落雷は、太陽光発電（PV）システムや風力発電システムの故障の一般的な原因です。システムから遠く離れた場所、あるいは雲間を雷が通ると、有害なサージ電流が発生する可能性があります。しかし、落雷による被害のほとんどは防ぐことができます。ここでは、数十年にわたる経験に基づき、電力システム設置業者の間で広く受け入れられている、最も費用対効果の高い対策をいくつかご紹介します。これらのアドバイスに従えば、再生可能エネルギー（RE）システムへの落雷被害を回避できる可能性が高くなります。
地に足をつけよう
接地は、雷害から身を守るための最も基本的な技術です。雷サージを完全に防ぐことはできませんが、貴重な機器を迂回してサージを安全に大地に放電する直接的な接地経路を確保することができます。接地経路は、地上構造物に蓄積された静電気を常に放電します。多くの場合、これによりそもそも雷の誘引を防ぐことができます。
避雷器とサージプロテクタは、電気サージを吸収することで電子機器を保護するように設計されています。しかし、これらの機器は良好な接地の代替手段ではありません。効果的な接地と併用して初めて機能します。接地システムは配線インフラの重要な部分です。電源配線の設置前、または設置中に設置してください。そうしないと、システムが稼働した後、この重要なコンポーネントが「To Doリスト」から消えてしまう可能性があります。
接地の第一歩は、PVモジュールフレーム、設置ラック、風力発電機タワーなど、すべての金属構造部品と電気筐体をボンディング（相互接続）して、接地への放電経路を構築することです。米国電気工事規程（NEC）第250条および第690.41条から690.47条では、規程に適合する電線のサイズ、材質、および手法が規定されています。接地線を急激に曲げないようにしてください。高電流サージは急な曲がり角を嫌い、近くの配線に容易に飛び移る可能性があります。銅線をアルミニウム構造部品（特にPVモジュールフレーム）に接続する際には、特に注意してください。「AL/CU」と表示されたコネクタとステンレス鋼製の留め具を使用することで、腐食の可能性を低減できます。DC回路とAC回路の両方の接地線も、この接地システムに接続されます。（詳細については、HP102およびHP103のPVアレイ接地に関するCode Cornerの記事を参照してください。）
接地棒
多くの設備において最も脆弱な点は、地面との接続です。電線をボルトで固定するだけでは不十分です。その代わりに、導電性で耐腐食性のある金属（通常は銅）の棒を地面に埋めたり、打ち込んだりして、その表面の大部分が導電性（つまり湿った）土壌に接触するようにする必要があります。こうすることで、静電気やサージが電線を伝わってきた際に、電子が最小限の抵抗で地面に流れ込むようになります。
排水管が水を放散するのと同様に、接地は電子を放散させる働きをします。排水管が地面に十分に放電しないと、逆流が発生します。電子が逆流すると、ギャップを飛び越え（電気アークを形成）、電力線を伝わり、機器を通り抜け、最終的に地面に落ちます。
これを防ぐには、長さ 8 フィート (2.4 m)、直径 5/8 インチ (16 mm) の銅メッキ接地棒を 1 本以上、できれば湿った土壌に設置します。接地棒 1 本では十分ではなく、特に乾燥した地面では不十分です。地面が非常に乾燥する地域では、少なくとも 6 フィート (3 m) の間隔をあけて複数の接地棒を設置し、裸銅線で接続して埋めておきます。別の方法としては、長さ 100 フィート (30 m) 以上ある溝に、#6 (13 mm2)、2 本目の #8 (8 mm2)、またはそれ以上の裸銅線を埋める方法があります (裸銅の接地線は、水道管や下水管、またはその他の電線が通っている溝の底に沿って配線することもできます)。または、接地線を半分に切って 2 方向に広げます。埋めた各電線の一方の端を接地システムに接続します。
システムの一部を、屋根の排水口や植物への水やり場所など、湿気の多い場所に配線するようにしてください。近くに鋼製の井戸ケーシングがある場合は、それをアース棒として使用できます（ケーシングにしっかりとボルトで接続してください）。
湿気の多い気候では、地上設置型または柱上設置型のアレイ、風力発電機の塔、あるいはコンクリートで覆われた接地棒のコンクリート基礎は、理想的な接地を提供しません。これらの場所では、コンクリートは一般的に、基礎周辺の湿った土壌よりも導電性が低くなります。このような場合は、アレイの基部、または風力発電機の塔の基部と各支線アンカーのコンクリートに隣接する地面に接地棒を設置し、それらをすべて裸地の埋設電線で接続してください。
乾燥地帯や砂漠地帯では、その逆のケースがよく見られます。コンクリート基礎は周囲の土壌よりも水分含有量が高い場合があり、接地コストを抑えることができます。長さ20フィート（またはそれ以上）の鉄筋をコンクリートに埋め込む場合は、鉄筋自体を接地棒として使用できます。（注：コンクリートを打設する前に計画する必要があります。）この接地方法は乾燥した地域では一般的であり、NEC第250.52条（A3）「コンクリート被覆電極」に記載されています。
設置場所に最適な接地方法がわからない場合は、システムの設計段階で電気検査員にご相談ください。接地は多ければ多いほど良いというものではありません。乾燥した場所では、あらゆる機会を利用して冗長接地棒や埋設線などを設置してください。腐食を防ぐため、接地棒への接続には必ず承認された金具を使用してください。アース線を確実に接続するには、銅製のスプリットボルトを使用してください。
電源回路の接地
