高電圧設計に不可欠な沿面距離と空間距離。IEC 60664-1の汚染度・材質CTI区分に基づく実寸の決め方を、バスバー端面シールの観点から解説。
高電圧設計に不可欠な沿面距離と空間距離。IEC 60664-1の汚染度・材質CTI区分に基づく実寸の決め方を、バスバー端面シールの観点から解説。
空間距離（clearance）とは、2つの導電部間の空気中の最短距離である。開閉・事故・雷サージ結合によるインパルス事象といった過渡過電圧に耐えるよう寸法され、ピーク電圧と高度に依存する。沿面距離（creepage）とは、同一導体間の絶縁表面に沿う最短距離である。トラッキング（追踪）を防ぐよう寸法される――持続電圧と湿気下で汚染表面が徐々に炭化し、最終的に導体を短絡させる導電路を形成する現象である。
実務的には、バスバーの一般的な電圧では沿面距離の方が二つの数値のうち大きく、空間距離だけを考える設計者を捕まえるのはこちらである。空間ギャップに余裕がある積層体でも、絶縁に沿う沿面経路が短く汚染度が高ければ、PET や Nomex の端面表面で絶縁破壊しうる。
IEC 60664-1:2020+AMD1:2025――低圧供給システム内機器の絶縁協調、第 1 部――は、定格電圧 AC 1,000 V または DC 1,500 V 以下、周波数 30 kHz 以下、高度 2,000 m 以下（超過にはガイド付き）の機器を対象とする。下流の製品規格が使う寸法表と電気試験法を定める横置規格である。
2025 年改正は 1,500 V DC を表に追加し、空間距離・沿面距離条項をフローチャート付属書（G および H）で再構成した。1,500 V DC 超のバスバー作業向けには――新興の800 VDC データセンター配電は本規格内に収まるが、将来の高圧 DC 区分はこれに近づく――IEC TS 62993 が AC 2,000 V・DC 3,000 V までの指針を与える。
DC は同じ実効値の AC より絶縁に厳しい。ゼロクロスがないため：ストレスが持続的であり、表面汚染に放電する半サイクルがないためである。IEC 60664-1 は約 1.5 倍の DC 協調係数でこれに対処する：DC 動作電圧は等価 AC 値の 1.5 倍で協調される。
したがって 800 VDC バスバーは 1,200 V システム相当の空間距離・沿面距離で寸法され、1,000 VDC PV コンバイナ母線は 1,500 VAC 相当で協調される。公表された実例がその尺度を裏付ける：屋外盤・汚染度 3・材料グループ IIIa の 1,000 VDC 遮断器は約 12.5 mm 沿面・8 mm 空間を要する。これらは大半のパワーエレクトロニクスの外形に対し大きな数値であり、だからこそ電圧クラス決定がバスバー形状を駆動する。
汚染度は建物ではなく絶縁表面の微小環境を記述する。IEC 60664-1 は 4 段階を定義する：PD1 は汚染影響のない保護環境；PD2 は通常非導電性だが結露で一時的導電性を伴う汚染を許容；PD3 は導電性汚染、または結露で導電性となる乾燥汚染を対象；PD4 は深刻な連続導電性汚染である。
バスバーへの実務的な対応付けは：密閉されたインバータ・バッテリモジュールは PD2 が多い；PV コンバイナボックス、ESS ラック、屋外機器は PD3；沿岸・産業粉塵環境は PD3–PD4 へ傾く。コーティングや封止が自動的に汚染度を下げるわけではない――低減は保護法が実際に規格の判定基準を満たすかによる。コンフォーマルコートまたは完全注形のバスバーが低い等級を得られるのは、コーティング系がその主張に対し認定されている場合に限られる。
耐トラッキング性は比較トラッキング指数（CTI）で定量化され、IEC 60112 に従い測定される。IEC 60664-1 は材料をグループ分けする：グループ I は CTI ≥ 600；II は 400–599；IIIa は 175–399；IIIb は 100–174。グループが低いほど、与えられた電圧・汚染度で必要な沿面距離が長くなる。
