電気設計プロセスの弱点を見抜く：実践ガイド

電気設計プロセスは、問題解決のための方法論的なステップバイステッププロセスです。エンジニアは製品開発で常にこのプロセスを使用します。プロセスで注力すべき一般的な電気設計側面は何か？ 「これはうまくいく」とわかっているからこそ見落としがちな領域は何か？ 電気設計とは？ そのプロセスとは？ 旅路で見逃す具体的な詳細は？

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電気設計とは？

電気設計とは、電気機器の計画、作成、テスト、開発・設置の監督を伴います。多くの電気設計プロジェクトはアイデアから始まり、民間産業では市場向けにモデル化・開発される製品について考えることから始まることが多いです。電気設計プロジェクトは、新しい市場投入可能な製品を表す場合もあれば、既存製品やシステムの改善を目指す場合もあります。

電気設計エンジニアには、電気工学の基礎原理の完全な理解が依然として必要です。データベースシステム、さまざまなタスクプログラム/モジュール、多様な計画、設計、解析スタディの可用性により、これらを実行できます。

電気設計プロセスの要約

電気設計はいくつかの重要な開発段階を経ます。まず、設計者はプロジェクトの範囲を理解しなければなりません。次に、各コンポーネント（一般事務エリア、特殊機械、配電設備など）を認知された業界標準に従って定義・設計します。最後に、これら個々のコンポーネントをまとめて設計の最終プレゼンテーションを形成します。

電気設計者の焦点ポイント

電気設計プロセスは問題解決の複数ステップ手法です。電気設計者は業務で頻繁に遭遇するトピックに焦点を当てる必要があります。電気設計者は以下と非常に密接に働くことが多く、経験豊富な設計者にとっては厄介ごと、または常識となり得ます。これらのトピックを電気設計者の心の片隅に置いておくことが重要です：

• 規制と標準
• コンポーネントの電気リファレンス
• 現場で使用される電圧システム
• 起こりうる故障モードの回避
• 電気安全

適用規格の決定（英語のみ）

計画内の各コンポーネントが選択された後、各部品を業界認定標準および商業・工業占有に関する地域管轄の追加標準に従って設計するステップに進みます。主要産業標準は、全米防火協会（NFPA）発行の米国電気コード（NEC）です。NECは3年ごとに改訂され、新版が発行されます。最新版の改訂に製品が追従しているか確認することは良い習慣です。コードは国家レベルで適用されますが、一部地域管轄ではNEC要件を超える追加標準があるか、以前の版を使用している場合があります。

特定コンポーネントを含むプロジェクトには、追加要件がある場合もあります。電気設計者は、特殊電気機器のメーカーガイドラインを常に考慮し、過電流保護サイズ、特殊接地要件などについてメーカーが定める適切な電気機器標準を使用すべきです。これらの特殊要件により、追加の特殊配線慣行が必要になる場合があり、その場合は計画書に文書化する必要があります。

全米電気工業会（NEMA）の標準も考慮すべきで、モーターリード識別、トランス端子マーク、プラグ・レセプタクルデバイス、アンペア定格などの標準を含みます。電気機器サービス協会（EASA）の標準も考慮すべきで、モーターと制御に関する最新情報を提供します。

ローカルユーティリティから供給される配電システムの新規/アップグレード部品を含むプロジェクトでは、ユーティリティ会社が定める要件を考慮する必要があります。これらの方式は、供給ユーティリティから顧客への適切な配電のための配線方法と機器を指示することがあります。計算負荷値はメーカーガイドラインを参照し、配電システムがこれらの負荷をサポートすることを確認する必要があります。
すべての場合、設計者は確かな電気知識と電気計算・その必要性の徹底的理解だけでなく、電気業界で利用されるすべての関連コードと標準の適用に関する認識も持たなければなりません。

電気計画の作成

さまざまな部品と適用規格が決定されると、設計者はそれらをまとめて電気設計を形成し、一連の計画を完成させます。

かつてこれらの計画は手書きブループリントの形でしたが、今日ではほとんどの計画がコンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアツールを使用してデジタル作成されます。デジタル化された計画は、ペンと鉛筆で描かれたものより修正と伝達が容易です。

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計画上では、各デバイスを適切な電気シンボルで参照すべきです。電気シンボルにより、プロジェクトに携わる多くの人々が各部品を普遍的に認識し、適切にコスト見積もりし、仕様通りに構築できます。

