鉄道輸送および変電所の接地および配電バスバー

750V および 1500V の DC レール牽引システムの場合、バスバーは故障電流経路、温度上昇、機械的力、絶縁クリアランスを同時に制御する必要があります。{2}}鉄道輸送接地バスバーは単なる銅ストリップではありません。その断面、接合抵抗、取り付け形状、表面処理、および絶縁システムは、設置用に定義されたトラクション リターンおよび接地アーキテクチャに適合する必要があります。- EN 50122-1 は、固定鉄道設備の電気的安全性、接地、および戻り回路に対処し、EN 50122-2 は DC 牽引システムにおける迷走電流の影響に対処します。

 

 

 

変電所は、高電流導体を介して DC 電力を配電し、保護結合と故障電流の制御された経路を提供します。-したがって、接地バスバーと配電バスバーは、同様のグレードの銅で製造されている場合でも、異なる電気的機能を持ちます。

 

鉄道輸送接地バスバーの場合、設計レビューは公称システム電圧ではなく完全な電流経路から始める必要があります。エンジニアは以下を定義する必要があります。

 

750V または 1500V DC システム電圧および該当する絶縁調整。
周囲温度のディレーティングを含む連続動作電流。{0}}
予想される短絡電流、故障期間、保護装置の解除時間。{0}
銅の断面、バスバーの間隔、並列導体構成。-
接合抵抗、ボルトの予圧、接触面の状態。{0}}
トラクション設置設計に従った接地および接着トポロジ。
最大動作電圧における沿面距離と空間距離。
短絡時の電気力学的力に対する機械的サポートの間隔。
銅、メッキインターフェース、および取り付け金具の腐食保護。

EN 50122-1 は、電気安全、接地、固定鉄道設備の戻り回路を特に対象としています。 DC トラクション システムの場合、EN 50122-2 に基づいて迷走電流制御も考慮する必要があります。

 

 

大電流トラクション用途では、導電性と熱性能が材料の決定を左右する場合、C1100 純銅が選択されることがよくあります。{0}}高導電率銅の一般的に指定される導電率目標は 100% IACS です。{3}}

 

ただし、実際のバスバー温度は導電率だけで決まるわけではありません。接合抵抗、接触圧力、表面状態、導体の形状、熱放散が主要な変数となる可能性があります。

 

設計変数	エンジニアリング上の考慮事項	代表的な生産管理
C1100銅	高い導電性	材質証明書とグレードの検証
断面積-	電流密度と温度上昇を決定します	図面-で制御された寸法
接合抵抗	局所的な加熱に影響を与える	接触抵抗検査-
バスバーの平坦度	サポートと関節接触に影響を与える	平面度測定
穴の位置	アセンブリの位置合わせを制御します	三次元測定機・光学検査
表面処理	腐食と界面の安定性を制御します	塗装・メッキ厚検査
エッジの状態	絶縁損傷を防ぎます	バリ取りと外観検査

 

大きな銅バーの場合、小さな寸法誤差がいくつかの接続点にわたって蓄積される可能性があります。したがって、穴のピッチ、曲げ角度、スロット幅、および取り付け基準点は、同じデータム システムから制御する必要があります。

 

 

 

バスバーは連続電流要件を満たしていても、短絡時に故障する可能性があります。{0}平行な導体間の電磁力は故障電流とともに急速に増加するため、サポートの間隔、導体の向き、および留め具の強度が電気設計の一部になります。

 

単純化された並列導体配置の場合、電磁力は瞬時電流の積にほぼ比例します。-

 

ここで、I は電流を表し、d は導体間隔を表します。

 

実際の短絡設計では、システム固有の予想される故障電流、波形、導体の形状、保護解除時間を使用する必要があります。{0}{1} 25 kA の故障と 50 kA の故障は、非対称のピーク電流が RMS 短絡値を超える可能性があるため、単純な 2 倍の機械設計の問題として扱うことはできません-。

 

このため、バスバー図面では以下を定義する必要があります。

サポート間隔 (mm)。
銅の厚さと幅（mm）。
-短絡電流 (kA RMS)。
指定されている場合、ピーク耐電流。
ミリ秒単位の障害継続時間。
ファスナーのグレードと締め付けトルク。
絶縁支持材と機械的定格。
最小導体-対-導体間および導体-対-の最低地上高。

