接地 それとその方法（パート1）

私のストーリーは3つの部分で構成されます。

1部。 接地

（一般情報、用語および定義）

2部。 接地装置を構築する従来の方法

（説明、計算、インストール）

3部。 接地装置を構築する最新の方法

（説明、計算、インストール）

最初の部分（理論）では、用語、接地の主なタイプ（目的）、および接地要件の要件について説明します。

2番目の部分（実践）では、接地装置の構築に使用される従来のソリューションについてのストーリーを紹介し、これらのソリューションの長所と短所をリストします。

ある意味で3番目の部分（練習）は2番目の部分を継続します。 接地装置の構築に使用される新しい技術について説明します。 第二部のように、これらの技術の長所と短所をリストします。



読者が理論的な知識を持ち、実際の実装にのみ関心がある場合は、最初の部分をスキップして2番目の部分から読み始める方が良いでしょう。



読者が必要な知識を持ち、最新のニュースのみを知りたい場合は、最初の2つの部分をスキップして、すぐに3番目の部分を読むことをお勧めします。



説明されている方法とソリューションに対する私の見解は、一方的なものです。 包括的な客観的研究のために資料を提出していないことを読者に理解してもらい、そこに私の視点、経験を表現してください。



テキストの一部は、正確さと「人間の言語」で説明したいという願望との間の妥協であり、したがって、技術的に精通した読者の「耳を切る」ことができる単純化が行われます。

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1部。 接地

このパートでは、用語、接地の主な種類、および接地デバイスの品質特性について説明します。

A.用語と定義

B.接地の目的（タイプ）

B1。 作業（機能）接地

B2。 保護地球

B2.1。 外部雷保護の一部としての接地

B2.2。 過電圧保護システム（SPD）の一部としての接地

B2.3。 電源グランド

B.接地品質。 接地抵抗

B1。 接地品質に影響する要因

B1.1。 接地接地エリア

B1.2。 土壌の電気抵抗（特定）

B2。 既存の接地抵抗基準

B3。 接地抵抗の計算

A.用語と定義

後続のストーリーでの混乱と誤解を避けるために、この点から始めます。

最新版（第7版の1.7章）の現在のドキュメント「電気設置規則（電気設置規則）」から確立された定義を提供します。

そして、これらの定義を「単純な」言語に「翻訳」しようとします。

接地 -ネットワーク、電気設備、または機器の接地デバイスとの意図的な電気接続（PUE 1.7.28）。

土壌は、電流を「吸収」する能力を持つ媒体です。 また、信号が知覚される電気回路の「共通」ポイントでもあります。

接地装置 -接地線/接地線と接地線のセット（PUE 1.7.19）。

これは、接地導体と、この接地導体をネットワーク、電気設備、または機器の接地部分に接続する接地導体で構成されるデバイス/回路です。 配布できる、つまり 相互に離れた複数の接地導体で構成されています。



図では、太い赤い線で示されています。

接地スイッチ - 接地と電気的に接触している導電性部品または相互接続された導電性部品のセット（PUE 1.7.15）。

導電部は、地面に配置され、電流がそこに「流れる」プロファイルおよびデザイン（ピン、パイプ、ストリップ、プレート、グリッド、バケツ:-)など）の金属（導電）要素/電極です。電気設備から。

接地電極システムの構成（電極の数、長さ、位置）は、その要件と、これらの電極を介して電気システムから流れる電流を「吸収」する土壌の能力に依存します。



図では、太い赤い線で示されています。

接地抵抗 -接地デバイスの電圧と、接地電極から接地に流れる電流の比率（PUE 1.7.26）。

接地抵抗は、接地デバイスの主要な指標であり、その機能を実行する能力と全体としての品質を決定します。

接地抵抗は、接地電極（接地電極）と接地（電流「ドレイン」）の電気接点の面積と、この接地電極が取り付けられている接地の比電気抵抗（電流の「吸収」）に依存します。

接地電極（接地電極） -ローカルアースと電気的に接触する導電性部品（GOST R 50571.21-2000 p。3.21）

私は繰り返します：地面にあり、それを「流れる」任意のプロファイルと構造（ピン、パイプ、ストリップ、プレート、グリッド、バケツ:-)など）の金属（導電性）要素は導電性部品として機能します電気設備からの電流。



