ソーラーパネル用サージプロテクタ：サイジングと調整 2025

ソーラーパネル用サージプロテクタのサイジングと調整は、ソーラーパネル設置が高価な機器を脅かす落雷や過渡現象に耐えられるかどうかを決定します。適切なサージ保護には、単に一般的なデバイスを設置するだけでは不十分であり、適切な定格を計算し、複数の保護ステージを調整し、サージプロテクタを過電流保護および接地システムと統合する必要があります。この包括的なガイドでは、太陽光発電の設計者や設置者が効果的なサージ保護を行うために必要なすべてを網羅しています。.

雷は太陽光発電設備にとって最大の脅威であり、1回の落雷で数万ドル相当のインバーター、モジュール、監視システムを即座に破壊するのに十分なエネルギーを供給する。数百メートル離れたニアミスストライクでさえ、アレイの導体との電磁結合を通じて有害な電圧を誘導します。サージプロテクタを適切に選択することで、体系的なサイジングと調整によりこれらの損失を防ぐことができます。.

ソーラーパネル用サージプロテクタの要件を理解する

太陽サージ保護の特徴

太陽光発電システムには、標準的な電気設備と比較して、サージ保護に関する独自の課題があります。アレイは露出した場所（多くの場合、建物の最も高い場所）に設置されるため、雷の誘引ターゲットとなります。アレイとインバータ間の長い直流導線は、落雷による電磁エネルギーの収集アンテナとして機能し、過渡電界を有害な電圧と電流に変換します。.

直流サージ保護は、ACアプリケーションとは根本的に異なります。直流はゼロクロスなしで定電圧を維持するため、保護デバイスに持続的なアーク放電が生じますが、ACシステムは毎秒120回発生する自然なゼロ電流によってこれを回避します。太陽光発電用のサージプロテクタは、一般的に600Vから1500Vに達する電圧で動作しながら、この直流アーク消弧の課題に対処しなければなりません。.

太陽電池アレイは、光がモジュールに当たると常に通電されたままになるため、アレイを物理的に覆ったり、暗くなるのを待ったりしない限り、完全な通電停止は不可能です。この常時通電は、サージプロテクタがライン側と負荷側の両方の電圧に同時に対応する必要があることを意味し、断路器を開けてもアレイ側の機器からの衝撃やサージの危険性を排除することはできません。.

重要な洞察： 太陽電池のサージ保護は、オプションの豪華な装置ではありません。NEC690.35では、直流回路導体がアレイから2メートルを超える場合にサージ保護装置を義務付けており、モジュールレベルの電子機器を備えたマイクロインバーターシステムを除く、事実上すべての設置が対象です。.

NEC 690.35 サイズ要件

NEC第690.35条は、太陽光発電システムに対するサージ保護装置の要件を定めており、その中にはサイジングや調整に影響する具体的な規定も含まれている。690.35(A)項では、導体がPVアレイから2m以上離れている場合、直流回路のSPDを義務付けており、マイクロインバータをモジュールに直接取り付けたものを除くほぼすべての太陽光発電設備にサージ保護を事実上義務付けている。.

本規定では、SPDの設置場所において利用可能な最大電圧と電流に対応する定格をSPDに要求している。690.35(D)項では、SPDは回路電圧に適した定格電圧と、利用可能な故障電流に十分な定格電流を持たなければならないと規定している。規格は正確な定格値を規定していませんが、適切な定格を適切に計算し、指定する責任を設計者に課しています。.

690.35に基づく設置場所の要件では、直流回路の最初に容易にアクセスできる場所にSPDを設置することが義務付けられている。ほとんどのシステムでは、これはアレイのコンバイナ、建物の入り口にあるメインのDC断路器、またはインバータのDC入力端子を意味します。この規格の柔軟性により、設計者は、最も効果的な場所にサージ保護が存在することを保証しながら、システム構成に基づいて保護の配置を最適化することができます。.

サージ電流定格選択

必要な放電電流の計算

サージプロテクタの定格電流は、雷暴露およびシステム構成に基づいて設置場所で予想される最大サージ電流を考慮する必要があります。公称放電電流（In）定格は、デバイスが劣化することなく繰り返し処理できるサージ電流を示します。最大放電電流（Imax）は、デバイスが壊滅的な故障を起こすことなく耐えられる 1 回の最高サージを示します。.

雷暴露評価により、適切な電流レーティングが決定される。ケラウニックレベル（年間平均雷雨日数）は、相対的な雷リスクを示します。年間雷雨日数が 40 日以上の地域では、堅牢なサージ保護が必要な高暴露に直面します。地上の閃光密度データが入手可能な場合、年間 1 平方キロメートルあたりの閃光数を測定することで、より正確な雷リスク評価を行うことができます。.

