電気接地（アース）完全ガイド: 方式、種類、設置基準、部品解説

電気接地（アース） – 構成部品、工法、種類、仕様 – 電気接地工事の完全解説

電気接地（アース/グラウンディング）、接地方法、接地種類、接地構成部品とその仕様について、電気設備における電気接地の観点から解説します。

電気接地（アース/グラウンディング）とは？

電気機器や設備の金属製（導電性）部分を大地（アース）に接続することを接地（アース/グラウンディング）と呼びます。

言い換えれば、電気機械・装置の金属部分を、湿潤な大地に埋設した接地極（アース電極/アースプレート）へ、極めて低抵抗の太い導体線で接続し、安全を確保することを接地（アース/グラウンディング）といいます。

「アースする」とは、電気機器の金属外装、ソケットケーブルのアース端子、電流を流さない支線などを大地に接続することです。また、電源システムの中性点を大地に接続し、電気エネルギーの放電時の危険を回避・最小化することも接地と言えます。

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知っておくと良いこと

接地、アース、ボンディングの違い

接地、アース、ボンディングの混同を整理します。

接地（Earthing）とアース（Grounding）は同義語です。Grounding（グラウンディング）は北米規格（IEEE, NEC, ANSI, UL等）で一般的に用いられる用語であり、Earthing（アース）は欧州、英連邦諸国、英国規格（IS, IEC等）で用いられます。

ボンディング（Bonding）は、2本の導線（導体、配管、機器同士）を接続することを指します。正常運転時に電流を流さないと想定される異なる機械の金属部分を接続し、それらを同一電位レベルに保つことをボンディングと呼びます。

なぜ接地が重要なのか？

接地の主目的は、感電事故の防止、望ましくない経路を通る漏電流による火災防止、電流を流す導体の電位が大地に対して設計絶縁以上に上昇しないよう確保することです。

電気機器の金属部分（電流を通す部分）が、設備不良やケーブル絶縁破損により活線に触れると、金属が帯電し静電荷が蓄積します。人がその帯電した金属に触れると、激しい感電を受けます。

このような事態を防ぐため、電源システムと機器の部位を接地し、電荷を直接大地へ逃がします。これが電気設備システムにおいて電気接地/アースが必要な理由です。

以下は接地の基本的な必要性です。

• 漏電流から人命を守り、電気機器・装置の安全を確保する。
• （ある一相で故障が発生した際）健全相の電圧を一定に保つ。
• 電気システムと建物を落雷から保護する。
• 電気鉄道システムや通信の帰線導体として機能させる。
• 電気設備システムにおける火災リスクを回避する。

電気接地で使用される用語

• アース（Earth）: 導体を介して電気設備システムと大地に埋設したプレートを適切に接続することを「アース」と呼びます。
• アース済み（Earthed）: 電気機器、装置、配線システムが接地極を通じて大地に接続されている状態を「アース済み」と呼びます。
• 直接接地（Solidly Earthed）: ヒューズ、遮断器、抵抗/インピーダンスを介さずに接地極に直接接続されている状態を「直接接地」と呼びます。
• 接地極（Earth Electrode）: 電気接地システムのために大地に埋設された導体（導電プレート、導電ロッド、金属水道管、その他低抵抗導体）を「接地極」と呼びます。形状は様々です。
• 接地引込線（Earthing Lead）: 接地極と電気設備システム/機器を接続する導体線または導電ストリップを「接地引込線」と呼びます。
• 接地継続導体（Earth Continuity Conductor）: 異なる電気機器・装置（分電盤、各種プラグ、機器等）相互を接続する導体線。つまり、接地引込線と電気機器/装置の間の線を「接地継続導体」と呼びます。金属管（全長/部分）、ケーブル金属シース、フレキシブルワイヤーの形をとります。
• サブメイン接地導体（Sub Main Earthing Conductor）: 開閉盤と分電盤を接続する導体。サブメイン回路に関連する導体です。
• 接地抵抗（Earth Resistance）: 接地極と大地の間の総抵抗（Ω）。接地継続導体、接地引込線、接地極、大地の抵抗の代数和です。

