接地システムに関する包括的なガイド

接地システム（グラウンドシステムとも呼ばれる）は、電力システムの特定の部分を地球の導電性表面に接続することで、安全と機能的な目的を達成します。接地システムの選択は、設置の安全性と電磁適合性に影響を与えます。各国の接地システムに関する規制は異なりますが、多くの国が国際電気標準会議（IEC）の推奨事項に従っています。この記事では、異なるタイプの接地システム、その長所と短所、および設計と設置方法について説明します。

接地システムとは？

接地システムは、故障または不具合時に電流が地面に流れることを可能にする低抵抗パスを提供する一連の導体と電極を定義します。これは以下の理由で重要です：

• 機器の保護：接地システムは、過電圧やショート回路状況による電気機器の損傷から保護します。また、近隣の落雷やスイッチング操作によって引き起こされる静電気の蓄積や電力サージも防止します。

• 人の保護：接地システムは、電気設置の露出金属部品が地球と同じ電位になることを確保することで、感電危険を防ぎます。また、障害発生時に供給を切断できるような保護装置（例えば、ブレーカーや残留電流デバイス（RCD））の動作を促進します。

• 基準点：接地システムは、電気回路と機器に地球に対する安全な電圧レベルで動作するための基準点を提供します。これにより、負荷で使用されない電気エネルギーは安全に地球に散逸されます。

接地システムの種類

BS 7671には、TN-S、TN-C-S、TT、TN-C、ITの5つのタイプの接地システムがリストされています。文字TとNは次の意味を持ちます：

• T = 地球（フランス語のTerreから）

• N = 中性線

文字S、C、Iは次の意味を持ちます：

• S = 別々

• C = 結合

• I = 分離

接地システムのタイプは、エネルギー源（トランスフォーマーや発電機など）が地球にどのように接続されているか、および消費者の接地端子がソースまたは地元の接地電極にどのように接続されているかによって決定されます。

TN-S システム

図1に示すTN-Sシステムでは、エネルギー源の中性線は、ソースに最も近い場所で地球に一点のみ接続されます。消費者の接地端子は通常、配電者のサービスケーブルの金属製シースまたはアーマーに接続されます。

図1: TN-S システム

TN-Sシステムの利点は以下の通りです：

• 故障電流に対して低インピーダンスパスを提供し、保護装置の迅速な動作を確実にします。

• 消費者の敷地内での中性線と接地間の潜在差を避けることができます。

• 共通モード電流による電磁干渉のリスクを減らします。

TN-Sシステムの欠点は以下の通りです：

• 供給導体と共に保護導体（PE）が必要となり、配線のコストと複雑さが増加します。

• サービスケーブルの金属製シースまたはアーマーの腐食や損傷により、その効果が損なわれる可能性があります。

TN-C-S システム

図2に示すTN-C-Sシステムでは、配電主線の供給中性線がソースと途中のいくつかの場所で地球に接続されています。これは通常、保護多重接地（PME）と呼ばれます。この配置では、配電者の中性線が消費者の設置における障害電流を安全にソースに戻すためにも使用されます。これを達成するために、配電者は入ってくる中性導体にリンクされた消費者の接地端子を提供します。

図2: TN-C-S システム

TN-C-Sシステムの利点は以下の通りです：

• 供給に必要な導体の数が減少し、配線のコストと複雑さが低下します。

• 故障電流に対して低インピーダンスパスを提供し、保護装置の迅速な動作を確実にします。

• 消費者の敷地内での中性線と接地間の潜在差を避けることができます。

TN-C-Sシステムの欠点は以下の通りです：

• 中性線の2つの接地点間で中性線が断線すると、露出金属部品の接触電圧が上昇し、感電のリスクが生じる可能性があります。

• 異なるポイントで接地されている金属パイプや構造物に不要な電流が流れ、腐食や干渉が生じる可能性があります。

TT システム

図3に示すTTシステムでは、ソースと消費者の設置が別々の接地電極を通じて地球に接続されています。これらの電極間に直接的な接続はありません。このタイプの接地システムは、三相および単相の設置に適用できます。

図3: TT システム

TTシステムの利点は以下の通りです：

• 中性線の断線やライブ導体と接地された金属部品との接触による感電のリスクがありません。

• 異なるポイントで接地されている金属パイプや構造物に不要な電流が流れることを避けることができます。

• 接地電極の位置とタイプを選択する柔軟性があります。

TTシステムの欠点は以下の通りです：

• 各設置に有効な局所接地電極が必要であり、土壌条件やスペースの可用性によって難しく、コストがかかります。

• 障害発生時の信頼性のある切断を確保するため、RCDや電圧動作型ELCBなどの追加保護装置が必要です。

• 接地ループインピーダンスが高いことにより、露出金属部品の接触電圧が高くなる可能性があります。

TN-C システム

図4に示すTN-Cシステムでは、中性線と保護機能がシステム全体で1つの導体に結合されています。この導体はPEN（保護地中性線）と呼ばれます。消費者の接地端子はこの導体に直接接続されます。

図4: TN-C システム

TN-Cシステムの利点は以下の通りです：

• 供給に必要な導体の数が減少し、配線のコストと複雑さが低下します。

• 故障電流に対して低インピーダンスパスを提供し、保護装置の迅速な動作を確実にします。

TN-Cシステムの欠点は以下の通りです：

• PEN導体が断線したり、絶縁不良によりライブ部品と接触すると、感電のリスクが生じます。

• 異なるポイントでPENに接続されている金属パイプや構造物に不要な電流が流れ、腐食や干渉が生じる可能性があります。

• 他の接地された金属部品と同時にアクセス可能な露出金属部品を持つ器具を接続する際に特別な注意が必要です。

IT システム

図5に示すITシステムでは、ソースが地球から孤立しているか、またはインピーダンス（例えば、抵抗またはインダクタ）を通じて地球に接続されています。消費者の設置は、一つ以上の局所接地電極を通じて地球に接続されます。これらの電極はソースと直接接続されていません。