隔離型電流サンプリングソリューション：HK4V H00

高絶縁耐圧で強電環境におけるサンプリングの安全性を確保

産業オートメーション、EV（電気自動車）、太陽光・蓄電システム、鉄道交通など強電アプリケーションにおいて、電流サンプリングの安全性および精度は、システムの安定性と作業員の安全に直結します。従来の非隔離型サンプリング方式は、直接的な電気的接続を伴うため、コモンモード電圧の干渉を受けやすく、アーク放電や装置損壊を引き起こすリスクがあります。

シンセン電子が開発した HK4V H00 シリーズ高性能オープンループホール電流センサ は、本質的な隔離設計と高絶縁耐圧特性の二重保護により、直流（DC）、交流（AC）、パルス電流を高精度に測定し、強電環境向けに安全かつ信頼性の高い電流サンプリングソリューションを提供します。本稿では、その隔離原理、主要性能、適用シーンの3つの観点から技術的優位性を解説します。

一、隔離設計：干渉リスクを遮断し、安全基盤を構築

1. 本質的電気隔離アーキテクチャ

HK4V H00 はホール効果を基本原理として、「磁気回路隔離＋信号隔離」の二重隔離機構を採用し、一次側（原辺）と二次側（副辺）間を完全に電気的に絶縁しています。

• 磁気回路隔離：磁場結合によって電流信号を伝送し、一次・二次間の直接的な電気的接続を物理的に遮断することで、コモンモード電圧の伝導を防止。
• 信号隔離：ホール素子からの出力信号は差動増幅後、内蔵のアイソレーションアンプを通じて信号と電源の二重隔離を実現し、信号伝送の安定性を確保。

実測データによると、1 kV のコモンモード電圧干渉下で、従来の非隔離型センサの出力変動は ±5% に達する一方、HK4V H00 の出力変動はわずか ±0.2% であり、コモンモード除去比（CMRR）は 120 dB に達します。これは IEC 61800-5-1 規格で要求される 60 dB を大幅に上回ります。

2. アーク耐性および絶縁強化設計

高電圧環境におけるアーク放電リスクに対応するため、HK4V H00 は多重構造最適化により安全性を向上させています。

• ギャップと封止構造：エポキシ樹脂による封止設計を採用し、部分放電開始電圧（PDIV）を 12 kV まで引き上げ、高電圧による絶縁破壊を効果的に防止。
• クリアランスとクリープ距離：一次側と二次側間のクリアランスは 13 mm、クリープ距離は 28 mm を確保。PCB には両面沈金処理を施し、IEC 60664-1 規格における汚染度レベル III の要件を満たしています。
• 端子絶縁：一次・二次端子には二重チューブ構造を採用。内層は耐熱温度 260 ℃ の PTFE、外層は耐熱温度 105 ℃ の PVC で構成され、端子間の絶縁信頼性を確保。

パルス電圧耐性試験では、HK4V H00 の過渡耐電圧は 6.6 kV に達し、絶縁抵抗は常に 10 GΩ以上 を維持し、絶縁破壊やフラッシュオーバーは一切発生しませんでした。一方、従来のフォトカプラ隔離方式は 6 kV で絶縁が失敗するケースがありました。

二、主要性能仕様：過酷な動作条件にも対応

1. 絶縁耐圧および環境耐性

HK4V H00 の絶縁システムは多重防護設計により、極限環境下でも安定動作を実現しています。

• 筐体絶縁：PC＋ABS 合金製ハウジングは UL94 V-0 難燃認証を取得。シリコンゴム製シールリングとの組み合わせにより、IP67 の防塵・防水性能を実現し、粉塵や湿気の侵入を防ぎます。
• 広温域対応：動作温度範囲は -40 ℃～+85 ℃、保管温度は -50 ℃～+105 ℃。この範囲内では絶縁抵抗が常に 20 MΩ以上 を維持し、EV バッテリ管理システム（BMS）や屋外設置型太陽光設備などの厳しい環境要件にも対応可能です。

2. 高精度測定および応答性能

精密回路設計とオープンループホール技術により、HK4V H00 は測定精度および応答速度の両面で優れた性能を発揮し、高周波・大電流アプリケーションにも対応します。

• 広範囲測定：一次側定格電流は 800 A～5000 A、各モデルに応じた測定範囲は ±1200 A～±6000 A で、産業用配電から新エネルギー分野の大容量機器まで幅広くカバー。
• 高精度測定：線形誤差 ≤ ±0.5%、全体精度 ＜ ±1%、ゼロ点温度ドリフトは ±0.5 mV/℃ 以内 に抑えられ、温度変化による測定誤差を最小限に抑制。
• 高速応答：応答時間は ≤ 3 μs（代表値）、帯域幅は DC～40 kHz に達し、20 kHz の電流高調波や瞬時変化も正確に捕捉可能。制御システムへのリアルタイムフィードバックを実現。

