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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。

整合規格の選択 （国際規格の階層）

5 A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

C規格

個別製品規格

ISO/IEC ガイド51 ISO 機械系 IEC 電気系 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 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 基本安全規格 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

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

7



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） 原因 危険状態 電気装置の故障又は障害 感電や電気火災 制御回路の故障又は障害 機械の機能不良 電力回路の故障又は障害、電源の変動や停電 機械の機能不良 スライド式や回転式接点の導通不良 安全機能の不良 電気的妨害 機械の機能不良 電気的及び機械的な蓄積エネルギーの開放 予期しない機械的動き 表面温度 火傷 ＜ 危険な状況例 ＞

リスクアセスメント

8 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 リスクは適切に 低減されたか？ 文書化 終了 はい いいえ リスクの低減 リス ク 分 析 リス ク ア セ ス メ ン ト ISO 12100:2010 図１より リス ク が 適 切 に 低 減 されるま で 反 復する

リスクアセスメント（リスク低減プロセス）

9 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 リスクアセスメント ステップ２： 安全防護および付加保護方策 ステップ１： 本質的安全設計方策 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 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 設計者入力 使用者入力 リスク 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 設計者が保護 方策を講じた後 の残留リスク 全ての保護方策 を講じた後の残 留リスク 機械設計・ 製造者 機械使用者 ISO 12100:2010 図２より 規格に 適 合するこ と に よ り 、 規格で 取 り 上 げ ら れて い る 内 容に 関し て は リ ス ク 低 減可能

機器の選定

10

 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）

Emergency stop IEC 60947-5-5 ISO 13850 Motor IEC 60034 series Interlock switch IEC 60947-5-1 ISO 14119 Inverter IEC 61800-5-1 Breaker IEC 60947-2 Power supply 使用環境、 温度、湿度、 汚染度 過電圧カテゴリ、 汚染度、 ディレーティング 電源遮断装置 インターロッ クガードに適 したスイッチ 取り付け 隙間 設置場所、 アクセス性

機器の選定

11

 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。

外部電源導体と電源遮断装置

12

 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 Inverter AC 380 V P/S AC 220 V Transformer AC 380 V ↓ AC 220 V Control panel 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 電源遮断装置 外部電源導体 接続端子が、 一箇所の場合

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）

外部電源導体と電源遮断装置

13 3 Φ AC 380 V Inverter AC 380 V P/S AC 220 V Transformer AC 380 V ↓ AC 220 V Control panel Heater AC 220 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。 _{電源遮断装置} 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 AC 220 V 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）

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）

外部電源導体と電源遮断装置

14 3 Φ AC 380 V Control panel 電源遮断装置 （例）SCCR: 35 kA CB SCCR: 30 kA 3 Φ AC 380 V Control panel Terminal blocks SCCR: 10 kA M M M M CB SCCR: 30 kA CB SCCR: 30 kA CB SCCR: 30 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 装置のSCCRが 10 kAになる （16.4項）、 （UL508A参考） 端子が増え るため接続 不良の可能 性が増える 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。

電撃に対する保護

– 直接接触：エンクロージャによる保護 –

15

 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 配線出口の スポンジ ファン開口 冷却エア 吸入口 予備配線用 グロメット

電撃に対する保護

– 直接接触：エンクロージャによる保護 –

16

 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

 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）

電撃に対する保護

– 残留電圧に対する保護 –

17 電源 Inverter P/S Transformer Control panel 電源遮断装置 MC 残留電圧測定 NF 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 トランスの二次側 は、巻線で消費さ れることが多い

電撃に対する保護

– 間接接触：電源の自動切断による保護 –

18

 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）

電源 Control panel CB M PE MC 地絡故障 地絡電流 （A） （B） 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 又は、故障回路のイン ピーダンスを計算する 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

電撃に対する保護

– 間接接触：電源の自動切断による保護 –

19 

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）

PE メタル フレキチューブ 樹脂製 ケーブルグランド Control panel 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

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)

20



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 DC Power Supply Transformer Battery Motor Generator PELVに使用できる電源の詳細は6.4.2項を参照

電撃に対する保護

–

PELVの使用による保護 –

21 DC P/S AC 220 V + 24 V 0 V Relay c) 強化絶縁 Motor d) 物理的分離 PELV circuits 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） 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。 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 b) ボンディング回 路への接続

 機械内のユニットや他の機械とPELV回路を接続する場合

他の機械

電撃に対する保護

–

PELVの使用による保護 –

22 Control panel DC P/S AC 220 V I/F Connector

I/F Terminal block

PELV回路 PELV? PELV? 自社の機械の制御盤 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 M 動力回路 サーモスタット回路 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

 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）

電撃に対する保護

–

PELVの使用による保護 –

23 AC 100 V DC 24 V PELV AC 200 V AC 200 V DC 24 V PELV PELV回路導体とそ れ以外を違うダクトで 分離する 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 ケーブルダクト

 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

機器の保護

24 L1 L2 L3 Transformer 制御回路 過電流保護装置は不要 変圧器の過電流保護は製造者の指示に従うこと 7.2.7

機器の保護

25

 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。 CB CP M 10.0 mm2 2.5 mm2 CP M 1.5 mm2 10.0 mm2 10.0 mm2 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

機器の保護

26

 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。 CB CP M 10.0 mm2 2.5 mm2 CP M 1.5 mm2 2.5 mm2 1.5 mm2 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 ≦3 m ≦3 m Control panel

保護ボンディング

27

 保護ボンディング回路の構成

Control panel Machine M PE ・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 Motor unit

保護ボンディング

28

 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） Control panel Machine PE M Motor power 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 unit

 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）

保護ボンディング

29 Control panel M _{保護ボンディング用接点} モーターへ Driver 13.4.5の例外

制御回路及び制御機能

30

 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）

 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。 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。

制御回路及び制御機能

31

 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 機械の動作 電源供給 停止カテゴリ 0 停止カテゴリ 1 停止カテゴリ 2

制御回路及び制御機能

32

 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 ソース出力 出力 +24 V シンク入力 入力

制御回路及び制御機能

33

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 ↓ 0 V(接地) SW 地絡故障 +24 V Fuse 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。

制御回路及び制御機能

34 ＜シンク出力（片側接地）＞ PLC ↓ 0 V(接地) SOL 地絡故障 +24 V Fuse 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。

PLC I/Oコモンの違いによる故障例

制御回路及び制御機能

35 ＜シンク入力（非接地）＞ PLC ↓ SW ①地絡故障 +24 V Fuse ②地絡故障 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。

PLC I/Oコモンの違いによる故障例

制御回路及び制御機能

36 ＜ソース出力（非接地）＞

PLC I/Oコモンの違いによる故障例

PLC ↓ SOL +24 V Fuse ①地絡故障 ②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。

制御回路及び制御機能

37 ＜シンク入力（片側接地）＞

PLC I/Oコモンの違いによる故障例

PLC ↓ 地絡故障 0 V(接地) +24 V Fuse SW 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。

制御回路及び制御機能

38 ＜ソース出力（片側接地）＞

PLC I/Oコモンの違いによる故障例

PLC ↓ 0 V(接地) SOL 地絡故障 +24 V Fuse 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。

ULのサービス内容

39 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

■ 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。

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＊