接地（アース）

機器接地と系統接地

接地とは、電気設備機器や電路と大地を電気的に接続することです。接地電極という金属製の棒や板を土中に埋め込み、その電極から電線で電気設備や電路に接続します。
接地には目的によって種類があります。ここでは機器接地と系統接地（中性点接地）を紹介します。

洗濯機はなぜアースが必要なの？

アースを接続していないと・・・

洗濯機や冷蔵庫、電子レンジにはアース（接地）が必要です。
アースはどんな役割があるのでしょうか。
図１

上の図は、洗濯機です。
電力会社側の変圧器は中性線を接地しています。
アースを取っていない状態で漏電が発生すると図１の赤い矢印のように漏電電流が流れ、人が感電してしまいます。状況によっては人が死に至る可能性もあります。

アースを接続していると・・・

図２

アースを取っていると図２の赤い矢印のように漏電電流が流れ、人に流れる電流が０Ａにはなりませんが、かなり小さくなります。これは人よりもアースの方が抵抗が小さく、電流が流れやすいためです。
アースは必ず正しく接続しましょう。

中性点接地とは？

中性点接地は変圧器の２次側の中性点と大地を接続している

変圧器の二次側の中性点を接地することを、中性点接地といいます。図３は高圧単相６６００Ｖから低圧単相３線式２１０−１０５Ｖに変圧している変圧器の図です。
図３

中性点というのは電気的に中立である点という意味ですので、
単相２線式及び３線式であればＮ相
３相３線式の２次側がＹ結線の場合はＹの中心
を接地することになります。
３相３線式の２次側がΔ結線であれば中性点が取れないので、300V以下の場合に限り低圧側の1端子（一般的にはＳ相）を接地します。
中性点接地（２次側がΔ結線の場合の低圧側1端子接地を含む）の種類はＢ種接地という種類です。電気設備技術基準によると、Ｂ種接地の接地抵抗は、
変圧器の高圧側又は特別高圧側の電路の１線地絡電流のアンペア数で１５０ （変圧器の高圧側の電路又は使用電圧が３５０００Ｖ以下の特別高圧側の電路と低圧側の電路との混触により低圧電路の対地電圧が１５０Ｖを超えた場合に、１秒を超え２秒以内に自動的に高圧側の電路又は使用電圧が３５０００Ｖ以下の特別高圧側の電路を遮断する装置を設けるときは３００，１秒以内に自動的に高圧側の電路又は使用電圧が３５０００Ｖ以下の特別高圧側の電路を遮断する装置を設けるときは６００） を除した値に等しいオーム数以下
となっています。
これより、一般的に１５０を１次側の一線地絡電流で割った値がＢ種接地の接地抵抗であることがわかります。

混触防止板

物理的に高低圧混触を防ぐ

低圧電路に接地工事をすることによって逆に不都合を生じる場合や、３００Ｖをこえる低圧電路に中性点が取れない場合は、高圧巻線と低圧巻線との間に金属製の板を設け、変圧器内部故障の際に、高圧が直接低圧巻線に侵入しない構造をもった混触防止板付変圧器を使用し、混触防止板をＢ種接地すれば低圧電路を非接地とすることができます。
図４

混触防止板は１次巻線と２次巻線の間に挿入した金属板です。この金属板を接地すれば１次巻線と２次巻線が直接接する可能性は限りなく０になります。
混触防止板付変圧器は混触防止板用接地端子があるものと、混触防止板用接地端子と変圧器本体の接地端子が共通になっているものがあります。接地は、１ヶ所に２種類の接地を施す必要がある場合、どちらか接地抵抗の小さい方の接地で兼用することが認められています。兼用する場合は混触防止板用接地端子と変圧器本体の接地端子が共通になっているものを選択します。