建物配線については、NEC（米国電気設備基準）により、直流電力システムの片側を接地（ボンディング）することが義務付けられています。交流電力システムも、系統接続システムと同様に、従来の方法で接地する必要があります。（これは米国に当てはまります。他の国では、接地されていない電力回路が一般的です。）米国の現代の家庭用電力システムでは、電力システムの接地が義務付けられています。直流のマイナス側と交流の中性線は、それぞれのシステムで1点のみ接地され、接地システムでは両方とも同じ点に接続されることが不可欠です。これは中央配電盤で行われます。
一部の単一用途のスタンドアロンシステム（ソーラーウォーターポンプや無線中継器など）のメーカーは、電源回路を接地しないことを推奨しています。具体的な推奨事項については、メーカーの取扱説明書を参照してください。
アレイ配線と「ツイストペア」技術
アレイ配線は、金属フレームに収める最小限の長さの電線を使用する必要があります。プラスとマイナスの電線は同じ長さにし、可能な限り一緒に配線してください。これにより、導体間の過電圧の誘導を最小限に抑えることができます。金属製のコンジット（接地済み）も保護層として役立ちます。長い屋外配線は、頭上ではなく地中に埋めてください。30メートル（100フィート）以上の電線はアンテナのようになり、雲中の雷によるサージも受信します。電線を地中に埋めた場合でも同様のサージが発生する可能性がありますが、多くの設置業者は、送電線を地中に埋めることで落雷による被害の可能性をさらに低減できると考えています。
サージの影響を受けにくくする簡単な方法は、「ツイストペア」技術です。これは、2本以上の導体間の誘導電圧を均一化し、打ち消すのに役立ちます。すでにツイストされた適切な電源ケーブルを見つけるのは難しい場合がありますので、次の手順を実行してください。地面に沿って電源ケーブルのペアを敷設します。電線の間に棒を差し込み、ねじり合わせます。30フィート（10メートル）ごとに方向を変えます（この方法は、全距離を一方向にねじるよりもはるかに簡単です）。電線のサイズによっては、電動ドリルを使用して配線をねじることもできます。電線の端をドリルのチャックに固定し、ドリルの動作でケーブルをねじり合わせます。この方法を試す場合は、ドリルを最低速度で回すようにしてください。
アース線は電源線と撚り合わせる必要はありません。埋設配線の場合は裸銅線を使用し、電線管を使用する場合はアース線を電線管の外に配線してください。アース線を追加することで、システムの接地性能が向上します。
通信ケーブルや制御ケーブル（例えば、ソーラー式ウォーターポンプの満水遮断用フロートスイッチケーブルなど）には、ツイストペアケーブルを使用してください。この細線は、プリツイストペア、マルチペア、またはシングルペアのケーブルが容易に入手できます。シールド付きツイストペアケーブルも購入できます。シールド付きツイストペアケーブルは、ツイストペア線を金属箔で覆い、通常は独立したむき出しの「ドレイン」線も備えています。ケーブルのシールドとドレイン線は片端のみで接地することで、配線にグランドループ（接地への直接経路が短い）が形成される可能性を排除します。
追加の雷保護
広範囲にわたる接地対策に加えて、特殊なサージ保護デバイスと（場合によっては）避雷針を、以下のいずれかの条件が当てはまる場所に推奨します。
• 激しい雷雨地域にある高台の孤立した場所
• 乾燥した、岩の多い、または導電性の低い土壌
• 配線の長さが100フィート（30メートル）を超える
避雷器
避雷器（サージアレスタ）は、雷雨（または規格外の商用電源）によって引き起こされる電圧スパイクを吸収し、サージが電力配線と機器を効果的にバイパスするように設計されています。インバータからのACラインを含む、システムのあらゆる部分に接続されている長い配線の両端にサージプロテクタを設置する必要があります。アレスタは、ACとDCの両方の様々な電圧に対応しています。アプリケーションに適したアレスタを使用してください。多くのシステム設置業者は、Deltaサージアレスタを日常的に使用しています。これは安価で、雷の脅威が中程度の場合に一定の保護を提供しますが、これらの製品はUL規格に登録されていません。
PolyPhaserおよびTranstector避雷器は、落雷の危険性が高い場所や大規模な設備に適した高品質な製品です。これらの耐久性の高いユニットは、堅牢な保護性能を備え、幅広いシステム電圧に対応しています。一部のデバイスには、故障モードを表示するインジケーターが搭載されています。
避雷針
「避雷針」とは、建物や太陽光発電パネルの上空に設置され、地面に接続される静電気放電装置です。静電気の蓄積を防ぎ、最終的には周囲の大気のイオン化を防ぐことを目的としています。落雷を防ぐだけでなく、万が一落雷が発生した場合には、非常に大きな電流を地面に流す経路を提供します。現代の避雷針は、多くの場合、複数の先端を持つスパイク形状をしています。
避雷針は通常、激しい雷雨が発生する場所でのみ使用されます。ご自身の施設がこれに該当すると思われる場合は、避雷の経験を持つ業者に依頼してください。システム設置業者が十分な資格を持っていない場合は、システム設置前に避雷の専門家に相談することを検討してください。可能であれば、北米認定エネルギー専門家委員会（NABCEP）認定の太陽光発電システム設置業者を選びましょう（アクセスを参照）。この認定は避雷に特化したものではありませんが、設置業者の総合的な能力レベルを示す指標となります。
目に見えなくても、忘れられない
多くの避雷工事は地中に埋もれており、目に見えません。避雷工事が確実に実施されるよう、システム設置業者、電気技師、掘削業者、配管工、井戸掘削業者、あるいは接地システムを含む土木工事を行う関係者との契約書に避雷工事の内容を明記しましょう。
投稿日時: 2020年8月10日