直流SPDの意味を理解するMOV vs GDT 保護技術 2025

DC SPDの意味：DC SPD（直流システム用サージ保護装置）は、太陽光発電設備を破壊的な電圧過渡現象から保護する重要な安全装置です。SPDとは何か、SPDがどのように機能するのか、SPDに搭載されている重要な技術を理解することは、システム設計者や設置者が信頼性の高い太陽光発電の運用のために適切な保護を選択するのに役立ちます。この包括的なガイドでは、基本的な動作原理から高度なコンポーネント技術に至るまで、DC SPDの基礎について説明します。.

SPD」という用語は、電気規格や機器の仕様書の至るところに記載されていますが、多くの設置業者は、一般的な「雷保護」という説明を超えて、これらのデバイスが実際に何をするのか把握するのに苦労しています。適切なSPDの選択には、基礎となる技術、特にほとんどの太陽光発電用サージプロテクタの基礎となる金属酸化物バリスタ（MOV）とガス放電管（GDT）保護素子の違いを理解する必要があります。.

dc spdは何を意味するのか？

サージ保護装置の定義

SPDは、サージ保護装置（Surge Protection Device）の略称で、過渡過電圧を制限し、サージ電流を保護対象機器から遠ざけるように設計された装置のことです。SPDは以前、サージ・サプレッサ、過渡電圧サージ・サプレッサ（TVSS）、二次サージアレスタなど、さまざまな名称で呼ばれていました。電気業界は、混乱をなくし、異なる規格やメーカー間で一貫した用語を提供するため、「SPD」に統一しました。.

国際電気標準会議（IEC）は、低電圧AC電源システム、電気通信回路、太陽光発電設備など、さまざまなアプリケーションをカバーするIEC 61643シリーズ規格でSPDを正式に定義しています。IEC 61643-31は、特に太陽光発電システムのSPDに対応し、太陽光発電アプリケーションで使用されるDCサージ保護デバイスの性能要件と試験方法を定めています。.

米国では、Underwriters Laboratories Standard UL 1449が、太陽光発電システムを含むACおよびDC電源回路用のSPDを対象としています。この規格は、SPDがULリスティングを受けるために満たさなければならない安全要件と性能要件を定めている。NEC第285条は、一般的な電気系統におけるSPDの設置要件を規定していますが、第690.35条は、太陽光発電システムのサージ保護要件に特に対応しています。.

DC SPDがAC保護と異なる理由

直流サージ保護は、電流動作の基本的な違いにより、交流アプリケーションと比較して独自の課題に直面しています。交流電流は、電気サイクルごとに2回、ゼロ電圧を自然に交差します（60Hzシステムでは1秒間に120回）。このゼロ交差は保護デバイスのアークを自然に消滅させるため、ACサージ保護は、短時間のゼロ電流期間中に電流を遮断する必要があるコンポーネントでは比較的簡単です。.

直流電流はゼロクロスすることなく一定の極性を維持するため、サージ発生時に保護デバイスが動作すると持続的なアークが発生します。このような直流アークは自然に消滅することはなく、保護デバイスが電流の流れを積極的に遮断できなければ、いつまでも継続する可能性があります。直流SPDには、交流デバイスには必要ない強化されたアーク消弧メカニズムを組み込む必要があるため、直流定格SPDは同等の交流保護よりも複雑で、一般的に高価になります。.

太陽光発電システムは、一般的に600Vから1500Vに達する直流電圧で作動します。より高い電圧は、それに比例してより大きな抑制能力を必要とする、より強いアークを発生させます。1000VのDC SPDは、240VのACデバイスよりもはるかに厳しい動作条件に直面するため、多くのサージイベントにわたって機器を確実に保護するための特殊な設計と材料が必要になります。.

重要な洞察： AC定格のSPDをDCソーラーアプリケーションに使用しないでください。DCサービスに必要なアーク消弧機能がないため、致命的な故障を引き起こします。太陽光発電システムに設置する前に、SPDのラベルに記載されている明確な直流電圧定格を必ず確認してください。.

SPDが機器を保護する仕組み

電圧クランプ原理

SPDは、サージ発生時に保護対象機器に現れる制限電圧をクランプすることで保護します。通常の動作条件下では、SPDは極めて高いインピーダンスを示し、実質的に開回路となります。電圧がSPDのスレッショルド・レベルを超えると、デバイスは急速に低インピーダンスに移行し、端子間の電圧をクランプ電圧レベルに維持しながらサージ電流をグランドに導きます。.

