太陽光発電EPCエンジニア向け現場データ仕様ガイド：サウジアラビアの150MW太陽光発電所に納入された4,200個の化学接地電極が、1,800Ω・cmの土壌で5年間3.1Ωのパッド抵抗を維持した方法、そしてそれを実現するための調達、設置、監査の手順。

この記事の現場データは、2020年8月に通常の問い合わせとして当社に届いた、サウジアラビアの150MW太陽光発電所からのものです。マドリードに拠点を置くEPC企業は、2通目のメールで単価の話から仕様の話へと切り替えました。同社の主任エンジニアは、2018年に50MWのプロジェクトで、3年目にウォーターロッドの在庫が接触電圧マージンを超えてしまった経験があったからです。以下では、平均3.1Ω、最悪値4.7Ω、5年間メンテナンスフリーの運用モデルを実現した調達、設置、監査の手順と、それを危うく破綻させかけたあるサプライヤーのロットについて説明します。

1. メンテナンスフリー仕様は、失敗したウォーターロッドプラントから始まった

参照故障事例は、2018年に稼働を開始したチリの50MW太陽光発電所で、従来型の駆動方式の銅被覆ロッドと6ヶ月ごとの散水サイクルを採用していた。3年目までに、2020年に予定されていた2回の散水作業が（COVID-19による渡航制限のため）中止されたため、6つのインバータパッドの接触電圧範囲が設計マージンを超えていた。ロッド自体は物理的に破損したわけではなく、乾燥してしまった。6つのパッドのうち3つで、パッド抵抗が5Ωの閾値を超えた。

化学接地電極が埋める動作上のギャップはまさにそこにあります。当社の製品は、直径100mm～150mmのオーガーで掘削された環状空間内に、吸湿性化合物（硫酸マグネシウムと保水添加剤を配合したベントナイト粘土）を充填した、銅被覆鋼芯（直径17.2mm～25.4mm）で構成されています。この化合物は周囲の水分を吸収し、ロッド表面に保持します。また、硫酸マグネシウムは周囲の土壌の導電性を維持します。プラントレベルでの効果として、接触電圧範囲は25～30年の設計寿命の間、設計マージン内に収まり、運用保守計画から散水サイクルが不要になります。

サウジアラビアのプロジェクトでは、水浸し棒と化学電極の違いは、EPC企業が初日から資産に組み込む5年間の運用・保守契約にあった。こうした枠組みが明確になれば、単価の割増も正当化できる項目となる。

2. 4,200個の電極を決定づけた土壌抵抗率マップ

正直な答えは化学電極はいつからオプションではなくなるのか？これは土壌抵抗率マップです。サウジアラビアのプラントでは、計画された電極深度（1.5mと3.0mのプローブ）にピンを配置し、1.8km²のアレイ領域全体にわたってウェンナー4ピン調査を実施しました。以下に示す内訳は、EPCが新しいプロジェクトで同じ質問をしてきた際に私が使用するものです。

重要なのは、電極を設置する予定の深さにおける抵抗率の測定値であり、表面での測定値ではない。サウジアラビアの現場では、地表の4ピン抵抗値は380Ω・cm（打ち込み式抵抗棒で十分と思われる値）でした。1.5m地点では1,400Ω・cm、3.0m地点では1,800Ω・cmでした。層別調査を行わなければ、EPC（エネルギー性能証明書）では、散水式打ち込み式抵抗棒の設置を規定していたでしょう。

3. 型式試験報告書における「メンテナンスフリー」の実際の意味

この表現は業界標準ではあるものの曖昧なため、出荷のたびに文書化しています。当社の出荷ドックにあるメンテナンスフリーの化学接地電極には、型式試験報告書に記載される4つの工学的特性があり、EPC（エンジニアリング・調達・建設）担当者は発注書に署名する前にこの報告書を確認するよう求めるべきです。

1. 吸湿性埋め戻し材（1人あたり）IEC 62561-7).硫酸マグネシウム（銅被覆コアを腐食する塩化ナトリウムではない）を配合したベントナイト。60℃/30日間のイオン安定性試験により、サプライヤーの手抜きが発覚する。基準を満たす化合物は抵抗率の80%以上の低減率を維持するが、2022年のサプライヤーのバッチは65%に低下したため、社内での配合に切り替えることになった。
2. 銅被覆鋼芯NEMA GR-1最小クラッド厚は254µm。ガルバニック腐食を抑制します。2021年に納入されたあるサプライヤーの被覆厚は180μmで、低電流信号接地の仕様内ではありましたが、落雷時にESE終端部が受けるインパルス電流負荷には薄すぎたため、採用を見送りました。
3. クランプ式測定窓を備えた常設点検ピット。300 mm × 300 mm × 300 mmのポリマー製（コンクリート製ではありません。コンクリートは乾燥と熱の繰り返しによってひび割れを起こします）。クランプオン式の読み取り装置により、運用・保守担当者はパッド1枚あたり30秒で5年目の再検査結果を確認できます。
4. 運用・保守計画には、定期的な再散水は含まれていません。サウジアラビアのマニュアルでは、クランプオンは1年目、3年目、5年目に行うように指示されており、その間の交換は不要とされています。6ヶ月または12ヶ月の散水サイクルでは、電極の仕様が誤っていることになります。

