鉄道車両の補助電源：EN 50155 下での強化絶縁小型トランス

本稿は、鉄道車両用電子機器（rolling stock）の電源・磁性部品・調達エンジニアに向けて書いています。車載機器の内部には通常、バッテリー母線から電力を取り、低圧の制御・通信負荷に供給する補助電源（auxiliary power）用の小型トランスが1つあります——このトランスは、EN 50155 の過酷な環境条件のもとで、高圧バリアを越えて絶縁しなければなりません。本稿では最終用途から出発し、この小型トランスの強化絶縁（reinforced insulation）が IEC 62368-1 Annex J の経路をたどること、認証経路が確かに存在することを説明し、「電線の承認書」と「機器の適格性」の分担を整理します。DAH JIN TECHNOLOGY の製品数値はすべて「承認書による」ものとします。

1. EN 50155：車載電子機器の環境要件

EN 50155 は鉄道車両用電子機器の中核規格（IEC 60571 と同等）で、温度、湿度、衝撃、振動、供給電圧、電磁両立性（EMC）といった機器全体の条件を規定します。単一部品の規格ではなく、「機器が車上で生き残り、正常に動作できるか」という機器レベルの適格性です。要点は次のとおりです：

• 温度：EN 50155 は複数の動作温度クラスを定義しており、クラスと版により、おおむね −40°C から +70/+85°C の範囲をカバーします。一方、機器筐体の内部、パワーステージ付近の実温度はさらに高くなることが珍しくありません。
• 衝撃・振動：機械試験は EN 61373 を引用して実施します。
• EMC：車載機器のエミッションとイミュニティは EN 50121（-3-2）を引用して規定します。
• 電源の瞬断：たとえば S2 クラスでは、停電時に少なくとも 10 ms のブリッジ（保持）が求められます。

分担に注意が必要です：完全な電力変換装置（牽引用／電力変換装置）は EN 61287-1、ソフトウェアは EN 50657、機能安全は EN 50129 が別途規定します。本稿で扱う「補助電源用小型トランス」は車載機器内部の低圧絶縁段であり、主回路の牽引用電力変換装置ではありません。規格の条項番号の詳細には深入りせず、必要最小限の言及にとどめます。

2. 車上における補助電源の位置：バッテリー母線から低圧負荷へ

車載補助電源の役割は、バッテリー／母線電圧を絶縁し、制御・通信・センシングなどの低圧負荷が使える範囲まで降圧し、高圧側と低圧側の間にガルバニック絶縁（電気的絶縁）を設けることです。設計上の現実は3点あります：

• バッテリー電圧：鉄道で一般的な車載バッテリーの公称電圧は 24 V、48 V、72 V、96 V、110 V の5種類で、中でも 72 V と 110 V が最も多く使われます（電圧が高いほど同じ電力での電流が小さくなり、配線重量とスペースを節約できます）。一部のシステムは浮動（非接地、IT）方式で、2本の電流経路のどちらも直接接地されていないため、−72 V／−110 V という極性表記もよく使われます。
• 絶縁電圧は電圧とともに上がる（EN 50155 を基準とした業界慣行、下表参照）。
• 広い入力範囲とサージ耐量：機器は電圧低下（例：0.6×VN が 100 ms 継続）とサージ（例：1.4×VN が 1 s 継続）に耐える必要があり、より厳しい用途では RIA 12 の 1.5×（1 s）および 3.5×（20 ms）のサージ条件にも適合しなければなりません。

• < 72 VDC — 推奨絶縁（業界慣行）：500 VAC
• 72–125 VDC — 推奨絶縁（業界慣行）：1000 VAC／1500 VDC
• 110 V（フロート充電時は 125 V 超に達する） — 推奨絶縁（業界慣行）：1500 VAC を推奨することが多い
• DAH JIN 電線の耐電圧／試験値 — 推奨絶縁（業界慣行）：承認書による

これが補助電源用小型トランスの現実です：体積の小さいトランスで、広い入力、厳しいサージ、高圧バリアを越える条件のもと、十分な絶縁を実現しなければなりません。

3. 絶縁バリアをどう越えるか：IEC 62368-1 Annex J の Reinforced 経路

小型トランスで強化（reinforced）絶縁を実現する従来の方法は、マージンテープ（バリアテープ）と層間テープにより、ボビンの両端に沿面距離（creepage）と離間距離（clearance）を確保し、一次巻線と二次巻線を隔てることです。しかし補助電源用トランスは体積に限りがあり、巻線スペースも窮屈です——テープのマージンを広く取るほど、電線が巻ききれなくなります。

