致命的な故障につながる直流保護配線の間違いトップ10：エンジニアのためのガイド

サーモグラフィのレンズを通すと、ボックスは災害地帯でした。屋上の周囲温度は40°C（104°F）だったのに対し、コンバイナー内の端子は180°C（350°F）という恐ろしい温度で光っていたのです。事後分析の結果、根本的な原因は端子ラグの締め付けが不適切だったことでした。2年にわたる毎日の熱サイクル（太陽熱による膨張と収縮）により、接続部が徐々に緩んでいたのだ。このため、小型の発熱体のような働きをする高抵抗ポイントが生じ、アセンブリ全体が壊滅的な火災に至る寸前まで、ゆっくりと部品を加熱していった。.

このシナリオは私の世界だ。シニア・アプリケーション・エンジニアとして、私はこのような故障を何十件も調査してきました。太陽光発電技術の信頼性はかつてないほど高まっているが、直流（DC）特有の物理学は容赦がないというのが厳然たる事実だ。私たちの建物に電力を供給する交流（AC）とは異なり、直流は自然にアークを消すことができないため、取り扱いを誤るとはるかに危険なのだ。.

朗報は、こうした故障はほとんど予防可能だということだ。それらはエキゾチックな現象に起因するのではなく、設計や設置の段階で犯してしまう一握りの一般的で基本的な過ちから生じているのだ。このガイドは、私が毎年現場で目にするミスのトップ10を集めたものです。これらのコンセプトをマスターすれば、システムの安全性と長寿命を確保できるだけでなく、この業界における真のプロフェッショナルとして昇格することができます。.

間違い#1：ACデバイスの使用 直流回路

これは間違いなく、新規設置者が犯しうる最も一般的で危険な間違いである。標準的なAC定格のサーキットブレーカーをトラックから取ってきてDCコンバイナーボックスに設置するのは、大惨事のもとだ。.

間違いだ： ブレーカーはブレーカーであると仮定する。インストーラは、AC定格のヒューズ、ブレーカー、またはスイッチをDC回路に使用します。.

なぜ危険なのか： ACとDCは根本的に異なる。AC 電流は 1 秒間に 120 回ゼロを通過します（60Hz システムの場合）。この「ゼロ交差」の瞬間は、過電流保護デバイスが接点を開いたときに形成される電気アークを消滅させる機会となる。対照的に、直流電流は連続的で絶え間ない流れです。直流デバイスが負荷で開くと、ゼロクロスの助けを借りずに、完全に自力でアークを引き伸ばし、冷却しなければなりません。直流回路で使用されるACブレーカーは、故障を除去できない可能性が高く、持続的なアークが形成される。このアークは本質的にプラズマであり、数千度に達し、デバイスを溶かし、筐体を焼き、発火させます。.

解決策

1. 必ずDC定格を確認してください： 直流用に明示的にリストされているコンポーネントのみを使用してください（例：直流用モールドケース・サーキット・ブレーカのUL489B、またはgPV定格ヒューズ）。.
2. 電圧と電流の表示を確認する:適切な定格の直流機器には、直流電圧（VDC）とアンペア数が明確に表示されています。VAC」としか書かれていないものは、PVシステムにはふさわしくありません。.
3. マーキングを理解する： 太陽電池専用アプリケーション用の特徴的なgPVヒューズクラス、またはAC用の波線記号（~）とは対照的に、DC用の直線記号（-）を探します。.

重要な収穫 DCと書かれていないものは使わないこと。ピリオドだ。.

誤り#2：定格電圧の誤り

電圧は電気的な圧力です。圧力が容器の定格を上回れば、容器は故障する。PVシステムでは、この故障は爆発的なものになる可能性がある。.

間違いだ： システムの最大電圧よりも低い定格電圧の保護装置を選択する。.

なぜ危険なのか： ソーラーパネルのストリングの電圧は一定ではありません。開回路時（Voc）に最も高くなり、寒冷時には上昇します。NEC第690.7条は、設置者に、その場所で予想される最低の周囲温度に基づいて、システムの最大電圧を計算するよう求めている。寒い冬の朝に650VDCに達する可能性のあるシステムに600VDC定格のブレーカを設置することは、致命的な故障を招くことになります。過電圧状態は、デバイスが故障を遮断できずにアーク放電を引き起こしたり、デバイス内部の絶縁が壊滅的に破壊される絶縁破壊を引き起こしたりする可能性があります。.

解決策

1. 最大システム電圧の計算： NEC表690.7(A)の温度補正係数を使用して、その場所の記録的な低温に対する補正Vocを求めます。例えば、25°Cで580VのVocを持つストリングは、-10°Cで650Vを容易に超える可能性があります。.
2. 従ってデバイスを選択する： ヒューズ、ブレーカ、断路器の定格直流電圧は、この計算された最大電圧と同等またはそれ以上のものを選択してください。.
3. システム全体を考える： これは、コンバイナー、リコンバイナー、インバーター、そしてアレイからインバーターまでのディスコネクトなど、すべてのコンポーネントに適用される。.

プロのアドバイス 常に安全マージンを加えてください。計算上の最大電圧が590Vの場合、600Vのデバイスは使用しないでください。安全性と信頼性を高めるために、次の標準定格（800Vや1000Vなど）にステップアップしてください。.

間違い#3：極性ブレーカーの極性反転

直流の世界では、方向が重要である。多くの直流サーキットブレーカーは「極性」であり、電流が一方向にしか流れないように設計されている。.

間違いだ： 極性DCブレーカーを逆に配線し、ソースを負荷端子に接続する。.

