電気交流：【毎週一問】2011年第19週　接地抵抗値はどのように決定されるのか？

5 接地接続方法と接地抵抗の要求　　5.0。1　計器、PLC、DCS、コンピュータシステムなどの電子機器の保護接地は、工場内の電気系統の接地網に接続し、接地抵抗は4Ω未満とする。 　　5．0．2 計器、PLC、DCS、コンピュータシステムなどの電子機器の作業接地（信号回路接地、シールド接地）は、以下の2つの方法で行うことができる。　　5．0．2．1 工場内の電気系統の接地網の接地抵抗値が4Ω未満であり、計器システムの要件を満たし、かつ計器メーカーから特別な要求がない場合は、直接工場内の電気系統の接地網に接続することができる； 　　5.0.2.2 工場の電気システムのアース網のアース抵抗値が大きい場合、または計測器メーカーから特別な要求がある場合には、計測器用の独立したアースシステムを設置しなければならず、そのアース抵抗値は4Ω未満でなければならない（または計測器メーカーの要求に従う）。 　　5.0.3 一般に、計装回路およびシステムには、信号回路の接地点は1つだけでなければならない。変圧器結合型アイソレータや光電結合型アイソレータを使用する場合、アイソレータの両側にもそれぞれ信号回路の接地点を設けることができる。 　　5.0.4 送信信号用導線のシールド層は、計器盤（キャビネット）の接地端子または接地バスに接続して接地しなければならず、浮遊状態や重複接地してはならない。 　　5.0.5 本質的安全計装システムのジーナ型セーフガード接地システムは、独立して設置することが望ましく、接地抵抗は1Ω未満でなければならない。本質安全計装システムのアース極は独立して維持されるべきであり、かつ工場内の電気システムのアース網または他の計装システムのアース網との距離は5.0m未満であってはならない。 　　5.0.6 制御室側の計測器システム用の雷保護装置（サージプロテクター）の接地について、既存の計測器システムの接地抵抗値が1Ω以下である場合は、計測器の保護接地および作業接地と同じ接地極を共用することができる；そうでない場合は、計測機器システムの雷保護（サージプロテクタ）用接地の接地抵抗値が1Ω以下になるよう、独立した接地系統を設置する必要がある。 　　5.0.7 現場変送器の雷保護（サージプロテクタ）用接地は、計器本体を既に接地されている金属製ケーブル管に接続するなどの方法で実現できる。

上の意見に賛成です！補足すると、電気システムのさまざまな接地方式や現地の土壌環境に応じて柔軟に設定することができます

返信 1# czywqa 1.接地の意義を正しく理解する 1．1「地」の定義 「地」とは電気工学における電位の基準点であり（多くの場合、ゼロ電位として扱われる）。電気工学には電力工学と電子工学が含まれます。 “「地」は大地（Earth）であり、「点」のスケールは三次元の地球である；“「地」は回路内のある一点（Ground）でもあり、そのスケールは有限な導体面、線、点である。 電位基準点とは電位の基準となる点で、変圧器の中性点のように電力系統内のある点であっても構いません；直流電源の正極、負極、またはその中間のどこかでもよい。 1．2 接地の役割 接地は、通常、システム接地と保護接地に分けられる。機能的接地と保護的接地に分かれるものがあります。保護も一種の機能なので、前者の分類の方がより正確である。システムのアースは、変圧器の中性点アースや信号の交流時の共通電位基準点など、システムが安定して動作するためのものです。保護用アースには、電源の接地故障保護、静電気アース、シールドアース、雷保護アースなどがあります。また、上記の2つの機能を兼ね備えたアースもあります。接地は電気工学において不可欠な措置です。 1.3 接地方式　接地には、避雷導線や変圧器の中性点接地など、直接大地に接続されるものがある；一部はインピーダンス素子を介して接地体に接続されるもので、抵抗やリアクトル、アーク消去コイルなどを通じて接地される。