この電圧クランプにより、過大な電圧が保護対象機器に到達するのを防ぎます。インバータが絶縁破壊前に2000Vに耐えるが、雷サージが10000Vに達する場合、SPDは2000V以下の電圧をクランプしなければならない。適切な定格のSPDは1500Vでクランプしますが、これは機器の限界値よりも快適に低い値であり、同時に通常の動作電圧よりも十分に高い値を維持するため、通常時に誤作動することはありません。.

通常の動作電圧、SPDのクランプ電圧、機器の絶縁電圧の関係が保護効果を決定します。理想的なSPDのクランプ電圧は、通常動作電圧のすぐ上であり、機器の絶縁耐圧よりかなり低い電圧に保たれます。しかし、SPDがクランプできる強さは物理的に制限され、クランプ電圧を下げるにはより高度な（高価な）技術が必要となり、SPDのエネルギー処理能力が低下します。.

SPDの応答時間は保護品質に決定的な影響を与えます。雷サージ電圧は非常に速く上昇し、マイクロ秒でピーク電圧に達することがよくあります。SPD の応答が遅いと、SPD が完全に導通する前に、電圧が最終的なクランプ電圧より大幅に上昇する可能性があります。応答速度の速いSPDはこの電圧オーバーシュートを抑制し、最終的に同じ定常電圧でクランプする場合でも、応答速度の遅いデバイスよりも優れた機器保護を提供します。.

現在の迂回路

サージ時にSPDが作動すると、保護された機器からアースへの代替経路を通じてサージ電流を迂回させます。サージ電流は、保護された機器の中を流れるのではなく、入力導体から SPD を経由して接地電極システムに流れます。この電流転換により、機器に到達するサージエネルギーは、潜在的に破壊的なレベルから、機器の耐量の範囲内で安全なレベルまで低減されます。.

効果的な電流の転換には、低インピーダンスの接地接続が必要です。SPD が電流を迂回させることができるのは、接地への経路が保護された機器を通る経路よりも低インピーダンスである場合に限られます。長い、コイル状、またはサイズが小さい接地導線はインピーダンスをもたらし、SPD が動作しているにもかかわらずサージ電流を機器に強制的に流すため、SPD の効果を低下させます。適切な SPD の設置には、適切なサイズの導体を使用した可能な限り短い接地接続が必要です。.

SPDは、分流されたすべてのサージ電流を損傷することなく処理し、同時に電圧をクランプする必要があります。低電圧を維持しながら大電流を処理するというこの2つの要件は、SPD設計における基本的な工学的課題です。さまざまな保護技術がさまざまなメカニズムによってこのバランスを実現していますが、ソーラー・アプリケーションではMOVとGDTが最も一般的なアプローチです。.

金属酸化物バリスタ（MOV）技術

MOVの建設と運営

金属酸化物バリスタは、性能、信頼性、コストのバランスが優れているため、ほとんどのソーラーDC SPDの心臓部を形成しています。MOVは、電圧に依存する抵抗を生み出す多数の微細な粒界を含む酸化亜鉛セラミック焼結体から構成されています。通常の電圧条件下では、MOVの粒界は電流の流れを遮断する高い抵抗を示します。電圧がMOVのしきい値を超えると、粒界が破壊され、電流の導通が可能になります。.

電圧に依存する抵抗特性により、MOVは「バリスタ」と「可変抵抗器」の組み合わせで、印加される電圧によって変化する抵抗を示しています。MOVの抵抗は、電圧がしきい値を超えて上昇すると劇的に減少し、サージ時の電圧を制限するクランプ作用を生み出します。この動作は、外部制御回路やトリガー機構を必要とすることなく、酸化亜鉛粒界の半導体特性によって自然に発生します。.

MOVの構造は、酸化亜鉛粉末に少量のビスマス、コバルト、マンガン、その他の金属酸化物を混ぜ、高温で圧縮・焼結する。焼結プロセスにより、材料は所望の電気特性を持つ固体のセラミック・ディスクに融合する。ディスク面の金属電極が接続点となり、アセンブリ全体がエポキシ樹脂でコーティングされるか、環境保護と絶縁のためにセラミックケースに収納されることが多い。.

MOVの定格電圧は、ディスクの厚さと酸化亜鉛の配合に依存します。厚いディスクほど、より多くの粒界が直列に存在するため、より高い電圧に耐えることができます。エネルギー処理能力はディスクの直径に関係し、直径が大きいほど熱を放散し、故障前のサージエネルギーを多く処理できます。ソーラー用DC SPDは通常、600Vから1500Vの定格で適切なエネルギー処理を行うため、直径25mmから40mmのMOVディスクを使用しています。.

🎯 プロのアドバイス： MOVの定格電圧は温度によって変動し、温度が上昇するとクランプ電圧が低下します。この熱係数は、MOVが高温でより強くクランプすることを意味し、潜在的に保護に有益ですが、高温環境での繰り返しサージ発生時にMOV自体へのストレスが増大します。.

