DC SPD クラスI、クラスII、クラスIIIの解説：太陽光発電（PV）サージ保護の実践ガイド

クラスI、クラスII、クラスIIIサージ防護デバイス（SPD）の実践ガイド

DCサージ保護デバイス（SPD） 太陽光発電システムのDC側に使用され、インバータ、監視装置、接続箱、その他の精密機器が損傷する前に、過渡過電圧を制限し、サージ電流を逃がす役割を果たします。しかし、以下のような表記は クラスI, クラスII, で, アイマックス, 上へ そして Iscpv しばしば誤解されています。.

本ガイドでは、DC SPDのクラス（クラスI、クラスII、クラスIII）について解説し、一般的な1000V DC太陽光発電用SPDの銘板の読み方を示します。.

要点

• クラスI、クラスII、クラスIIIはSPDの試験クラスを表すものであり、製品の品質等級を示すものではありません。.
• クラスIは一般的にタイプ1 SPDおよび10/350μsの雷インパルス電流波形に関連付けられます。.
• クラスIIは一般的にタイプ2 SPDおよび8/20μsのサージ電流波形に関連付けられます。.
• クラスIIIは一般的に、タイプ3の精密保護およびコンビネーションウェーブ試験に関連付けられます。.
• Ucpv、In、Imax、Up、およびIscpvはそれぞれ異なる電気的特性を表しており、互換性はありません。.
• クラスIIのSPDは、直撃雷電流に対する保護として自動的に見なされるべきではありません。.

SPDのクラスとは何を意味するのか？

「クラス」という言葉 クラス SPDにおける「クラス」は、通常、試験分類を指します。これは、クラスIが最高品質の製品であり、クラスIIが低品質の製品であることを意味するものではありません。また、絶縁クラスやIP保護等級を表すものでもありません。.

これらのSPDクラスを、雷保護システム（LPS）のクラスI、II、III、IVと混同してはならない。両システムは類似したローマ数字を使用しているが、対象とする事象は異なる。.

クラスI / タイプ1 DC SPD

クラスIまたはタイプ1 SPDは、高エネルギーの雷電流成分を処理するように設計されている。その主要な試験波形は通常10/350 μsであり、電流が急速に立ち上がった後、比較的長い時間をかけて減衰するため、同じピーク電流の一般的な8/20 μsサージよりもインパルスエネルギーが大幅に高くなる。.

太陽光発電設備に外部避雷システムが設置されている場合、必要な離隔距離を確保できない場合、または雷電流が雷保護ゾーンの境界を越えて電気設備に侵入する可能性がある場合は、タイプ1またはタイプ1+2の保護を検討する必要があります。.

タイプ1の主要なパラメータは通常、 インプ. Iimp（インパルス電流）です。Imaxの値が大きいことだけでは、そのSPDがタイプ1の用途に適しているとは証明されません。なぜなら、Imaxは通常8/20μsの波形に関連付けられているからです。.

クラスII / タイプ2 DC SPD

クラスIIは一般的に、8/20μsの電流波形で試験されたタイプ2 SPDに対応します。これは、誘導雷サージや開閉サージに対する保護として最も一般的に使用されるクラスであり、 PVコンバイナーボックス, 直流配電機器やインバータのDC入力に使用されます。.

タイプ2 SPDは、協調保護システムの一部としてタイプ1 SPDの下流に設置することも可能です。製品がタイプ1またはタイプ1+2として試験され、宣言されていない限り、直撃雷電流用避雷器として販売してはなりません。.

クラスIII / タイプ3 SPD

クラスIIIまたはタイプ3のSPDは、精密機器の近くで微細な保護を提供します。これらは一般的に、1.2/50 μsの開放電圧波形と8/20 μsの短絡電流波形を組み合わせたコンビネーションウェーブジェネレータを使用して評価されます。.

タイプ3のデバイスは通常、上流のタイプ1またはタイプ2の保護機器と組み合わせて使用されます。これらは単独で流入するサージエネルギーのすべてを吸収することを目的としていません。.