また、一部の「グラウンド」は大地と接続されていないものもあり、例えば一部の電子機器の信号グラウンド（主にアナログ信号）は大地と接続されないことが多く、この場合を浮遊グラウンドと呼ぶ。 2．接地抵抗は工学用語であり、「測定不可能」というのは誤りである。2.1 接地抵抗値は接地システムの性能を示す基本的な定量的指標である。接地は電気工学における重要な技術的対策であり、接地システムの検査は必要である。接地抵抗は、接地システムの性能を評価するために最も一般的に用いられる、最も重要な基本的な定量的指標です。非直流系統では接地インピーダンスを用いる方がより正確だが、その測定は比較的困難である。 2.2 接地抵抗の定義 接地抵抗の定義には様々なものがある。例えば、接地抵抗とは、接地体の地への抵抗と接地導線の抵抗の合計であり、その値は接地装置の地への電圧と、接地体を通って地中に流れる電流の比に等しい（辞海）；工頻接地抵抗とは、工頻電流が接地装置を流れる際に、接地極と遠方の大地との間の抵抗のことであり、その値は接地装置の遠方の大地に対する電圧と、接地極を通って地中に流れる電流との比率に等しい（GB/T19663-2005）；接地極と電位がゼロの遠方接地極間のオームの法則；接地極に接地電流Iが流れると、接地極の電位は接地電流が流れ込む前の電位よりもUだけ上昇し、U/Iを接地極の接地抵抗とする（日本）。通常の接地インピーダンスは接地電圧のピーク値と接地電流のピーク値の比であり、通常は同時には発生しない。接地端子電圧とは、接地装置と遠方の大地との間の電位差である（1EC62305-3）など。 純粋な物理学の観点から見ると、上記の定義はいずれも厳密ではない。定義はすべて「遠方」と関連している。遠方とはどこか？また、定義される値は抵抗だけでなく、接地インピーダンスであるべきだ。それにもかかわらず、「接地抵抗」という言葉は世界で100年以上も使われており、今もなお使用され続けている。その理由は、接地抵抗が純粋な物理的概念ではなく、工学的用語だからです。 2.3 接地抵抗は工学用語の範疇に属する。電気工学においては、多くの場合で接地インダクタンスやキャパシタンスの影響を無視し、接地インピーダンスの代わりに接地抵抗を用いることができる。通常、接地極から20～40m離れた地点以降を遠方の零電位点と呼び、その計算誤差は工学的な要求を満たすことができる。例えば、接地抵抗は電源の接地故障保護の計算に頻繁に用いられ、実践においてその有効性が証明されている。 工頻接地抵抗の測定は簡便；雷放電の主要なスペクトルにおいては、インパルス抵抗という用語が使われ、工頻接地抵抗からも容易に換算することができる。地抵抗の定義の不厳密さは、工学的には許容できる。接地抵抗という用語が電気工学で広く使われていることは、疑う余地がない。 2.4 接地抵抗の「測定不能論」は工事建設に有害である 工程実践において、接地抵抗の測定にはいくつか問題が生じてきた。一つ目は、異なるタイプの機器を用いて同じ場所でテストした結果が異なることです；二つ目は、同じ計測器で異なる方向に測定した結果が異なることです。 第一のケースが生じる原因としては、機器がすべて認証を受けているかどうか、操作が正しいかどうかなどが考えられます；異なる計測器の測定原理の設計と測定対象の特性との適合性の違い；異なる計測器は、土壌中の雑散電流に対する感度が異なる；最初の測定後、土壌の化学的・物理的構造に可逆的または短期的に不可逆的な変化が生じ、別の機器で測定すると土壌の状態はすでに変化していた。第二のケースが生じる原因としては、計測器の電流極や電圧極が、地下配管の配置によって異なる方向から影響を受けることが考えられます；各方向の土壌の物理的・化学的構造は必ずしも完全に同じとは限らない；各測定が土壌の化学構造に与える影響にも違いがあるなどです。 