太陽光発電ケーブルの CCA 耐火性と AD8 防水性能のバランスをとるにはどうすればよいでしょうか?
CCA耐火性とAD8防水性能の重要性
太陽光発電所の建設において、重要な送電部品である太陽光発電ケーブルは、豪雨や直射日光といった厳しい気象条件下においても、複雑な環境下での長期安定稼働を確保するために、優れた耐火性と防水性を備えている必要があります。しかし、実際の使用においては、太陽光発電ケーブルのCCA（耐火レベル）とAD8（防水レベル）のバランスをとることがしばしば困難です。これはなぜでしょうか？本稿では、材料特性、製造プロセス、使用環境などの観点から、詳細な分析を行います。
CCA耐火性能の定義と試験要件
CCA耐火性能とは、太陽光発電ケーブルが一定の難燃性レベルに達し、火災発生時の燃焼を抑制し、延焼を抑制する能力を有することを指します。SUNKEANのCCAレベル太陽光発電ケーブルは、非常に厳格なIEC60332-3束線燃焼試験規格に適合しています。IEC 60332-3規格は、国際電気標準会議（IEC）がケーブルの耐火性に焦点を当てた一連の試験規格の一つです。具体的には、規定の条件下で垂直に設置された束線またはケーブルの延焼特性を評価します。この試験では、以下の項目を測定します。
炎の広がり: ケーブルに沿って炎が広がる距離。
熱放出: 燃焼中に放出される熱エネルギーの量。
煙の発生: 発生する煙の量と密度が増し、避難を妨げたり、消火活動を複雑化させる可能性があります。
この認証を取得することは、SUNKEANのCCAケーブルが炎の延焼を抑制し、火災リスクを低減するように設計されていることを意味します。これは、太陽光発電設備の安全性向上に大きく貢献します。さらに、認定CCAケーブルは以下の要件も満たす必要があります。
EN50618煙密度試験： 煙透過率が60%以上であることが必要
EN60811-504冷間曲げ試験： -40℃±2℃の温度でケーブル表面に亀裂がないことが求められる
※詳細については、CPR レベルを専門的に解説した別のブログ記事を参照してください。
AD8防水性能の定義と試験要件
太陽光発電ケーブル分野では、最も認知されている防水グレードはAD7とAD8です。より優れた防水性能を持つAD8ケーブルであるAD8防水は、ケーブルが長時間水中に浸漬された環境においても正常に動作することを要求します。メーカーがこのレベルの認証を取得するには、EN50525-2-21に準拠した水中環境シミュレーションによる電圧試験、絶縁抵抗試験、張力試験、重量試験などを実施する必要があります。試験中、ケーブルは以下の条件を満たす必要があります。
完全な密封： ケーブルを水中で長期間使用すると、水分が導体や絶縁層に浸透できなくなります。
加水分解および紫外線耐性: 絶縁材やシース材は、良好な性能を維持するために、湿気の多い環境や水中環境に長時間さらされる必要があります。
耐圧性: 水中圧力にも耐えられるため、水圧によるシースの破裂や材質の劣化がありません。
※AD7とAD8の違いや選び方については別ブログで詳しく解説しておりますので、そちらもご参照ください。
CCA耐火材料とAD8防水材料の矛盾
CCA耐火性能とAD8防水性能はどちらも太陽光発電ケーブルの重要な安全指標ですが、実際の製造においては両者を考慮することが困難です。太陽光発電ケーブルの絶縁体とシース材料には、主にXLPEとXLPOという2種類の架橋材料が使用され、それぞれ防水性と耐火性に最適化されています。では、これら2つの材料の特性はどのように互いに制約し合うのでしょうか？本稿では、材料自体の違い、製造プロセスにおける相反、そして物理的特性の相互排他性の3つの観点から詳しく説明します。
a. 材質自体の違い
CCAグレードの耐火材料には通常、架橋ポリオレフィン（XLPO）が使用され、燃焼時に有毒ガスを発生せず、耐熱性が高いという特徴があります。AD8グレードの防水材料には、一般的に架橋ポリエチレン（XLPE）が使用され、その主な特徴は高い密閉性、耐加水分解性、耐紫外線性です。XLPO材料自体の分子構造は比較的緩いため、完全な防水性を実現することは困難です。一方、XLPEは比較的水分を吸収しやすく、高温で有害ガスを放出しやすいため、両者を両立させることは困難です。
b. CCA耐火材とAD8防水材の製造工程における紛争
CCAグレードの耐火性能を達成するには、ケーブル製造工程において特殊な難燃剤を使用する必要があり、これらの難燃剤はケーブルの防水性能に影響を与える可能性があります。また、耐火材料に含まれる無機充填剤（水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムなど）は、材料の密封性を低下させるため、防水性能に影響を与えます。さらに、防水材料の高い密封性要件により、一部の耐火添加剤を均一に分散させることが不可能となり、全体的な難燃効果に影響を与える可能性があります。
c. CCA耐火材料とAD8防水材料の物理的特性の相互排除
· 耐火材料は通常脆く、長期間の水中環境では簡単に割れたり剥がれたりすることがあります。
· 防水素材は一般的に柔らかいですが、柔らかい素材は耐高温性が低い傾向があり、CCA 耐火基準を満たさない可能性があります。
・耐火試験と防水試験では試験条件が異なります。耐火試験は高温下での難燃性に重点を置き、防水試験は長期間の浸水下における密閉性に重点を置きます。
したがって、同じ材料と設計で両方の特性を考慮することは困難です。
CCA 耐火性と AD8 防水性のバランスをとるにはどうすればよいでしょうか?
