求事項にしたがって設けること - 停止機能は関連する起動機能より優先すること 停止コマンド 電源供給 機械の動作 停止カテゴリ 0 停止カテゴリ 1 停止カテゴリ 2 31
制御回路及び制御機能 9.4.2 故障時のリスクを最小限にするための処置 9.4.2.1 実証済みの回路技術及び部品の使用 措置の例 制御回路のボンディング ( 片側接地 ) 電源遮断による停止 望ましくない作動を防ぐ回路設計 ( ソース出力 シンク入力 ) +24 V 入力 出力 +24 V シンク入力 ソース出力 32
制御回路及び制御機能 PLC I/O コモンの違いによる故障例 < ソース入力 ( 片側接地 )> PLC Fuse SW +24 V 地絡故障 0 V( 接地 ) 地絡故障により PLC は SW がオンした と誤認識する 又 Fuse が働かず地絡故障を検知できない 33
制御回路及び制御機能 PLC I/O コモンの違いによる故障例 < シンク出力 ( 片側接地 )> PLC SOL Fuse 地絡故障 +24 V 0 V( 接地 ) 地絡故障により SOL は PLC の出力に関係なくオンする 又 Fuse が働かず地絡故障を検知できない 34
制御回路及び制御機能 PLC I/O コモンの違いによる故障例 < シンク入力 ( 非接地 )> PLC SW Fuse 1 地絡故障 2 地絡故障 +24 V 1 の地絡故障では PLC は SW がオンした と認識はしないが 制御回路の Fuse も働かない PLC は SW の操作を受け付けるので地絡故障していることを検知できず 何事もなかったかのように使用できる 2 の地絡故障により PLC は SW がオンした と誤認識する 又 Fuse が働かず地絡故障を検知できない 35
制御回路及び制御機能 PLC I/O コモンの違いによる故障例 < ソース出力 ( 非接地 )> PLC Fuse 2 地絡故障 SOL +24 V 1 地絡故障 1 の地絡故障では SOL はオンしないが 制御回路の Fuse も働かない SOL は PLC のコマンドを受け付けるので地絡故障していることを検知できず 何事もなかったかのように使用できる 2 地絡故障により SOL は PLC の出力に関係なくオンする 又 Fuse が働かず地絡故障を検知できない 36
制御回路及び制御機能 PLC I/Oコモンの違いによる故障例 <シンク入力 ( 片側接地 )> PLC SW Fuse 地絡故障 +24 V 0 V( 接地 ) 地絡故障しても PLC は SW がオンした と認識はしない 又 実際に SW を押した時には負荷が無いため制御回路の Fuse が働く 37
制御回路及び制御機能 PLC I/O コモンの違いによる故障例 < ソース出力 ( 片側接地 )> PLC Fuse SOL +24 V 地絡故障 0 V( 接地 ) 地絡故障しても SOL はオンしない 又 実際に PLC が出力した時には負荷が無いため制御回路の Fuse が働く 38
UL のサービス内容 技術相談サービス指令や規格への適合を検討されているお客様に対し その製品が直面する問題点など 必要な情報を的確に提供します 要求の解釈 ご対応方法などのご相談を承ります 書類検証サービス電気回路図や取扱説明書など 設計初期段階におけるドキュメント類を検証いたします 事前構造評価サービス既存の製品や試作機にて対して評価を実施し 適合に必要な部分を明確にします 適合性検証サービス適合証明するためにお客様が必要とする事項をフルサポートします 機械の安全評価サービスに関するお問合せ ( 株 )UL Japan カスタマーサービス E : customerservice.jp@jp.ul.com T : 03-5293-6200 F : 03-5293-6201 39
本日のご参加ありがとうございました 頂いたご質問につきましては 後日個別に回答させていただきます 機械安全セミナーシリーズ 第 3 回 : 8 月 6 日 ( 木 ) 米国向けフィールドエバリュエーションについて第 4 回 : 8 月 27 日 ( 木 ) 機能安全について第 5 回 : 9 月 3 日 ( 木 ) 産業機械のEMCについて第 6 回 : 9 月 17 日 ( 木 ) 産業機械の環境規制 (RoHS, WEEE) について * 今後のセミナーへのお申し込みもお待ちしております *