 

 

接続技術により、局所的な抵抗と熱分布が決まります。

 

接合方法	主な用途	エンジニアリング制御	主なリスク
ボルトジョイント	取り外し可能な変電所接続	トルクと面圧	関節抵抗の増加
抵抗溶接	銅部品の繰り返し接合	電流、力、溶接時間	熱による変形-
抵抗銀ロウ付け	銅線/接点アセンブリ	ろう付け温度とフィラーの制御	不完全な濡れ
レーザー溶接	コンパクトな Cu{0}}対-Cu または Cu- アセンブリ	ビームパワー、速度、焦点位置	気孔率/浸透度の変化
分子拡散溶接	高整合性ラミネート インターフェース-	圧力、温度、表面処理	界面の汚染

 

銅バスバーの場合、接合部は単なる機械的接続としてではなく、電気的インターフェースとして評価される必要があります。接触抵抗マッピング、代表的な電流下での熱画像処理、および金属組織検査により、寸法検査では見えない可能性のある局所的な加熱を特定できます。

 

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トラクションバスバーの重要な設計パラメータは、単に公称電流容量だけではありません。製造図面では、通常動作時と障害発生時の両方で導体がどのように動作するかを定義する必要があります。

 

25 ～ 50 kA の故障電流と電気力学的負荷

短絡中、隣接する導体は電流の方向に応じて引力または反発する電磁力を受けます。これらの力は、絶縁サポート、取り付けボルト、銅製の曲げ部分に直接伝わります。

 

したがって、実際のバスバー設計レビューでは、ロード チェーン全体を検査する必要があります。

銅導体 → 接続点 → 留め具 → 絶縁サポート → キャビネット/変電所構造

支持システムが柔軟性すぎると、銅が十分に移動して絶縁クリアランスが減少する可能性があります。適切な応力緩和を行わずにバスバーが強く拘束されている場合、熱膨張により接続点に過剰な力が伝わる可能性があります。

 

高電流アセンブリの場合、次の寸法特性を管理する必要があります。-

 

パラメータ	エンジニアリング制御の例
銅の厚さ	図面{0}}固有、通常は mm{1}} レベルの制御
バスバー幅	図面-固有
穴径	±0.05 mmまたは図面要件
穴ピッチ	±0.05 ～ 0.10 mm（アセンブリに応じて）
曲げ角度	±1度または図面要件
平面度	図面-固有
バリ高さ	スタンプ後に管理
めっき厚さ	仕様に依存します-
接合抵抗	プロジェクト固有の受け入れ値-

 

上記の値は、鉄道の一般的な許容限度ではなく、生産管理の例です。{0}最終仕様は、トラクション システムの計算と顧客の図面に従う必要があります。{2}

 

 

材料の選択は、各コンポーネントの電気的および機械的機能に従う必要があります。

 

財産	C1100純銅	C2680 真鍮
電気伝導率	高い;一般的には 100% IACS まで指定	純銅よりも大幅に低い
主な利点	通電と熱伝導	機械的強度と成形性
一般的なバスバーの役割	主電源導体	ハードウェア/成形補助部品
抵抗加熱	同等の断面の場合は低くなります-	より高い
スタンピング動作	厚い切片の場合はプロセス制御が必要	概ね良好
高電流分布-	低抵抗が優勢な場合に推奨	通常は第一選択ではありません
表面処理	インターフェースに応じて錫/ニッケル/銀	錫/ニッケル/その他指定仕上げ

 

C1100 バスバーは、機械的スタンピング、CNC 機械加工、曲げ、穴あけ、またはレーザー加工が可能です。大量生産の場合、形状が金型ベースのプロセスに適している場合、順送スタンピングと自動成形により寸法のばらつきを減らすことができます。-

 

順送スタンピングと±0.01 mmのCMM検査

複雑な接地と配電バスバーは、次のものを組み合わせることができます。-

ピアス穴。
ノッチとスロット。
形成された曲がり。
エンボス加工が特徴。
指に接触します。
取り付けの参考資料。
表面処理ゾーン。-

 

