雷は、太陽光発電 (PV) および風力発電システムの故障の一般的な原因です。有害なサージは、システムから遠く離れた場所、または雲の間に落雷した雷によって発生する可能性があります。しかし、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、数十年の経験に基づいて、電力システム設置業者に一般的に受け入れられている、最もコスト効率の高い技術をいくつか紹介します。このアドバイスに従えば、再生可能エネルギー (RE) システムへの落雷による損傷を回避できる可能性が非常に高くなります。
しっかりと地に足をつけよう
接地は、雷被害から身を守るための最も基本的な技術です。雷サージを止めることはできませんが、貴重な機器を迂回して地面への直接経路を与え、サージを安全に地中に放電することはできます。地面への電気経路は、地上の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、そもそも雷の誘引が妨げられます。
避雷器とサージプロテクターは、電気サージを吸収して電子機器を保護するように設計されています。ただし、これらのデバイスは適切な接地の代わりにはなりません。これらは、効果的な接地と組み合わせてのみ機能します。接地システムは配線インフラストラクチャの重要な部分です。電源配線を取り付ける前または配線中に取り付けてください。そうしないと、システムが機能し始めると、この重要なコンポーネントが「To Do」リストからチェックされなくなる可能性があります。
接地のステップ 1 は、太陽電池モジュールのフレーム、取り付けラック、風力発電機タワーなどのすべての金属構造コンポーネントと電気エンクロージャを接着 (相互接続) して、接地への放電経路を構築することです。米国電気規格 (NEC) の第 250 条および第 690.41 条から第 690.47 条は、規格に準拠したワイヤのサイズ、材料、および技術を指定しています。アース線を急に曲げないでください。高電流サージは狭い角を曲がるのを嫌い、近くの配線に簡単に飛び移る可能性があります。銅線のアルミニウム構造要素 (特に PV モジュールのフレーム) への取り付けには特に注意してください。「AL/CU」というラベルの付いたコネクタとステンレス鋼の留め具を使用すると、腐食の可能性が低くなります。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。(詳細なアドバイスについては、HP102 および HP103 の PV アレイの接地に関するコード コーナーの記事を参照してください。)
アースロッド
多くの設備の最も弱い点は、地球そのものとの接続です。結局のところ、単にワイヤーを地球にボルトで固定することはできません。代わりに、導電性で非腐食性の金属（通常は銅）の棒を地面に埋めるかハンマーで打ち込み、その表面積のほとんどが導電性（つまり湿った）土壌に接触していることを確認する必要があります。こうすることで、静電気やサージが発生したときに、最小限の抵抗で電子が地面に流れ込むことができます。
排水場が水を消散させるのと同じように、接地は電子を消散させるように機能します。排水管が地面に適切に排出しない場合、バックアップが発生します。電子が逆流すると、ギャップを飛び越えて (電気アークを形成し) 電力配線に到達し、機器を通って、その後初めてアースに到達します。
これを防ぐには、長さ 8 フィート (2.4 m)、5/8 インチ (16 mm) の銅メッキされたアース ロッドを 1 つ以上、できれば湿った地面に設置します。通常、特に乾燥した地面では、1 本のロッドでは十分ではありません。地面が極度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ロッドを設置し、裸の銅線で接続して埋め込みます。代替のアプローチは、#6 (13 mm2)、ダブル #8 (8 mm2)、またはそれより大きな裸銅線を少なくとも 100 フィート (30 m) の長さの溝に埋めることです。(裸銅アース線は、上下水道管やその他の電線を通す溝の底に沿って通すこともできます。) または、アース線を半分に切って 2 方向に広げます。各埋設ワイヤの一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に水をやる場所など、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、それを接地棒として使用できます (ケーシングに強力なボルト接続を作成します)。
湿潤な気候では、地面または柱に取り付けられたアレイのコンクリート フッター、風力発電機の塔、またはコンクリートに包まれた接地棒は理想的な接地とはなりません。このような場所では、コンクリートは通常、基礎周囲の湿った土壌よりも導電性が低くなります。この場合は、アレイの基部のコンクリートの隣、または風力発電機の塔の基部と各支線アンカーに接地棒を地中に設置し、裸の埋設電線でそれらをすべて接続します。
乾燥した気候では、多くの場合その逆が当てはまります。コンクリート基礎は周囲の土壌よりも水分含有量が高く、経済的に接地することができます。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、鉄筋自体が接地棒として機能します。(注: これはコンクリートを注入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場所では一般的であり、NEC の第 250.52 条 (A3)「コンクリートで覆われた電極」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官に相談してください。グラウンディングが多すぎることはできません。乾燥した場所では、あらゆる機会を利用して、冗長接地棒、埋設ワイヤなどを取り付けてください。腐食を避けるため、接地棒への接続には承認されたハードウェアのみを使用してください。アース線を確実に接続するには、銅製の割りボルトを使用してください。
電源回路の接地