3. 国際認証による信頼性保証

HK4V H00 は複数の国際認証を取得しており、グローバル市場における安全・適合性を担保しています。

• IEC 61010-1：交流絶縁耐圧 3.6 kV／1 分間 の試験をクリアし、絶縁破壊やアーク放電なし。
• UL 60950-1：汚染度レベル II 条件下において、クリープ距離およびクリアランスが規格要件を満たし、産業用複雑環境に適合。
• GB/T 17626.5：4 kV のパルス群耐性試験において、出力誤差 ＜ 0.5% を達成し、優れた電磁妨害耐性を実証。
• IEC 61800-5-1 規格に準拠し、モータドライブやパワーエレクトロニクス分野での安全使用を保証。

三、代表的な適用シーン：強電環境の安全守護者

1. 新エネルギー分野

• EV 充電モジュール：DC 急速充電器（出力電圧 200～1000 V）に適用され、充電電流をリアルタイム監視。充電ガンと BMS 間に発生する最大 1 kV のコモンモード電圧を遮断。1 kA の電流ステップに対して出力遅延 ＜ 3 μs を実現し、CCS／CHAdeMO プロトコルが求める電流監視のリアルタイム性を満たし、接地故障による装置損壊を防止。
• 太陽光・蓄電システム：ストリングインバータ（DC 入力電圧 1500 V）の直流側で大電流を監視。40 kHz の帯域幅により電流高調波を正確に捕捉し、MPPT（最大電力点追従）アルゴリズムに高精度データを提供。発電効率と運転安全性を向上。また、10 kV クラスの絶縁能力により、直流母線対地間の最大電圧にも対応。

2. 産業・電力分野

• 産業用大容量配電：分電盤のバスバーにおけるオンライン電流監視に使用され、負荷分析・エネルギーマネジメント・過負荷保護を実現。オープンタイプ取付穴と標準化されたコネクタ設計により、設置工事を簡素化し、メンテナンスコストを削減。
• 産業用モータドライブ：インバータ（出力電圧 3AC 690 V）に適用され、モータとドライバ間のコモンモード電圧（最大 2 kV）を遮断。20 kHz の周波数で 500 A の電流変動下でも出力の直線性誤差は ＜ 0.3% を維持し、IEC 60034-30-1 規格が求めるモータ効率試験要件を満たし、モータ絶縁劣化に起因する漏電事故を防止。

3. 特殊用途・交通分野

• 鉄道・船舶推進システム：機関車や船舶の牽引インバータ向け電流フィードバックを提供。-40 ℃～+85 ℃ の広温域動作に対応し、振動・高湿などの過酷環境下でもモータ制御精度とシステム保護の信頼性を確保。
• 大型特殊電源装置：電気めっき・電解装置などで高精度電流フィードバックを提供し、プロセス品質の安定化を支援。また、AIDC 電源システム（UPS、バッテリ管理、サーバ電源など）の大電流監視にも活用され、重要設備の高効率・安定稼働を支える。

四、技術比較：隔離型 vs 非隔離型ソリューション

五、型番選定ガイドおよび設置上の注意

1. 型番仕様一覧

2. 安全使用および設置要領

• 電源要件：±15 V の安定電源供給が必要。電圧変動は測定精度に影響を与える可能性があるため注意。
• 設置規範：センサの導電部は外部からの接触を避け、必要に応じて保護カバーまたはシールドケースを設置。主電源には緊急時に迅速に遮断可能な機構を設けること。
• 設置の容易さ：オープンタイプ構造により、バスバーを切断・取り外すことなく設置可能。標準化コネクタにより配線ミスを低減し、現場施工効率を大幅に向上。

結び：安全と高精度を両立し、強電システムの高度化を推進

HK4V H00 シリーズ隔離型オープンループホール電流センサは、本質的隔離アーキテクチャ、高絶縁耐圧性能、高精度測定能力を融合させ、国際規格の要求を全面的に上回る性能を実現しました。広範な電流レンジ、過酷環境への適応性、容易な統合性といった特長により、新エネルギー、産業、鉄道交通など多様な強電分野で中核部品として活躍しています。

多重絶縁設計によりシステムの安定稼働と作業員の安全を守ると同時に、高精度・高速応答の測定性能により設備の高効率運用を支える——強電アプリケーションがますます複雑化する現代において、HK4V H00 は「安全を基盤とし、精度を要とする」という製品理念を技術革新で体現し、産業の高品質発展に貢献しています。