繰り返しの形状の場合、順送金型スタンピングではピアシングと成形の操作を統合できます。その後、CMM 検査または専用ゲージを使用して重要な特徴を検証する必要があります。

 

±0.01 mm の公差は、機能インターフェイスで必要な場合にのみ指定する必要があります。すべての機能に非常に厳しい公差を適用すると、必ずしも電気的性能が向上することなく、工具コストが増加します。-

 

検査計画では、寸法を次のように分類する必要があります。

CTQ 寸法 - は電気または機械のアセンブリに直接影響します。
端子、絶縁体、またはファスナーと嵌合するインターフェースの寸法 -。
下流アセンブリを制御する参照寸法 -。
-非機能寸法 - は図面に合わせて制御されますが、過度の精度は必要ありません。

このアプローチでは、製造検査と実際の組み立てリスクを調整します。

 

 

鉄道用途では、断熱材の選択と防火性能を切り離すことはできません。現在の BSI リストでは、BS EN 45545-2:2020+A1:2023 が、鉄道車両で使用される材料およびコンポーネントの火災挙動要件に関する最新のリリースとして特定されています。この規格では、該当する危険レベルと要件セットに応じて、火災への対応要件が定められています。-

 

電気キャビネット、牽引装置、絶縁バスバー アセンブリの場合、仕様は以下を組み合わせることができます。

難燃性断熱材。-
低煙性能。
指定されている場合は、ハロゲンフリーの材料要件。{0}
絶縁耐力。
沿面距離。
クリアランス距離。
温度耐性。
耐トラッキング性。
機械的保持。

「ハロゲンフリー」という表現を EN 45545 準拠と同等のものとして扱うべきではありません。{0} EN 45545-2 は分類およびテストの枠組みであり、適用される要件セットは鉄道用途、車両カテゴリ、および危険レベルによって異なります。

 

UL 94 V-0 および EN 45545 の耐火性能評価

UL 94 V-0 および EN 45545-2 は、さまざまなコンプライアンス フレームワークに対応しています。 UL 94 V-0 分類を持つ材料は、自動的に EN 45545 準拠として表されるべきではありません。

 

要件	UL 94 V-0	EN 45545-2
主なスコープ	プラスチックの可燃性分類	鉄道車両の火災挙動
応用	物質-レベルの可燃性	鉄道-特有の材料/コンポーネントの要件
煙の評価	鉄道種別に該当しない	適用される要件に含まれる
毒性	直接の代替品ではありません	適用可能な要件セットに関連する
鉄道危険レベル	未定義	EN 45545 フレームワークを通じて定義
調達用途	材料のスクリーニング	鉄道適合仕様書

 

したがって、トラクションバスバーアセンブリの場合、絶縁仕様では、一般的な「難燃性」の説明に依存するのではなく、正確な材料、厚さ、用途、試験報告書、および該当する EN 45545 要件セットを特定する必要があります。-

 

Epoxy Powder Coating and >15 kV/mm 絶縁耐力

エポキシ粉体塗装は、塗装の厚さ、表面処理、硬化を制御することで、金属部品に耐久性のある絶縁層を提供できます。

 

関連するエンジニアリング変数には次のものが含まれます。

コーティングの厚さ (μm)。
基板の清浄度。
表面粗さ。
硬化温度。
硬化時間。
粘着力。
絶縁破壊の強さ。
エッジカバレッジ。
ピンホールや金属の露出。
長期にわたる熱サイクル。-

 

A specified dielectric breakdown value such as >15 kV/mm は、該当する試験方法に基づいて検証する必要がある材料またはシステムの仕様として扱う必要があります。これは、普遍的な EN 45545 要件として提示されるべきではありません。

 

 

 

事前に穴が開けられたバスバーにより、設置作業が軽減され、トラクション キャビネット、DC 開閉装置、配電アセンブリに繰り返し可能な接続位置が提供されます。-穴のパターンは、導体の設計が完了した後に追加するのではなく、絶縁サポートの形状と一緒に設計する必要があります。

 

事前にドリル加工された C1100 バスバーの形状と ±0.05 mm の穴位置-

通常、事前にドリル加工された牽引変電所の銅バーには、取り付け穴、端子穴、スロット、または接続開口部が含まれています。-

重要な関係は次のとおりです。

 

