接地方法

接地方法と接地マット

電気システムでは、ワイヤーやストリップによる接地、ロッド接地、パイプ接地、プレート接地、水道管を介した接地など、複数の接地方法が利用可能です。これらのうち、最も一般的に使用されるのはパイプ接地とプレート接地で、以下で詳しく説明します。

接地マット

接地マットは、複数のロッドを銅製導体で接続して構成されます。この構成により、全体的な接地抵抗が効果的に低減され、地表面電位の制限に重要な役割を果たします。特に大容量の故障電流が予想される場所に適しています。接地マットの設計には、いくつかの重要な要素を慎重に考慮する必要があります。

安全上の考慮事項

故障状態下では、地面と地表面との間の電圧差が、電気システムの非電流伝導性表面に接触する可能性のある人々にとって危険ではないレベルに保つ必要があります。これにより、電気設備の周囲や近くで作業する従業員の安全が確保されます。

保護継電器の動作

接地マットは、保護継電器をトリガーするのに十分な大きさの中断なしの故障電流を処理できる必要があります。低い接地抵抗は、故障電流がマットを通って自由に流れることを可能にし、保護継電器が迅速に動作して故障部位を隔離することを可能にします。

致命的な電流の防止

接地マットの抵抗は、生体に致命的な電流が流れないように慎重に設計する必要があります。これは、人命を保護するための基本的な安全要件です。

ステップ電圧の制限

接地マットの設計は、一定距離離れた地表面の2点間の電位差であるステップ電圧が許容値以下に保たれるようにする必要があります。この許容値は、土壌の比抵抗や故障条件など、さまざまな要因によって異なります。ステップ電圧を安全な範囲内に保つことで、接地された設備の近くを歩く人々に対する感電のリスクが最小限に抑えられます。

接地電極
接地電極とは、水平または垂直に地中に挿入されるワイヤー、ロッド、パイプ、プレート、または導体の集まりを指します。電力配電システムでは、接地電極として一般的に使用されるのは長さ約1メートルの垂直に地中に打ち込まれるロッドです。このシンプルながら効果的な設計により、電気システムと大地との間に信頼性の高い接続が確立され、故障電流の安全な散逸が可能になります。

一方、発電変電所では、個別のロッドに依存する代わりに、接地マットがよく使用されます。接地マットは、複数の導体を相互接続してネットワークを形成します。このアプローチは、単一の電極を使用するよりも多くの利点があります。接地マットの大きな表面積と相互接続性により、全体的な抵抗が低くなり、より高い故障電流を効果的に処理できます。また、変電所エリア全体での電位分布をより均等にすることで、危険なステップ電圧やタッチ電圧による従業員や設備への脅威を軽減します。

パイプ接地
同じ土壌条件と湿度条件下で適用可能な様々な接地方法の中でも、パイプ接地は最も一般的かつ効果的なシステムの一つです。この方法では、長さと直径が認定された仕様に準拠した穴あきメッキ鋼管が、常に湿った土壌に垂直に設置されます。

パイプのサイズ選択は非常に重要であり、接地システムが必要とする電流の大きさと土壌の特性によって決定されます。高い故障電流を処理するためには、直径が大きいパイプまたは長いパイプが必要となる場合があります。異なる土壌タイプは異なる電気抵抗を持ちます。例えば、抵抗が高い土壌では、望ましい低抵抗接続を達成するために、より大きなサイズのパイプが必要となる場合があります。この精密なサイズ設定により、パイプ接地システムの信頼性と安全性が確保され、幅広い電気設備で好まれています。

パイプ接地の場合、標準的な慣行では、土壌条件に応じて特定の寸法が指定されています。通常、普通の土壌では直径40 mm、長さ2.5 mのパイプが使用されます。しかし、乾燥した岩盤が多い土壌では、効果的な接地を確保するために長いパイプが必要です。パイプが埋設される深さは、土壌の水分量に関連しており、より湿った環境ほど電気伝導性が高くなります。

一般的な設置では、パイプは深さ3.75 mに配置されます。パフォーマンスを向上させるために、パイプの底にはコールや炭を約15 cm離して配置します。コールと塩の層を交互に使用し、それぞれ異なる目的を果たします。コールは大地との有効接触面積を増やし、塩は接地抵抗を低減します。これらにより、接地システムの効率が最適化されます。
さらに、直径19 mm、長さ1.25 m以上の追加のパイプを、ガラバリウム（GI）パイプの上部にリデューシングソケットで接続します。この二次パイプは、特に悪天候時のシステム機能維持に重要な役割を果たします。

夏場には、土壌の水分量が自然に減少し、接地抵抗が増加します。これを防ぐために、一定の水量を確保するためのコンクリート構造物が建設されます。効果的な接地を維持するため、19 mm径のパイプに取り付けられたファンネルから3〜4バケツの水を注ぎます。このパイプは主なGIパイプに接続されています。故障電流を安全に伝導するのに十分な断面積を持つGIワイヤーやGIストリップワイヤーを、地面から約60 cmの深さに埋設された12 mm径のGIパイプを通します。
プレート接地
プレート接地は、接地プレートを地中に埋設する方法です。プレートは、銅製（寸法：60 cm × 60 cm × 3 mm）またはガラバリウム製（寸法：60 cm × 60 cm × 6 mm）で作られます。プレートは垂直に配置され、その上部が地面から少なくとも3 mの深さにあります。この深さは、プレートが土壌と十分な接触を保ち、故障時に電流を安全に散逸させるために重要です。

プレート接地
プレート接地を実施する際、接地プレートはコールと塩の補助層に挿入され、これらの層の厚さは最小15 cmです。この組み合わせにより、プレート周辺の土壌抵抗が低減され、接地システムの効果が向上します。接地ワイヤーは、ガラバリウム（GI）または銅製で、ナットとボルトを使って接地プレートにしっかりと固定されます。銅の優れた電気伝導性にもかかわらず、コストが高いため、接地には通常、GI材料が使用されます。
水道管を介した接地
水道管を介した接地は、電気を大地に接続するもう一つの方法です。この方法では、GIまたは銅製ワイヤーを水道管に接続します。接続は鋼製の束ね線で固定され、銅製のリードに結びつけられます。この方法は、水道管の広範な金属ネットワークを利用し、良好な接地を提供します。ただし、この接地方法は関連する安全規則と配管コードに準拠する必要があります。

水道管は通常、金属製で地中に埋設されており、直接大地に接続されています。故障時には、接地用のGIまたは銅製ワイヤーを通る電流が、水道管を経由して大地に流されます。これにより、故障電流の散逸に便利かつ効果的な経路が提供されます。