雷への露出	ケラウニック・レベル	タイプ1 SPD定格	タイプ2 SPD定格
低い	<20日/年	25kA (10/350μs)	15kA (8/20μs)
中程度	20～40日／年	40kA (10/350μs)	20kA (8/20μs)
高い	40～60日／年	50-60kA (10/350μs)	25kA (8/20μs)
エクストリーム	>年間60日以上	80-100kA (10/350μs)	30-40kA (8/20μs)

設置場所は必要な定格電流に影響する。露出したアレイの近くのアレイコンバイナおよびメインDCディスコネクトは、10/350μs定格電流のタイプ1サージプロテクタを必要とする最も高いサージエネルギーに直面します。インバータのDC入力のような機器の設置場所では、導体インピーダンスがエネルギーを減少させた後にサージが減衰するため、定格電流が8/20μsと低いタイプ2のデバイスが使用できます。10/350μs波形は、同じピーク電流で8/20μs波形の約20倍のエネルギーを供給します。.

タイプ1とタイプ2の定格電流比較

タイプ 1 サージプロテクタは、直撃雷電流特性をシミュレートした 10/350μs の電流波形で試験を受けます。この波形の350マイクロ秒の長いテールは、堅牢なサージプロテクタ構造を必要とする持続的な高エネルギーを提供します。40kA（10/350μs）定格のタイプ1デバイスは、1パルスあたり約10メガジュールのエネルギーを扱いますが、これは不十分な定格の保護デバイスを蒸発させるのに十分なエネルギーです。.

タイプ 2 サージプロテクタは、誘導雷電流およびスイッチング過渡現象を表す 8/20μs 波形でテストします。より短い20マイクロ秒のテールは、タイプ1の波形よりもはるかに少ないエネルギーを含んでいます。20kAのタイプ2デバイス（8/20μs）が扱うエネルギーは、およそ250キロジュールで、40kAのタイプ1デバイスが扱うエネルギーのわずか2.5%です。この劇的な違いにより、タイプ1デバイスのコストが大幅に高くなる理由や、場所ごとに適切なSPDタイプを選択することが重要である理由が説明できます。.

定格電流を混同しないでください。ピーク電流が同じでも、20kAのタイプ2デバイスは20kAのタイプ1デバイスと同等ではありません。エネルギー処理は桁が違います。20kA（8/20μs）のタイプ2デバイスは、おそらく2～3kA（10/350μs）のタイプ1デバイスと同様のエネルギーを扱います。適切なデバイスを選択するために、必ず定格電流と波形タイプの両方を指定してください。.

⚠️ 重要： サージプロテクタのメーカーが、波形の種類を明記せずにピーク電流定格のみを記載している場合は注意が必要です。この記載漏れには、劣ったエネルギー処理が隠されていることが多い。タイプ1デバイスには「In (10/350μs)」、タイプ2デバイスには「In (8/20μs)」を含む完全な仕様を要求すること。.

アレイコンバイナーとメインディスコネクトのタイプ1サージプロテクタが高エネルギーを処理し、インバータ入力のタイプ2SPDが最終的な機器保護のために続くソーラーシステムにおけるソーラーパネル用多段サージプロテクタの電流の流れを示す図

定格電圧の調整

最大連続動作電圧（MCOV）

最大連続動作電圧は、サージプロテクタが劣化や誤作動を起こすことなく連続的に耐えられる最高電圧を示す。MCOVは、温度変化、部分的な陰影効果、およびインバータの最大電力点追従動作を含むすべての通常動作条件下で、サージプロテクタ全体に現れる最大電圧を超える必要があります。.

太陽電池アレイの電圧は、温度と放射照度によって大きく変化します。寒冷地ではモジュールの開放電圧が大幅に上昇し、標準試験条件より1℃下がるごとに0.3～0.4%上昇するモジュールもあります。25℃で40VのVOC定格のモジュールは、-20℃で50Vに達する可能性があり、これは25%の上昇に相当します。ストリング電圧の計算は、NEC690.7最低予想周囲温度方法を使用して、この温度係数を考慮する必要があります。.

最大電力点電圧は開回路電圧とは異なり、通常はVOCの75～85%で動作する。インバータは通常MPP電圧でアレイを動作させるため、VOCよりもMCOVの選択に関連する電圧となります。ただし、サージプロテクタの仕様は、MPPT最小電圧から温度補正されたVOC最大電圧までの全電圧範囲を考慮する必要があります。MCOVはMPP電圧を10-20%上回る必要があり、保護が必要と思われるVOCに近づくことなく電圧変動に対するマージンを提供する。.

電圧保護定格（VPR）の選択

電圧保護定格（クランピング電圧とも呼ばれる）は、サージ発生時に保護対象機器全体に現れる最大電圧を示します。VPR値が低いほど、電圧露出をより安全なレベルに制限することにより、より優れた保護を提供します。ただし、VPRは、クラウドエッジ効果、インバータスイッチング、またはその他の正当なシステム動作による通常の電圧過渡時にサージプロテクタが誤作動するのを防ぐため、MCOVを十分に上回る必要があります。.