主流の解決策は、適格な三層絶縁電線（TIW）への切り替えです。IEC 62368-1 Annex J によれば、この附属書で単独に評定された絶縁巻線は、その三層構造を巻線の強化絶縁として使用できます（reinforced ＝ 基礎絶縁＋付加絶縁、おおむね三層に相当）。絶縁を電線自体が担うため、一次巻線と二次巻線を交互に巻く（サンドイッチ巻き）ことができ、本来テープで確保すべき沿面距離／離間距離と絶縁バリアを省けます。これこそが補助電源用小型トランスにおける「1本の電線で強化絶縁を完成させ、体積を小さくする」強みであり、認証経路は明確に存在します。

• 強化絶縁の由来 — 従来のテープマージン方式：ボビン両端のマージンテープ＋層間テープで沿面距離／離間距離を確保；適格な三層絶縁電線（Annex J Reinforced）：巻線自体の三層絶縁が Reinforced を提供
• 巻線スペース — 従来のテープマージン方式：マージンの占有が大きく、小型ボビンでは窮屈；適格な三層絶縁電線（Annex J Reinforced）：テープのマージンが不要になり、巻線スペースが広がる
• 一次／二次の配置 — 従来のテープマージン方式：区画を分けて隔離する必要あり；適格な三層絶縁電線（Annex J Reinforced）：交互巻きが可能、絶縁バリア不要
• 評定規格 — 従来のテープマージン方式：テープと構造の組み合わせで評価；適格な三層絶縁電線（Annex J Reinforced）：IEC 62368-1 Annex J（TLW-F は UL 2353 も取得）
• DAH JIN 電線の線径／耐電圧値 — 従来のテープマージン方式：—；適格な三層絶縁電線（Annex J Reinforced）：承認書による

DAH JIN TLW シリーズの三層絶縁電線は、VDE 40008834（Annex J／IEC 62368-1）に基づき Reinforced と評定されています（TLW-F は UL 2353 Reinforced も取得）。Annex J と 61558 Annex K の対応はIEC 62368-1 Annex J と 61558 Annex Kを、形式試験の Annex J/K/L 対照は形式試験 Annex J/K/L 対照をご覧ください。

4. 熱環境と認証の分担：電線の承認書は機器の適格性ではない

補助電源用小型トランスはパワーステージに密着して配置されることが多く、放熱条件が悪いため、内部温度は車外の環境温度より明らかに高くなることがあります。ここで電線の熱等級（thermal class）が意味を持ちます：

• DAH JIN TLW 電線の耐熱温度は型番によります——TLW-F は F 種（Class F）、155°C；TLW-B／TLW-BB／TLW-B7S は 130(B) です。選定時には熱環境に対応する型番の熱等級を当てはめ、具体値は承認書によります。
• ただし、2種類の「適格性」を区別する必要があります：電線の承認書が定めるのは材料（型番と線径範囲、強化絶縁の評定、熱等級）であり、EN 50155／EN 61373（振動）／EN 50121（EMC）は完成品の磁性部品および機器全体の鉄道車両環境での適格性です。電線の熱等級は、振動・EMC・温度の複合条件における完成品の機器認証と同じではなく、それを代替するものでもありません。電線の熱等級とシステム／完成品の熱等級は別々の登録に属します。詳しくは電線の熱等級と絶縁システムの熱等級をご覧ください。

一言でまとめると：三層絶縁電線は、小さな巻線スペースの中で高圧バリアを越える強化絶縁を実現し、型番の熱等級で車内の熱環境に対応する助けになります。しかし「このトランス、この機器が EN 50155 に適合するか」の責任は、依然として完成品の磁性部品と機器全体の設計・検証側にあります。選定の第一歩としてTIW 選定ガイドとTIW 認証チェーンをご参照ください。

DAH JIN TECHNOLOGY は電線のメーカー（商社ではありません）で、台湾・台南市帰仁区の自社工場で生産しています。UL の登録に記載された製造拠点はこの工場であり、台湾製です。