直流保護配線のよくある10の間違い（そしてそれを避ける方法）

月曜日の朝、電気技師なら誰もが恐れるような電話がかかってきた。わずか6ヶ月前に稼働を開始した100kWの業務用屋上システムが停止していたのだ。現場責任者は、メインのDCコンバイナーボックスから漂う「プラスチックの焼けるような臭い」について説明した。私が現場に到着すると、原因は部品の不良でも落雷でもなかった。コンバイナーボックスの内部は炭化し、溶けていた。ハイエンドのDCサーキットブレーカーがラインと負荷の接続を逆にしていたためだった。.

私は15年以上、電気オートメーション業界でシニア・アプリケーション・エンジニアとして、数え切れないほどのシステム障害を分析してきました。DC側で発生する致命的な問題のほとんどは、安価な機器に起因するものではない、というのが厳然たる事実です。 直流保護配線の間違い.

ゼロクロスのおかげで寛容なAC（交流）とは異なり、DC（直流）は容赦がない。扱い方を誤れば、数ミリ秒のうちに火災の原因となるエネルギーの絶え間ない流れである。このガイドは、そうした現場での苦労から生まれたものである。私が現場で目にした失敗のトップ10を紹介し、それを避けるために必要な実用的なエンジニアリングのフレームワークを提供します。.

間違い1：極性反転と直流方向性の無視

これは間違いなく、直流設備で最も頻度が高く、危険なエラーである。.

問題だ：
交流回路では、電流は1秒間に100回または120回向きを変える。直流回路では、電流は一方向に流れる。多くの高性能直流サーキットブレーカは「極性」である。これらのブレーカーには、電気アークを押し出すように設計された永久磁石が内蔵されている。 に ブレーカがトリップすると、アーク消火シュートが作動します。.

これを逆に配線すると（ラインとロードを入れ替える）、内部磁界がアークを引っ張ります。 アウェイ シュートからブレーカのデリケートな機械部品に流れ込みます。アークは消火する代わりに持続し、ブレーカを溶かし、筐体に引火する可能性があります。.

解決策

1. 極性マークを確認する： 探す + そして - 記号または ライン そして ロード マークが表示されます。.
2. 流れの方向を確認する： 太陽電池のような）電源回路では、電流が流れることを覚えておいてほしい。 より パネル への インバーターバッテリー回路では、電流は両方向（充電と放電）に流れる。.
3. バッテリには無極性のブレーカを使用すること： 電流が双方向の場合 マスト 極性のない直流ブレーカまたは極性のあるブレーカを、双方向の流れに対応する構成（ブリッジのような）で配線する。.

画像極性（+/-）とライン/負荷のマーキングを明確に示すDCサーキットブレーカのクローズアップ].

キーポイント極性のある直流ブレーカの場合、正しい極性は提案ではなく、アーク消弧の物理学的な動作のための必須条件です。通電前に必ずマルチメーターでダブルチェックしてください。.

間違い2：トルク仕様の無視

確実な接続は安全な接続である。残念ながら、「グッド・アンド・タイト」な手締めは、熱による故障の元となる。.

問題だ：

• トルク不足： 高抵抗のジョイントを作る。電流が流れると、$I^2R$の損失が熱を発生させる。この熱は金属の膨張と収縮を引き起こし（熱サイクル）、溶融またはアーク放電するまで接続をさらに緩めます。.
• オーバートルク： ブレーカーのハウジングにひびが入ったり、ねじ山が裂けたりして、接続が機械的に不安定になる。.

解決策
トルクのかかっていない接続には「ゼロ・トレランス」ポリシーを採用すること。校正されたトルク・ドライバーを使用すること。.

プロからのアドバイス：「マーク＆ムーブ」メソッド
メーカー指定のトルク（通常、ブレーカーの側面にN-mまたはlb-inで印刷されている）を加えた後、ネジとハウジングに「トルクシール」または検査用ラッカーを点状に塗ります。これにより、作業が行われたことが視覚的に証明され、今後の点検時にネジが振動で緩んでいても簡単に見つけることができます。.

![画像校正された黄色のトルク・ドライバーを使い、DC端子にトルク・シール塗料を塗布する技術者]。

間違い3：AC保護装置とDC保護装置の混同

直流回路にACブレーカーを使うのは、自転車のブレーキで暴走する貨物列車を止めようとするようなものだ。.

問題だ：
AC電源は、1秒間に100回以上ゼロボルトを自然に交差する。ACブレーカーは、この「ゼロ交差」を頼りにアークを消火する。直流にはゼロ交差がない。600Vの直流ストリングにACブレーカーを使用した場合、ブレーカーは開くかもしれないが、アークは接点を橋渡しし、装置が破壊されるまで燃え続ける。.