接地すべきポイント

接地は無作為に行うものではありません。IE規則とIEE（電気技師協会）規定によれば、

• 3極照明用プラグソケットおよび4極動力用プラグのアース極は、効率的かつ永続的に接地すること。
• 電気供給線や装置を収容・保護するすべての金属外装・金属被覆（VIRやPVCケーブルを収納する鋼管・コンduit、アイアンクラッドスイッチ、アイアンクラッド配線用ヒューズ盤等）は接地すること（大地に接続すること）。
• すべての発電機、定置電動機、エネルギー制御用トランスの金属部分は、大地との2箇所の別個かつ明確な接続で接地すること。
• DC 3線式システムでは、中央導体を発電所で接地すること。
• 架空線の支線は、少なくとも1本の素線をアース線に接続して大地に接地すること。

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接地システムの構成部品

完全な電気接地システムは、以下の基本部品で構成されます。

• 接地継続導体（アース線）
• 接地引込線（アース引込線/ジョイント）
• 接地極（アースプレート/アース電極）

接地継続導体（アース線）

電気設備の全金属部分（コンduit、ダクト、ボックス、スイッチの金属シェル、分電盤、スイッチ、ヒューズ、調整・制御装置、モーター/発電機/トランス等の電気機械の金属部分、電気機器・部品を取り付ける金属フレーム等）を相互接続する接地システムの部分を、アース線または接地継続導体と呼びます（上図参照）。

接地継続導体の抵抗は極めて低くなければなりません。IEEE規則では、ユーザー側アース端子と接地継続導体（末端）間の抵抗は1Ωを超えてはならないとされています。簡単に言えば、アース線の抵抗は1Ω未満でなければなりません。

接地継続導体/アース線のサイズは、配線回路で使用されるケーブルサイズに依存します。

接地継続導体のサイズ

接地継続導体の断面積は、電気配線工事で使用される最も太い電線の断面積の半分以上でなければなりません。

一般的に、接地継続導体として使用される裸銅線のサイズは3SWGです。ただし、14SWG未満をアース線として使用しないでください。銅ストリップも銅線の代わりに使用できますが、メーカーが推奨しない限り避けてください。

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接地引込線（アースジョイント）

接地継続導体と接地極/アースプレートを接続する導体線を「接地ジョイント」または「接地引込線」と呼びます。接地継続導体と接地極が接する点を「接続点」と呼びます（上図参照）。

接地引込線は、接地システムの最終部分であり、接地極（地中）へ接地接続点を通じて接続されます。

接地引込線の接続箇所は最小限に、サイズは小さく、方向は真っ直ぐであるべきです。

一般的に銅線が接地引込線として使用されますが、大規模設備では銅ストリップも使用され、銅線より広い断面積により大故障電流に対応できます。

硬引き裸銅線も接地引込線として使用されます。この方式では、すべてのアース導体を共通（1つ以上の）接続点に集め、接地引込線で接地極（アースプレート）に接続します。

設置の安全率を高めるため、2本の銅線を接地引込線として使用し、機器金属ボディを接地極/アースプレートに接続します。すなわち、2本の接地極/アースプレートを使用する場合、4本の接地引込線が必要です。2本のアース線が故障電流の並列経路として機能すると考えるべきではなく、両経路とも確実に故障電流を流せるようにする必要があります。これはより良い安全性のために重要です。

接地引込線のサイズ

接地引込線のサイズ/断面積は、設置で使用される最も太い電線の半分未満であってはなりません。

接地引込線の最大サイズは3SWG、最小サイズは8SWG以上です。37/.083線を使用する場合、または電源電圧からの負荷電流が200Aの場合、ダブル接地引込線の代わりに銅ストリップの使用が推奨されます。接地引込線の接続方法は上図の通りです。

注: アースプレートサイズの簡易計算について別記事で掲載予定です。お楽しみに。

接地極（アースプレート/アース電極）

大地（地中）に埋設された金属電極またはプレートで、電気接地システムの最後の部分です。簡単に言えば、接地引込線と接続された接地システムの最終的な地中金属（プレート）部分をアースプレートまたはアース電極と呼びます。

金属プレート、パイプ、ロッドを接地極として使用できます。これらは極めて低抵抗で、故障電流を安全に大地（グラウンド）へ流します。

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接地極のサイズ

接地極には銅と鉄の両方が使用できます。

銅の場合の接地極サイズ

幅2フィート × 長さ2フィート × 厚さ1/8インチ。すなわち 2' × 2' × 1/8"。（600×600×3mm）

鉄の場合

2' × 2' × ¼" = 600×600×6mm

接地極は湿潤な大地に埋設することを推奨します。不可能な場合は、GI（亜鉛メッキ鉄）管に水を入れて湿潤状態を作ります。

接地システムでは、接地極を垂直姿勢で（地中に）埋設します（上図参照）。また、接地プレート（アース電極とアースプレートは同義です）の周囲に約1フィート（約30cm）の粉末木炭と石灰の混合層を設けます。