1000 V DC SPDの銘板の読み方

Ucpv: 1000 V DC

Ucpv 太陽光発電用SPDの最大連続使用電圧です。メーカーが規定する条件下で、SPDに連続的に印加可能な最高DC電圧を指します。.

選定するUcpvは、最低予想温度を考慮して補正した後のPVアレイの最大開放電圧を下回ってはなりません。モジュールのVocは温度低下とともに上昇するため、「1000 V DC」と記載されたシステムであっても、寒冷時の最大電圧を確認せずに1000 VのUcpv SPDをそのまま使用することはできません。.

クラスII

この表示はクラスII試験、および通常はタイプ2の用途を示しています。これは主に8/20 μs波形で表される誘導サージや開閉サージに対応するものです。製品の品質や短絡容量を示すものではありません。.

In: 20 kA

で 公称放電電流であり、通常タイプ2 SPDに対して8/20 μsの波形で規定されます。これは標準的な試験シーケンスで使用され、規定された試験条件下における繰り返しサージ電流耐量を示す重要な指標です。.

Imax: 40 kA

アイマックス 最大放電電流であり、通常8/20 μsの波形に関連付けられます。これはより高い制限放電値であり、SPDが繰り返し流すことができる電流と解釈してはなりません。.

InおよびImaxは、関連する波形を考慮しない限り、Iimpと直接比較してはなりません。10/350 μsの雷インパルス電流は、同じピーク値を持つ8/20 μsのインパルスよりも大幅に多くのエネルギーを含んでいます。.

Up: 4.0 kV

上へ 電圧防護レベルです。これは、規定の試験条件下でSPDが電圧を制限するレベルを示します。Upは、保護対象機器のインパルス耐電圧と整合させる必要があります。.

Upが低いほど保護マージンは向上しますが、Upのみで評価することはできません。UcpvはPVシステムに対して十分に高い値を維持する必要があり、サージ発生時に導体のインダクタンスが電圧を上昇させるため、設置時の導体長は最小限に抑えなければなりません。.

Iscpv: 10 kA

Iscpv SPDのPV短絡電流定格です。これはサージ放電定格ではありません。メーカーが宣言した条件下において、SPDおよびその遮断機構が対応可能な想定PV短絡電流を示します。.

この値は、故障したSPDが危険な直流アークを発生させることなく安全に遮断されなければならないため、DC太陽光発電システムにおいて特に重要です。.

5%～95% 相対湿度

これは通常、許容される相対湿度の範囲を示します。結露なきこと、腐食、着氷、高度などの条件については、完全なデータシートを確認する必要があります。.

-40°C～+85°C

これは規定された温度範囲です。屋外のコンバイナボックスや筐体内に設置される機器の場合、筐体内部の温度は周囲の気温よりも大幅に高くなる可能性があります。.

屋内用およびIP20

IP20は、指の接触や特定の固形物に対する基本的な保護を提供しますが、2桁目の「0」は水の浸入に対する保護が規定されていないことを意味します。IP20のSPDは、直接雨にさらされる場所に設置してはなりません。屋外の太陽光発電用途では、環境条件に適した筐体を選択する必要があります。.

太陽光発電システムにおいて、DC SPDはどこに設置されるのか？

DC用SPDは、一般的にPV接続箱内やインバータのDC入力付近に設置されます。適切な設置数や設置場所は、システム構成、配線経路、雷保護コンセプト、接地方式、および機器の耐電圧レベルによって異なります。.

DCケーブルが長距離に及ぶ場合、両端に協調されたSPDが必要となることがあります。最終的な配置と協調は、単一のデバイスで解決するというルールではなく、適用される設置設計およびIEC 61643-32に従う必要があります。.

