PV DCケーブルの種類：H1Z2Z2-K、IEC 62930、PV1-F

簡単な回答： 太陽光発電用DCケーブルに付けられた3つの名称は、3つの異なるシステムに由来しています。H1Z2Z2-Kは欧州の調和規格による呼称、IEC 62930は国際的なケーブル規格、PV1-Fは民間の試験制度から生まれた製品呼称です。H1Z2Z2-Kの各文字はそれぞれ特性を定めています。ハロゲンフリー架橋絶縁、ハロゲンフリー架橋シース、可とう性より線導体です。3つの名称はいずれも銅の太さについては何も述べておらず、どれもブランド名ではありません。太陽光発電用ケーブルと屋内配線ケーブルを分けるのは、銅を包むコンパウンドと、完成したケーブルが合格した試験です。

発電所向けにケーブルを発注したことのある人なら、DC側ではおなじみの屋内配線ケーブルの名称が決して使われないことに気づいているはずです。発注はH1Z2Z2-K、あるいはIEC 62930に適合すると説明されたもの、あるいはPV1-Fで出されます。名称が製品コードのように見えるのは、そのうち2つはほぼ実際に製品コードだからですが、それらは3つの異なるシステムに由来しており、そのシステム間の違いは後になって、ケーブルトレイの中や屋根の上で表面化します。

混乱は無理もありません。太陽光発電用ケーブルは銅、絶縁、シースでできており、屋内配線ケーブルとまったく同じで、銅の部分は興味の対象ではありません。発電所のDC側はゼロを決して跨がない高電圧で動作します。ケーブルは何十年も直射日光の下に置かれ、夏にはジャンクションボックスの内部で温度が上がります。また冬の夜には氷点下まで冷え、設置時にはトレイを通し、角を曲がって引き回されます。それに耐えられる材料の選択は、壁の内部で理にかなう材料の選択とは異なります。

本記事は、名称の読み方と、それらの名称がモジュール上の別のもの、つまりケーブルが取り付けられるコネクタとジャンクションボックスと一致しなければならないインターフェースについて述べています。

1つの役割、3つの命名システム

ケーブルの名称は、複数の国で調和された国内または地域のシステム、国際規格、あるいは認証機関が運営する民間の試験制度から生まれることがあります。3つとも同じプロジェクトに登場しますが、同じ文書を指す互換性のあるラベルではありません。

実務上の帰結として、異なる名称を持つ2本のケーブルがどちらもDC側に正しくあり得る一方、なじみのある名称を持つ3本目のケーブルはまったく正しくない、ということが起こります。それらを比較するには、その名称がどのシステムに属するのかを問い、次にそのケーブルが名称を得るために実際に何に合格しなければならなかったのかを問う必要があります。

H1Z2Z2-Kを1文字ずつ読む

調和呼称は3つの中で最も読みやすいものです。すべての文字が1つの決定を担っているからです。先頭のHは、国内の型式ではなく欧州のシステム間で調和された型式を示します。1は電圧クラスであり、断面積でも定格電流でもありません。2つのZは絶縁とシースを表します。Zはハロゲンフリー架橋コンパウンドを意味し、2は特定の材料ファミリーを示します。末尾のハイフンとKは導体を表します。曲げやコンタクトへの圧着を想定した、可とう性のあるより線銅です。

特に取り上げる価値のある詳細が2つあります。見落とされがちな点だからです。第一に、2つのZは別々の項目です。ケーブルはハロゲンフリー絶縁と異なるシースを持つことがあり、呼称はその両方が対象になっているかどうかを教えてくれます。第二に、Kは導体構造についての記述であり、これがケーブルをジャンクションボックス内で扱いやすくし、コネクタに正しく圧着できるようにするものです。可とう性より線導体はまた、同じ断面積で表面積が大きく、ねじ端子の下では単線とは異なる挙動を示します。