この処置により、接地極の有効サイズが増大し、接地（接地システム）の連続性が向上し、接地プレート周囲の湿潤状態維持にも役立ちます。

追記: アース電極サイズの計算例について別記事で掲載予定です。お楽しみに。

知っておくと良いこと:

コークス（石炭を炉で燃やしガス等を放出させ、残りの88%炭素をコークスと呼ぶ）や石炭を木炭の代わりに使用しないでください。これらはアースプレートの腐食を引き起こします。

地下水位は地域により異なるため、接地極設置の深さも地域により異なります。ただし、接地極設置深さは10フィート（3メートル）以上とし、常時水位から1フィート（304.8mm）以上下にあるべきです。

モーター、発電機、トランス等は、接地極の2箇所の異なる場所から接続すること。

小規模設置向けアースプレート/アース電極サイズ

小規模設置では、アースプレートの代わりに金属ロッド（直径25mm（1インチ）、長さ2m（6フィート））を使用します。金属管は地表から2メートル下に埋設します。湿潤状態維持のため、接地プレート周囲に25mm（1インチ）の木炭と石灰の混合物を敷きます。

効果と利便性の観点から、銅ロッド（直径12.5mm（0.5インチ）〜25mm（1インチ）、長さ4m（12フィート））を使用しても良いでしょう。ロッド接地の施工方法については後ほど解説します。

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電気接地の工法と種類

接地は様々な方法で行えます。住宅配線、工場、その他接続された電気機器・機械における接地で採用される様々な工法を以下に説明します。

プレート接地（Plate Earthing）:

プレート接地システムでは、寸法60cm × 60cm × 3.18mm（2ft × 2ft × 1/8 in）の銅製プレート、または寸法60cm × 60cm × 6.35mm（2ft × 2ft × ¼ in）の亜鉛メッキ鉄（GI）プレートを、地表から3m（10フィート）以上の深さで垂直に埋設します（アースピット）。

適切な接地システムとするため、前述の（アースプレートの項で述べた）手順に従い、接地極/アースプレート周囲の湿潤状態を維持してください。

パイプ接地（Pipe Earthing）:

承認された長さと直径の亜鉛メッキ鋼製穿孔パイプを、湿った土壌に垂直に埋設する方式です。最も一般的な接地システムです。

使用するパイプのサイズは、電流の大きさと土壌の種類によります。通常の土壌では直径40mm（1.5インチ）、長さ2.75m（9フィート）のパイプを用います。乾燥や岩盤の多い土壌ではより長くします。土壌の湿度が埋設長を決定しますが、通常4.75m（15.5フィート）程度とします。

ロッド接地（Rod Earthing）

パイプ接地と同種の工法です。直径12.5mm（1/2インチ）の銅ロッド、または直径16mm（0.6インチ）の亜鉛メッキ鋼、または中空断面25mm（1インチ）のGIパイプを、長さ2.5m（8.2フィート）以上、地中に垂直に手動または空気ハンマーで打ち込みます。土壌中の埋設電極長が接地抵抗を所望値まで低減させます。

ウォーターマン（給水管）を利用した接地

この工法では、ウォーターマン（亜鉛メッキGI）パイプを接地目的で使用します。GIパイプの抵抗を確認し、接地クランプを用いて抵抗を最小限に抑え、適切な接地接続を確保してください。

より線をアース線として使用する場合、線端の撚りを清掃し、可能な限り直線かつ平行に整え、ウォーターマンパイプに確実に締め付けて接続してください。

ストリップ/ワイヤー接地（Strip or Wire Earthing）:

この工法では、断面積25mm × 1.6mm（1in × 0.06in）以上のストリップ電極を、最小深さ0.5mの水平溝に埋設します。銅で断面積25mm × 4mm（1in × 0.15in）を使用する場合と、亜鉛メッキ鉄/鋼で寸法3.0mm²を使用する場合があります。

丸導体を使用する場合、その断面積はあまり小さくないこと、例えば亜鉛メッキ鉄/鋼で6.0mm²未満でないこと。地中に埋設する導体の長さが十分な接地抵抗を与えるため、この長さは15m以上でなければなりません。

