なぜ地線のサイズはホットワイヤーよりも小さいのですか

接地線のサイズに関する考慮事項

接地線のサイズは必ずしも電源線（相線またはホット線）と同じである必要はありません。ただし、その寸法は、米国のNational Electrical Code (NEC)などの電気規格で定められた規則に厳密に従う必要があります。接地線の適切なサイズを決定するためのいくつかの重要な要素があります。

長距離配線やインピーダンスを最小限に抑えることが必要な回路では、接地線のサイズを増やす必要がある場合があります。これは、長い接地線では大きな電圧降下が発生し、接地経路の抵抗が増加するためです。この問題を軽減し、電気システムの安全性と信頼性を確保するために、接地線は相線と同じサイズにすることがあります。

特定の電気設備において、エンジニアは追加の安全対策として接地線を相線と同じサイズにすることがあります。これは特に、電気障害が深刻な結果をもたらす可能性のある重要なシステムや、地元の電気規格がより厳しい要件を課す地域で一般的です。大型の接地線を使用することで、システムは故障電流をより効果的に処理でき、感電や機器損傷のリスクを低減することができます。

電気回路における接地線のサイズについて理解する

接地線が電源線よりも小さい場合

多くの電気回路において、接地線（または接地ワイヤ）は通常、相線（ホット線）や中性線よりも細いゲージを使用します。この設計選択は、いくつかの重要な要素に基づいています。

各ワイヤの機能

• 相線：このワイヤは、通常の回路動作中に全負荷電流を運ぶ役割を持ちます。接続されたデバイスや器具に電力を供給します。

• 中性線：これは電流の戻り経路として機能し、相線と同じ量の電流を電源に戻します。

接地線：主な役割は短絡や漏れ電流などの異常電流の安全な経路を提供することです。これらの異常電流を迂回させることで、機器を保護し、作業員を感電から守ります。重要なのは、接地線は回路の通常の電流運搬には関与しません。

電流運搬要件

接地線は故障状態でのみ電流を運びますので、相線のように継続的な負荷電流を扱う必要はありません。故障電流は通常、非常に短時間だけ流れ、過電流保護装置（例えばブレーカーやヒューズ）がトリップして回路を遮断するまでです。そのため、接地線はこれらの短時間の急激な電流を耐えられるように設計されています。設計により、保護装置が回路を遮断するまでの短時間の故障期間中の電流を運ぶことができます。これにより、著しい熱発生のリスクが最小限に抑えられ、コストと材料使用量を削減しながらも、必要な安全基準と性能基準を満たすことができます。接地線を過大にすると、実質的な追加の安全利益なしに不要な費用がかかります。

電圧降下の考慮事項

接地線は継続的に電流を運ばないため、設計上の電圧降下は主要な懸念事項ではありません。また、接地線は通常、比較的短い長さで設置されます。この短い長さにより、故障電流が迅速に接地され、ブレーカーがトリップしてワイヤが過熱することなく、故障電流を導くことができます。したがって、小さなサイズの接地線を使用しても、回路の性能を損なうことなく十分な機能を癎ます。

規格に基づくサイズ標準

National Electrical Code (NEC)：NECは表250.122で、設備接地導体（EGC）の最小サイズを詳細に規定しています。これらの要件は、回路を保護する過電流保護装置（ブレーカーやヒューズなど）の評価に基づいています。

国際電気技術委員会（IEC）：NECと同様に、IEC標準は接地導体の最小サイズを定義しています。ただし、IECガイドラインは通常、相線のサイズと最大予想故障電流などを考慮しています。これらのコードにより、接地線が適切なサイズになることが保証されます。小さすぎると故障時に失敗する可能性があり、大きすぎると無駄になります。

実践例

• 15アンペアのブレーカーで保護された回路の場合、ホット線は通常#12 AWGであり、接地線は少なくとも#14 AWGの銅線でなければなりません。

• 20アンペアのブレーカーの場合、ホット線は10 AWGであり、接地線は少なくとも#12 AWGの銅線でなければなりません。

• 50アンペアのブレーカーの場合、ホット線は#6 AWGであり、接地線の最小サイズは10 AWGの銅線です。

• 100アンペアのブレーカーとパネルの場合、サービスケーブルが#4 AWGの場合、接地線は少なくとも#8 AWGの銅線でなければなりません。

• 200アンペアのサービスの場合、ホット線は少なくとも#3/0 AWGであり、接地線は#4 AWGでなければなりません。

• 600アンペアなどの非常に大きなブレーカーを持つ回路では、潜在的な故障電流に対応できるように接地線を比例してサイズ調整する必要があります。

ほとんどの場合、接地線は相線よりも小さいですが、例外もあります。

接地線が電源線と同じサイズの場合

接地線が電源線と同じサイズでなければならない特定のシナリオがあります。

ボンディング導体

接地線が電気設備の金属部品を接地システムに接続するボンディング目的で使用される場合、電源線と同じサイズでなければなりません。これにより、故障電流を効果的に運ぶことができ、ボンディング接続の整合性を維持し、電気ハザードに対する信頼性のある保護を提供することができます。

大径導体

大径導体（例えば3/0 AWG以上）を使用する回路では、NECは比例して大きい接地線を要求します。これは、大容量回路に関連する高故障電流を接地システムが処理でき、電気設備の安全性を維持するためです。

特殊機器アプリケーション

太陽光発電（PV）設備などの敏感なまたは高容量の機器では、接地線を相線と同じサイズにする必要があります。このサイズ調整は、効率的な故障電流の流れを確保し、インピーダンスを最小限に抑えることで、機器と電気システム全体の安全性と性能を向上させるために必要です。

不適切な接地線サイズの影響

電気システムの接地線は、常にホット線または中性線と同じサイズである必要はありません。それは少し大きくても小さくてもかまいません。大きな接地線を使用すると、電気システムには危険はありませんが、必要な材料が増え、コストが増加します。長さが必要な場合、ジャンクションボックスを使用してワイヤを延長することができます。

実際、大きな接地線はいくつかの利点があり、特定のシナリオでは特に有益です。大きなワイヤは抵抗が低いため、電圧降下を効果的に減らし、安定した電気接続を確保します。これは特に高い電流運搬能力を必要とするシステムで重要です。電圧損失を最小限に抑えることで、大きな接地線は一貫した電気性能を維持し、システム全体の信頼性と安全性を向上させます。

一方、小さな接地線を使用すると深刻な問題が発生します。小さなワイヤは抵抗が高く、回路ブレーカーの磁気トリップ機構の正常な動作を妨げる可能性があります。これにより、故障時にはブレーカーが速やかにトリップせず、危険なレベルの電流がシステムを通過する可能性があります。さらに、小さな接地線は過度の故障電流を処理できない場合があり、過熱を引き起こします。極端な場合には、この過熱によってワイヤが溶け、重大な火災の危険となり、財産と人命を危険にさらす可能性があります。

電気システムの安全性と最適な性能を確保するためには、適切なサイズの接地線を使用することが不可欠です。例えば、150フィートの走行距離を持つ標準的な100アンペアサービスでは、通常8 AWG（アメリカンワイヤゲージ）の接地線が推奨されます。これらのサイズガイドラインに従うことで、電気ハザードから保護し、接地システムが効果的に機能し、故障時の信頼性ある保護を提供することができます。