建物の配線の場合、NEC では DC 電源システムの片側をアースに接続 (または「ボンディング」) する必要があります。このようなシステムの AC 部分も、系統接続システムの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源回路が標準です。) 米国の最新の家庭用システムでは、電源システムの接地が必要です。DC マイナスと AC ニュートラルは、それぞれのシステム内の 1 点のみで接地され、両方とも接地システム内の同じ点に接続されることが重要です。これは中央の電源パネルで行われます。
一部の単一目的のスタンドアロン システム (太陽熱温水ポンプや無線中継器など) の製造者は、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、製造元の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
アレイ配線では、金属フレームワークに押し込まれた最小限の長さのワイヤを使用する必要があります。プラスとマイナスのワイヤは同じ長さにし、可能な限り一緒に配線する必要があります。これにより、導体間の過剰な電圧の誘導が最小限に抑えられます。金属導管 (接地) も保護層を追加します。屋外の長い配線は頭上を通さずに埋めてください。100 フィート (30 m) 以上の電線はアンテナのようなもので、雲の中の雷からのサージも受信します。電線が埋設されている場合でも同様のサージが発生する可能性がありますが、ほとんどの設置業者は、送電配線を埋設することで落雷による損傷の可能性がさらに制限されることに同意しています。
サージの影響を軽減する簡単な方法は「ツイストペア」技術です。これは、2 つ以上の導体間の誘導電圧を均等化し、打ち消すのに役立ちます。すでにツイストされている適切な電源ケーブルを見つけるのは難しい場合があるため、次のようにします。 地面に沿って 1 対の電源線を配置します。ワイヤー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。(これは、一方向に全距離をねじるよりもはるかに簡単です。) ワイヤ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る場合があります。配線の端をドリルのチャックに固定し、ドリルの動作によってケーブルをねじり合わせるだけです。このテクニックを試す場合は、ドリルをできるだけ低い速度で実行してください。
アース線を電源線とツイストする必要はありません。埋設配線の場合は、裸の銅線を使用します。電線管を使用する場合は、アース線を電線管の外側に配線してください。アース接点を追加すると、システムの接地が改善されます。
通信ケーブルまたは制御ケーブルにはツイストペア ケーブルを使用します (たとえば、太陽熱温水ポンプのタンク全量遮断用のフロート スイッチ ケーブル)。このより小さいゲージのワイヤは、事前に撚り合わせた、複数または単一ペアのケーブルで容易に入手できます。また、シールド付きツイストペア ケーブルを購入することもできます。このケーブルには、ツイスト ワイヤを金属箔で囲み、通常は別の裸の「ドレイン」ワイヤも付いています。配線内にグランド ループ (グランドへの直接経路が少なくなる) が形成される可能性を排除するために、ケーブル シールドとドレイン ワイヤは一端でのみ接地してください。
追加の雷保護
以下のいずれかの条件がある現場では、広範な接地対策に加えて、特殊なサージ保護装置と (場合によっては) 避雷針の使用をお勧めします。
• 雷が激しい地域の高台にある孤立した場所
• 乾燥した、岩が多い、または導電性の低い土壌
• 100 フィート (30 メートル) を超える配線
避雷器
避雷器は、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、サージが電力配線や機器を効果的にバイパスできるように設計されています。サージ保護装置は、インバータからの AC ラインなど、システムの任意の部分に接続されている長い配線の両端に取り付ける必要があります。避雷器は、AC と DC の両方のさまざまな電圧に合わせて製造されています。用途に応じて適切な避雷器を使用してください。多くのシステム設置業者は、安価で雷の脅威が中程度の場合にある程度の保護を提供するデルタ サージ アレスタを日常的に使用していますが、これらのユニットは UL リストに登録されていません。
PolyPhaser および Transtector 避雷器は、雷が発生しやすい場所や大規模な施設向けの高品質の製品です。これらの耐久性のあるユニットは、堅牢な保護とさまざまなシステム電圧との互換性を提供します。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が付いています。
避雷針
「避雷針」は、建物や太陽電池アレイの上に設置され、地面に接続される静電気放電装置です。これらは、静電荷の蓄積と周囲の大気の最終的なイオン化を防ぐことを目的としています。それらはストライキの防止に役立ち、ストライキが発生した場合に非常に高い電流がアースに流れる経路を提供することができます。最新のデバイスはスパイク状で、多くの場合、複数のポイントがあります。
避雷針は通常、極度の雷雨が発生する現場でのみ使用されます。あなたのサイトがこのカテゴリに該当すると思われる場合は、避雷の経験がある請負業者を雇ってください。システム設置業者に資格がない場合は、システムを設置する前に避雷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、North American Board of Certified Energy Practitioners (NABCEP) 認定の PV 設置業者を選択してください (「アクセス」を参照)。この認定は雷保護に特化したものではありませんが、設置者の全体的な能力レベルを示すものとなります。
目に見えないところではなく、意識の外にある
多くの避雷工事が埋もれ、見えなくなっています。確実に正しく行われるように、システム設置業者、電気技師、掘削機、配管工、井戸掘削業者、または接地システムを含む土工事を行う人との契約書にその旨を記載してください。
投稿日時: 2020 年 8 月 10 日