MOVの利点と限界

MOVには、ソーラー・アプリケーションに広く使用されているいくつかの重要な利点があります。その高速応答時間（通常ナノ秒以内に起動）は、急上昇する雷過渡現象に対する優れた保護を提供します。MOV は、ほとんどの太陽光発電のサージ保護ニーズに十分な、中程度から高エネルギーのレベルに対応します。この技術は、数十年にわたるサージ保護アプリケーションでの広範な使用を通じて、コスト効率が高く、信頼性が高く、よく理解されていることが証明されています。.

MOV のクランプ電圧は、幅広いサージ電流範囲にわたって比較的安定しています。電流によってクランピング電圧が大幅に上昇する一部の保護技術とは異なり、MOV は定格電流範囲全体を通して適度に安定したクランピングを維持します。この予測可能な動作により、保護調整が簡素化され、確実な機器保護仕様が可能になります。.

しかし、MOVは繰り返しサージにさらされたり、定格電圧付近で長時間動作したりすると、徐々に劣化していきます。サージが発生するたびに酸化亜鉛構造がわずかに損傷し、MOVの電圧しきい値が徐々に低下します。何度もサージが発生すると、MOVは通常の動作電圧で導通し始め、連続的な電流が流れて発熱し、最終的には致命的な故障を引き起こします。このような劣化により、MOVの寿命はサージへの暴露履歴によって多少予測できなくなります。.

MOVの追従電流は、DCアプリケーションにおけるもう1つの限界です。MOVがサージ中にクランプすると、瞬間的に大電流が流れます。ACシステムでは、AC電流の通常のゼロクロスがこの流れを自然に消滅させます。ゼロクロスのない DC システムでは、システムが十分な電流を供給できる場合、サージが去った後も MOV が導通し続けることがあります。高品質の DC SPD には、MOV の追従電流を管理する直列断路器または電流制限エレメントが組み込まれていますが、こうした追加によりコストと複雑さが増します。.

ガス・ディスチャージ・チューブ（GDT）技術

GDTの建設と運営

ガス放電管は、密閉ガスのイオン化を利用してサージ電流を流す代替サージ保護技術である。GDTは、不活性ガス（典型的にはアルゴンまたは希ガスの混合ガス）で満たされたセラミックまたはガラス管内の小さなギャップによって隔てられた2つまたは3つの電極で構成されています。通常の電圧では、ガスは非導電性のままであり、GDTは無限大に近い極めて高いインピーダンスを示します。.

GDT電極間の電圧がガスのイオン化しきい値を超えると、ガスは分解して導電性プラズマになります。このイオン化したガスは、非常に低い抵抗で電極間にサージ電流を流します。この低抵抗により、GDTは電圧降下を最小限に抑えながら非常に大きな電流を扱うことができ、高エネルギーサージ保護アプリケーションに最適です。.

サージ電流が停止した後、イオン化したガスは速やかに再結合し、非導電状態に戻ります。この自己回復特性は、GDTがサージイベント後に自動的に保護モードに戻ることを意味し、損傷が発生しない限り交換の必要はありません。ACシステムにおける急速な脱イオン化は、電流のゼロ交差で自然に起こります。DCシステムでは、サージ電流がガスの最小保持電流レベルを下回ると、放電は自己消滅しなければなりません。.

GDT電圧定格は、電極ギャップ間隔とガス組成に依存する。ギャップが広く、低圧のガスであれば耐圧は上昇し、ギャップが狭く、高圧であれば耐圧は低下する。ソーラー用DC SPDは通常、3つの電極で2つの直列放電ギャップを形成するマルチギャップGDTを使用しており、コンパクトなパッケージでより高い定格電圧を実現しています。これらの設計は一般的に、太陽光発電アプリケーションに適した600Vから1500VのDC定格を達成します。.

GDTの利点と限界

GDTは、非常に高いサージ電流への対応に優れており、同サイズのMOVよりも実質的に優れています。サージ中の伝導電圧降下が低いため、保護デバイス内のエネルギー散逸が少なく、それに対応してエネルギー処理能力も高くなります。GDTはまた、サージ暴露による劣化が最小限であるため、高暴露の雷環境においても、長い耐用年数を通じて安定した性能を発揮します。.

GDTの常態インピーダンスは極めて高いため、保護回路への負荷は実質的にゼロです。経年変化により増加する小さなリーク電流を示すMOVとは異なり、非導電性のGDTにはリーク電流が流れません。このゼロ・リーク特性は、マイクロアンペアのリーク電流でさえも問題となる特殊な用途で威力を発揮します。.