測定で生じる差異は、計器の校正や適切な統計的手法によって処理することができ、接地抵抗も測定可能であり、その精度は工学的な要求を満たしている。これは、国内外の数多くの工学的実践によって証明されている。接地抵抗の「測定不能論」は思考を混乱させて途方に暮れさせ、原因究明への自信を失わせるため、工事建設にとって不利である。接地抵抗の「測定不能論」は捨て去るべきである。 3．接地抵抗値の決定には根拠が必要であり、経済的効果も考慮しなければならない。接地抵抗値の定量的な要求には、定量的な計算式による算出が根拠となる。 3.1 接地抵抗値は接地電流と密接に関連している。接地インピーダンスは、接地電流の大きさおよび周波数に依存する。周波数が低い場合、抵抗がインピーダンスの主要な成分となる。 3.2 工業用周波数電源システムの接地抵抗 低圧配電システムの接地抵抗Rは、電源の接地電流に依存し、（一般的な環境下で）機器の露出した導電部に生じる接触電圧が50V未満になるように、接地電流を制限する必要がある。TN方式において誘導抵抗を無視する場合、Rは満たされなければならない≤

2#および4#では機器や設備のアースについて言及されておらず、この種のアース抵抗は可燃性・爆発性のある場所での静電気アースに該当する。 GB50028-93「都市ガス設計規範」第6.10.2条によると、避雷接地装置の衝撃接地抵抗は10Ω未満でなければならない。第6.10.3条：静電接地体の接地抵抗は100Ω未満でなければならない。第7.2.31条：建物が避雷帯の外にある場合、放散管の導線は接地されなければならず、接地抵抗は10Ω未満でなければならない。常用用語は以下の通りである：1) 地　慣例により任意の点の電位をゼロとする大地または導電性物質。 　　2) 接地　大量の電荷を供給または受け取ることができる物体（地面、船舶、輸送機器の金属製外殻など）に電気的に接続すること。 　　3）（静電気）アースング　金属導体を（アース極を介して）大地と電気的に接続し、金属導体の電位を大地の電位に近づける措置。 　　3) 接地　　a、直接接地するか、低インピーダンスを介して同じ地点に接続する。 　　b、抵抗（インピーダンス）が非常に小さいかほぼゼロの導線またはその他の導体を介して接地する。 　　5) ソフトアース　十分なインピーダンスによるアースを行い、電流を人体が安全とみなされるレベル（通常は5mA以下）に抑える。ソフトグラウンドに必要なインピーダンスは、接地点に近い人が接触する可能性のある電圧レベルによって決まります。 　　6) 直接接地　金属体を大地と導電的に接続する接地方法。 　　7) 間接接地　金属以外の物体を静電気的に接地させるため、その表面の全体または一部を接地された金属体に密着させる接地方法。 　　8) 静電放電アース装置　静電放電防護エリア内で、この装置に接続されたデバイスがない部分をアースするための共通装置です。 　　9) 接地基準面　　電位が共通の基準電位として用いられる、平らな導電性表面。 　　10) 静電アース接続システム　帯電体上の電荷が大地へ漏れ出し、消散するための外部導出経路。

2 保護接地 2.0.1 電気計器や自動制御装置の金属製ケース、また通常は帯電していない金属部品が、絶縁破壊により危険な電圧を帯びる可能性がある場合には、すべて保護接地を行うべきである。 それらには、ダッシュボード、計器キャビネット、計器ボックス、PLCおよびDCSキャビネット、オペレーションステーションおよび補助機器、電源盤、電源ボックス、接続箱、ケーブルトレイ、ケーブルパレット、配線管、被覆ケーブルの被覆層などが含まれます。 2.0.2 24Vまたはそれ未満の電圧で動作する現場計器、トランスミッタ、現地スイッチなどは、特別な要求がない限り、保護接地を行う必要はない。 