図では、それらは太い赤い線で示されています。

基準や規範で十分に見当たらない、または十分に正確に説明されていないさらなる定義。

接地ループは、互いに接続され、その周辺/回路の周りのオブジェクトの周りに取り付けられたいくつかの接地電極（電極のグループ）で構成される、接地電極または接地デバイスの「一般的な」名前です。



図では、オブジェクトは中央の灰色の四角形で示され、

そして、太い赤い線でグランドループ：

土壌の電気抵抗率は、導体としての土壌の「電気伝導度」のレベル、つまり、そのような環境で接地電極からの電流がどれだけ流れるかを決定するパラメーターです。

これは、土壌の組成、サイズ、密度に応じて測定可能な量です。

その粒子の相互付着、湿度と温度、可溶性化学物質（塩、酸、アルカリ性残留物）の濃度。

B.接地の目的（タイプ）

接地は、実行される役割に応じて、作業（機能）と保護の2つの主なタイプに分けられます。 また、さまざまなソースで、「計器」、「測定」、「制御」、「無線」などの追加のタイプが提供されます。

B1。 作業（機能）接地

これは、電気設備の通電部分の接地点であり、電気設備の動作を保証するために実行されます（電気安全のためではありません）（PUE 1.7.30）。



作業用アース（地面との電気的接触）は、電気設備または機器の通常の機能に使用されます。 NORMALモードでの作業に対して。

B2。 保護地球

これは、電気安全のために行われる接地です（PUE 1.7.29）。



保護接地は、電気設備と機器を保護するとともに、故障、機器の不適切な操作（つまり、緊急モード）および雷放電中に発生する危険な電圧と電流の影響から人々を保護します。

保護接地は、主電源とインターフェース回路の切り替え時の干渉から、また近くで動作する機器によって引き起こされる電磁干渉から機器を保護するためにも使用されます。



より詳細には、接地の保護目的を2つの例で検討できます。

• 接地された避雷針の形の外部避雷システムの一部として
• サージ保護システムの一部として
• 施設の電力網の一部として

B2.1。 雷保護の接地

雷とは、雲に地上からの臨界電荷が蓄積されると、雲から地上に向かって発生する放電、つまり「故障」です。 小規模のこの現象の例は、コンデンサの「故障」（ wiki ）とランプのガス放電（ wiki ）です。



空気は非常に高い抵抗（誘電体）を持つ媒体ですが、放電はそれを克服します。 それには大きな力があります。 放電経路は、空気や樹木の水滴など、抵抗の最も少ない領域を通過します。 これは、空中の稲妻の根のような構造と、木や建物での稲妻の頻繁な衝突を説明します（この隙間では空気よりも抵抗が少ない）。

建物の屋根に当たると、落雷が地面に向かって続き、最も抵抗の少ないエリアを選択します：濡れた壁、ワイヤー、パイプ、電化製品-したがって、この建物にいる人や機器に危険をもたらします。

雷保護は、保護された建物/オブジェクトからの雷放電を迂回するように設計されています。 最も抵抗の少ない経路に沿って進む雷放電は、物体の上の金属避雷針に入り、物体の外側（壁など）にある金属避雷針を通って地面に落ち、そこで発散します（地面は「吸収」の性質を持つ媒体です） 「電流」。



雷に対する雷保護を「魅力的」にするため、および雷保護部品（受信機とタップ）からの雷電流が対象物に広がるのを防ぐために、低接地抵抗の接地スイッチを介して接地されます。







そのようなシステムでの接地は不可欠な要素です。 それは、落雷電流の完全かつ迅速な地面への移行を提供し、施設全体への雷電流の分布を防ぎます。

B2.2。 サージ保護システム（SPD）の一部としての接地

SPDは、近くの強力な電気設備（または高電圧ライン）から誘導される電磁界（EMF）または近接（最大数百メートル）放電から生じる電磁界への曝露の結果として、ライン/ネットワークのあらゆる部分に蓄積される電荷​​から電子機器を保護するように設計されています稲妻。



この現象の顕著な例は、雷雨時のホームネットワークの銅線ケーブルまたは建物間の「転送」の電荷の蓄積です。 ある時点で、このケーブルに接続されたデバイス（コンピューターネットワークカードまたはスイッチポート）は、蓄積された電荷の「サイズ」に耐えられず、このデバイス内で電気的破壊が発生し、破壊されます（簡略化）。