この呼称に含まれていないのは断面積です。それは別途、ストリングが流す電流、設計者が許容する電圧降下、ケーブルの設置方法から選ばれます。自由空気中のケーブルトレイと壁内の電線管は熱の放散の仕方が異なるため、同じ断面積でも両方の場所で同じ電流を流せるわけではありません。調和呼称のどこにも、その計算を設計者の机から取り除くものはありません。

国際規格が求めていること

IEC 62930は国ではなく用途に向けて書かれています。ケーブルの構造を規定し、次に完成したケーブルが耐えなければならない試験プログラムを規定します。似た外観の2本のケーブルを手に取り、それらが同じ製品かどうかを判断しようとするときに重要なのはこの部分です。

試験セットはケーブルが実際に置かれる環境に対応しています。耐候性と紫外線曝露は外面に作用します。湿熱と熱老化は時間をかけて材料に作用します。耐溶剤性と耐油性が重要になるのは、屋根の上のケーブルが壁内のケーブルでは決して触れないものに触れるからです。低温曲げは、同じシースを押出し時の温度よりはるかに低い温度で成形しなければならないときに何が起こるかを確認します。耐オゾン性とDC耐電圧試験でリストは締めくくられます。ハロゲンフリー呼称は火災時の材料の挙動、つまり何を放出しないか、どれだけの煙と酸性ガスを発生するかを加えます。

したがって、シースに記載された名称が一つのシステムを示していても、その裏付けとなる根拠は別のシステムであることがあります。ケーブルにH1Z2Z2-Kと表示されていても国際試験プログラムへの適合が認定されている場合もあれば、メーカー独自の型式コードで表示されていても適合が認定されている場合もあります。だからこそ、規格名を指定して試験報告書を求める仕様のほうが、呼称だけを指定して終わる仕様よりも強固なのです。

また、国際規格の業界略称そのものが混乱を招くことも知っておく価値があります。発注資料の中には、規格がIEC 131と記載されているものもあります。その意味を持つ別個の規格は存在しません。番号は62930であり、この略称は第二の仕様ではなく、単なる慣習なのです。

なぜ一般的な建築用電線は屋根上で故障するのか

屋外でのポリ塩化ビニルシース建築用電線の故障は謎でもなく、無害な形で徐々に進行するものでもありません。そのコンパウンドには柔軟性を保つ可塑剤が含まれています。長年の熱と日光により可塑剤が移行して抜け出し、日光の紫外線成分が表面のポリマー鎖を切断します。シースは柔軟性を失い、白亜化した後に硬化します。一度硬化すると、トレイの縁での動きや温度サイクルだけでひび割れが生じるのに十分です。

水はそのひび割れを伝って侵入します。その時点から、絶縁は本来想定されていなかった条件下で機能することになり、最終的にはストリング電圧全体が印加された導体上の漏電経路となります。直流側では、その結果は交流回路での同等の故障よりも深刻であり、その理由はケーブル材料とは無関係です。交流は半サイクルごとにゼロを通過するため、ゼロクロス点で発生したアークは消えやすい傾向があります。直流アークにはそのような瞬間がありません。

その比較における2本のケーブルは同様の銅を含んでいます。異なるのはその周囲のコンパウンド、材料が熱可塑性ではなく架橋されている方法、そして完成ケーブルが合格しなければならなかった試験です。これこそが、導体断面積だけを見る購入者には見えない部分であり、5回の夏を経た後にケーブルがどのような状態になるかを決める部分なのです。

ストレスはどこから来るのか

ストレスの一覧を具体的に保つことは役に立ちます。なぜなら、ケーブル規格とは本質的にその一覧を合格限界付きの試験に変換したものだからです。日光は一日中紫外線を照射します。夏のジャンクションボックスは、その背後にあるモジュールによって加熱される小さな密閉空間であり、リード線はその空間内にあります。湿熱サイクルとは、シースがコネクタやグランドと接する箇所で、結露と蒸発が繰り返し起こることです。オゾンは空気中に存在し、アークによっても発生するため、粗悪な接合部はその近くのケーブルを損傷する可能性があります。寒冷は設置の瞬間に重要です。零度のシースを角に沿って曲げると、その変形が残るからです。