しかし、GDTはソーラーSPDの用途に影響を及ぼすいくつかの重大な制限に悩まされています。MOVに比べて応答時間が遅い（通常はナノ秒ではなくマイクロ秒）ため、GDTのイオン化が起こる前に電圧が大幅に上昇します。この電圧オーバーシュートは、GDT が最終的に動作するにもかかわらず、機器の耐電圧限界を超える可能性があります。立ち上がりの速い雷過渡現象は、低速の GDT が完全に作動する前に機器を損傷する可能性があります。.

GDT の電圧特性は MOV よりも予測しにくい。降伏電圧は、温度、印加電圧の上昇率、さらには過去のサージ履歴によっても変化します。許容範囲が広いため、同じ製造ロットのGDTが±20%以上の電圧差でイオン化する可能性があります。このばらつきは、精密な保護調整を複雑にし、厳しい電圧クランプを確実に達成することを困難にします。.

ハイブリッドSPDデザイン

MOVとGDT技術の融合

多くの高級ソーラーDC SPDは、MOVとGDTを組み合わせたハイブリッド設計を採用し、それぞれの制約を緩和しながら、各技術の利点を活用しています。一般的なハイブリッド構成では、MOVとGDTを直列または並列に配置し、慎重な部品選択と追加の制御要素によって動作を調整します。.

シリーズ・ハイブリッド設計では、GDTをMOVと直列に配置します。MOVは迅速な初期応答でクランプ電圧を素早く供給し、GDTはイオン化後の持続的な大電流に対応します。この配置により、即座の応答が必要な立ち上がりの早い過渡現象と、MOVの能力を超える高エネルギーサージの両方から保護されます。シリーズ設計では、MOVのエネルギー限度を超える前にGDTがイオン化するよう、慎重に調整する必要があります。.

並列ハイブリッド設計は、電流制限抵抗またはインダクタで素子間の相互作用を管理しながら、MOVとGDTを同じライン-接地経路に接続します。MOVの高速応答が初期の過渡電圧上昇を処理し、その後、GDTがイオン化し、その低い伝導抵抗によりサージ電流の大部分を搬送します。この構成は、高電流処理で高速応答を実現しますが、適切な調整には部品の競合を防ぐ高度な設計が必要です。.

⚠️ 重要： ハイブリッドSPDの設計には、コンポーネントの特性をバランスさせる専門的なエンジニアリングが必要です。ハイブリッドSPDの調整が不適切な場合、サージ発生時にコンポーネント同士が競合し、単一技術のSPDよりも性能が低下する可能性があります。適切な調整を実証する試験データを提供する信頼できるメーカーのハイブリッドSPDを指定してください。.

シリコンアバランシェダイオード（SAD）

シリコンアバランシェダイオード技術は、高感度電子機器保護や特殊なソーラーSPD設計に応用される第3の保護アプローチです。SADは、正確な電圧でアバランシェブレークダウンを起こす高濃度ドープのシリコンPN接合を使用し、極めて厳しい電圧クランピングとピコ秒単位の超高速応答を実現します。.

SADには、あらゆる保護技術の中で最も厳しいクランプ電圧公差（通常±5%、MOVでは±10-20%、GDTではより広い公差）など、いくつかの利点があります。この精度により、保護システムを機器の電圧限界に近づけて動作させることができ、効率を最大化することができます。超高速応答は、電圧のオーバーシュートなしに、急上昇する過渡現象からも保護します。SADはまた、数百万回の動作にわたってサージにさらされても劣化することがなく、非常に高い信頼性を実証しています。.

しかし、個々のSADデバイスが扱うエネルギーは比較的低く、ソーラー・システムのような高電圧・高エネルギー・アプリケーションには直並列アレイが必要となる。このようなアレイはコストと複雑さを大幅に増加させます。SAD は、MOV または GDT の一次保護段の下流で高感度回路を保護するハイブリッド設計で最も効果的に機能します。最終段階のSAD保護は、上流の保護がサージエネルギーをSADが処理できるレベルまで低減した後、デリケートな電子機器に厳しい電圧クランプを提供します。.

SPDの主なパフォーマンス・パラメーター

最大連続動作電圧（MCOV）

最大連続動作電圧は、SPD 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、温度の影響による変動、グリッド電圧の変動、およびシステムの動作状態を含むすべての通常動作条件下で、SPDに現れる最大電圧を上回る必要があります。MCOV定格を超えてSPDを連続的に動作させると、熱ストレスや部品の劣化により早期故障が発生します。.

太陽光発電のDCアプリケーションでは、MCOVは日射量と温度によって変化するアレイの最大電力点電圧を考慮する必要があります。晴天の場合、アレイは定格MPP電圧付近で動作しますが、曇天の場合、インバータは最大電力を求めてより高い電圧で動作することがあります。SPDのMCOVは、誤作動のない信頼性の高い動作を保証するために、十分なマージン（通常は最低10-20%）をもってこれらの動作電圧を上回る必要があります。.