蓄積された電荷を、機器の前のラインの「負荷」と並行して「ブリード」するために、SPDが配置されます。

古典的なSPDはガススパークギャップ（ wiki ）であり、特定の「しきい値」の充電用に設計されており、保護された機器の「安全マージン」よりも小さくなっています。 この避雷器の電極の一方は接地され、もう一方はライン/ケーブルのワイヤの1つに接続されます。



この閾値に達すると、避雷器内で電極間で放電が発生します。 その結果、蓄積された電荷は（接地を介して）グラウンドに放電されます。







雷保護と同様に、このようなシステムでの接地は不可欠な要素です。 それは、SPDでの放電のタイムリーで保証された発生を保証し、保護された機器にとって安全なレベルを超えるライン上の電荷の過剰を防止することです。

B2.3。 電源グランド

接地の保護的役割の3番目の例は、故障/事故の場合に人間と電気機器の安全を確保することです。



最も簡単に、このような故障は、デバイスケースへの電源ネットワークの相線の閉鎖によって説明されます（電源ユニットの短絡または水媒体を介した給湯器の短絡）。 そのようなデバイスに触れる人は、電流が流れる追加の電気回路を作成し、体内の臓器、主に神経系と心臓に損傷を与えます。



このような結果を排除するために、ハウジングと接地電極の接続が使用され（緊急電流を地面に迂回する）、緊急時には瞬時に電流を切断する保護自動装置が使用されます。



たとえば、通信機器のすべてのケース、キャビネット、ラックの接地。

B.接地品質。 接地抵抗

地面がその機能を正しく実行するには、特定のパラメーター/特性が必要です。 接地の品質を決定する主な特性の1つは、電流拡散に対する抵抗（接地抵抗）です。これは、機器からの電流を接地に伝達する接地電極（接地電極）の能力を決定します。

この抵抗には有限値があり、理想的な場合、ゼロ値です。これは、「有害な」電流を流したときに抵抗がないことを意味します（これにより、土壌による完全な吸収が保証されます）。

B1。 接地品質に影響する要因

抵抗は主に2つの条件に依存します。

• 接地電極と接地の電気接点の面積（S）
• 電極が配置されている土壌の電気抵抗（R）

B1.1。 接地電極システムと土壌との接触面積。

接地電極と接地の接触面積が大きいほど、この接地電極から接地への電流の通過面積が大きくなります（電流が地面に流れるのにより適した条件が作成されます）。 これは、カーブでの車のホイールの動作と比較できます。 細いタイヤはアスファルトとの接触面積が小さく、簡単に滑り始め、車をスキッドに「送り込む」ことができます。 幅の広いタイヤは、わずかに空気が抜けていても、アスファルトとの接触面積がはるかに大きく、グリップが安定しているため、動きを確実に制御できます。 （この例は文盲であることが判明しました。SVladに感謝 -コメント： habrahabr.ru/post/144464/#comment_4854521 ）



接地電極の土壌との接触面積を増やすには、電極の数を増やし、電極を接続する（複数の電極の面積を合計する）か、電極のサイズを大きくします。 垂直の接地電極を使用する場合、土壌の深層の電気抵抗が上部のものよりも低い場合、後者の方法は非常に効果的です。

B1.2。 土壌の電気抵抗（特定）

思い出させてください。これは、土壌が電流をどれだけうまく伝導するかを決定する値です。 土壌の抵抗が小さいほど、接地電極からの電流を「吸収」しやすくなります。



導電性の高い土壌の例は、塩性湿地または高湿潤粘土です。 電流を伝送するための理想的な自然環境は海水です。

「悪い」接地の例は、乾燥砂です。

（興味がある場合は、接地装置の計算に使用される土壌抵抗値の表を見ることができます）。

最初の要因と電極の深さを増やすという形で接地抵抗を減らす方法に戻ると、実際には、70％以上の場合、5メートル以上の深さの土壌は、湿度と密度が高いため、表面の電気抵抗率よりも著しく低いといえます。 土壌に非常に低い抵抗を与える地下水がしばしば見つかります。 このような場合の接地は非常に高品質で信頼性があります。

B2。 既存の接地抵抗基準

理想（拡散抵抗ゼロ）を達成することは不可能であるため、すべての電気機器および電子デバイスは、0.5、2、4、8、10、30オームなどの接地抵抗の正規化された値に基づいて作成されます。