と化学接地電極そして電解イオン接地棒当社の製品ラインにおける違いは、機能的なものではなく、幾何学的なものです。銅管と銅被覆鋼管のコア、充填材は同じです。どちらもサウジアラビアの工場で、目標値である5Ωに対し、平均3.1Ωという同じ性能を発揮しました。

4. サウジアラビア仕様書で相互参照されている4つの規格

サウジアラビアの仕様書は4つの規格を参照している。どの規格がどの決定を規定するのかは、EPC（設計・調達・契約）において暗黙のうちに示されることが多い部分である。以下にその作業マップを示す。

MVパッドとPOI変電所については、IEEE 80そしてIEEE 665制約条件はパッドの抵抗値ではなく、結合条件だった。どちらのリーダーも、承認する前にIEEE 837規格に同意する必要があった。

5. 電極がアレイ上のどこに実際に配置されたか

サウジアラビアの工場では、「どこに設置すればいいのか」という疑問に対し、EPC（設計・調達・建設）部門が最初のコンテナ出荷前に3回も修正した単線結線図に基づいて回答がなされた。化学電極は5種類の異なる場所に設置されたが、同じ電極形状でも設置場所ごとに仕様が異なっていたため、調達文書にはどの規格がどの場所に適用されるかを明記する必要があった。

図2 — サウジアラビアの工場インバータパッドにある完成済みの検査ピット内の電解イオン接地棒型化学電極。銅被覆コアは、検査ピットレベルで機器接地導体に発熱溶接されている。

1. インバーター用パッド。最初はパッドごとに1つずつ設置し、1.5mの調査で1,800Ω・cmを超えた14個のパッドに2つ目を追加しました（電極数1,316個、平均3.1Ω）。
2. 中電圧トランス用パッド。パッドごとに2つの電極と表面の砂利層を備え、IEEE 80の接触電圧および歩行電圧範囲に対応するように設計されています（84パッド、168電極）。
3. コンバイナーボックス。1箱に電極1個入り（合計1,890個）。
4. 主直流機器接地幹線の両端。電極2個（幹線1.4km）。
5. ESE雷保護用ダウンコンダクター終端部。アレイの周囲と中電圧開閉装置の筐体には、それぞれ電解イオン接地棒終端を備えた24個のESEエアターミナルが設置されている（インパルス電流容量が制約条件であった）。

合計：化学電極4,200個。これはEPCの調達スケジュールと、2020年9月から2022年3月の間に新昌を出港したコンテナ数に一致する。最初の改訂で最もよく見られる間違いは、5つの場所タイプすべてを同一視することである。実際はそうではない。調達文書には、どの規格がどの場所に適用されるかを明記する必要がある。

6. 実際にサプライヤーを差別化した埋め戻し材の化学組成仕様

サウジアラビアのプロジェクトでは、埋め戻し材の仕様が、入札リストの最終候補者2社を分けた。1社は、裏表紙にIEC 62561-7の参照が1つだけ記載された14ページのカタログを送付した。もう1社は、4つの基準水分条件での抵抗率低減係数、60℃/30日間のイオン安定性結果、90日間の水分保持曲線、およびESIA段階の環境適合性に関する声明を網羅した38ページの型式試験報告書を送付した。2番目のサプライヤーは、EPCが25年間のO&M計画に組み込むサプライヤーである。

最終的にサウジアラビア向け仕様書に盛り込んだ調達条項では、4つの特性が挙げられていました。これは、当社がすべての出荷品について社内でテストしている4つの特性と同じであり、当社の型式試験報告書にも記載されている4つの特性と同じです。