温度によるMCOV定格への影響は、さまざまなSPD技術で異なります。MOV電圧定格は高温でわずかに低下しますが、GDT耐圧は一般に温度とともに上昇します。高品質のSPD仕様には、単一の任意の試験温度ではなく、全動作温度範囲にわたるMCOV定格が記載されています。SPDのMCOVが、標準的な25℃だけでなく、予想される最高動作温度でシステム電圧を上回ることを確認してください。.

電圧保護定格 (VPR) / クランプ電圧

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SPDと保護対象機器間に現れる最大電圧を示します。VPR 値が低いほど、電圧をより安全なレベルに制限することで、より優れた機器保護が実現します。ただし、VPRは、正当なスイッチング事象による電圧過渡を含む通常動作時のSPDの誤作動を防止するため、MCOVを十分に上回る必要があります。.

SPDメーカーは通常、特定の試験電流におけるVPRを規定しており、一般的に住宅用デバイスでは10kA、商業用アプリケーションでは20kAである。クランピング電圧はサージ電流によって多少増加するため、試験電流が大きいほど高いVPR仕様が得られます。10kAで1500VのVPRを示すデバイスが、20kAでは1700Vを示すかもしれません。.

機器の耐電圧、SPD のクランプ電圧、およびリード線インダクタンスによる電圧上昇の関係は、全体的な保護効果を決定します。機器が 2000V に耐え、SPD が 1500V でクランプし、リード・インダクタンスが 600V のオーバーシュートを追加する場合、技術的には十分な SPD クランプにもかかわらず、有効な機器の露出は 2100V に達し、その耐圧を超えます。最小限のリード長でSPDを適切に設置することは、SPDのVPR仕様と同様に重要です。.

公称放電電流 (In) および最大放電電流 (Imax)

公称放電電流（In）は、SPDが損傷することなく繰り返し使用できるサージ電流レベルを示します。SPDは、Inレベルのサージ電流による試験を複数回（通常15～20回）実施し、劣化や故障がないことを確認します。Inは、耐用年数中に予想される通常のサージ曝露に対するSPDの堅牢性を示す現実的な指標となります。.

最大放電電流（Imax）は、SPDが壊滅的な故障を起こすことなく耐えられる1回のサージ電流の最高値を示します。この定格は、SPDの寿命中に一度だけ発生する可能性のある、近傍での落雷のような最悪のサージ事象に適用される。Imaxは通常、SPDの設計や技術によってInを2～5倍上回りますが、これは繰り返される中程度のサージと1回の極端なイベントとの違いを反映しています。.

太陽光発電アプリケーションでは、予想されるサージ暴露頻度に適したIn定格と、雷ゾーンを考慮した適切なImaxを持つSPDを選択する。中程度の雷暴露地域では定格20kA In / 40kA ImaxのSPDが使用され、高暴露地域では40kA In / 80-100kA Imax仕様が有効である。定格が高いほどコストは高くなりますが、過酷な環境で必要な保護マージンが得られます。.

🎯 プロのアドバイス： SPDの電流定格と過電流保護デバイスの定格を混同しないでください。20kA SPD は、連続電流や短絡電流ではなく、サージ電流を扱うことを意味します。SPD 回路には、SPD が短絡故障した場合に持続的な故障から保護するヒューズまたはブレーカー（通常 15～20A）が必要です。.

SPDの選考基準

SPDをシステム電圧に合わせる

SPDの定格電圧を適切に選択するには、システムの公称電圧、最大電力点電圧、開放電圧という3つの重要な電圧レベルを理解する必要があります。公称電圧（600Vや1000Vなど）は典型的な動作電圧を表しますが、SPDが対応しなければならない電圧範囲を把握するものではありません。最大電力点電圧は温度や放射照度によって変化しますが、インバータが通常動作する電圧を表します。.

開放電圧は、アレイが負荷電流を流さずに動作するときの上限電圧を定義する。この状態は、系統停電時、インバータ始動前の早朝、またはインバータがアレイから切り離されるたびに発生する。VOCは温度によって大きく変化し、寒冷地ではVOCが定格値よりも大幅に増加する。NEC 690.7では、予想される最低周囲温度を考慮して最大VOCを計算する必要があり、多くの場合、定格を20%上回る電圧が得られる。.

SPDの最大連続動作電圧（MCOV）はシステムの最大電力点電圧を上回らなければならないが、電圧保護定格は機器の絶縁耐圧以下でなければならない。公称1000Vのシステムでは、MPP電圧が850V、最大VOCが1200Vの場合があります。適切なSPDの仕様は、1000V MCOV / 1500V VPRで、SPDは誤作動することなく通常動作に対応し、サージ時には機器の限界値以下にクランプします。.

