セキュリティシステムの安全性設計における「シングルポイントグランド」原則

1.「シングルポイント接地」の基本概念

シングルポイント接地とは、主システムホストが一点のみで接地され、すべてのリモートデバイス（カメラやその他の機器を含む）は電気的に絶縁された状態で保たれる構成を指します。具体的には、「シングルポイント接地」とは、直接電気的に接続されている「システム」において、中央集約点（つまり、主システムホストまたはサブシステムホスト）が一点のみで接地されるべきであることを意味します。

例えば、光ファイバ伝送システムでは：フロントエンドのマルチチャンネル光送信機がサブシステムホストとして機能します。これらの筐体は一点で接地されますが、これらにケーブルで接続されたすべてのカメラは絶縁されたままでなければなりません。これが直接電気的に接続されたシステムにおける「シングルポイント接地」です。バックエンドの主システムホストの接地はこれを代替することはできません。なぜなら、光ファイバーは両端間で電気的絶縁を提供するからです。

2. 「シングルポイント接地」のエンジニアリング要件

主ホストは一点で接地され、システム内のすべてのリモート機器は地に対して浮遊状態でなければなりません。システム内で生成された静電気は、ホストの接地点を通じて放電され、地との静電位を維持し、運用上の安全性を確保します。

シングルポイント接地を実装した後、システムの「接地電位」とは、システムが地のゼロ電位に対する電位—具体的には、システムの接地点での電位を指します。

セキュリティ業界のフォーラムでは、いくつかの所謂「専門的な雷保護」推進者は、ケーブル上の雷誘導起電力（EMF）を「過電圧」または「高電位」と表現し、「ケーブルの両端でサージプロテクタを接地することで、両端を同じ電位に固定できる」と主張しています。

しかし、高周波解析によれば、ケーブル上の交流誘導起電力について、サージプロテクタの接地抵抗がゼロで両端の接地電位が等しいとしても、両端の電圧制限型サージプロテクタの制限電圧は常に「大きさが等しく、極性が逆」になります。真の等電位状態は全く存在しません。さらに、「接地への放電パス」にはケーブルと接地導体の合計の交流/直流インピーダンス、および接地抵抗自体が含まれます。このような構成での「効果的な雷電流の迂回」は幻想に過ぎません。

雷誘導起電力は地に関係ありません。地に電流を放出する問題はありません。「シングルポイント接地」はシステム内の静電気を放出することだけを目的としており、低接地抵抗や専用の接地グリッドは必要ありません。これは大電流を処理するために設計された従来の避雷針接地、電力システム接地、またはサージプロテクタ接地とは根本的に異なります。建物の鉄筋や水道管に普通のワイヤーで単純に接続するだけで十分です。

3. 「シングルポイント接地」の合理性分析

「シングルポイント接地」はすべての接地ループを排除し、「雷誘導接地電位」および「電力網接地電位」が低電圧電子システムに侵入する経路を効果的にブロックします。これは雷保護、サージ抑制、干渉防止の最も効果的な基礎技術です。

一方、多点接地は接地電位干渉、電力網サージ、および雷反撃電圧を導入します。セキュリティ工学の多くの実例が、多点接地がセキュリティ機器と雷保護装置の破壊につながることを確認しています。

セキュリティシステムにおける「シングルポイント接地」は、誘導雷保護だけでなく、そのようなシステムの適切な雷保護設計の基本原則であり、必須の前提条件です。

直撃雷は、システムの一部が接地して放電されることを依存したり、すべきではありません。誘導雷保護は、保護回路が機器ポートの誘導電圧を機器の「最大安全電圧」以下に抑えることを要求します。このような保護回路は地に接続する必要はありません。

「シングルポイント接地」により、システム全体が接地点と同じ電位で浮遊します。広域情報システムにとって、理論的にも実際的にも、多点接地を作りながら「等電位結合」を達成することは不可能です。

「シングルポイント接地」の安全設計原則に従うことで、「接地に基づく雷保護」の誤解に惑わされず、複雑な接地システムへの不要な投資を防ぐことができます。