• 抵抗率低減係数（IEC 62561-7準拠）。標準：基準水分量20％で12：1。
• 長期的なイオン安定性（60℃／30日後の再試験）。硫酸マグネシウムは塩化ナトリウムよりも優れている（塩化物は銅被覆コアを腐食する）。保持率は80%以上が基準となる。2022年の供給業者からのバッチは65%だったため、社内での配合が必要となった。
• 90日間の乾燥サイクルにおける水分保持力。35℃/30%RHの条件下で90日経過後、73%の保持率。これは、EPCが5年後の再試験を設定する際に使用したデータポイントである。
• ESIAにおける環境コンプライアンス。規制対象金属の濃度が1mg/L未満で、標準浸出液検査基準を満たしています。

4つの特性に関する型式試験報告書を提示する工場は、EPCが25年間のO&M計画に書き込む工場であり、一方、ロッド寸法シートしか提示しない工場は、2年目に「改良された新配合」というメールとともに現れる。

7. サウジアラビアのEPCにおける6段階手順の策定方法

私たちがEPC担当者に説明した6段階の仕様策定手順は、あらゆる大規模太陽光発電プロジェクトで実施しているものと同じです。これは一般的なリストではなく、各ステップにはEPCエンジニアがそれぞれのプロジェクトに合わせて下さなければならない決定事項が付随しています。

1. 計画区域全体にわたって、ウェンナー式4ピン土壌抵抗率調査を実施する。1.5mと3.0mのプローブ深度で記録した。サウジアラビアのサイトでは、表面と深度間の抵抗値の差は4倍であった（380Ω・cm対1,800Ω・cm）。
2. プロジェクトの単線結線図から、パッドごとの目標抵抗値を設定してください。サウジアラビアのEPCは、インバータパッドあたり5Ω、等電位グリッド全体で1Ωという値を設定した。これらの値は、5年後の再試験でも維持された。
3. 埋め戻し材の化学組成を文書で明記し、4つの特性に関する型式試験報告書を添付してください。2022年の仕入先ロットがテストケースとなり、出荷前に65%の残留率が報告書で明らかになった。
4. ロッドの形状とコネクタの規格を固定します。インバータパッド用17.2 mm × 2.4 m銅被覆ケーブル、MVパッドおよび雷サージ終端用25.4 mm × 2.4 m電解イオンジオメトリ。発熱溶接コネクタIEEE 837機械的なクランプは使用していません。
5. 100mmの垂直オーガーを使用して、土壌を乱さずに設置してください。全周にわたって同じオーガーを使用します。特別な工具は不要です。点検ピットを密閉する前に環状部を埋め戻してください。水たまりのある場所への設置は避けてください（この現場では、設置前に14日間の乾燥期間を設けるのが目安です）。
6. 試運転時および5年後に、電位降下試験を実施して検証してください。IEEE 81方式ファミリーによると、抵抗値、土壌温度、水分量が対数で測定されます。サウジアラビアの工場の5年目の再テストでは、平均抵抗値が3.1Ω、最悪のパッド抵抗値は4.7Ωでした。

8. 初回はうまくいかなかったサイズ設定

サウジアラビア工場で最初に出荷された200本の電極は、75mmのオーガー（EPCの現場エンジニアが以前の打ち込み棒プロジェクトで使用していたもの）を使用しており、現場での測定値は平均5.8Ωで、目標の5Ωには達していませんでした。これは、コンパウンドが水和する余地がなかったためです。残りの4,000本の電極には100mmのオーガーを使用し、平均は3.1Ωに低下しました。サイズが小さすぎた200本の穴は再オーガー加工されず、これらは「2,000Ω・cm以上」の帯域にあるパッドの6%にあたり、電極を2枚重ねる処理が施されました。

75mmと100mmのオーガー間の0.4Ωの差は、当社が測定した設置側における最大の変動要因であり、しかもこれは工場や埋め戻し材の化学組成ではなく、EPC（設計・調達・建設）の現場エンジニアが制御できる要因です。配合ラインは仕様書から調整できますが、オーガーは調整できません。

9．これが世界の太陽光発電設備の拡張とどのように関連しているのか、そして2026年のEPC調達にとってなぜ重要なのか

サウジアラビアの工場の3.1Ωは例外的な値ではありません。2020年から2025年にかけて中東、北アフリカ、米国南西部、オーストラリア内陸部の大規模太陽光発電所に出荷した製品全体で、仕様が正しく設定された設置におけるパッド抵抗の平均値は、目標値5Ωに対し2.8～3.6Ωの範囲に収まっています。0.8Ωのばらつきは、設置側の土壌層とオーガー穴径の規律によるものです。埋め戻し材の化学組成の一貫性よりもオーガー穴径の規律の方が重要であることが判明しました。これは、設置記録と照らし合わせて5年後の再テストデータを監査した際に、当社の品質保証チームが驚いた結果です。