設置場所の検討

SPDの要件は、PVシステム内の設置位置によって大きく異なります。アレイコンバイナやメインDCディスコネクトは、直撃雷や近接雷によるサージエネルギーに最も曝されるため、雷暴露に応じて一般的に40～100kAという高い定格電流を持つタイプ1のSPDが必要となります。このような場所には、最大限のエネルギー処理を実現するGDTまたはハイブリッド技術が有効です。.

インバータのDC入力端子は、敏感な半導体を保護する正確な電圧クランプを必要としますが、上流の導体インピーダンスと一次SPDが脅威を減衰させた後、より低いサージエネルギーに直面します。インバータの場所では、通常、定格15～20kAのタイプ2のSPDで十分です。ここではMOV技術がうまく機能し、高速応答と厳しいクランプ電圧でデリケートな電子機器を保護します。複数のインバーターには、一括保護よりも個別のSPDが必要です。.

機器のDC入力端子は、コンバイナやディスコネクトに上流のSPDがある場合でも、個別の保護が必要です。保護ステージ間の導線は、高速過渡時に電圧上昇を引き起こし、上流のSPDが動作しているにもかかわらず、機器の耐電圧を超える可能性があります。端子レベルのSPDは、機器の接続部で即座に局所的なクランピングを行い、リードインダクタンス電圧の上昇による保護の破壊を防ぎます。.

SPDテストと規格

IEC 61643-31 PV 要件

IEC 61643-31 は、太陽光発電システムにおける SPD の具体的な要件を定めており、高電圧での DC サージ保護に特有の課題に対応しています。この規格は、太陽光発電アプリケーションでSPDが確実に動作するための試験手順、性能分類、およびマーキング要件を定義しています。IEC 61643-31の認証を受けたSPDは、太陽光発電システムが経験する雷およびスイッチングサージへの曝露をシミュレートする厳しい試験を受けています。.

この規格は、試験された電流波形とエネルギー処理能力に基づいて SPD の分類（タイプ 1、2、3）を定めています。タイプ 1 の試験では、直流雷電流を表す 10/350μs の電流波形を使用し、タイプ 2 の試験では誘導サージを表す 8/20μs の波形を使用します。これらの異なる波形には、劇的に異なるエネルギーが含まれています。-350μs波形は、同じピーク電流で8/20μs波形よりもはるかに大きなエネルギーを供給するため、タイプ1の試験はより厳しくなっています。.

温度サイクル試験により、屋外の太陽光発電設備で一般的な-40℃～+85℃の範囲でSPDが機能することを確認します。極端な温度での動作試験により、SPDが寒冷時に誤って作動したり（システム電圧上昇時）、高温時に早期に故障したりしないことを確認します。湿度試験では、SPDが絶縁の完全性を維持し、結露環境下で湿気にさらされても劣化しないことを確認します。.

UL 1449 北米規格

UL 1449は、ACとDCの両方のアプリケーションをカバーする北米のSPD試験とリスティングの要求事項を規定している。第4版（UL 1449 Ed.4）では、太陽光発電システムの急速な普及に伴い、太陽光発電システムで使用される直流用SPDに対する要求事項が強化されています。UL 1449に登録されたSPDは、電気的性能、火災安全性、特定条件下での信頼性の高い動作を検証する試験に合格しています。.

電圧保護定格試験は、特定の波形を使用して、標準化された電流レベルで実際のクランプ電圧を測定します。これらの試験により、SPDが主張するVPR仕様に電圧を制限していることが検証されます。UL1449では一時的過電圧（TOV）試験も義務付けられており、SPDは地絡やシステムの誤動作によって発生する可能性のある持続的な過電圧に、火災や感電の危険を生じさせることなく耐えなければなりません。.

短絡電流定格（SCCR）試験は、SPDが爆発したりアーク放電の危険を生じたりすることなく、設置場所で利用可能な最大故障電流に耐えられることを確認するものです。太陽光発電設備では、SPDが短絡に失敗すると、使用可能な電流が数万アンペアに達し、非常に危険な状態を引き起こす可能性があるため、この安全試験は非常に重要です。SCCR試験に合格したSPDのみがULに登録されます。.

SPDに関するよくある誤解

より多くのSPDは常により良い保護を意味する

多くの設置者は、SPDの定格や調整に関係なく、可能な限りの場所にSPDを設置すれば最大の保護が得られると考えています。しかし、SPDの選定や配置が不適切な場合、グランドループが発生したり、ノイズが混入したり、サージ発生時にデバイス同士が競合するSPDの調整不良が発生したりして、保護機能が実際に悪化する可能性があります。.