穴パターン → サポート位置 → 端子位置 → エンクロージャ基準

これら 4 つの基準が同じデータム システムから制御されていない場合、取り付け公差が累積する可能性があります。

自動または半自動組み立ての場合、穴の位置は次のように制御できます。{0}

順送スタンピング金型。
CNCパンチング。
レーザー切断。
CNC加工。
専用の穴あけ治具です。

CMM 検査は、複雑な 3 次元バスバーの最初の製品検証、特に曲げによって取り付け穴の空間位置が変化する場合に適しています。{0}}

 

1500V DC での絶縁サポートと制御されたクリアランス

断熱サポートは 3 つの機能を実行します。

指揮者の位置を維持します。
障害時の電気力学的動きに抵抗します。
正常な状態でも異常な状態でも電気的分離を維持します。

 

1500V DC アセンブリの場合、必要な空間距離と沿面距離は電圧だけから割り当てることはできません。これらは、絶縁システム、汚染状態、材料特性、高度、過電圧カテゴリ、適用される鉄道/電気規格によって異なります。

 

したがって、サプライヤーが任意に距離を選択できるようにするのではなく、図面で必要な最小距離を定義する必要があります。

 

統合された取り付け機能を備えたメトロ パワー インターコネクト アセンブリ

 

メトロ パワー インターコネクト アセンブリでは、以下を組み合わせることができます。

C1100銅バスバー。
ラミネートバスバーセクション。
錫-メッキまたはニッケル-メッキのインターフェース。
断熱サポート。
事前に取り付け穴が開けられています。-
ボルト締め端子。
レーザー溶接されたサブコンポーネント。{0}
エポキシパウダー絶縁。
識別マーク。

 

大量の鉄道機器の場合、これらの機能を 1 つの制御されたアセンブリに統合すると、緩んだコンポーネントの数が減り、取り付けの再現性が向上します。{0}

 

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鉄道プロジェクトは IATF 16949 によって自動的に管理されるわけではありませんが、サプライヤーが EV や産業顧客にもサービスを提供する場合、自動車グレードの製造制御システムは、プロセス規律、トレーサビリティ、寸法管理に有用なフレームワークを提供できます。-

 

量産鉄道輸送接地バスバーの場合、高品質パッケージには以下が含まれます。

材料証明書。
指定されている場合は、RoHS / REACH 文書。
最初の商品検査。
CMM 寸法レポート。
めっき厚さレポート。
電気抵抗測定。
膜厚測定。
耐電圧試験。
粉体塗装の密着性試験です。
溶接パラメータの記録。
溶接継手の金属組織断面図-。
契約上必要な場合は、PPAP レベル 3 の文書。

CMM ±0.01 mm 検査と CTQ トレーサビリティ

重要な品質特性は、検査計画に直接関連付けられる必要があります。{0}{1}

 

CTQ	測定方法	代表的な制御目的
穴の位置	三次元測定機・光学系	アセンブリの位置合わせ
厚さ	マイクロメーター・厚み計	電流容量と適合性
平面度	三次元測定機・定盤	サポート連絡先
曲げ角度	三次元測定機・角度計	キャビネットのクリアランス
めっき厚さ	XRF	腐食/接触界面
接触抵抗	4 線式測定-	電気損失
膜厚	渦電流計-	絶縁の一貫性
耐電圧	こんにちは-ポットテスター	電気絶縁
溶接溶け込み	金属組織検査/断面作成	関節の完全性

 

大電流接続の場合、電気検査を寸法検査に置き換えるべきではありません。-バスバーはあらゆる図面寸法を満たしながらも、過度の界面抵抗を示すことがあります。

 

OEM 生産のための PPAP レベル 3 ドキュメント

顧客が PPAP レベル 3 を必要とする場合、提出物には以下が含まれる場合があります。

 

デザインの記録。
エンジニアリング変更のドキュメント。
プロセスフロー図。
PFMEA。
コントロールプラン。
該当する場合は MSA 研究。
寸法結果。
材料と性能のテスト結果。
初期の工程能力データ。
認定された研究所の文書。
サンプル生産部品。
部品提出令状。

