地球の抵抗とは何か

地球の抵抗とは何ですか？

地球の抵抗の定義

接地電極は、土壌に埋設され、電気システムの接地端子に接続された金属棒またはプレートです。これは、故障電流や落雷によるサージを地面に消散させるための低抵抗パスを提供します。また、システムの電圧を安定させ、電磁干渉を減らす役割も果たします。

接地電極は、銅、鋼、または亜鉛メッキ鉄などの導電性と耐食性が高い材料で作られます。電極のサイズ、形状、長さ、深さは、土壌条件、電流レーティング、および接地システムの具体的な用途によって異なります。

接地抵抗に影響を与える要因

地球の抵抗は主に、電極とゼロポテンシャル点（無限大の地球）との間の土壌の比抵抗によって決まります。土壌の比抵抗は、以下の要因によって影響を受けます：

• 土壌の電気伝導率：これは主に電解によって生じます。土壌中の水、塩分、その他の化学成分の濃度が伝導率を決定します。水分が多く塩分濃度が高い湿った土壌は、乾燥して塩分濃度が低い土壌よりも比抵抗が低いです。

• 土壌の化学組成：これは土壌のpH値と腐食特性に影響を与えます。酸性またはアルカリ性の土壌は、接地電極を腐食させ、抵抗を増加させます。

• 土壌粒子の粒径、均一性、充填状態：これらは土壌の孔隙率と保水能力に影響を与えます。均一に分布し、密に充填された細粒の土壌は、不規則に分布し、緩く充填された粗粒の土壌よりも比抵抗が低いです。

• 土壌の温度：これは熱膨張と凍結点に影響を与えます。高温はイオンの移動性を増加させ、土壌の伝導率を向上させます。低温は土壌中の水分を凍結させ、伝導率を低下させます。

• 地球の抵抗はまた、電極自体の抵抗と電極表面と土壌との接触抵抗にも依存します。しかし、これらの要因は通常、土壌の比抵抗に比べて無視できるほど小さいです。

接地抵抗の測定

既存のシステムにおける接地抵抗の測定には様々な方法があります。一般的な方法には以下があります：

電位降下法

この方法は、3点法または電位降下法とも呼ばれ、2つのテスト電極（電流電極と電位電極）と接地抵抗テスターが必要です。電流電極は接地電極から一定の距離に配置され、その深さに合わせます。電位電極はそれらの間に配置され、抵抗領域の外側に置きます。テスターは電流電極を通じて既知の電流を注入し、電位電極と接地電極間の電圧を測定します。接地抵抗はオームの法則を使用して計算されます：

ここでRは接地抵抗、Vは測定された電圧、Iは注入された電流です。

この方法は単純かつ正確ですが、測定前に接地電極へのすべての接続を切断する必要があります。

クランプオン法

これは誘導周波数テストまたはステークレス法とも呼ばれます。これにはテスト電極や接地電極への接続の切断は必要ありません。既存の接地電極の周りに2つのクランプを配置します。1つのクランプは電極に電圧を誘導し、もう1つのクランプは通過する電流を測定します。接地抵抗はオームの法則を使用して計算されます：

ここでRは接地抵抗、Vは誘導された電圧、Iは測定された電流です。

この方法は便利で迅速ですが、複数の電極を持つ並列接地ネットワークが必要です。

付属ロッド法

この方法では、1つのテスト電極（電流電極）と接地抵抗テスターが必要です。電流電極はワイヤーを介して接地電極に接続されます。テスターはワイヤーを通じて既知の電流を注入し、ワイヤーと接地電極間の電圧を測定します。接地抵抗はオームの法則を使用して計算されます：

ここでRは接地抵抗、Vは測定された電圧、Iは注入された電流です。

この方法では接地電極への接続を切断する必要はありませんが、ワイヤーと電流電極との良好な接触が必要です。

スターデルタ法

この方法では、既存の接地電極の周りに正三角形に配置された3つのテスト電極（電流電極）を使用します。接地抵抗テスターは各ペアのテスト電極に順番に既知の電流を注入し、各ペアのテスト電極間の電圧を順番に測定します。接地抵抗はキルヒホッフの法則を使用して計算されます：

ここでRは接地抵抗、V_AB、V_BC、V_CAは各ペアのテスト電極間の測定された電圧、Iは注入された電流です。

この方法では接地電極への接続を切断する必要はありませんが、他の方法よりも多くのテスト電極が必要です。

デッドアース法

この方法では、2つのテスト電極（電流電極）と接地抵抗テスターを直列に接続します。1つのテスト電極は既存の接地電極の近くに挿入され、もう1つのテスト電極は遠くに挿入されます。テスターは両方のテスト電極を通じて既知の電流を地面に注入し、それらの間の電圧を測定します。接地抵抗はオームの法則を使用して計算されます：

ここでRは接地抵抗、Vは測定された電圧、Iは注入された電流です。

この方法では既存の接地電極への接続を切断する必要はありませんが、両方のテスト電極間には非常に長いワイヤーが必要です。

スロープ法

この方法では、1つのテスト電極（電位電極）と接地抵抗テスターを使用します。電位電極は一定の間隔で既存の接地電極から直線に移動します。テスターは既存の接地電極を通じて既知の電流を地面に注入し、各間隔での電位電極との間の電圧を測定します。電圧対距離のグラフを作成し、電圧軸上の切片を見つけて推定します。接地抵抗はオームの法則を使用して計算されます：

ここでRは接地抵抗、V₀は電圧軸上の切片、Iは注入された電流です。

この方法では既存の接地電極への接続を切断する必要はありませんが、電位電極を直線上に移動する必要があります。

接地抵抗の改善

接地抵抗は、土壌の比抵抗を減らすことや電極表面積を増やすことで改善できます。接地抵抗を改善する一般的な方法には以下があります：

• 電極の周りに塩や他の可溶性物質を追加して、電解により土壌の伝導率を高める。

• 電極の周りに炭や他の保水性物質を追加して、年間を通じて土壌を湿らせ続ける。

• 並列に接続された複数の電極を使用して、土壌と接触する総表面積を増やす。

• より長いまたは深い電極を使用して、比抵抗が低い下層の土壌に到達する。

• 断面積が大きいまたは中空形状の電極を使用して、電極抵抗を減らす。

• 特殊なコーティングまたは合金を使用した電極を使用して、腐食を防ぎ、接触抵抗を増加させる。

接地抵抗は定期的に（年に1回または半年に1回）測定し、アプリケーションに必要な値を超えた場合は必要な措置を講じることが推奨されます。

結論

接地抵抗は、接地システムの設計と維持において重要なパラメータです。これは土壌の比抵抗、電極のサイズ、形状、深さ、材料など、様々な要因によって決まります。既存のシステムにおける接地抵抗の測定には、電位降下法、クランプオン法、付属ロッド法、スターデルタ法、デッドアース法、スロープ法など、様々な方法があります。

接地抵抗は、電極の周りに塩や炭を追加したり、複数の電極を使用したり、より長いまたは深い電極を使用したり、より大きなまたは中空の電極を使用したり、特殊なコーティングまたは合金を使用した電極を使用することによって改善できます。接地抵抗は定期的に測定し、安全性と性能のために許容範囲内に保つことが重要です。