効果的な保護には、最大量ではなく、戦略的な場所に適切なタイプのSPDを使用する。よく設計されたシステムでは、アレイのコンバイナーとメインの断路器にタイプ1のSPDを設置し、各インバータにタイプ2のSPDを設置します。ジャンクションボックスやディスコネクトごとにSPDを追加設置しても保護性能は向上せず、不必要なコストがかかるだけでなく、問題が発生する可能性もあります。.

少ないSPDの品質と適切な設置は、不適切に設置された平凡なSPDの数量に勝る。適切な定格のSPDを2つ、正しい接地と最小限のリード長で設置すれば、定格が不十分だったり、接地接続が長かったり、調整が不適切だったりするSPDを12個設置するよりも優れた保護が得られる。単にSPDの数を最大化するのではなく、適切なSPDの仕様と設置に重点を置くこと。.

SPDによる完全な雷保護

SPD は包括的な雷保護の 1 つのコンポーネントに過ぎず、すべての雷の脅威から保護する独立したソリューションではありません。SPD は電気導体に現れる過電圧から保護しますが、機器や構造物への直接の落雷を防ぐことはできません。完全な雷保護には、SPD 保護と連動する外部雷保護システム（空気端子、ダウンコンダクター、接地電極）が必要です。.

アレイに落雷すると、電気的保護に関係なく、機械的な力、極端な熱、衝撃波によってモジュール、ラッキング、構造部品が破壊される可能性があります。SPDは、このような損傷を防ぐことはできません。SPDは、導体を伝播するサージ電流や電圧から電気機器を保護するだけです。雷に極端にさらされる場所では、PV機器に到達する前にストライクを遮断する外部LPSが必要になる場合があります。.

適切な接地と結合は、SPDの保護にとって同様に重要である。接地接続が過度のインピーダンスを引き起こしたり、複数の接地電極が循環電流を発生させたりすると、どんなに優れたSPDでも機器を適切に保護することはできません。包括的な保護は、SPD、外部雷保護、適切な接地、および機器の配置を統合し、すべての脅威ベクトルに対処する協調システムです。.

定格電圧は常に高い方が良い

設置業者の中には、定格電圧の高いSPDの方が保護性能が高いと思い込み、“多ければ多いほど良い ”という理由で600Vのシステムに1500Vのデバイスを選択する人もいる。しかし、過度に高い定格電圧は、実際には保護効果を低下させる可能性があります。SPDのクランプ電圧は定格電圧にほぼ比例し、1500VのSPDは通常2500-3000Vでクランプしますが、600Vのデバイスは1200-1500Vでクランプします。過大な定格のSPDを使用すると、不必要に高いクランプ電圧に機器がさらされることになります。.

SPDの適切な定格選択は、適切な安全マージンを持つシステム電圧要件に適合します。公称600Vのシステムで最大VOCが720Vの場合、クランピング電圧を最小限に抑えつつ、システム電圧を上回る適切なマージンを提供するDC800～1000V定格のSPDを選択する。1000V定格は余裕のあるマージンを提供しますが、1500V定格ではメリットがなく、高いクランピングによって保護が悪化します。.

MCOVは、SPDの最大定格電圧ではなく、正しい選択基準となります。MCOVがシステムの最大電力点電圧を10-20%上回るSPDを選択し、VPRが機器の耐電圧より十分に低いことを確認します。このアプローチにより、SPDが通常動作中に誤作動することはなく、サージ発生時には最適なクランピングを実現します。.

よくある質問

ソーラーシステムにおけるSPDとは？

SPDとはSurge Protection Deviceの略で、過渡過電圧を制限し、サージ電流を分流させる装置で、太陽光発電装置を雷やスイッチング過渡現象から保護します。SPD」という用語は、サージ・サプレッサやTVSS（過渡電圧サージ・サプレッサ）といった古い用語に代わって、国際的な電気規格や基準で標準化されました。太陽光発電アプリケーション用に特別に設計されたDC SPDは、システム電圧に適したDC電圧定格を持ち、太陽光発電サージ保護要件に対応するIEC 61643-31またはUL 1449規格に準拠した試験を受けなければなりません。.

MOVサージ保護とGDTサージ保護の違いは何ですか？

金属酸化物バリスタ（MOV）は、電圧がしきい値を超えると導通する電圧依存性の酸化亜鉛セラミックを使用し、高速応答（ナノ秒）と予測可能なクランプを提供し、ほとんどのソーラー・アプリケーションに適しています。ガス放電管（GDT）は、電離ガスを使用してサージ電流を導通させるもので、非常に高い電流処理能力と最小限の劣化を提供しますが、応答は遅くなります（マイクロ秒）。MOVは高速応答が必要な最終機器保護に適していますが、GDTはアレイの起点で高エネルギーのサージを処理する一次保護に優れています。多くの高級SPDは、両方の技術を組み合わせたハイブリッド設計を採用しています。.