機器の耐電圧は、許容できるVPRの上限を定める。インバータは、メーカーやモデルによって仕様が異なりますが、一般的にDC入力で2000～2500Vに耐えます。サージプロテクタのVPRとリードインダクタンスによる電圧上昇は、この機器の制限値以下に抑える必要があります。VPRが1500Vに等しく、リードインダクタンスが高速過渡時に400Vのオーバーシュートを追加する場合、実効的な機器の露出は1900Vに達します。.

適切な動作を保証するために、複数の保護段でVPRを調整してください。タイプ1とタイプ2のサージプロテクタを直列に使用する場合、タイプ1のデバイスはより高いVPR（通常1800～2000V）を持ち、タイプ2のデバイスはより厳しいクランプ（1200～1500V）を行う必要があります。この電圧差により、上流のタイプ1デバイスが最初に高エネルギーを処理して起動し、サージエネルギーが管理可能なレベルまで減少した後に、タイプ2デバイスが機器保護のために細かいクランプを提供します。.

ストリング電圧とシステム電圧の比較

個々のストリング電圧は、コンバイナーレベルでのサージプロテクタの要件を決定し、結合されたシステム電圧は、メインディスコネクトとインバータ入力保護に影響する。500Vのストリングを10本並列に並べたシステムは、各ストリングの位置でサージプロテクタに500Vを提示しますが、より高い電流容量で同じ500Vで動作する5kWシステムに結合する可能性があります。ストリングごとの保護は、個々のストリングのサージ電流のみを検知し、複数のストリングからの複合電流は検知しません。.

しかし、メインのDCディスコネクトおよびインバータ入力サージプロテクタは、すべての並列ストリングからの複合サージエネルギーを処理する必要があります。各ストリングが1000Aのサージ電流を供給できる場合、10ストリングアレイでは、複数のストリングが同時に影響を受けるイベント時に、メイン断路器で10,000Aのサージ電流が発生する可能性があります。メインディスコネクトサージプロテクタには、このような複合的な被ばくを考慮した定格電流が必要であり、通常は個々のストリングのサージ電流の2～3倍です。.

接地されたシステムと接地されていないシステムの構成は、定格電圧に異なる影響を与えます。非接地（フローティング）システムは、接地に対してプラスとマイナスの両方の導体に対称的に電圧を発生させます。各導体用のサージプロテクタは、その導体から接地への電圧のみを見るため、より低い定格のデバイスを使用できる可能性があります。接地されたシステムでは、接地されていない導体に全電圧がかかるため、その導体にはより高い定格のサージプロテクタが必要になります。.

多段プロテクション・コーディネーション

アレイ起点での一次保護

一次サージ保護は通常、露出したPVアレイから導線が発生するアレイのコンバイナーまたはストリングボックスに設置されます。この最初の保護段は、直撃雷または近傍の落雷による電磁誘導電流による最大のサージエネルギーに直面します。10/350μs波形に定格されたタイプ1サージプロテクタは、一次保護義務に適切な堅牢性を提供します。.

一次ステージの定格電流は、最悪の直撃シナリオを考慮する必要があります。アレイまたは近隣の構造物への落雷は、100kAを超える電流を電気システムに注入する可能性があります。個々のサージプロテクタではこの全電流を処理することはできませんが、接地への複数の経路に分散されるため、保守的な一次保護の定格は、露出度が中程度の場所では40～60kA（10/350μs）、露出度が高い場所では80～100kAです。.

タイプ 1 のデバイスには、最小 6 AWG の導体を使用して、可能な限り短い接地接続で一次保護を設置します。1 メートルの接地導体ごとに約 1μH のインダクタンスが発生し、一般的なサージ電流の上昇率で 1 メートルあたり約 1kV の電圧上昇を引き起こします。長い接地接続は、サージプロテクタが動作しているにもかかわらず過度の電圧上昇を可能にするため、保護効果を損ないます。不要な屈曲のない直線的な導線を使用し、1m以下の接地接続を目指します。.

🎯 プロのアドバイス： 一次サージプロテクタは、壁面に遠隔で取り付けるのではなく、コンバイナーボックス内またはそのすぐ近くに取り付けます。近くに取り付けることで、保護導体と接地電極の両方のリード線の長さを最小限に抑え、最小限のコスト負担で保護効果を大幅に向上させます。.

ビル入り口のセカンダリー・プロテクション

建物入口点（通常は主DC断路器）の二次保護は、バックアップ保護を提供し、建物の電気系統側から侵入するサージから保護します。この保護段階は、導体インピーダンスがアレイに起因する事象からのサージエネルギーを減衰させた後に動作するため、十分な安全マージンを維持しながら、一次保護よりもやや低い定格電流を可能にします。.

タイプ 1 のサージプロテクタは、エネルギーへの曝露が減少するにもかかわらず、ビルディングエントランスに適しており、予期せぬ脅威に対する堅牢性を提供します。一次保護からの距離および雷暴露に応じて、二次保護の定格は30～50kA（10/350μs）です。一次保護と二次保護間の導体長が長いシステムでは、より多くの電磁エネルギーが長い導体セグメントに結合するため、二次定格が高い方が有利です。.

