アースグラウンドとグリッド

配電網は電線を介して私たちの家に電力を送ります。ブライアン・コックフィールドは、配電網の謎を解くシリーズでこれを非常に詳しく取り上げていますが、アースはどのような役割を果たしているのでしょうか? 安全のために使われることが一般的ですが、場合によっては動力伝達にも使われていることをご存知ですか？

ここでは、住宅の接地システムの非常に典型的な図と、一般にライブおよびニュートラルと呼ばれるいくつかの電流が流れる導体を示します。 左端は家の外にある変圧器、右端はコンセントに差し込まれた電化製品です。それらの間には、ブレーカー パネルと北米で見られる形式の壁コンセントがあります。 緑色の破線は、電流が流れる通常の経路を示しています。

アースと電気的に接続するための接地電極に注目してください。 米国電気規格 (NEC) を例として使用すると、第 250.52 条には 8 種類の接地電極がリストされています。 非常に優れたタイプの 1 つは、コンクリートに包まれた電極です。これは、コンクリートが地面から湿気を引き続け、その重量により良好な物理的接触が得られるためです。 もう 1 つは、少なくとも 8 フィートの長さの接地棒またはパイプで、地面に十分深く挿入されます。 十分に深いとは、フロスト ラインは抵抗が高いため良好な接地とは見なされないなどの要因を含むことを意味します。 地中に埋まっているように見える金属製の水道管は、定期メンテナンスの際に非金属製の水道管に交換されることが多いので注意が必要です。

図では、さまざまな金属ケースが接地システムに接続されている場所があることにも注目してください。 これを結合といいます。

さて、このシステムの接地はどのように私たちに役立つのでしょうか? 障害の処理から始めましょう。

接地システムの目的の 1 つは、どこかで短絡が発生した場合にブレーカー パネルのブレーカーを作動させることです。 これは、金属ケースを備えた機器があり、その機器の活線の絶縁体が損傷し、内部の銅線が金属ケースに接触した場合に発生します。 ケースはその活線の延長になります。 これを故障といいます。

しかし、金属ケースは、壁のコンセントに差し込まれた電源コードのアース線と、壁のコンセントからブレーカーパネルまでの配線で構成される電気経路に接続されています。 米国電気工事規程 (NEC) では、これらは機器の接地導体と呼ばれます。

少なくとも北米では、サービスが最初に家に入るボックス内で、機器の接地線が中性線に接続されています。 この場合、そのボックスはメインブレーカーパネルです。 ほとんどのブレーカー パネルでは、この接続は両方のワイヤをパネルのケースにネジ留めまたは接着された金属バーに通すことによって行われ、それによってケースを介して電気接続が行われます。

障害からの赤い破線に沿って、高電流が活線とアプライアンスのケースを流れ、ブレーカー パネルへの戻り経路として機器の接地線を使用します。 そこから、電流はパネルのケースを通って中性バーに流れ、中性線を通って変圧器に戻ります。 途中で、活線がブレーカーパネルのブレーカーを通過し、電流がそれをトリップさせるのに十分なほど大きくなり、回路が開き、再び安全になります。

しかし、アースアースはどこから入ってくるのでしょうか？ そうならないこともよくあります。 ただし、場合によっては、青い破線で示すように、接地電極とアースを含む平行経路に少量の電流が流れることがあります。

ここハッカデイの参加者の多くがよく知っているアースの目的があります。それは、MOSFET、CMOS IC、TTL チップなどの静電気に敏感なデバイスやコンポーネントへの浮遊電荷と静電気の放電の問題です。 これに対処する方法は、静電気防止ストラップを着用するか、静電気防止マットの上で作業することです。 これらには通常、アースに接続するためのクリップまたは専用ソケットが付いています。