積層バスバーの誘電体にとってこれはラベルではなく実際の選定基準である：PET フィルムは配合により CTI が 300 超（グループ IIIa）のものと 400 超（グループ II）のものがあり、充填剤と表面処理による。Nomex とエポキシ DLF コーティングは再び挙動が異なる。正しい実務は、実際の材料ロットの文書化された CTI を使うことである――当社の絶縁フィルムおよびエポキシコーティングのデータシートがこれらの値を掲載する――ファミリー名がグループを保証すると仮定せずに。
完全な沿面距離表（IEC 60664-1 表 F.4/F.5）は、各材料グループ・汚染度ごとにすべての動作電圧行を網羅する。広く引用される抜粋が、基本絶縁の一般的な電圧での尺度を示す（Texas Instruments 公表の抜粋による）：
動作電圧 400 V・PD2 では、グループ I は 2.0 mm、II は 2.8 mm、III は 4.0 mm。800 V・PD2 では 4.0 / 5.6 / 8.0 mm。1,000 V・PD2 では 5.0 / 7.1 / 10.0 mm。PD1 下ではすべての材料グループがはるかに小さい数値に収束する（400 V で 1.0 mm、800 V で 2.4 mm、1,000 V で 3.2 mm）――だからこそ真に密閉されたバスバーモジュールはタイトに走れ、開放形は走れない。
強化または二重絶縁では値が倍増する。これらの数値こそ、1,000 VDC バスバー端子レイアウトが初回設計者を驚かせる物理的間隔を要する理由である。
積層バスバーでは、沿面経路は 3 か所に現れる：(1) 隣接導体層間の絶縁切断端面沿い――端面終端；(2) 導電金物が誘電体を貫いて出る端子スタッド周り；(3) 隣接端子間、特に異電位、例えばインバータ DC リンクの DC+ と DC− スタッド間の表面。
設計措置は：誘電体層を導体端面より張り出させ、沿面経路をバリ端部で終わらせずフィルム表面に沿わせる；端子スタッド絶縁（ショルワッシャ、絶縁スリーブ）を指定し表面経路を延長する；端子ピッチを、実際の電圧・PD に対しスタッド間表面距離が表値を満たすよう設定する。端子間の絶縁に溝を刻み表面経路を長くするのは古典的 IEC 手法である（規格表 1 が溝の沿面算入方法を定義する）。
空気の絶縁耐力は高度とともに低下する。空気が薄いためであり、したがって空間距離は 2,000 m 超で高度補正係数を乗じなければならない。IEC 60664-1 表 F.10 が係数を与える：2,000 m 基準に対し、3,000 m で 1.14、4,000 m で 1.29、5,000 m で 1.48 を乗じる。沿面距離は同じように高度補正されない――トラッキングは空気密度にほぼ依存しない表面現象だからで、これも沿面距離が高度で設計を支配しがちな理由である。
EV 充電インフラ、風力コンバータ、高高度太陽光プラント（再生可能応用領域）向けバスバーは日常的に高度補正の適用を要する。補正は空間距離に乗じ、空間距離が大きい数値になることは稀なので外形影響は通常温和――ただし適用は義務である。
協調電圧以下でも、絶縁系にボイド・鋭利な縁・不良な端面終端があれば、バスバーは部分放電（PD）で故障しうる。PD はボイド内または高応力点での局部放電で経時的に絶縁を侵食し、トラッキングとは別の故障機構である。設計規則は沿面距離と重なり――どちらも清浄な縁と余裕ある経路を報いるが、PD 管理は独自の要件を加える：ボイドフリー積層、導体縁の丸め、ピーク電圧に対する十分な誘電体厚。
IEC 60664-1 は絶縁協調に部分放電試験を参照させ、当社の部分放電リファレンスと絶縁試験ガイドが試験法を詳述する。800 VDC クラス部品では PD 開始電圧は受入基準の一部であり、任意の追加ではない。
端子こそ空間距離・沿面設計が最もよく失敗する箇所である。積層体を貫くスタッドが貫通ボイドリスクとスタッドショルダー沿いの表面経路の両方を生むためである。標準対策：スタッド沿いの表面経路を延長する絶縁ショルワッシャまたは機械加工スリーブを使う；スタッド穴周囲の導体縁を皿もみまたは丸め、電界集中を殺す；スタッド材料・仕上げを指定し、ガルバニックな表面汚染を形成させない。