中性点接地の目的

最大の目的は高低圧混触時の低圧側の保護

中性点接地の目的は、
�@高低圧混触時の低圧側電位上昇の抑制
�A低圧側地絡時の健全相電位上昇の抑制
�B地絡継電器・漏電遮断器の確実な動作
等があります。

高低圧混触時の低圧側電位上昇の抑制

変圧器の１次側巻線と２次側巻線は平常状態では絶縁されています。
しかし、万一この絶縁が破壊すると、図５のように１次電圧が２次側電路に印加されることになります。
図５

これは普段低圧で使用する回路に高圧が印加される訳ですから大変危険です。２次側電路の絶縁は高電圧の侵入により破壊し、短絡事故や地絡事故を巻き起こし、最終的にはケーブルや機器が焼損するといった極めて過酷な事故です。みなさんが今操作しているパソコンにも高電圧がかかるのです。
しかし、中性点接地がしてあれば、図６のように電流が流れ、高低圧混触時の低圧側電圧は１５０Ｖ以下に抑えられます。
図６

先ほど電気設備技術基準で、Ｂ種接地の接地抵抗は一般的に１５０を１次側の一線地絡電流で割った値と述べました。図６の場合、１５０をＩｇ（赤い線で示される高圧側の一線地絡電流の値）で割るということになります。つまり、一線地絡電流が中性点接地の抵抗を流れることによって発生する電圧Ｖｇは１５０［Ｖ］以下、つまり中性点であるＮ相の電圧Ｖｅが１５０［Ｖ］以下ということになります。よって低圧側電路に高圧が印加されることを抑制できるのです。

低圧側地絡時の健全相電位上昇の抑制

図７は低圧側で地絡事故が発生したときの図です。
図７

仮にＴ相が完全地絡（０Ωで大地に接続された状態）したとすると、Ｔ相の対地電圧は０［Ｖ］になります。そのためＲ相の対地電圧Ｖｅは２１０［Ｖ］になります。
また、地絡が発生すると対地静電容量によって進み位相の電流が流れます。地絡が一時的なもので地絡状態が消滅すると、電流が０［Ａ］になったときに地絡電流がとまります。地絡電流が９０［°］進み電流であったとすると、電流が０［Ａ］になったときの電圧は＋か−の最大になります。＋電圧が対地静電容量に充電された状態で地絡電流がとまったとすると、５０［Ｈｚ］であれば０．０１［秒］後に−電圧が印加されることになり、地絡点には実効値１０５［Ｖ］の最大値１４８［Ｖ］の２倍２９６［Ｖ］が印加されます。これは進み小電流遮断現象といいます。
進み小電流遮断現象による高電圧によって再度地絡が発生する可能性があります。これを再点弧といいます。
しかし、図８のように中性点接地がされていると、Ｒ相の対地電圧Ｖｅは、Ｒｅに地絡電流Ｉｇが流れることによって発生する電圧Ｖｇ＋１０５［Ｖ］となります。また、非接地方式に比べると地絡電流は増大しますが、対地静電容量による影響が減り再点弧が発生しにくくなります。
図８

地絡継電器・漏電遮断器の確実な動作

中性点接地方式は、中性点を低抵抗で接地するので、非接地方式に比べ地絡電流が大きくなります。よって地絡継電器や漏電遮断器が地絡の発生を検知しやすくなり、事故除去が確実に行えるようになります。

中性点接地の副作用

非接地方式より中性点接地方式のほうが地絡電流が大きい

くどいようですが、中性点接地方式は、中性点を低抵抗で接地するので、非接地方式に比べ地絡電流が大きくなります。よって人が感電した場合も、人体に流れる電流は非接地方式に比べ増大します。
しかし、高低圧混触時の低圧側の電位上昇は広範囲に及び、絶縁破壊による火災や感電などをひきおこすため、もっと恐ろしい事故となります。そのため２次側が低圧の変圧器には一般的に中性点接地方式が採用されています。

接地抵抗の値

接地電極と大地との間には抵抗があります。これを接地抵抗といいます。
接地抵抗の値は電気設備技術基準で下表のように定められています。

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