プライマリデバイスよりもわずかに低い電圧でアクティブになるように、セカンダリ保護定格電圧を調整します。プライマリ保護が 1800V でクランプし、セカンダリが 1600V でクランプする場合、協調動作中にプライマリデバイスが初期のサージエネルギーを処理し、電流が減少するにつれてセカンダリデバイスが追加のクランプを提供します。この電圧の進行により、デバイス同士が争うことなく、サージエネルギーが保護段階を通過するように誘導されます。.

機器の三次保護

インバータDC入力やその他の高感度機器における最終保護ステージは、電子機器保護のために正確な電圧クランプを提供します。8/20μs波形の定格を持つタイプ2のサージプロテクタは、上流の保護と導体インピーダンスによってサージの脅威が中程度のレベルまで低減されている機器の場所に適しています。機器レベルの保護は、最大エネルギー処理よりも厳しい電圧クランプに重点を置いています。.

機器保護の定格は、15-25kA (8/20μs) で、この場所に到達するサージに対して十分な容量を提供します。タイプ 1 デバイスと比較して低い定格は、保護された機器の場所における脅威の減少を反映しており、保護が不十分なわけではありません。タイプ 1 のデバイスをあらゆる場所に使用しようとすると、不必要な高エネルギー能力で費用を浪費することになり、また、タイプ 1 のデバイスは一般的に VPR が高いため、電圧クランプが悪化する可能性があります。.

機器レベルのサージプロテクタは、保護されたデバイスの端子に直接、理想的には0.5メートル以内に設置してください。リード線のインダクタンス電圧上昇は、厳しいクランピング電圧が敏感な半導体を保護する機器の位置で特に重要です。サージプロテクタと機器の間の短い導線でも電圧上昇が生じ、保護の利点が損なわれます。最近のインバータの多くはサージ保護を内蔵しており、外部設置の必要性を排除していますが、外部デバイスをスキップする前に、内蔵保護がシステムのニーズを満たしていることを確認してください。.

設置場所の雷暴露レベルおよびソーラーパネル保護のための定格電流の決定に基づく、タイプ1対タイプ2の選択を示すサージプロテクタのサイジングのためのデシジョンツリー・フローチャート

接地および設置要件

接地電極システムの統合

サージプロテクタの有効性は、適切な接地によって決定されます。サージプロテクタはサージ電流をアースに迂回させるため、効果的に機能するには低インピーダンスのアース接続が必要です。太陽光発電設備内のすべてのサージプロテクタは、単一の共通接地電極システムに接続し、接地点間の機器にサージ電流が流れる原因となる接地電位差を防止する必要があります。.

接地電極システムは、NEC250.50の要件を満たすか、それ以上のものでなければならず、通常、接地棒、建物の鉄骨、またはコンクリートで囲まれた電極を接着したもので構成されます。複数の接地棒を2メートル以上離して配置し、4AWG以上の銅導体で接着することで、単一の接地棒システムよりも低インピーダンスになります。.

サージプロテクタの接地導体のサイジングは、抵抗よりもインダクタンスによって保護性能に影響します。1mのストレート6AWG導体による10Ω接地電極は、10mのコイル状10AWGワイヤを通して到達する5Ω電極よりも優れたサージ性能を提供します。長い導体のインダクタンスは、高速サージ電流時に電圧上昇を引き起こし、低い抵抗を打ち消します。多少抵抗が高くなっても、短い直線の接地導体を優先してください。.

リード長の最小化

サージプロテクタと保護機器間の導線の長さは、保護効果に直接影響します。導体 1 メートルにつき約 1μH のインダクタンスが発生し、一般的な雷サージ電流の上昇率（1kA/μs）において、1 メートルあたり約 1kV の電圧上昇を引き起こします。この誘導電圧上昇は、サージプロテクタのクランプ電圧に追加され、保護効果を低下させるか、あるいはサージプロテクタが動作しているにもかかわらず有害な電圧を発生させます。.

サージプロテクタは、可能な限り保護対象機器の端子から 0.5m 以内に取り付けてください。このように近くに取り付けるには、サージプロテクタを便利な壁掛けの場所ではなく、機器のエンクロージャ内またはすぐ隣のジャンクション・ボックス内に配置する必要がある場合があります。リード線を3メートルから0.5メートルに短縮することで、高速過渡時に約2500Vの誘導電圧上昇をなくすことができます。.

サージプロテクタと機器間の分離が避けられない場合は、プラスとマイナスのリード線にツイストペア導体を使用してください。導体をツイストすることで、磁気ループ面積を最小化し、順方向および逆方向の電流経路がほぼ同じ空間を占めるようにしてインダクタンスを低減します。その結果、磁界がキャンセルされ、わずかな距離で分離された並列導体と比較してインダクタンスが50%以上低下します。.