多端子部品――DC+、DC−、センス端子を持つインバータ DC リンク――では、スタッド間ピッチは公称母線電圧ではなく、それらの間の実際の電位差で沿面表を満たさなければならない。パワーエレクトロニクス用バスバーラインと端子接続ガイドがこれらの判断の金物側を詳述する。
エポキシ DLF（ディスクリート積層フィルム）その他のコーティングは正当な沿面距離ツールである：コンフォーマルまたはモールドコートが汚染度低減または実効沿面距離に算入できるのは、保護法が規格の判定基準を満たす場合に限られ、コート厚・密着・被覆範囲を認定しなければならない。無認定の「塗って祈る」手法は古典的な現場故障である。
コートが認定された箇所では、外形を買い戻す：コートされた 1,000 VDC バスバーは開放形よりタイトに走れる。表面経路が汚染から守られ、実効環境が PD1/PD2 に近づくため。SHANYUAN のDLF エポキシコーティングと固体絶縁バスバーラインはこの原理の上に成り立ち、応用ごとにコート認定を文書化する。
実務的には、バスバーの絶縁形状をこの順で寸法する：(1) 協調電圧を定める――動作電圧、DC 係数適用、協議した過電圧カテゴリ；(2) 実設置環境の汚染度を分類；(3) 誘電体を選び、その文書化 CTI を読んで材料グループを割当；(4) 動作電圧・PD・材料グループで沿面表を読み、必要なら強化・二重係数を適用；(5) 過渡過電圧表から空間距離を計算し、高度係数を適用；(6) 両距離が余裕を持って満たされるよう端子と縁をレイアウト；(7) 初品で PD および絶縁試験により検証。ステップ 1–6 は図面時、ステップ 7 は試験時であり、600 V 超の電圧クラスでは任意ではない。
800 VDC DC リンクの事例を取る。協調電圧 ≈ 800 × 1.5 = 1,200 V 相当。ろ過空気を持つ密閉ラックモジュール内では PD2 が妥当な分類。CTI 約 300–400（グループ IIIa–II）の PET 誘電体では、約 1,200 V・PD2・グループ II–IIIa の沿面表は 5–10 mm 帯に着き、余裕を見て 8 mm とする。DC リンク積層体のスタッドピッチは絶縁体沿い 8 mm 超の表面経路で設定され、ショルワッシャにより実務的に 25–30 mm のスタッドピッチに換算される。同一盤内 1,200 V 相当過渡ピークでの空間距離はより小さく、2,000 m で概ね 3–4 mm。沿面距離の数値がレイアウトを支配する――まさに予想通りに。
特注設計でレビューするバスバー図面には 4 つの誤りが繰り返される：(1) 空間距離だけを寸法し沿面距離を無視――空間ギャップは良いのに表面経路が短絡；(2) FR4 グレードや汎用名が材料グループを保証すると仮定――実フィルムの CTI を読まねばならない；(3) 部屋を汚染度と扱う――効くのは積層表面の微小環境；(4) 400–1,500 VDC バスバーで DC 係数を忘れ、すべての 800 VDC・1,000 VDC 設計を 3 分の 1 過小寸法。これらはすべて治工具前の DFM レビューで捕まえられ、レビューはまさにそのためにある。
絶縁協調はその証拠と同じくらいの良さでしかない。当社が出荷するすべての電圧クラスバスバーについて、文書パッケージは以下を含む：協調電圧計算、PD 分類の根拠、誘電体 CTI データ、規格表に対する沿面・空間距離寸法、初品試験報告（絶縁耐力、指定時の PD 開始、寸法検査）。これは当社の品質システムの背後にあるのと同じ規律であり、顧客の安全エンジニアが数値を再導出せずに署名できるものである。
400 VDC から 1,500 VDC のバスバーを寸法中で、治工具前に絶縁形状の確認を望むなら、図面と電圧クラスを送付されたい。絶縁エンジニアチームが部品と共に協調計算を返送する。
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