Type 1、Type 2、またはType 1+2をいつ選択すべきか？

以下の場合には、Type 1またはType 1+2の検討が必要です：

• 建物に外部雷保護システムが設置されている場合。.
• 必要な離隔距離を確保できない場合。.
• 雷電流がPV配線に侵入する可能性がある、または雷保護ゾーン（LPZ）の境界を越える可能性がある場合。.
• プロジェクトのリスク評価には、雷電流放電能力が求められます。.

以下の場合にはタイプ2を検討してください：

• 主なリスクが誘導雷または開閉サージである場合。.
• SPDが上流のタイプ1デバイスの下流に設置される場合。.
• PV接続箱またはインバータ入力において、直撃雷電流の責務を伴わない局所的なサージ保護が必要な場合。.

最終選定においては、ラベル上の最大kA値だけでなく、Ucpv、該当する場合はIimp、In、Imax、Up、Iscpv、保護モード、接地方式、バックアップ保護、および認証を常に考慮する必要があります。.

DC SPD選定における一般的な誤り

1. クラスIIを品質等級として扱うこと。. これは試験クラスであり、製品が二級品であることを示すものではありません。.
2. 波形を考慮せずに定格電流を比較すること。. 8/20 μsにおける40 kAは、10/350 μsにおける40 kAと同等ではありません。.
3. Iscpvとサージ電流を混同すること。. IscpvはPV短絡条件に関連し、InおよびImaxはサージ放電に関連します。.
4. 公称システム電圧のみに基づいてUcpvを選択すること。. 低温時のVocを計算する必要があります。.
5. 導体の長さを無視すること。. SPDの接続配線が長いと、保護対象機器にかかる実効電圧が上昇します。.
6. IP20機器を筐体なしで屋外に設置すること。. IP20は防水性能を備えていません。.
7. Type 1の性能が求められる箇所にType 2を使用すること。. 直撃雷のリスクがある場合は、適切な試験クラスとシステム設計が必要です。.

結論

DC SPDの適切な選定は、調整されたエンジニアリング上の決定事項です。SPDは、適切な連続動作電圧、正しい試験クラス、十分な放電耐量、適切な電圧防護レベル、および十分なPV短絡安全性を備えている必要があります。.

例示の銘板において、Class IIはType 2の用途を示し、In 20 kAおよびImax 40 kAは8/20 μsのサージ電流性能を表し、Up 4.0 kVは電圧防護レベルであり、Iscpv 10 kAはPV短絡電流定格です。これらの値は互いに代替することはできません。.

PVシステム用のDC SPD選定でお困りですか？送信してください。 クアンニャ 最大システム電圧、モジュールストリング構成、最低設置場所温度、設置位置、接地方式、および避雷条件。用途に適したタイプ1、タイプ2、またはタイプ1+2のモデルを推奨いたします。.

よくある質問

クラスIとクラスIIのDC SPDの違いは何ですか？

Class I (Type 1) DC SPDs are tested with a 10/350 μs lightning-current impulse and are intended for installations where partial lightning current may enter the PV system. Class II (Type 2) DC SPDs are tested with an 8/20 μs waveform and mainly protect against induced lightning and switching surges.

Can a Type 2 SPD protect a PV system from direct lightning?

A Type 2 SPD is not automatically suitable for direct-lightning-current duty. Where lightning current can enter the installation, use a properly tested Type 1 or Type 1+2 SPD as required by the lightning protection and risk assessment.

How do I choose Ucpv for a DC SPD?

Choose a Ucpv rating that is not lower than the PV array maximum open-circuit voltage after correcting module Voc for the lowest expected site temperature. Also verify the inverter voltage limit and the manufacturer’s installation requirements.

Where should DC SPDs be installed?

Typical locations include PV combiner boxes and inverter DC inputs. Long cable routes or lightning protection zone boundaries may require coordinated SPDs at more than one location.

Standards Referenced

• IEC 61643-31 — Requirements and test methods for SPDs for photovoltaic installations.
• IEC 61643-32 — Selection and application principles for SPDs connected to the DC side of photovoltaic installations.