変電所でなぜ石や砂利、小石、砕石を使用するのか
変電所では、電力変圧器や配電変圧器、送電線、電圧変換器、電流変換器、切り離しスイッチなどの設備はすべて接地が必要です。接地の範囲を超えて、ここではなぜ砂利や砕石が変電所で一般的に使用されるのかを深く掘り下げてみましょう。これらは見た目は普通ですが、重要な安全と機能的な役割を果たしています。
変電所の接地設計—特に複数の接地方法が用いられる場合—には、敷地全体に砕石や砂利を敷くことがいくつかの重要な理由から行われます。
変電所の敷地に砂利を敷く主な目的は、接地電位上昇（GPR）つまりステップ電圧とタッチ電圧を減らすことであり、以下のように定義されます：
接地電位上昇（GPR）：変電所の接地グリッドが遠隔地の真のゼロ電位と仮定される基準点に対する最大の電気的ポテンシャル。GPRは、グリッドに入る最大の故障電流とグリッドの抵抗値の積に等しい。
ステップ電圧（Eₛ）：故障電流が接地システムに入ると、通常1メートル間隔にある2つの足の間に存在する最大の電位差。特別なケースとして、転送電圧（Etransfer）があり、これは変電所内の接地構造物と外部の遠隔地点間—通常金属構造物から地面までの1メートル距離で評価される—に現れる電圧を指す。
タッチ電圧（Eₜ）：故障電流が流れているときに、接地された金属製の構造物（例えば機器の筐体）と地面の一点との間の最大の電位差。
ショートサーキットイベント中、ステップ電圧とタッチ電圧は大幅に増加します。土壌や芝生、コンクリートなどの一般的な材料と比較して、砂利と砕石は相対的に高い抵抗率を持っています。この高い表面抵抗率は、人間の体を通る電流を制限し、電化された機器の近くでのメンテナンスまたは操作中の感電リスクを減らします。
したがって、砂利と砕石は意図的に変電所で使用され、表面層の抵抗を高めることにより、危険なステップ電圧とタッチ電圧を効果的に軽減し、接地障害時の人員の安全性を向上させます。
以下の表は、石や砂などの様々な材料の抵抗率を示しています。
| 材料 | 抵抗率 (Ω·m) |
| 粘土と飽和泥 | <100 |
| 砂質粘土と湿ったシルト | 100–250 |
| 砂質粘土と飽和砂 | 250–500 |
| 砂 | 500–1500 |
| 風化岩 | 1000–2000 |
| 砕石 | 1500–5000 |
| 砂利 | 1500–10000 |
変電所と電気スイッチヤードで石を使用する理由
以下に、他の材料ではなく石を使用する具体的な理由と要素を示します。
草やその他の雑草や小さな植物は確かに問題を引き起こす可能性があります。雨や湿度の高い条件下では、植物の成長により地面が滑りやすくなり、作業員や設備に対する潜在的な安全リスクとなります。また、乾燥した草はスイッチング操作中に発火したりショート回路を引き起こしたりし、設備や電力網の信頼性に悪影響を与える可能性があります。そのため、変電所では通常、植物の成長を制御する措置を講じて、安全かつ安定した運転を確保しています。
スイッチヤード周辺に石を使用することで、ヘビ、トカゲ、ネズミなどの小動物が変電所エリアに入ることが防げます。
砂利の表面は、スイッチヤードでの水たまりや水の滞留を防ぎ、これは高電圧設備には望ましくありません。
小石や砕石は、草や砂よりも衝撃に強く、トランスフォーマー（コアの磁気収縮によって生じる）からの振動を吸収し、地震時の動きを緩和します。
石や砂利を使用することで、表面層の抵抗値が上昇し、タッチ電圧およびステップ電圧の危険性が減少します。さらに、小さな植物や雑草の成長を抑制することで、それらが存在すると表面抵抗値が低下し、定期的なメンテナンスや運転時に感電のリスクが増加するのを防ぎます。
全体として、スイッチヤードで使用される石の素材は、作業環境を改善し、安定した運転をサポートし、既存の接地システムの効果を高め、感電から保護する機能を強化します。