表1：ACサーキットブレーカーとDCサーキットブレーカーの仕様

解決策
ブレーカの物理的な適合性（DIN レールマウントなど）に依存しないでください。必ずデータシートに明記されている 直流電圧定格 そして 直流遮断容量.

間違い4：導体および過電流装置のサイズ決定の誤り

直流保護のサイジングは、単に電線のアンペア容量を合わせるだけではありません。「125%ルール」を遵守し、連続デューティを考慮する必要があります。.

問題だ：
NEC第690.8条は、太陽電池回路の電流を「連続的」とみなすことを要求しています。つまり、導体と過電流保護装置（OCPD）は、計算された最大回路電流の125%の大きさにしなければなりません。Isc（短絡電流）が10Aのストリングがある場合、10Aのヒューズは使用できません。ヒューズは熱ストレスにより疲労し、迷惑なトリップを引き起こします。.

解決策
この3ステップの選考方法に従ってください：

1. 最大電流を計算する： $I_{max} = I_{sc}\倍 1.25$
2. OCPDを選択する： 次の標準サイズを選ぶ 上記 $I_{max}$.
3. 導体をチェックする： ワイヤーの軽減されたアンペア容量がOCPD定格より大きいことを確認してください。.

表 2：GPV ヒューズのサイズ計算例

間違い5：不適切なSPDの配置と配線

サージ保護デバイス（SPD）は不可欠ですが、その効果は物理学、特にインダクタンスによって決まります。.

問題だ：
ワイヤのインダクタンスは電流の変化に抵抗する。雷は瞬間的に電流を大きく変化させる（$di/dt$）。$V＝L¶times(di/dt)$の式によると、小さな電線の長さ($L$)でも、サージ時には大きな電圧降下($V$)を生じます。SPDのリード線が長くコイル状になっている場合、電圧スパイクはSPDをバイパスしてそのままインバータに入り、保護が役に立たなくなります。.

解決策
リードを維持する ショートストレート. .90度の急カーブは避ける。.

マーメイド・ダイアグラム1：SPDの正しい配線と誤った配線

重要なポイント電線1センチごとにインダクタンスが増加します。SPDを1メートルのワイヤーで接続すると、立ち上がりの速いサージ発生時にSPDが効果的に切断されます。.

間違い6：誤ったケーブルの選択と管理

屋上で標準的なビル用電線（THHN）を使うのは、時限爆弾だ。.

問題だ：
太陽電池アレイのDCケーブルは、極端な紫外線、温度変化（凍結から焼成）、湿気にさらされています。標準的なPVC絶縁は、数年間紫外線にさらされるとひび割れや剥離が生じ、危険な漏電やアーク放電の可能性があります。.

解決策

• PVワイヤーを使用する： 特に耐日光性（UL 4703）に優れ、多くの場合1000Vまたは2000V DCに対応している。絶縁は厚く、架橋されている。.
• ループを管理する ケーブルは、UV規格のクリップまたはステンレ ススチールの結束バンドで固定してください。ケーブルが緩んでいると、擦れやすいラッキング (ウインド・フラッター) と擦れ合い、絶縁体が摩耗します。.

画像ケーブルが垂れ下がることなく、金属クリップでラッキングに固定されている。］

間違い7：NECの断線およびラベリング規則の誤解

断線に関する法令順守は、第一に第一応答者の安全に関するものである。.

問題だ：
NEC 690.13では、「容易にアクセスできる」ディスコネクトが必要です。ドライバーを使わないと開けないような施錠されたコンバイナーボックスの中に断路器を隠したり、持ち運び可能なはしごを使わないとアクセスできないような屋根の上に置いたりすることは、この規則に違反します。消防士がスイッチを見つけられなかったり、安全に届かなかったりした場合、システムの通電を遮断することはできません。.

解決策

• 場所 メイン DC ディスコネクトは、地上または常時アクセス可能な場所に設置します。.
• ラベリング： すべての断路器には、明確にラベルを貼らなければならない：「太陽光発電用直流ディスコネクト」。ライン側と負荷側の端子が共に開状態で通電している場 合（太陽光発電では一般的）、「警告：感電の危険。ライン側と負荷側の端子が開放状態で通電している可能性があります。.

間違い8：温度ディレーティングの見落とし

25℃で20Aの定格のヒューズは、60℃では20Aを保持しない。.