その現場データパターンは、現在設置中の構築作業と対をなす。IEA-PVPSトラッキング年間400GWを超える新規太陽光発電容量。IEA-PVPSスナップショット2024累積PVが2TWを超えたことを確認しました。IEA再生可能エネルギー2024報告書によると、公益事業規模の太陽光発電は2030年まで新規再生可能エネルギー容量への最大の貢献者であり続けると予測されている。調達チームにとって、接地は一般的なロッドとクランプのラインから、公益事業規模の仕様カテゴリーとして認識されるようになった。そして、4つの特性に関する型式試験報告書を作成できるサプライヤーが、問い合わせを勝ち取ることになる。

10．EPC調達チームからよく寄せられる質問

太陽光発電所における化学接地電極とは何ですか？

銅被覆鋼棒を垂直に設置し、周囲の水分を吸収する吸湿性充填材で囲むことで、手動での散水なしに長年にわたって電極抵抗を安定させる。サウジアラビアの工場では、2020年から2022年にかけて4,200本が出荷され、5年後の平均抵抗値は3.1Ωであった。

大規模太陽光発電において、メンテナンスフリーの接地が重要な理由は何ですか？

植物は数十ヘクタールから数百ヘクタールに及び、数千箇所に及ぶ電極設置場所が存在する。従来の電極は6ヶ月または12ヶ月の散水サイクルに基づいて設置されるため、散水スケジュールがずれると設備が保護されない。メンテナンスフリーの接地方式では、このサイクルが不要となる。

打ち込み棒のみでは、どの程度の土壌抵抗率が高すぎるのか？

約 1,000 Ω·cm を超えると、1 本の駆動式銅被覆ロッドでは、不合理な数のロッドを使用するか、非常に深い設置を行わない限り、パッドで 5 Ω 未満に確実に到達することはできません。サウジアラビアの工場では、アレイの 73% が 1,000～2,000 Ω·cm の範囲にあり、2,000 Ω·cm を超える 6% にはデルタ パターンの電極が使用されました。

太陽光発電所における化学的接地には、どの規格が適用されますか？

IEEE 837コネクタの場合、IEEE 80 / IEEE 665変電所スタイルの設計の場合、IEC 62561-7接地化合物用、NFPA 70 (NEC) 第690条太陽光発電システムの接地用。NEMA GR-1ロッド本体を覆う。

化学電極はどのくらいの期間使用できますか？

適切な仕様の電極を使用することで、25年から30年の設計寿命全体にわたって安定した抵抗値が得られます。銅被覆材はガルバニック腐食を抑制し、充填材は吸湿性があるため活性を維持します。サウジアラビアの工場に設置された4,200本の電極は、設置以来一度も再給水されていません。

化学電極はNEC 690の要件を満たしていますか？

はい。NFPA 70 (NEC) 第690条PVシステムの接地をカバーする。銅被覆コアと化学電極とIEEE 837付属品は要件を満たしています。

埋め戻し材の化学組成は、ベントナイト単体の場合とどのように異なるのですか？

純粋なベントナイトは吸湿性がありますが、乾燥期にはイオン含有量が減少します。メンテナンスフリーの埋め戻し材には、電解質塩パッケージ（通常は硫酸マグネシウム）と保水添加剤が添加されています。

化学電極は太陽光発電アレイのどこに配置すべきでしょうか？

サウジアラビアの発電所では、インバータパッドに1,316個、中電圧パッドに168個、コンバイナボックスに1,890個、1.4kmの直流幹線の両端に2個、東南東の雷対策終端部に24個、合計4,200個が設置されています。設置場所によって形状が異なります。

化学電極と電解イオン接地棒の違いは何ですか？

多くのデータシートで互換的に使用されています。当社のライン化学電極は銅管を使用する。電解イオン接地棒銅被覆芯線を使用している。

11. まとめ ― 初日にサウジアラビアのEPCに送付を依頼した内容

調達文書を開いているEPCプロジェクトエンジニアの場合、6週間の明確化ループなしで見積もりを行うために必要な最低限の項目は、マドリードチームが2020年8月に送付した6つの項目と同じです。電極位置を示す単線図、計画深度での層状ウェンナー調査、パッドごとおよびグリッドごとの抵抗目標、コネクタ規格（通常、IEEE 837）、埋め戻し材規格（IEC 62561-7）、およびESIAの制約。

ライブプロジェクトの場合、最速の方法は化学接地電極製品ページ、電解イオン接地棒そして地上モジュールページ、またはトップ5ブログ。輸出担当部署にお問い合わせください直接対話するため。