 

正確な提出内容は、顧客の PPAP マニュアルと契約上の要件に従う必要があります。

 

 

カスタム バスバーの実際の開発順序は次のとおりです。

 

2D/3D図面レビュー→DFM解析→材料確認→試作/T1サンプル→寸法検証→電気試験→金型リリース→パイロット生産→PPAP→量産

 

スタンプされたバスバーの場合、DFM レビューでは以下を特定する必要があります。

最小曲げ半径。
該当する場合、粒子の方向。
バリの方向。
ピアスのシーケンス。
ツールへのアクセス。
スクラップ率。
形成干渉。
メッキ要件。
後処理の変形。-

 

溶接アセンブリの場合、レビューではさらに、溶接アクセス、入熱、クランプ方法、接合部のオーバーラップ、表面状態、および検査方法を特定する必要があります。

 

目的は単に銅の棒を製造することではありません。それは、T1 サンプルから連続生産まで、電気的、機械的、絶縁特性が合意された仕様内に留まる、再現可能な製造プロセスを確立することです。

 

ISO 14001 と管理された銅の製造

銅の加工には、材料の利用、化学処理、廃水、コーティングプロセス、生産廃棄物の管理も必要です。

 

環境管理システムが必要な場合、ISO 14001 はこれらの製造活動の管理フレームワークを提供できます。

 

調達チームの場合、環境に関する文書は製品の性能証拠から分離する必要があります。{0}} ISO 14001 認証自体は、銅の導電性、絶縁耐力、または鉄道火災の分類を証明するものではありません。

 

750V/1500V DC 牽引バスバーのエンジニアリング仕様チェックリスト

鉄道輸送接地バスバーまたはトラクション変電所銅バーの発注書を発行する前に、エンジニアリング パッケージで以下を定義する必要があります。

 

システム電圧: 750V DC / 1500V DC。
連続電流：A.
予想される短絡電流: kA RMS。-
ピーク短絡電流: kA（該当する場合）。-
障害継続時間: ミリ秒
銅グレード: C1100 / 指定同等品。
導電率: 該当する場合、100% IACS などの目標。
断面-: 幅×厚さ。
穴パターン: データム-制御。
曲げジオメトリ: 角度と半径。
表面処理：錫/ニッケル/銀/裸銅。
絶縁体：エポキシパウダー/モールド絶縁体/その他指定システム。
誘電要件: プロジェクト固有、テスト方法あり。{0}}
防火要件: 該当する EN 45545 要件セット。
沿面距離と空間距離: 計算されたプロジェクト値。
サポート間隔: 短絡の機械的負荷に基づきます。-
検査: CMM、電気抵抗、コーティング、誘電試験。
文書: FAI / PPAP レベル 3 (必要な場合)。
トレーサビリティ: 材料ロット、製造バッチ、検査記録。

 

最も信頼性の高い調達仕様は、各要件を測定可能な特性、検査方法、および合格基準に結び付けます。これにより、「高導電性」、「耐火性」、「高耐久」などの用語が工学的限界を置き換えることができなくなります。-

 

 

PPAP レベル 3 トラクションバスバーの製造には通常どのような書類が必要ですか?

PPAP レベル 3 では、通常、設計記録、プロセス フロー、PFMEA、制御計画、寸法結果、材料/性能試験記録、MSA (該当する場合)、サンプル部品、および PSW が必要です。お客様固有の PPAP 要件が優先されます。{2}

 

カスタム C1100 銅バスバーの T1 プロトタイプにはどのくらい時間がかかりますか?

T1 のタイミングは、形状、工具要件、および表面処理によって異なります。単純なレーザーカットまたは CNC プロトタイプは順送金型を使用せずに製造できますが、複雑なプレス加工されたバスバーの場合は、代表的な T1 部品が入手可能になる前に工具の開発が必要です。

 

どうですか銅バスバーメッキの厚さは製造時に確認されていますか?

錫、ニッケル、または銀のメッキの厚さは、XRF または別の検証済みのコーティング厚さ方法を使用してチェックできます。{0}}測定場所には、図面または購入仕様書で定義された許容限界とともに、機能接触領域と代表的な製造表面が含まれる必要があります。