一部のサージプロテクタメーカーは、従来のワイヤ終端ではなく、低インダクタンスのバスバー接続システムを提供しています。これらのシステムは、寄生インダクタンスを最小化する平らな銅ストラップ接続を使用し、過度の電圧上昇を伴わずに、保護対象機器からわずかに離れた場所にサージプロテクタを取り付けることができます。サージプロテクタの近接取り付けが困難または不可能な重要な設置には、これらのプレミアム設計をご検討ください。.

過電流保護協調

SPD回路保護要件

NEC 690.35(B)では、故障したデバイスが火災や感電の危険を引き起こさないよう、サージプロテクタ回路に過電流保護を義務付けています。サージプロテクタは、極端なサージ曝露や部品の経年劣化の後に短絡故障することがあり、PVアレイから連続電流を引き出して熱危険を引き起こす可能性があります。過電流デバイスは、危険な状態が発生する前に故障したサージプロテクタを隔離します。.

ヒューズまたはサーキットブレーカの定格は、サージプロテクタの動作を妨げることなく、信頼性の高い保護を提供する必要があります。過電流保護は、サージプロテクタが短絡に失敗した場合に確実に開く一方で、通常のサージ迂回時にサージプロテクタの漏電電流を処理できるサイズにする。一般的な定格は、ソーラーDCサージプロテクタの場合、15～20Aの範囲ですが、特定のデバイスについては、メーカーの推奨事項を確認してください。.

一部のサージプロテクタは、外付けの過電流装置なしで故障した保護エレメントを自動的に分離するサーマルディスコネクタを内蔵しています。これらの内部断路器は、コンポーネントの故障による温度の上昇を感知し、火災の危険が生じる前に故障したエレメントを機械的に分離します。熱保護を内蔵したサージプロテクタは、外部過電流保護を必要としない場合がありますが、一部の管轄区域では、内蔵保護に関係なく外部デバイスを義務付けています。.

⚠️ 重要： サージプロテクタの定格電流と過電流デバイスの定格電流を混同しないでください。40kAのサージプロテクタは、連続電流や故障電流ではなく、サージ電流処理能力を指します。15～20Aの過電流保護は、サージプロテクタのコンポーネントが故障した場合の持続的な故障から保護するものであり、高瞬間電流が安全に流れるサージ事象から保護するものではありません。.

ストリング・ヒューズとの協調

ストリングヒューズの定格は、サージプロテクタの選択と調整に影響します。ストリングヒューズが個々のアレイ回路を保護する場合、サージプロテクタはヒューズの下流に設置され、1 つのストリングが供給できる電流のみを監視します。この配置では、ヒューズが定常状態の故障時に最大電流をその定格に制限するため、サージプロテクタの定格電流をいくらか低くすることができます（ヒューズの反応時間を超える高速雷サージ時には制限されません）。.

しかし、ヒューズは非常に高速な雷過渡現象時には最小限の保護しか提供しません。ヒューズ I²t 値は、ヒューズの動作に必要なエネルギーを示しています。「高速」ヒューズでさえ、雷電流のピークがマイクロ秒で発生するのに対し、開くにはミリ秒を必要とします。この短時間の間、雷電流はヒューズを通して流れ、ヒューズがあるにもかかわらず下流のサージプロテクタを損傷する可能性があります。サージプロテクタのサイズは、ストリングヒューズの定格ではなく、予想される最大サージ電流に基づいて決定してください。.

サージプロテクタの定格電圧とヒューズの溶断特性を調整してください。高品質のヒューズは、そのインピーダンスによって障害状態中の電圧上昇を制限します。この電圧制限効果は、サージプロテクタのクランピングを補完するものですが、その代わりにはなりません。ヒューズの電圧降下とサージプロテクタのクランピング電圧の組み合わせは、適切な保護マージンを提供する機器の耐電圧を下回る必要があります。.

インストールのベストプラクティス

正しい端子接続

サージプロテクタの端子は、適切なサイズの導体と指定されたトルク値を使用して確実に接続する必要があります。緩い接続は抵抗とインダクタンスを導入し、保護を劣化させるとともに、サージ発生時にI²R加熱による潜在的なホットスポットを生じさせます。導線を適切な長さ（通常10～12mm）にストリップし、端子に完全に挿入してから締め付けてください。.

撚り線導体にフェルールを使用することで、ソリッド導体に適合する終端信頼性が得られます。フェルール加工されていない撚り線は、圧縮されると個々の素線が曲がり、均一な接触が得られず、分離する傾向があります。フェルールは、このような挙動を防止するために、素線を固体ユニットに集めます。一部の管轄区域では、サージプロテクタやその他の保護装置に接続されるすべての撚り線導体にフェルール終端を義務付けています。.