過小評価されがちなのが機械的動きです。風はトレイ上のケーブルを動かし、熱サイクルはケーブルをわずかに伸縮させ、設置時の引張張力はしばしばケーブルが経験する最大の力となります。太陽光ケーブルは、プラントの寿命にわたってそのすべてに耐えるよう規定されており、だからこそ完成ケーブルの試験が原材料のデータシートよりも重要なのです。

二つの決定、一つのインターフェース

実際のプロジェクトでは、ケーブルの問題は二つに分かれ、その両半分は異なる人々によって決定されます。モジュールのジャンクションボックスから出るリード線は、ジャンクションボックス、ダイオード配置、コネクタと同じ設計凍結の下、モジュール工場で選定されます。それは取り付けられ、ポッティングされ、モジュールとともに試験された状態で届きます。ストリング間およびコンバイナボックスへと配線されるケーブルは、プラントを設計する誰かによって選定され、現場で引き回され、整線され、終端処理されます。

これら二つの決定が出会う場所が接合部です。コネクタは一定範囲の導体断面積と一定範囲のシース外径に対応するよう定格され、その範囲全体で機能するシールを備えています。現場のケーブルのシースがシールの範囲外であれば、その接合部は書類上は耐水性があっても、現場ではそうではありません。導体クラスがコンタクトに合っていなければ、クリンプは許容に見えても設計が意図する接触面積を下回ります。どちらの問題も接合部を閉じた後には見えず、どちらも誰かが屋根に登る前に決定されているのです。

ここがケーブルの問題がコネクタの議論とつながる場所でもあります。規格に認証されたコネクタは、証明書にケーブル範囲が記載されたシステムとして認証されています。その範囲外のケーブルに置き換えると、両方の部品が個別に問題なくても、そのアセンブリは認証の範囲外となります。同じ論理がモジュールのリード線にも当てはまります。それは端部のコネクタとともに認定されており、ケーブルは付属品ではなくそのアセンブリの一部なのです。

そのインターフェースについての詳細、互換性の主張が何を証明し何を証明しないかについては、 MC4またはMC4互換 および定格の比較については MC4対MC4-Evo 2.

入荷ケーブルの検査

これには実験室は必要ありません。正しい順序で正しいものを見て、説明を受け入れるのではなく書類を求めることが必要です。以下の一覧は、受入検査が入荷口で実際に検証できる項目です。

モジュールラインで何が変わるか

モジュールメーカーにとって、ケーブルの決定は購買上の些細な事柄ではない。リード線は認定済みアセンブリの一部だからである。リード線を変更するということは、ジャンクションボックス、ポッティングコンパウンド、コネクタとともに試験された部品を変更することを意味し、モジュールが認証されている規格に対してアセンブリを再検証することを意味する。だからこそ、より安価なケーブルが現れても、リード線の種類は長期間固定されたままになる傾向がある。

物理的な影響は特定のステーションで現れる。リード線はダイオードやはんだ接合部を押し付けることなくボックス内で曲がる必要があり、これにより最小曲げ半径と最大剛性が決まる。リード線は、シーリング範囲が固定されたグランドまたはモールド成形された出口を通る。その後、導体クラスに合わせて選定されたツールを用いるプロセスで、コネクタにクリンプまたは溶接される。ジャンクションボックス組立ライン、ボックスの溶接および接着プロセス、硬化ステップはすべて、これらの数値を前提に構築された。

その背後にあるライン配置とステーション順序は次に記載されている: ジャンクションボックス組立ライン および ステーションおよびライン配置ガイド溶接ステップ自体は次で扱われている: ジャンクションボックス溶接.

