技術基準では電気設備の接地について、異常時の電位上昇、高電圧の侵入等による感電、火災等を防ぐため必要な箇所に地絡電流が確実の流れるように接地することが定められている(第10、11条)。

　接地工事の種類と接地抵抗値、主な接地箇所については技術基準の解釈で第1表のように定めている(第17、24、28、29条)。

　第1表　各種接地工事の規定

　線路にはそれぞれの電線と大地間に静電容量C_sがあるので、非接地方式でも1線路が地絡すると単相の場合は第1図、三相の場合は第2図のようにC_sを通して地絡電流I₀が発生します。このI₀を容易に計算する方法のポイントを解説する。

(1)　単相2線式

　第1図( a )から電源電圧V、無負荷とすると、I₀は第1図( b )のように流れるので、

　　I₀=V/(1/ωC_s)=ωC_s V (1)

　鳳・テブナンの法則を用いると対地電圧はそれぞれのC_sに1/2ずつ電圧が加わるので

　第1図( c )からI₀は、

　　I₀=(V/2)/(1/2ωC_s)=ωC_s V (2)

　このように同様になるが、単相の場合は鳳・テブナンの法則を使わず単相回路をそのまま使って計算できる。

■第1図　単相2線式■

(2)　三相3線式

　第2図( a )から対地電圧は なので、鳳・テブナンの法則を用いるとI₀は第2図(b)から、

(3)

(3)

　次に三相回路で計算すると、地絡をa相とすると、線間電圧V_abとV_acがb相、c相のC_sに加わるので、第2図( c )のようにb相、c相には、それぞれV_abとV_acより90°位相が進んだ電流I₀´=ωC_s Vが流れ、地絡点に戻ってくる。地絡電流I₀は第2図( d )のベクトル図のように60°の位相差がある各相の電流のベクトル和となる。図からI₀は両者の合成電流で(4)式となる。

(4)

(4)

　このように結果は同様になるが、三相の場合は鳳・テブナンの法則を利用するのが効率的である。

■第2図　三相3線式■

　高圧または特別高圧の電圧を低圧に変換する変圧器の場合、両者が混触すると低圧側に一次側の高電圧の対地電圧がそのまま進入するので、低圧側の設備はこの高電圧によって放電による火災や人の接触による感電などが発生するおそれがある。

　これを防ぐために変圧器の低圧側の1線に施す接地工事をB種接地工事という。なぜ、接地を施すことにより安全を確保できるかについて解説する。

(1)　単相2線式

　単相の場合は第3図(a)のようにB種接地抵抗R_Bと高電圧側の静電容量C_sは第3図(b)のように直列接続された回路となる。地絡電流I₀は(5)式中央となるが、R_Bは1/jωC_sに比べると非常に小さいので、I₀はR_Bを無視した(5)式の右側で(1)式と同様になる。

　　I₀=V/(R_B＋1/jωC_s)≒jωC_sV(5)

　すなわち、高圧または特別高圧側の1線地絡電流がそのまま低圧側に流れので、

　B種接地抵抗R_Bの電圧V₀は、

　　V₀=R_B×I₀(6)

　これをベクトル図で表すと第3図(c)のようにI₀はVより90°進んでいるので、V₀とC_sの電圧V_sの関係は位相差90°で、V₀はR_Bを小さくすればするほどV_sが大きく、V₀は小さくできる。技術基準の解釈では通常150Vと定めている。

(2)　三相3線式

　鳳・テブナンの法則を利用すると対地電圧=相電圧 でB種接地抵抗R_Bと静電容量C_sの関係は第3図(d)のような直列回路となるが、R_Bは1/j3ωC_sに比べると非常に小さいので、無視するとI₀は(3)式となり、V₀は両者の積の(6)式となる。

■第3図　B種接地工事■

　このように変圧器の低圧側の1線にB種接地工事を施すことによって混触などによる高電圧側電圧の低圧側線路への進入を低く抑えることができる。

(3)　高圧または特別高圧線路の地絡電流I₀計算

　電験三種試験問題では、I₀の計算方法として以下の２つがあります。

　・電線と大地間の静電容量C_sからは上記のように計算

　・電気設備技術基準の解釈に基づく架空電線路、地中電線路の計算式による計算

(7)

(7)

　 ただし、V:公称電圧/1.1〔kV〕

　 　　　　　L:架空線路の電線延長〔km〕

　 　　　　　L´:地中電線路の線路長〔km〕

　 　　　　　I₀の計算結果の小数点は切り上げる。

(4)　抑制する電圧の上限V_m

　・通常:150V

　・1～2秒で遮断:300V

　・1秒以下で遮断:600V

(5)　B種接地抵抗R_B〔Ω〕の計算

　　R_B=V_m /I₀〔Ω〕(8)