校正されたトルクドライバを使用し、メーカーの仕様に従ったトルクで端子ネジを締め付けます。トルク不足は、過熱し腐食する緩い接続を作り出し、トルク過多は端子を損傷させたりねじを剥がしたりします。ほとんどのサージプロテクタ端子は、12-10 AWG導体に対して7-9 lb-inを指定していますが、特定の製品要件を常に確認してください。設置時にトルク値を文書化し、6～12ヶ月後に熱サイクルによる緩みをキャッチするために再検証を計画してください。.

サージプロテクタ回路には、その機能、定格電圧、定格電流、および関連する過電流保護を明確に示すラベルを貼ります。色あせしにくい屋外サービス用に設計された材料を使用した恒久的なラベルは、将来の保守やトラブルシューティングに役立ちます。定格のない一般的な「サージプロテクタ」ラベルは、適切に保護できない不適切な交換を招きます。.

ステータス表示とモニタリング

高品質のサージプロテクタは、動作状態を示す視覚的なインジケータが組み込まれています。緑色のLEDまたはインジケータは、保護を提供する準備が整った健全なサージプロテクタを示し、赤色のインジケータまたは消滅した緑色のLEDは、交換を必要とする故障を知らせる。定期保守時にインジケータを確認します（露出度の高い場所では四半期ごと、その他の場所では毎年）。.

一部の高級サージプロテクタは、ビル管理システムにステータスを報告するドライ接点またはネットワーク接続によるリモート監視を提供します。この機能は、頻繁な手動点検が非現実的であることが判明した大規模な商業用またはユーティリティ規模の設置において特に価値があります。遠隔監視は、サージプロテクタが故障したときに警告を受信することで、継続的な保護を維持したまま即座に交換することができる積極的な保守を可能にします。.

近くに落雷があった場合は、故障の兆候がなくてもサージプロテクタを点検してください。落雷ストレスにより、故障しきい値以下のコンポーネントが損傷し、サージプロテクタが動作可能な状態であっても劣化している可能性があります。デバイスはインジケータのチェックには合格するかもしれませんが、その保護能力は損なわれており、その後のサージに適切に対処することができません。落雷後に積極的に交換することで、同じ暴風雨の季節に続く落雷による機器の損傷を防ぐことができます。.

よくあるインストールの間違い

❌ 定格電流の不足

問題だ： 設置場所で予想されるサージ暴露に対して不十分な定格電流のサージプロテクタを設置すること。.

よくあるシナリオ：
- タイプ 1 の保護を必要とするアレイ起点で 15kA タイプ 2 のデバイスを使用する。
- 雷暴露評価よりも価格でサージプロテクタを選ぶ
- 8/20μsと10/350μsの定格電流波形を区別できない

訂正する： ケラウニックレベルまたは接地閃光密度のデータを使用して雷暴露を評価する。露出度が中程度の地域では、アレイコンバイナおよびメイン断路器に定格最小 40kA (10/350μs) のタイプ 1 サージプロテクタを設置し、露出度が高い地域では 60～100kA に増加する。機器の位置には、定格最小 20kA (8/20μs) のタイプ 2 デバイスを使用する。定格の高いデバイスはコストが高くなりますが、投資を正当化する高価な機器の損傷を防ぐことができます。.

過度のリード線長さ

問題だ： サージプロテクタと機器端子間の長い接続導線を使用して、保護対象機器から離れた場所にサージプロテクタを設置すること。.

よくあるシナリオ：
- インバーターから数メートル離れた壁面に取り付けることで、すっきりとした設置外観を実現するサージプロテクタ
- サージプロテクタのリード線をストレート接続ではなく、複雑な電線管経路に通すこと
- 保護対象機器に直接ではなく、ジャンクションボックスにサージプロテクタを設置する。

訂正する： サージプロテクタは、可能な限り短いストレートリード線を使用して、保護対象機器から0.5m以内に取り付けてください。導線1mごとに、高速過渡時に約1kVの電圧上昇が加わり、保護効果が低下します。保護を損なうすっきりとした遠隔取付けよりも、近接取付けのサージプロテクタを使用した少し乱雑な取付けを受け入れてください。サージプロテクタがあるにもかかわらず、多くの機器の損傷は、クランプの利点を否定するリード線の電圧上昇のために発生します。.

❌ 不適切なアース接続

問題だ： 不適切な導体サイズ、過剰な長さ、回路的な配線、または複数の個別の接地電極を使用したサージプロテクタの接地接続。.

よくあるシナリオ：
- タイプ 1 デバイスに最適な 6～10AWG ではなく、最小 14AWG のコードサイズを使用する。
- 最小限の長さに切断するのではなく、余分なアース導体の長さを巻き取る
- 異なるサージプロテクタを別々の電極に接地し、アースループを発生させる。

訂正する： タイプ2のサージプロテクタには最小10AWG、タイプ1のデバイスには最小6AWGを使用してください。接地導線は、不必要な曲がりや巻きのない直線経路で配線してください。直線経路は、同じ長さであっても曲線経路よりもインダクタンスが低くなります。すべてのサージプロテクタと保護された機器を単一の共通接地電極システムに結合し、接地点間の機器にサージ電流を流す接地電位差を防止する。.