PV ケーブルは屋外、地下、さらには水中で使用されることが多いため、ケーブルを選択する際には耐火性と耐水性の間でトレードオフが生じます。
a. PVモジュールとインバータ間に使用されるケーブル
環境条件: これらのケーブルは、屋上太陽光発電システム、地上設置型太陽光発電アレイ、大規模太陽光発電ファームなど、屋外環境に設置されることがよくあります。湿気、雨、日光にさらされることはよくありますが、浸水のリスクは最小限です。しかし、電気接続部があり、動作電流が大きいため、火災のリスクの方が懸念されます。
推奨ケーブルの選択: CCA規格の難燃性PVケーブル。これらのケーブルの外装は、火災発生時の有毒物質の放出を最小限に抑えるため、低煙性でハロゲンフリーの難燃性材料で作られている必要があります。
追加の保護対策: 過熱を防ぐために、ケーブルの配線と間隔を正しく確保し、火災の危険性が高い場所（インバータや接続箱の近くなど）には耐火性の導管または保護トレイを設置し、日光への露出による長期的な劣化を防ぐために紫外線耐性のシースを使用します。
b. 地下または水中に敷設されたDCケーブル
環境条件: 大規模な太陽光発電所では、物理的な損傷や環境への露出から保護するために、DC ケーブルが地中に埋設されることがよくあります。
浮体式太陽光発電所や洋上太陽光発電システムは、水面や洪水が発生しやすい地域に設置される可能性があるため、長期的な浸水耐性を備えたケーブルが必要です。浸水は絶縁損傷、短絡、ケーブルの劣化を加速させる可能性があるため、最大の問題となります。火災のリスクは地上設置に比べて一般的に低いですが、高出力アプリケーションでは依然として考慮する必要があります。
推奨ケーブルの選択: AD8等級の防水PVケーブル。AD8ケーブルは、高密度架橋ポリエチレン（XLPE）などの特殊な防水絶縁材料を使用しています。導体には錫メッキ銅を使用し、長期間の水への曝露による酸化や腐食を防ぎます。また、外被は高い耐水拡散性を備え、微量の水分でさえ絶縁体を透過しません。
追加の保護対策: 火災安全性を高めるため、地下ケーブル溝に耐火ケーブルトラフボックスを設置することができます。電気系統の故障が発生した場合、これらのエンクロージャは炎の抑制に役立ちます。また、防水性の内層と難燃性の外層を組み合わせた二重ジャケット設計により、防火性と防水性のバランスを実現しています。さらに、接続部への水分の浸入を防ぐため、防水ケーブルジョイントとジャンクションボックスも採用しています。
c. 複雑で困難な環境に対するソリューション
一部の用途では、太陽光発電ケーブルは高い火災リスクと極度の湿度条件に同時にさらされるため、より高度なケーブルソリューションが必要になります。こうした状況には、産業用太陽光発電設備、ハイブリッド発電所（太陽光発電＋水力発電）、そして極寒の気候地域（沿岸部や高湿度環境）が含まれます。
外部物理的保護: 重要なエリアでは、ケーブルを耐火性、防水性の金属管に敷設して耐久性を高めることができます。
排水システムを備えた高架ケーブルラックは、洪水が発生しやすい地域に役立ちます。さらに、一部のケーブルはシリコンベースまたはナノコーティング技術で処理されており、過酷な条件への耐性を高めています。
ケーブル材料の今後の開発動向
太陽光発電ケーブルの今後の発展方向は、新素材の研究開発と複合構造設計に重点を置き、耐火性能と防水性能を同時に向上させることになるでしょう。
ナノレベルの耐火コーティング： ナノテクノロジーを活用して超薄型耐火コーティングを開発し、防水性能に影響を与えずに耐火性を向上させます。
ポリマー防水・難燃性素材： フッ素ポリマーや特殊シリコンゴムなど、耐火性と防水性を兼ね備えたポリマー材料を開発します。
多層複合構造：耐水性の外層と難燃性の内層を持つ多層構造を採用し、2つの特性の両立を実現しています。