問題だ：
屋上のコンバイナーボックスはオーブンと化す。内部温度は簡単に60℃を超えます。温度が上昇すると、ヒューズや熱磁気ブレーカー内の金属素子が軟化し、定格電流よりも低い電流でトリップするようになります。これにより、太陽光発電の生産量が最も高くなるはずの暑い日にシステムが停止する「ファントム・トリッピング」が発生する。.

表 3: 標準的なケーブルの許容損失係数 (90°C 定格ワイヤ)

解決策
必ずメーカーのデータシートまたはNEC表310.15(B)(2)(a)の温度補正係数を適用してください。ボックスが日向にある場合は、少なくとも周囲温度+15℃の内部温度を想定してください。.

間違い9：保護装置間の連携不良

フォルトが発生した場合、フォルトに最も近いデバイスだけがトリップするはずである。これは “選択性 ”と呼ばれる。”

問題だ：
ストリングレベルに15Aのヒューズがあり、コンバイナー出力に20Aのブレーカーがある場合、1つのストリングに障害が発生すると、ストリングのヒューズが切れるのではなく、メインのブレーカーが落ちる可能性があります。これにより、1つのストリングだけでなく、アレイ全体が停電します。.

解決策
上流デバイスと下流デバイスの間に十分な比率があることを確認する。時間-電流曲線 (TCC) を使用して、上流側のデバイスがアンラッチする前に下流側のデバイスがフォルトをクリアすることを確認する。.

表4：さまざまな故障状態に対する保護方法

間違い10：アーク放電の危険性の軽視

DCだからといって爆発しないとは限らない。.

問題だ：
直流アークは交流アークよりも高温で、持続時間も長い。大きなバッテリーバンクや1500Vのソーラーコンバイナーでアーク放電が発生すると、20,000℃を超える温度が発生する可能性があります。エンジニアは、ACスイッチギヤのアーク放電境界を計算することはよくありますが、DC側を無視します。.

解決策

• コンプライアンス： DC 計算については、NFPA 70E および IEEE 1584 ガイドラインに従ってください。.
• PPE： 通電している直流ギアで作業する際は、適切な個人用保護具（PPE）を着用してください。.
• デザイン： タッチセーフ」ヒューズホルダーおよびデッドフロントパネルを使用し、アークを発生させる可能性のある偶発的な接触を防止してください。.

画像適切なアークフラッシュPPEを着用し、商用DCコンバイナーボックスで作業する技術者].

規格の比較グローバルコンプライアンスの確保

システムの安全性と保険性を確保するためには、正しい規格で認証されたコンポーネントを使用する必要があります。欧州のIECプロジェクトでULのコンポーネントを使用する場合（またはその逆の場合）、適切に相互参照されないと、検査に失敗することがあります。.

表5：IECとULの認証規格の比較

よくある質問（FAQ）

Q: 標準的なACヒューズを使用できますか？ ソーラーコンバイナーボックス?
A: 絶対に違う。AC ヒューズは直流アークを消弧するようには設計されていません。AC ヒューズを使用すると、深刻な火災の危険があります。常に「gPV」定格または UL 2579 リストを見てください。.

Q: 暑い午後に直流ブレーカーが落ち続けるのはなぜですか？
A: これは熱ディレーティングによるものと考えられます。エンクロージャ内の周囲温度が高い場合、ブレーカ内のサーマルエレメントが膨張し、トリップしきい値が下がります。サイズ計算を確認し、正しい温度補正係数を適用してください。.

Q: トルクドライバーは本当に必要ですか？私の手は校正されているように感じます。.
A: はい、必要です。人間のトルク感覚は不正確なことで有名です。トルク不足は熱や火災につながり、トルク過多は機械の破損につながります。システムの安全のためには、わずかな投資です。.

Q: 負荷遮断型ディスコネクトと非負荷遮断型ディスコネクトの違いは何ですか？
A: 負荷遮断型ディスコネクトは、全電流を安全に遮断するように設計されています。非負荷遮断型ディスコネクト（アイソレータ）は、電流が（インバータなどによって）停止した後にのみ開く必要があります。負荷がかかっている状態で無負荷ブレークスイッチを開くと、危険なアークが発生します。.

最終的な感想

直流保護システムを正しく配線することは、直流電流の物理を尊重することです。単に電線を接続するだけでなく、極性、温度、インダクタンス、アークの挙動を深く理解する必要があります。.

これら10のよくある間違いを避けることで、単に検査票のチェックボックスにチェックを入れるだけでなく、投資の長寿命化とそれを維持する人々の安全を確保することができる。.