正しいシンボルが使用され、最終設計に記載されていることを確認することは極めて重要です。設計シンボルリストは正しいシンボルとその定義で更新されるべきです。時に、開発されていないシンボル（新しい省エネ・エネルギー管理デバイスなど）が必要になる場合があります。この場合、設計者は電気設計計画用に新しいシンボルを作成できますが、計画に含まれるシンボルリストに追加する必要があります。

システム電圧

電気システムで使用されるさまざまなシステム電圧の理解は、設計とメンテナンスにおいて非常に重要です。負荷が相間と相-中性間でどう接続されているかを知ることで、電気設計者は電気システムのコンポーネントを適切に設計・仕様化でき、メンテナンス担当者がこれらのシステムを安全に維持・運用できます。

電源には多くの電圧タイプがあり、どれが利用可能か知ることがステップ1です。電圧供給はそれを供給するユーティリティ会社から知らなければならず、すべてのサービス電圧があらゆる負荷で利用可能なわけではありません。例えば、三相サービスが住宅建物で利用できない、大容量負荷には最小負荷要件が指定される、等。電気設計者はサービス電圧要件を決定する責任があります。使用電源を知っていると決めつけず、その場所がそんな電力を出力しないのに、あるタイプの電源向けにデバイスを設計しないでください。

故障モードを回避する計画

故障モードは時間とともに発生し、回避設計が難しいことが多々あります。電子コンポーネントには幅広い故障モードがあり、時間や原因などで分類可能。故障原因：過度な温度、過電流/過電圧、電離放射、機械的衝撃、ストレス衝撃など多数。故障はコンポーネント寿命の初期または末期に最も多く発生。航空宇宙システム、生命維持システム、通信、鉄道信号、コンピュータなどは多数の電子コンポーネントを使用。故障の統計的特性分析により、一定の信頼性レベルを確立する設計への適切なガイダンスが得られます。故障モードリスト：

• 接点故障
• プリント基板故障
• リレー故障
• 半導体故障
• 受動素子故障
• MEMS故障

製品が置かれる環境が何であれ、周囲環境に耐えられるよう製品を適切に設計するために徹底的な調査が必要。周囲温度が300°F（誇張）に達することを忘れ、電子機器を室温向けに設計してしまうのは避けたい事態です。

入力電圧が大規模過熱を引き起こす

電気機器安全性

電気周りで人々がどれだけ予防措置を取っても、単純なミスが命に関わる状況に変わる瞬間が一度あれば十分です。新製品開発には、顧客仕様に合わせて設計するだけで多くの時間を要します。しかし、安全性が依然として第一の「明示されていない顧客要求」であることは避けられない真実です。それを作る人、扱う人、それが設計対象の人、触れるはずのなかった人。

どのように見ても、感電リスクは今日のすべての電子デバイスに存在します。できることは予防措置を講じ、誰かが感電する可能性を最小限に抑えることだけ。すべてのコンポーネントがすべての標準とガイドラインを満たしているか？ 使用業界の必要ガイドラインを満たしているか？ 新しいベビーモニタに露出したワイヤ部分があるのは避けたい。しかし現実的には、この理由で市場に出ない製品もあります。あなたが感じるすべての危害や損傷を防ぐために可能なすべての措置を講じましたか？

安全性は、すべての電子デバイスが満たすべき第一の暗黙の要件です。この目標を達成すれば、あなたの製品が誰にも危害を加えないと安心して眠れます。

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電気設計プロセスの再考

電気設計者としての経験が浅かろうが深かろうが、行われる仕事をハイレベルで俯瞰することは常に良いことです。ここで議論されたトピックのいくつかは「うん、これは常識」と思えるかもしれませんが、これが仕事であり、電気設計プロセスがしばしば怠られたり、場合によっては決して使われなかったりする手法であることを思い出すのは良いことです。人は仕事そのものになり、周囲で起こるすべてを理解します。ほとんど変化はなく、新鮮な視点で物事を見るのはしばしば素敵です。電気設計者は座って、最初に始めたときの気持ちを思い出し、ルーキーでさえ教えてくれるような職場での大きな「おっちょこちょい」を避ける必要があります。

「学校で習ったことだ…仕事始める前から知ってた」と思わせるミスをしたことはありませんか？

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