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電気接地工事の一般的手順（ステップバイステップ）

電気機器・装置・機械の接地における一般的な手順は以下の通りです。

1. まず、5×5フィート（1.5×1.5m）の穴を、地中20〜30フィート（6〜9メートル）の深さまで掘削します（深さと幅は地盤の性質・構造によります）。
2. 適切な（通常 2' × 2' × 1/8" （600×600×3mm）銅プレートを、その穴に垂直に埋設します。
3. アースプレートの2箇所からナット・ボルトでアース引込線を確実に固定します。
4. アースプレート1枚につき2本のアース引込線を使用（2枚プレートの場合）し、確実に固定します。
5. 接続部の腐食防止のため、周囲にグリスを塗布します。
6. 接地極からのすべての線を金属管にまとめます。金属管は地表から1フィート（30cm）以上露出させます。
7. 接地プレート周囲に、粉末木炭（粉末木炭）と石灰の混合物を1フィート（30cm）の厚さで敷き、湿潤状態を維持します。
8. シンブルとナット・ボルトを使用し、機器のベースプレートに線を確実に接続します。各機器は2箇所の異なる場所から接地します。2つの接地極間の最小距離は10フィート（3m）以上とします。
9. すべての設置物のボディと金属部分に接続される接地継続導体を、アース引込線に確実に接続します。導通試験により導通を確認してください。
10. 最後に（決して軽視せず）、アーステスターで全体の接地システムをテストします。計画通りであれば穴を土で埋め戻します。接地の許容最大抵抗は1Ωです。1オームを超える場合、アース引込線と接地継続導体のサイズを太く（長さではなく断面積を）してください。パイプの外部端部は開放し、定期的に水を入れて接地極周囲の湿潤状態を維持してください。これはより良い接地システムに重要です。

接地に関するSI規格（インド規格）

インド規格で推奨される接地に関する各種仕様を以下に示します。いくつか抜粋します。

• 接地極は、接地対象の建物から少なくとも1.5m以上離れた場所に設置すること。
• 接地抵抗は、保護継電器を動作させたりヒューズを溶断させたりするのに十分な電流が流れるほど低くなければならない。その値は一定ではなく、湿度に依存して気象条件により変化する（だが1オーム未満であってはならない）。
• アース線とアース電極は同一材質とすること。
• 接地極は常に地中/ピット内で垂直姿勢に配置し、すべての異なる地層と接触できるようにすること。

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電源システムを接地しない危険性

以前強調した通り、接地は以下の目的で設けられます。

• 感電防止
• 望ましくない経路を通る漏電流による火災リスク回避
• 電流を流す導体が、大地質量に対して設計絶縁以上の電位に上昇しないことの確保

しかし、過大電流が接地されない場合、ヒューズがあっても機器は損傷します。過大電流は発電所で接地されているため、アース線には通常ほとんど電流が流れないか、全く流れないことに注意してください。したがって、PVCケーブル内の電線（活線、アース、中性線）のいずれを接地する必要もないことを意味します。活線を接地することは破滅的です。

架空線から活線が切れて湿った地面に落下し、人が感電死する事故を目撃したことがあります。過大電流は発電所で接地されており、万が一故障で接地が不十分でも、アース故障遮断器が機能します。ヒューズは、伝送電力が機器定格を超えた場合にのみ機能し、電流を遮断して機器を保護します。

電気機器において、過大電流が接地されない場合、激しい感電を受けることになります。接地は電気機器において問題が発生したときのみ機能し、望ましくない電流を大地へ導いて私たちを激しい感電から守るためのものです。電子設備において、設置不良等により機器の金属部分が活線と直接接触すると、金属が帯電し静電荷が蓄積します。

その瞬間に金属部分に触れると感電します。しかし、機器の金属部分が接地されていれば、電荷は大地へ移動し、金属部分に蓄積しません。電気機器のアース線には電流は流れません。問題が発生したときのみ、望ましくない電流を大地へ導き、私たちを激しい感電から守るために流れます。

さらに、故障システムにおいて活線が誤って機械の金属部分に触れた場合を考えます。人がその金属部分に触れると、電流が人体を通って大地へ流れ、感電（電撃）を受け、重傷や死亡の原因となります。それゆえ接地はこれほど重要なのです。

電気グラウンディング & アース…… 続く……

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• 接地システムの保護と接地/グラウンディングシステムで使用される追加デバイス
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• 適切な接地システムのための重要な指示
• 接地に関する電気規則
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