よくある質問

PV1-FはIEC規格ですか？

いいえ。PV1-Fは民間の試験スキームから生まれた製品呼称であり、IECカタログの番号ではない。だからといって無効や不適切というわけではなく、PV1-Fを指定する仕様は製品タイプを指定していることになり、IEC 62930を指定する仕様はケーブルが試験されるべき規格を指定していることになる。

H1Z2Z2-Kと表示されたケーブルとPV1-Fと表示されたケーブルを同じストリングで使用できますか？

ケーブル規格のいずれもそれを禁じておらず、電気的にはストリングは問題としない。実務上の反対理由は、2本のケーブルの劣化速度が異なる可能性があり、配線の一方が他方より先に耐用寿命の終わりに達することである。ケーブルは目に見えない形で故障する部品でもあるため、ストリングごとに単一の種類を保つことで、試運転とその後の故障診断の両方が簡素化される。

導体を太くすればケーブルは太陽光発電グレードになるのか？

いいえ。断面積は電流と電圧降下に関するものです。太陽光発電グレードは、コンパウンド、架橋、そして試験プログラムに関するものです。断面積の大きい建築用電線は依然として建築用電線であり、そのシースは屋外で小さいものとまったく同じ挙動を示します。

屋根の上でハロゲンフリーが重要なのはなぜか？

ハロゲンを含むシースは燃焼時に腐食性・有毒なガスを放出し、そのガスは近くの金属を侵します。屋根の上では、火災がケーブル自体を超えて設備を損傷し得ることを意味し、消火活動を困難にします。ハロゲンフリーのコンパウンドはその寄与を低減します。これが、調和 designation が絶縁体とシースの両方にそれを指定している理由の一つです。

ストリングの断面積はどう選べばよいか？

ストリング電流、敷設方法、周囲温度、そして設計が許容する電圧降下から決まります。敷設方法が重要なのは、自由空気中のケーブルは、同じケーブルを電線管に束ねた場合よりも放熱が優れているからです。計算は通常の電気設計です。ケーブル規格は、選んだケーブルが守るべき限界を定めるものであり、選ぶべき断面積を定めるものではありません。

モジュールにはすでにリード線が付いている。ケーブルはまだ重要か？

重要なのは接続部です。リード線の導体クラスとシース径は、モジュール側のコネクタと現場ケーブル側のコネクタが一致すべきものであり、リード線の温度特性と防火特性はモジュールの認定の一部です。現場ケーブルと地域の要件に適合するリード線付きのモジュールを購入する方が、後から不一致を修正するより安価です。

名称とは検証できる主張である

三つの designation が存在するのは、三つの異なるシステムが同じ役割を記述する方法を必要としていたからであり、また発電所の直流側は壁よりもケーブルにとって厳しい場所だからです。それらを読むことは、主に自分がどのシステムを見ているのかを知り、次にケーブルが何に耐えなければならなかったかを問うことです。文字はコンパウンドと導体構造を表しています。それらは銅の重量を表すためのものでは決してなく、試験報告書の代わりでも決してありませんでした。

発電所の所有者にとって有用な習慣は限定的です。入荷時に、マーキング、導体クラス、コネクタの範囲に対するシース径、そして書類を確認することです。モジュールメーカーにとってケーブルは全体として認定されたアセンブリの一部であり、だからこそリード線の変更は置き換えではなく設計変更なのです。

データ注記：H1Z2Z2-K の一文字ずつの読み方および三つの designation の帰属は、公表されたケーブル規格および公開スキーム文書に従っています。読者は規格本文を権威あるものとして扱うべきです。上記の試験項目は、それらの規格が対象とする領域の要約であり、試験条項の代わりではありません。本記事の性能数値はいずれも著者による試験に由来するものではありません。PVC シース電線の故障経過および応力図はメカニズムの模式図であり、測定された寿命ではありません。