2.0.3 爆発危険場所以外に設置される金属製ダッシュボード上のボタン、信号灯、リレーなどの小型低圧電気機器の金属製ケースは、接地された金属製ダッシュボードフレームと良好に電気的に接続されている場合、保護接地を行う必要はない。 3 作業アース 3.0.1 計器、PLC、DCS、コンピュータシステムなどは、作業アースを設けるべきである。作業接地には、信号回路接地、シールド接地、本質的安全計装システム接地が含まれます。 3.0.2 計器、PLC、DCS、コンピュータシステムなどの電子機器において、統一された基準電位を設定する必要がある場合は、信号回路のアースを行うべきである。 3.0.3 PLC、DCS、コンピュータシステムとアナログ計器を併用する場合、アナログシステムとデジタルシステムの両方に共通の信号回路の接地点を設けなければならない。 3.0.4 計装システムにおいて電磁干渉を低減するための部品（ケーブルのシールド層、アース線、計器上のシールドアース端子など）は、シールドアースを行うべきである。信号源自体が接地されている場合を除き、シールドの接地は制御室側で行うべきである。 3.0.5 インセンシティブセーフティ計装システムにおいて接地が必要なインセンシティブ関連機器は、計装メーカーの要求に従って確実に接地しなければならない。 3.0.6 インヒビッドセーフティ計装システムの信号回路アースおよびシールドアースは、アースバスを介してインヒビッドセーフティアースに接続することができる。 4 計装システムの雷保護接地 4.0.1 多くの雷が降る地域や強い雷が降る地域にある石油化学プラントでは、制御室内のPLC、DCS、コンピュータシステムの計装用ケーブルが接続される部分、および現場の計装機器にサージプロテクターが設置されている場合、そのサージプロテクターを用いて計装システムの雷保護接地を行うべきである。 4.0.2 強い雷が頻繁に発生する地域で、屋外に架設され、金属製のケーブルトレイや管の中に収められていない多芯ケーブルの場合、予備の芯は避雷用の接地として使用することが望ましい。 5 接地接続方法および接地抵抗要件 5.0。1 指示計、PLC、DCS、コンピュータシステムなどの電子機器の保護接地は、工場内の電気系統の接地網に接続し、接地抵抗は4Ω未満とする。 5．0．2 計器、PLC、DCS、コンピュータシステムなどの電子機器の作業接地（信号回路接地、シールド接地）は、以下の2つの方法で行うことができる：5．0．2．1 工場内の電気系統の接地網の接地抵抗値が4Ω未満であり、かつ計器システムの要求を満たし、かつ計器メーカーから特別な要求がない場合は、直接工場内の電気系統の接地網に接続することができる； 5.0.2.2 工場の電気システムのアース網のアース抵抗値が大きい場合、または計測器メーカーから特別な要求がある場合には、計測器用の独立したアースシステムを設置しなければならず、そのアース抵抗値は4Ω未満でなければならない（または計測器メーカーの要求に従う）。 5.0.3 一般に、計装回路およびシステムには、信号回路の接地点は1つだけでなければならない。変圧器結合型アイソレータや光電結合型アイソレータを使用する場合、アイソレータの両側にもそれぞれ信号回路の接地点を設けることができる。 5.0.4 送信信号用導線のシールド層は、計器盤（キャビネット）の接地端子または接地バスに接続して接地しなければならず、浮遊状態や重複接地してはならない。 5.0.5 本質的安全計装システムのジーナ型セーフガード接地システムは、独立して設置することが望ましく、接地抵抗は1Ω未満でなければならない。本質安全計装システムのアース極は独立して維持されるべきであり、かつ工場内の電気システムのアース網または他の計装システムのアース網との距離は5.0m未満であってはならない。 