なぜ電気では接地に帰路がないのですか

電気システムにおいて、接地（グランド）は主に故障電流を安全に大地へ導く経路を提供し、設備と人員を保護します。しかし、接地は通常の電流の帰還経路ではありません。接地と通常の帰還経路には機能と設計上の明確な違いがあるためです。以下にいくつかの重要な理由を挙げます。

1. 安全の目的

1.1 故障電流の散逸

• 故障保護：接地の主要な目的は、故障電流が迅速に大地へ流れることで低インピーダンスの経路を提供し、保護装置（例えばブレーカーやヒューズ）をトリップさせ、故障回路を切断して設備の損傷や感電を防ぐことです。

• 安全接地：設備の筐体や金属部品を接地することで、内部に故障が発生しても筐体が地電位に保たれ、人員を保護します。

2. 通常運転経路

2.1 通常の電流の帰還経路

• 中性線：通常の三相または単相システムでは、電流の帰還経路は中性線（ニュートラル）を通じて行われます。中性線は電源の中性点に接続され、閉ループを形成して電流が電源に戻るようにします。

• 設計目的：中性線は通常運転条件下での電流の円滑な流れを確保するための低インピーダンス経路を提供しており、大きな電圧降下や電流の不均衡を避けるように設計されています。

3. 電磁干渉の軽減

3.1 電磁干渉の最小化

• 信号の整合性：電子機器や制御システムでは、接地は主に電磁干渉（EMI）や無線周波数干渉（RFI）を減少させ、信号の整合性と安定性を保護するために使用されます。

• 基準点：接地は安定した基準電位を提供し、信号が外部干渉の影響を受けずに伝送されるようにします。

4. 電流の不均衡を避ける

4.1 電流バランス

• 三相システム：三相システムでは、中性線は三相間の電流を均等に配分し、過度の中性線電流による電圧降下や設備の過熱を防ぎます。

• 単相システム：単相システムでは、中性線も帰還経路として機能し、負荷と電源間に閉ループを確保します。

5. 規制と標準

5.1 法規制要件

• 電気コード：国内外の電気コードや標準（例えばNEC、IEC）は、接地と中性線の使用と設計要件を明確に規定し、電気システムの安全性と信頼性を確保しています。

• 適合：これらのコードと標準に従うことで、電気システムの適合と安全性が確保され、潜在的なリスクや事故を回避できます。

まとめ

電気システムにおける接地は主に安全保護と電磁干渉の軽減のために使用され、通常の電流の帰還経路としては使用されません。通常の電流の帰還経路は中性線によって提供され、これは通常運転条件下での安定した電流の流れを確保し、電流の不均衡や電圧降下を避けるように設計されています。接地と中性線は異なる機能と設計を持っており、両者が協調して電気システムの安全かつ安定した動作を確保します。