オリエンテーションについては、次の値を指定します。

• 電圧が110 kVの変電所の場合、電流の拡散抵抗は0.5オーム以下でなければなりません（PUE 1.7.90）
• 通信機器を接続する場合、接地には通常2オームまたは4オ​​ーム以下の抵抗が必要です。
• 架空の通信回線の保護装置 （たとえば、銅線ケーブルまたは無線周波数ケーブルに基づくローカルエリアネットワーク）でガスアレスタを確実に動作させるには、ガスアレスタ（アレスタ）を接続する接地抵抗を2オーム以下にする必要があります。 4オームの要件を持つインスタンスがあります。
• 電流源（変電所など）では、接地抵抗は4オーム以下である必要があり、3相電流源の380 Vまたは単相電流源の220 Vの線形電圧（PUE 1.7.101）
• 避雷針の接続に使用される接地、抵抗は10オーム以下でなければなりません（RD 34.21.122-87、p。8）
• 電力供給ネットワークに接続された民家用、220ボルト/ 380ボルト：
  
  
  • TN-CSシステムを使用する場合は、推奨抵抗値が30オーム以下のローカルアースが必要です（PUE 1.7.103に焦点を合わせます）
  • TTシステム（グランドを電流源の中性点から分離）を使用し、100 mAのトリップ電流を持つ残留電流デバイス（RCD）を使用する場合、500オーム（PUE 1.7.59）以下の抵抗を持つローカルアースが必要です。

B3。 接地抵抗の計算

必要な接地抵抗を持つ接地装置の設計を成功させるために、原則として、典型的な接地構成と基本的な計算式が使用されます。



接地電極システムの構成は、通常、エンジニアが経験と特定のオブジェクトでの（構成）アプリケーションの可能性に基づいてエンジニアが選択します。



計算式の選択は、接地電極の選択された構成に依存します。

式自体には、この構成のパラメーター（接地電極の数、長さ、厚さなど）と、接地電極が配置される特定のオブジェクトの土壌パラメーターが含まれています。たとえば、単一の垂直電極の場合、この式は次のようになります。





通常、計算の精度は低く、これも土壌に依存します。実際には、実際の結果の矛盾はほぼ100％のケースで見られます。これは、その（土壌）の大きな不均一性によるものです。深さだけでなく、面積も変化し、3次元構造を形成します。接地パラメータを計算するための利用可能な公式は、土壌の1次元の不均一性にほとんど対処できず、3次元構造での計算は膨大な計算能力に関連付けられ、非常に高度なオペレータトレーニングが必要です。

さらに、土壌の正確なマップを作成するには、大量の地質作業を実行する必要があります（たとえば、10 * 10メートルのエリアでは、長さ10メートルまでの約100ピットを作成および分析する必要があります）。これにより、プロジェクトのコストが大幅に増加し、ほとんどの場合不可能です。



前述の観点から、ほとんどの場合、計算は必須ですが、指標となる測定であり、通常、「以下」の接地抵抗を達成するという原則に基づいて実行されます。式は、土壌の抵抗率の平均値、またはそれらの最大値で置き換えられます。これは「安全域」を提供し、実際には、設計中に予想されるよりも明らかに低い（低い-より良いことを意味する）接地抵抗の値で表されます。

接地工事

接地導体の構築では、垂直接地電極が最もよく使用されます。これは、水平電極を深く深くすることが困難であり、そのような電極の浅い深さでは、上部土壌層の凍結により冬の接地抵抗（主な特性の劣化）を大幅に増加させ、その比の大幅な増加につながるためです電気抵抗。



垂直電極の品質は、ほとんど常に鋼管、ピン/ロッド、角度などによって選択されます。比較的小さな横寸法を持つ長い長さ（1メートル以上）を持つ標準的な圧延製品。この選択は、例えばフラットシートから、そのような要素を地面に簡単に深くする可能性に関連しています。



建設に関する詳細-次の部分。



継続：

• 第二部
• 第三部

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テクニカルセンター「ZANDZ.ru」



のスペシャリスト、アレクセイロザンコフ氏このパートの準備には、次の資料が使用されました。

• サイト「Grounding on ZANDZ.ru」の出版物
• 電気設備規則（PUE）、第7版で修正されたパート1.7（google）
• GOST R 50571.21-2000（IEC 60364-5-548-96）
  
  情報処理機器を含む電気設備の接地装置と電位均等化システム（google）
• 建物および構造物の雷保護装置に関する指示RD 34.21.122-87（google）