❌ ステータス監視の欠如

問題だ： サージプロテクタを視覚的なインジケータなしに設置したり、動作状態を検査したりせず、故障したデバイスを長期間システムに放置したりすること。.

よくあるシナリオ：
- ステータス表示機能がない最低価格のサージプロテクタを指定する
- サージプロテクタの動作状態に関する日常点検手順がない
- サージプロテクタが、メンテナンスなしでシステムの寿命を通じて継続的な保護を提供すると仮定した場合

訂正する： 動作状態を一目で示す視覚的な状態表示付きのサージプロテクタを指定する。定期保守手順にサージプロテクタの点検を含める-露出度の高い場所では四半期ごとに、それ以外の場所では毎年インジケータを点検する。故障したサージプロテクタは、延期せずに直ちに交換すること。機能的なサージ保護なしで動作させることは、次の雷イベント時に高価な機器の損傷を招き、予防的なサージプロテクタ交換のコストを容易に上回ります。.

特別なアプリケーションに関する考慮事項

地上設置型アレイ

地上設置型太陽電池アレイは、屋上設置型とは異なるサージの脅威に直面している。空き地に設置されたアレイは、周囲の構造物からの遮蔽が最小限であるため、雷誘引のターゲットになりやすい。しかし、地上アレイでは、落雷が機器に到達する前に遮断するエアターミナルを備えた外部雷保護システムなど、より包括的な保護アプローチが可能です。.

露出度の高い場所にある大規模な接地アレイについては、NFPA 780 または IEC 62305 に従った補助的な雷保護システム（LPS）の設計を検討してください。空気端子、ダウンコンダクタ、および接地リングを備えた適切に設計された LPS は、一部の直撃雷を遮断し、サージプロテクタの需要を低減します。しかし、LPS によってサージプロテクタの要件がなくなるわけではありません。近くのストライクからの誘導サージや放電中の LPS 電圧上昇は、サージ保護を必要とする機器を依然として脅かします。.

グランドアレイサージプロテクタは、シングルポイント保護よりも分散設置の方がメリットがあります。行コンバイナーとメインアレイの収集ポイントにサージプロテクタを設置することで、複数のデバイスにサージエネルギーを分散させ、システムの生存性を向上させます。この分散型アプローチは、コストはかかりますが、雷の被害によって大きな発電容量が失われる可能性のある大規模で貴重な設備には価値があります。.

浮動式PVシステムと接地式PVシステム

通電導体が意図的にアースに接続されていないフローティング（非接地）PVシステムでは、プラス、マイナス、機器アースを同時に保護する3極サージプロテクタが必要です。電圧は接地に対して両方の導体で対称に発生するため、600Vシステムでは接地に対して+300Vと-300Vを示すことがある。各導体用のサージプロテクタは、導体対接地電圧に対して適切な定格電圧が必要です。.

通電導体が1本接地されている接地型PVシステムは、非接地導体と機器接地のみに2極サージプロテクタを使用することができる。強固に接地された導体は直接電極システムに接続されるため、サージプロテクタは不要である。しかし、多くの設備では、接地されたシステムでも3極の保護を使用しており、保護マージンが強化され、フローティング構成に変更する可能性のある将来のシステム変更に対応している。.

地絡検出システムとサージプロテクタとの相互作用は、接地システムと浮動システムの両方で考慮する必要がある。サージプロテクタは、動作時に意図的に接地への導電路を形成するため、サージ発生時に地絡検出システムをトリップさせる可能性があります。遮断を必要とする危険な地絡を検出する感度を維持しながら、サージプロテクタの漏れ電流および貫通電流を上回るしきい値を持つ地絡検出システムを選択する。.

高電圧システム（>1000V DC）

商用およびユーティリティ・スケールのプロジェクトで一般的になりつつある、DC1000V以上で動作する太陽光発電設備には、極端な電圧サービス用に設計された特殊なサージ・プロテクタが必要です。これらの電圧に適した製品を提供するメーカーは限られているため、早期の仕様決定と調達が重要になります。高電圧サージプロテクタのリードタイムは数カ月に達することもあり、設置スケジュールのかなり前から計画を立てる必要があります。.

高電圧サージ・プロテクタは通常、1500Vを超える定格電圧を達成する直列接続ガス放電管を使用しています。設計によっては、GDTと金属酸化物バリスタを組み合わせたハイブリッド技術を採用し、高電圧能力で高速応答を実現しています。高電圧サージプロテクタが適切な試験認証を受けていることを確認してください。第三者機関のリストに載っていない一般的なデバイスは、適切な電圧調整ができなかったり、致命的な故障を起こす可能性があります。.

高電圧直流システムで作業する人員は、標準的な電気資格を超えた専門的なトレーニングを必要とします。高電圧直流における持続的なアーク電位は特に危険であるため、適切なサージ保護と遮断が重要な安全機能となっています。サージプロテクタの設置については、将来のトラブルシューティングやメンテナンスに役立てるため、すべての保護段階とその調整を示す配線図を含め、十分に文書化してください。.