5.0.6 制御室側の計測器システム用の雷保護装置（サージプロテクター）の接地について、既存の計測器システムの接地抵抗値が1Ω以下である場合は、計測器の保護接地および作業接地と同じ接地極を共用することができる；そうでない場合は、計測機器システムの雷保護（サージプロテクタ）用接地の接地抵抗値が1Ω以下になるよう、独立した接地系統を設置する必要がある。 5.0.7 現場変送器の雷保護（サージプロテクタ）用接地は、計器本体を既に接地されている金属製ケーブル管に接続するなどの方法で実現できる。 電気アース：電気機器が正常に動作し、人の安全を確保するために取られる電気的安全対策である。アースは金属線を介してアース装置に接続することによって実現される。アース装置は、電気機器やその他の生産設備から発生しうる漏れ電流、静電気、雷電流などを地下に導き、感電や火災、爆発などの事故を防ぐ。アース装置はアース体とアース線で構成される。土壌に直接接する金属導体をアース体と呼び、電気機器のアース点とアース体を接続する金属導体をアース線と呼ぶ。アース体には自然アース体と人工アース体の2種類がある。自然アース体には、①地下に埋設された水道管やその他の金属管（液体燃料や可燃性・爆発性ガスの管は除く）、②金属製の井戸管、③建築物や構造物が大地に接する部分や水中の金属構造、④建築物の鉄筋コンクリート基礎などがある。人工アース体には、垂直に埋設される角鋼、丸鋼、鋼管、または水平に埋設される丸鋼、扁平鋼などが用いられる。土壌が強い腐食性を持つ場合は、アース体の表面に錫メッキや熱亜鉛メッキを施し、断面積を適切に大きくする必要がある。水平アース体には一般的に直径8～10ミリメートルの丸鋼が使用される。垂直アース体の鋼管の長さは一般的に2～3メートルで、外径は35～50ミリメートル、角鋼のサイズは一般的に40×40×4または50×50×4ミリメートルである。人工アース体の先端は地面下0.5～1.5メートルの位置に埋める。この深さ以下では、土壌の電気伝導度は季節の影響をあまり受けず、アース抵抗が安定し、外部からの破壊も受けにくい。アース抵抗とは、一般的にアース体上の工頻交流または直流電圧と、アース体を通って地下に流れる電流の比率を指す。雷電流の衝撃を散逸させる際のアース抵抗は、電圧のピーク値と電流のピーク値の比率であり、これを衝撃アース抵抗と呼ぶ。アース抵抗は主に、地下で電流が流れる経路における土壌の抵抗である。アース体と土壌の接触抵抗やアース体自体の抵抗は無視できるほど小さい。送電網でアース短絡が発生した場合、短絡電流IDはアース体を通って大地にほぼ半球形に広がっていく（アース体の近傍は半球形ではなく、電流の分布はアース体の形状によって異なる）。図には電流に垂直な等位線が描かれており、アース体に近いほど等位線の電位は高くなる。球面積は半径の二乗に比例するため、電流が流れる断面積はアース体から離れるにつれて急速に大きくなる。抵抗は電流が流れる断面積に反比例するため、同じ半球面積に対応する土壌抵抗もアース体から離れるにつれて急速に小さくなる。一般的に、アース装置が電流を散逸させる場合、単一のアース体から20メートル離れた位置の電位は実質的にゼロ電位に近づく。アース抵抗の値は、土壌の電気伝導度、アース体の形状、サイズ、配置方法、電流の周波数などの要因によって決まる。通常、アース抵抗の値の要求に基づいて、埋設すべきアース体の形状、サイズ、数量、および配置方法が決定される。土壌の抵抗率が高い地域（例えば山岳地帯）では、金属材料を節約するために、土壌の電気伝導度を向上させる措置を講じることができる。例えば、アース体周辺の土壌に電気伝導度の高い物質を充填したり、アース体周辺に抵抗低減剤（水や強誘電体を含む硬化樹脂）を塗布するなどして、アース抵抗の値を下げることができる。アース体に雷電流が流れ込むと、雷電流の振幅が非常に大きいため、アース体上の電位が非常に高くなり、アース体周辺の土壌で強烈なスパーク放電が発生し、土壌の電気伝導度が相応に上昇し、これによって散流抵抗が低下することになる。