自分のソーラーシステムにDC SPDが必要かどうか、どうすれば分かりますか？

NEC690.35(A)では、PVアレイから機器までの回路導体が2mを超える場合に直流SPDの設置を義務付けており、マイクロインバーターシステムを除く事実上すべての太陽光発電設備が対象となる。法規制だけでなく、露出した屋上アレイや建物を貫通する導線、あるいは貴重な機器を使用するシステムにはSPDによる保護が必要である。落雷による損害は、機器の交換に数千ドル、生産量の損失に数百ドルのコストがかかります。落雷の多い地域では、特に複数のシステムでSPDによる包括的な保護が有効です。.

DCソーラー回路にAC定格のサージプロテクタを使用できますか？

直流ソーラー・アプリケーションでは、絶対に交流専用のSPDを使用しないでください。ACサージ保護は、DCシステムにはないアークを消滅させるための自然なゼロ交差電流に依存しています。AC定格のSPDは、DCサービスでは致命的な故障を起こし、火災や感電の危険を引き起こす可能性があります。太陽光発電システムに設置する前に、SPDのラベルに記載されている明確な直流電圧定格を必ず確認してください。高品質の直流用SPDは、IEC 61643-31またはUL 1449のリストに記載されており、持続的な直流電流に対するアーク消弧機能の強化など、直流サージ保護要件に特に対応しています。.

太陽光発電設備において、DC SPDはどのくらいの頻度で交換が必要ですか？

状態表示のある高品質のSPDは、露出度の高い場所では四半期に1度、それ以外の場所では年に1度点検し、故障表示があるものは交換する。視覚インジケータのないSPDは、雷暴露の多い地域では5～7年ごと、中程度の地域では10年以上ごとに積極的に交換することが効果的です。落雷の頻度が高い地域や、落雷が複数回発生するシステムでは、より頻繁な交換が必要になる場合があります。目に見える損傷がなくても、近くに落雷があった場合は直ちに SPD を交換してください。ストレスによりコンポーネントが仕様以下に劣化し、その後のサージから保護できなくなる可能性があります。.

直流1000Vのソーラーシステムに必要なSPDの定格電圧は？

公称1000Vの直流システムでは、NEC690.7に従って温度補正を加えた最大開回路電圧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SPDを選択します。SPD全体の定格電圧は、最大VOCを上回るマージンを提供するDC1200～1500Vであるべきです。電圧保護定格(VPR)が機器の耐電圧(通常インバータでは2000V)を下回ることを確認する。これにより、適切なサージクランプを提供しながら、通常動作時の誤作動を防ぐことができます。.

MOVベースのSPDは、サージ事象がなくても経時劣化するのか？

はい、MOV は大きなサージがなくても、連続電圧ストレスによって徐々に劣化します。最大連続動作電圧（MCOV）付近での動作は、高温と同様に劣化を加速します。小さなサージや電圧過渡現象が発生するたびに酸化亜鉛構造が徐々に損傷し、電圧しきい値が徐々に低下します。高品質の SPD には、火災の危険性が高まる前に故障した MOV を隔離するサーマル・ディスコネクターまたはヒューズが搭載されています。この劣化により、定期的な検査と事前の交換が重要になります。通常の動作電圧を超える適切なマージンを持つ MCOV を適切に選択することで、劣化率を最小限に抑え、耐用年数を延ばすことができます。.

関連リソース

DC SPDの基礎を理解することで、適切なサージ保護システムの設計と設置の基礎が得られます。.

SPDのアプリケーションとインストールについては、包括的なガイドをご覧ください：

– ソーラーシステム用DC SPD - SPDの選定と調整
– 太陽雷保護 - 包括的な保護システム設計
– 直流回路保護 - 過電流保護とSPDの連携
– PVシステムの接地 - SPDの効果を高める適切なアース

太陽光発電設備に効果的なDC SPD保護を導入する準備はできていますか？ SYNODEの技術チームは、サージ保護デバイスの選択、MOVとGDT技術の比較、適切な設置方法について専門的なガイダンスを提供します。以下を満たす包括的な保護を保証します。 NEC 690.35 保護効果とシステムの経済性を最適化しながら、要件を満たします。.

DC SPDの仕様に関するサポートや雷保護システムの設計サービスについては、当社のアプリケーションエンジニアにお問い合わせください。.

最終更新日 2025年10月
著者 SYNODEテクニカルチーム
レビュー 電気工学科