標準のブレーカーが接地故障に対して保護しないのはなぜですか

標準ブレーカーを使用している回路で中性線が断線すると、ショックの危険性があります。これは、ブレーカーは中性線を監視または保護していないためです。標準ブレーカーの内部機構は、動作中に接地故障電流を検出するように設計されていません。標準的な回路ブレーカーは過負荷やショートサーキットに対して保護するように設計されていますが、接地故障に対しては保護しません。

標準ブレーカーはホットワイヤーの電流を監視し、電流がブレーカーの定格を超えた場合（通常は過負荷やショートサーキットによる）にトリップします。しかし、中性線が断線している場合、故障電流はグランドワイヤーを通じて電源に戻る可能性があります。これは、メインパネルで接地端子バーと中性端子バーが結合されているためです。

その結果、ブレーカーの定格容量よりも低い電流が意図しない経路を通過して回路内を流れます。ホットワイヤーには過度な電流が流れないので、ブレーカーは故障を検出せず閉鎖されたままになります。そのため、回路の一部が帯電した状態になり、ブレーカーでは対処できない隠れたショックの危険が生じます。

電気回路で最も一般的な故障は以下の通りです：
過負荷とショートサーキット

標準ブレーカーは、過負荷や直接ショートサーキット（ホットから中性またはホットからホットへの高電流故障）により引き起こされる過剰電流に対応します。これらの条件は電流の急激な増加を引き起こし、ブレーカーはこれを検出し、損傷を防ぐためにトリップします。

接地故障

接地故障は、ホットワイヤーから接地表面へ電流が漏れ、中性ワイヤーを迂回する場合に発生します（例えば、中性線が断線している場合や、ライブワイヤーが金属製の器具ケースや湿った表面に接触している場合）。接地故障は、特に少量の電流が接地に漏れる場合、標準ブレーカーをトリップさせるのに必要な高電流の急増を生成しないことがあります。この漏れ電流は、ブレーカーのトリップ閾値に達しないまま深刻なショックの危険をもたらす可能性があります。

標準ブレーカーはショートサーキットや接地故障に対してどのように反応するか？

以下に示すように、標準ブレーカーがショートサーキットや接地故障に対してどのように振る舞い、反応するかを見てみましょう。

例として、120V/240Vのメインパネルで、照明回路が120V供給の15アンプの標準ブレーカーによって制御および保護され、中性接続が失われた場合を考えます。

図に示すように、メインパネルの中性バーが利用できない場合、戻り電流は中性バーに戻ろうとします。中性バーは接地バーと結合されているため、電流がソース（通常はトランスフォーマー）に戻る唯一の経路は接地ワイヤーとなります。これにより回路が形成され、約2.4アンペアの故障電流が流れます。電球は微弱な光を放つかもしれません。

この2.4アンペアの故障電流はブレーカーの15アンペアの定格よりも低いため、トリップしません。その結果、回路はショックの危険性を呈し、すべての金属部品（機器の筐体、金属製配管、接続された装置の金属製ボディなど）が約72V ACで帯電します。

次に、中性線が失われ、ホットワイヤーが機器の金属製ボディに接触して「二重故障」が生じた場合を考えます。この場合、負荷抵抗がないためライトは消灯します。図に示すように、約4アンペアの故障電流が接地導体を通じてソースに戻ります。

再び、回路内のすべての金属部品が120V ACで帯電します。この4アンペアの故障電流はブレーカーの15アンペアの閾値未満であるため、ブレーカーはトリップしません。オペレータが機器の筐体、金属製配管、または装置の金属製ボディに触れると、深刻な感電の危険があります。

これらの危険を軽減するために、標準ブレーカーよりもGFCI（Ground Fault Circuit Interrupter）ブレーカーが推奨されます。GFCIブレーカーは、接地故障を検出し、特に中性線が断線した場合などの危険なシナリオでトリップすることで、より安全な動作を確保します。