なぜ危険なのか： 極性ブレーカーには、小さな永久磁石が入っています。これらの磁石は、ブレーカーを押し出すために戦略的に配置されています。 その 接点が開くと、アークが「アーク・シュート」に流れ込みます。アークシュートは、アークを引き伸ばし、冷却し、消滅させるように設計された金属フィンの部屋です。ブレーカーを逆向きに配線すると、磁石がアークをシュート内に押し出します。 反対方向-アークシュートから離れ、ブレーカ本体の可燃性プラスチックボディに直接差し込みます。この場合、ブレーカは即座に破壊され、筐体内部ではほぼ確実に火災が発生します。.

解決策

1. 端子を特定する： ブレーカーの「+」と「-」、または「LINE」と「LOAD」のラベルを確認する。太陽光発電の場合は、「LINE」側をソース（PVストリング）に、「LOAD」側を接続先（バスバーまたはインバータ）に接続する。.
2. 接続をダブルチェックする システムに通電する前に、配線を物理的にトレースし、極性デバイスがすべて正しく接続されていることを確認してください。.
3. チームを鍛える： これは、すべての設置者にとって重要なトレーニングポイントです。現場の全員が、極性デバイスの機能と、それを逆に配線した場合の深刻な結果を理解する必要があります。.

重要な収穫 極性DCブレーカでは、LINEとLOADは提案ではなく、重要な安全要件である。.

間違い#4：不適切な過電流サイジング

過電流保護装置（OCPD）のサイズ決定 にとって ソーラー回路のサイジングは、標準的なAC負荷のサイジングとは異なります。間違った計算をすると、迷惑なトリップが発生したり、最悪の場合、回路を完全に保護できなくなったりします。.

間違いだ： ヒューズまたはブレーカーのサイジング のみ パネルの銘板電流（Isc）または標準的なACサイジングルールを使用する。.

なぜ危険なのか： ソーラーサーキットを考える a 連続負荷と 対象 への “「エッジ・オブ・クラウド」効果、, 通過する雲が放射照度を一時的に増加させ、電流出力を増加させることがある。NEC 第690.9条(A)では、両方の要因を考慮した特定のサイズ決定式を義務付けています。ヒューズのサイズを小さくし過ぎると、通常のピーク条件でヒューズが溶断してしまいます（迷惑トリップ）。ヒューズのサイズを大きくし過ぎると、故障時の過熱から導体を保護できず、火災の危険が生じます。.

解決策 NECは、2つのパートからなる計算を1つの倍率にまとめることを規定している： 1.56.

1. 必要な格付けを計算する： OCPDの最小定格は、ストリングの短絡電流（Isc）に1.56を掛けたものである。.
   • 必要定格＝Isc×1.25（連続負荷時）×1.25（過照射時）＝Isc×1.56
2. 次の標準サイズを選択します： 必要なレーティングを計算した後、以下の項目を選択する必要があります。 次の標準サイズをヒューズまたはブレーカーに割り当てる。例えば、Iscが9.8Aのストリングがあるとします：
   • 必要定格 = 9.8A × 1.56 = 15.29A
   • 次に標準的なヒューズのサイズは20Aです。15Aのヒューズでは小さすぎて迷惑なトリップにつながる。.

プロのアドバイス については、常にモジュールのデータシートを確認してください。 その “最大直列ヒューズ定格”。計算されたOCPDサイズがこの値を超えてはなりません。超える場合は、ストリングの設計に欠陥があります。.

間違い#5：温度ディレーティングの無視

ブレーカーまたはヒューズに刻印されている定格電流は、特定の管理された周囲温度（通常、ブレーカーは40℃、ヒューズは25℃）でのみ有効です。テキサスの黒い商業用屋根の上のコンバイナーボックスは、管理された環境ではありません。.

間違いだ： 筐体内の実際の周囲温度に合わせて保護装置の通電容量を調整しなかったこと。.

なぜ危険なのか： 熱は電気部品の敵である。40℃で100Aの定格を持つサーキットブレーカーは、コンバイナーボックス内の温度が60℃に達すると、連続的に85Aしか扱えなくなる可能性があります。90Aを押し込むと、ブレーカー内部のサーマル・トリップ機構が作動し、迷惑なトリップが発生します。これは、システムのダウンタイムと高価なトラブルシューティングの呼び出しにつながります。ヒューズの場合、高い周囲温度は時間とともにヒューズエレメントを劣化させ、早期故障の原因となります。.

解決策

1. 推定エンクロージャ温度： コンバイナーボックスの現実的な内部温度を決定する。一般的な経験則では、特に直射日光の当たる場所に設置する場合は、その場所の日中の最高平均気温に20～30℃を加える。.
2. メーカーのデータシートを参照してください： デバイスのテクニカル・データシートで温度ディレーティング・チャートを見つけてください。これにより、様々な温度に対する補正係数が得られます。.
3. 補正係数を適用する： 計算式はこうだ： 有効定格＝公称定格×補正係数. .正しいサイズを作るには、逆算しなければならない： 必要な公称定格 = 回路アンペア / 補正係数.
   • 例60℃になるボックス内の40A回路を保護する必要があります。ブレーカのデータシートには、60℃での補正係数0.85が記載されています。.
   • 必要な公称定格 = 40A / 0.85 = 47A. .その高温環境で40Aを安全に処理するには、50Aのブレーカーを選ぶ必要がある。.

重要な収穫 コンバイナーが高温になることを想定し、それに応じて保護装置のサイズを決める。銘板定格は出発点であり、最終的な答えではありません。.