よくある質問

ソーラーパネルに適したサージプロテクタの定格電流はどのように計算するのですか？

雷暴露および設置場所に基づいて、サージプロテクタの定格電流を計算してください。中程度の露出地域（年間雷雨日数20〜40日）のアレイコンバイナおよびメインディスコネクトには、最低定格40kA（10/350μs）のタイプ1サージプロテクタを指定してください。高暴露地域では、定格60～100kAが必要です。インバータのDC入力のような機器設置場所には、定格15～20kA（8/20μs）のタイプ2サージプロテクタを使用します。波形のタイプを混同しないでください-20kAタイプ2（8/20μs）は、20kAタイプ1（10/350μs）よりはるかに少ないエネルギーを扱います。必ず定格電流と波形タイプの両方を指定してください。.

直流1000Vのソーラーシステムに必要な定格電圧は？

公称1000Vのシステムでは、NEC690.7に従って温度補正した最大VOCを計算する必要があります。最大連続動作電圧（MCOV）が最大電力点電圧を10-20%上回るサージプロテクタを選択してください。サージプロテクタ全体の定格電圧は、余裕を持って最大VOCに対応するDC1200～1500Vである必要があります。電圧保護定格（VPR）が、高速過渡時のリードインダクタンス電圧上昇を考慮して、機器の耐電圧（通常、インバータでは2000V）以下であることを確認してください。.

複数の小型機器の代わりに、1つの大型サージプロテクタを使用できますか？

適切な保護を行わない場合、複数の場所にサージプロテクタを設置し、多重防御を行う必要があります。高エネルギーのサージを処理するアレイの起点と建物の入り口にタイプ1のデバイスを設置し、さらに各インバータにタイプ2のデバイスを設置して最終的な機器の保護を行います。シングルポイント保護は、サージプロテクタと離れた機器間の導体インピーダンスが電圧上昇を引き起こし、保護を破壊するため失敗します。各保護ステージは、その場所に適した脅威を処理します。複数の調整されたステージは、定格電流に関係なく、単一のデバイスよりも優れた保護を提供します。.

サージプロテクタは、保護する機器のどの程度近くに設置する必要がありますか？

サージプロテクタは、可能な限り保護対象機器の端子から 0.5m 以内に取り付けてください。1メートルの導体ごとに約1μHのインダクタンスが発生し、典型的なサージ電流中に約1kVの電圧上昇を引き起こします。この誘導上昇はサージプロテクタのクランプ電圧に加わり、保護を劣化させます-3m離れた場所に取り付けられたサージプロテクタは、そのクランプ電圧にもかかわらず、約3kVの追加電圧を導入します。近くに取り付けることで、保護効果は劇的に向上します。ループインダクタンスを最小限に抑えるため、分離が避けられない場合はツイストペア導体配線を使用してください。.

サージプロテクターに必要なアース線のサイズは？

タイプ2のサージプロテクタには最小10AWGの銅線を、タイプ1のデバイスには最小6AWGの銅線を使用してください。しかし、適切な接地導体の設置は、サイズよりも重要です。0.8m の直線で 10AWG の導体は、3m のコイル状ワイヤで 6AWG よりも優れた性能を提供します。接地導体のインダクタンスは、抵抗よりもサージ性能に影響します。接地導体は、不必要に曲げずに、できるだけ短い直線経路で配線してください。すべてのサージプロテクタを単一の共通接地電極システムに接続し、接地電位差を防止する。.

サージプロテクタは、目に見える故障がなくても定期的な交換が必要ですか？

雷にさらされる機会が多い地域では、ステータスインジケータに関係なく、5～7年ごとの積極的な交換を検討してください。サージプロテクタは、目に見える故障の引き金にはならないものの、保護能力を低下させる閾値以下のサージ事象の繰り返しによる累積ストレスによって劣化します。近くに落雷があった場合は、サージプロテクタを点検し、故障の兆候がなくても交換を検討してください。故障したサージプロテクタは、次の雷イベントに対して機器を脆弱な状態にするため、積極的な交換コストを容易に正当化することができます。.

サージプロテクタを直列に取り付けても、調整上の問題は生じませんか？

適切に選択されていれば、可能。タイプ 1 とタイプ 2 のサージプロテクタの間に少なくとも 10～15 メートルの導線を確保し、自然な調整を可能にするか、近接調整用に特別に設計されたサージプロテクタを使用してください。タイプ 1 のデバイスは、タイプ 2（1200-1500V）よりも高い電圧（1800-2000V）でクランプし、高エネルギーを扱う上流のデバイスが最初に起動するようにします。不適切な調整により、タイプ 2 のデバイスが最初にクランプすることになり、定格を超えるエネルギーを扱わなければならなくなり、早期故障の原因となります。複数の保護ステージを使用する場合は、メーカーの調整ガイドを参照してください。.