　以上のことからR_B〔Ω〕の算出にあたってはI₀の計算とV_mを(4)の3種類からどれを選ぶかが重要である。

　A種接地工事は高圧、特別高圧の機器の鉄台、金属製外箱の接地であるから、高電圧の電線などが機器の鉄台などに接触した場合、第4図のようにA種接地抵抗R_A(10Ω以下)とすると鉄台などに発生する電圧V₀はB種接地抵抗と同様な回路の計算となる。

　　V₀=R_A×I₀(9)

　V₀はR_Aが10Ω以下であるから第3図(c)と同様にV_sが極めて大きく、V₀は低い値になる。

　これによって感電、火災などを防ぐことができる。

■第4図　A種接地工事■

　なお、A種接地工事の計算問題は出題されていない。

　低圧側だけの電線路が対象になり、第5図(a)のように、電機子巻線など低圧線が電動機内などで外箱に接する現象が発生したとき、接地工事がない場合は外箱に線路の対地電圧がそのまま進入するので、これをできるだけ低く抑えるために外箱に施すのがC、D種接地工事である。接地工事を施すことによって、外箱が低圧線と接触したとき外箱に発生する電圧V_dは、第5図(b)に示すように対地電圧はV、B種接地抵抗R_BとD種接地抵抗R_Dが直列の等価回路となるので、この回路を用いて計算をすると(10)式となる。

(10)

(10)

■第5図　C、D種接地工事■

　C種接地抵抗R_Cの場合も同様である。

　過去の問題は以下のとおりで、ポイントを解説する。

（1）B種接地抵抗とD種接地抵抗の算出(H16)

(a)　B種接地抵抗値R_Bの算出

　以下の条件から算出

　・低圧電路の使用電圧100Ⅴ、高圧側電路の1線地絡電流は8A

　・高圧側と低圧側の電路の混触時に低圧電路の対地電圧が150Ⅴを超えた場合に、1秒以内で自動的に高圧電路を遮断する装置が設けられている。

　(回答)

　R_B=V_m / I₀〔Ω〕の(8)式から、I₀は8A、V_mは3章(4)節で1秒以内の自動的遮断であるから600Vを選択して、

　R_B=V_m/ I₀=600/8=75Ω

　重要事項は3章(4)節から何を選択するかである。

(b)　D種接地抵抗値R_Dの算出

　電動機の完全地絡事故発生時に、電動機の金属製外箱の対地電位を30Ⅴを超えないようにするための金属製外箱に施すD種接地工事の最高限度値〔Ω〕の算出

　(回答)

　第5図及び(10)式から、V_dは30V、R_Bは75Ωであるから、

　 R_D=0.3×75/0.7=32.14Ω

　 ポイントは第5図の等価回路の作成である。

（2）中性点非接地三相3線式高圧配電線の架空線、地中線のこう長、回線数から1線地絡電流I₀、B種接地抵抗R_Bの計算(H18)

(a)　1線地絡電流I₀の算出

　・架空線　こう長15km 2回線、こう長10km 3回線

　・地中線　こう長4.5km 2回線

　(回答)

　(7)式のV=公称電圧/1.1〔kV〕=6.6/1.1=6

　L=架空線路の電線延長〔km〕=15×3×2+10×3×3=180km

　L´=地中電線路の線路長〔km〕=4.5×2=9km

　 =1+1.73+8.5=11.23　から小数点を切り上げて　12A

　重要事項は架空線路と地中線路の電線延長と線路長の扱いを間違えないことである。

(b)　B種接地抵抗R_Bの算出

　・高圧側と低圧側の電路の混触時に1秒以内で自動的に高圧電路を遮断する装置が設けられている。

　(回答)

　R_B=V_m/I₀〔Ω〕の(8)式から、I₀は12A、V_mは3章(4)節で1秒以内の自動的遮断であるから600Vを選択して、

　R_B=V_m/I₀ =600/12=50Ω

　重要事項は3章(4)節から何を選択するかである。

（3）低圧三相回路の絶縁劣化による漏れ電流の計算(B種接地抵抗が関係する)(H21)

　第6図のように低圧電線路の静電容量C、B種接地抵抗R_B、劣化後の絶縁抵抗R_G、相電

　圧E、周波数fを用いた計算問題で、

(a)　B種接地工事の接地線に流れる電流I_Bを表す式

　(回答)

　鳳・テブナンの法則に基づく等価回路は第7図となる。図から漏れ電流 は(11)式とな

　る。

(11)

(11)

　B種接地工事の接地線に流れる電流 はR_Bと3Cの並列回路であるから(12)式となる。

(12)

(12)

　絶対値I_Bは(13)式となる。

　= (13)

　重要事項は鳳・テブナンの法則を用いて第７図の等価回路を作ることである。

(b)　電圧等各数値を定めたときのI_Bの計算

　E=100〔V〕、f=50Hz、C=0.1μF、R_G=100Ω、R_B=15ΩとするときのI_Bの値

　(回答)

　(13)式に数値を導入して、

　= A

■第6図　低圧三相回路■

■第7図　等価回路■