アース導体・アース線・アース電極のサイズ決定方法【工場設備の実例付き】

アース継続導体、アース線、アース電極のサイズ計算方法

接地目的で、アース継続導体、アース線、アース電極のサイズはシステムで使用される配線ケーブルに依存します。以下の解決例により、特定の設備におけるアース導体、アース線、アース電極の適切なサイズ決定方法が理解しやすくなります。

工場におけるアース導体、アース線、アース電極のサイズ決定（解決例）

以下は工場における接地設置の解決例です。レイアウトは下図1に示します。

例:

工場設備における接地システムのアース導体、アース線、アース電極の適切なサイズを求めてください。与えられた負荷（工場内の電気機器・装置）の詳細と説明は以下の通りです：

1. モーター

• 50HP、415V三相誘導モーター 2台、モーター接続ケーブルサイズ：19/.064
• 20HP、415V三相誘導モーター 1台、ケーブルサイズ：7/.064
• 15HP、415V三相誘導モーター 2台、ケーブルサイズ：7/.052
• 10HP、240V単相誘導モーター 3台、ケーブルサイズ：19/.052
• 2HP、240V単相誘導モーター 12台、ケーブルサイズ：7/.036

2. 変圧器

250kVA、三相 11kV/400V（降圧）変圧器が工場に設置されており、その中性点を接地する必要があります。LT（低圧）側接続ケーブルサイズ：37/.083

3. 地下水位

地下水位は約30フィート（約9m）の深さです。

解答：

アース導体のサイズ決定

工場の完全な接地システムレイアウトは下図2に示します。ここでは、最大の故障電流源は変圧器であるため、少なくとも1枚の接地極板を変圧器近くに設置すべきです。変圧器用接地極板の適切な設置位置は図2の位置Aに示されています。

地下水位が約30フィート深いため、約30フィート掘削し、両方の極板を同じピットに設置できます（これにより2つのピットが不要になり、設置コストも削減できます）。ただし、より安全のため、位置A近くの位置Bに第2接地極板用の約12フィートの別ピットを掘削することもできます。必要時に給水可能であることも確認してください。

メインスイッチボード近くに接続点Cを設けます。第2の点をD、第3の点をEとし、これはコンビネーションスイッチヒューズボードの真下、ケーブルダクトの上に位置します。

これらの点はケーブルダクトを通るワイヤーで接続されます。この例は電気機器の接地のみに関連するため、工場全体で2本のアース継続導体があります（配電ヒューズボード、スイッチヒューズ、その他の電気配線などの他の金属製品のアース継続導体は複雑さのため図には示していません）。

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適切な極板と接続点の選定後、以下の表No.1を用いてアース継続導体とアース線の適切なサイズを求められます。この表では、各ケーブルサイズに適したアース継続導体サイズが示されています。簡単のため、工場全体の接地スキームを3セクションに分割します。

各セクションの説明は以下の通りです：

セクション A：

表1によると：

• 50HPモーター用アース導体（19/.064ケーブル）= 4 SWG
• 20HPモーター用アース導体（7/.064ケーブル）= 10 SWG
• 15HPモーター用アース導体（7/.052ケーブル）= 12 SWG
• 10HPモーター用アース導体（19/.052ケーブル）= 6 SWG

このセクションでは最大モーターが50HPであるため、中央のアース導体ペアはモーターで発生するあらゆる故障電流を流せる必要があります。各50HPモーターが配電システムの末端に設置されているため、このセクション周辺の各アース導体サイズは4SWGです。他の小型モーターからメインペアへの適切なアース導体サイズも表2.2に示されています。

セクション B：

表によると、このセクションのアース導体サイズは以下の通りです：

• 10HPモーター用アース導体（19/.052）= 6 SWG
• 2HPモーター用アース導体（7/.036）= 14 SWG

このセクションの配電システムは、10HPモーターから接続点Eまでの各アース導体サイズを6SWG、2HPモーター用を14SWGとするように設計されています。10HPモーター側で故障が発生した場合でも安全な経路が確保されます。

セクション C：

このセクションのアース継続導体サイズは以下の通りです：

• 5HPモーター用アース導体（7/.052）= 12 SWG
• 10HPモーター用アース導体（7/.036）= 14 SWG

15HPから接続点Dまでのアース継続導体サイズは12SWG、各2HPモーター用は14SWGとなります。

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アース線のサイズ決定

今度は適切なアース線のサイズを求めます。変圧器LT側のケーブルサイズが37/.083なので、3/0 SWG銅線（または 3/16 × ¾ または 1/8 インチ）銅ストリップを使用できます。変圧器で故障が発生した場合、故障電流は接地極板AまたはB、または両方を一度に流れ、アース抵抗にも依存します。

したがって、アース線は故障電流を流せる必要があります。この目的で、変圧器からC、CからA、CからD、DからBまですべてのアース線に3/0 SWGを使用すべきです。変圧器故障電流はEからD間のワイヤーには流れないため、そのサイズは4SWG（Eに接続された最大アース継続導体と同等）とすべきです。

アース極板・アース電極のサイズ決定

両方の接地極板が地下水位より下にあるため、各メインおよびセカンダリ極板には 2ft × 2ft × 1/8 インチのサイズが最適です。システムテスト後の継続性確認はもちろん、アース抵抗も考慮してください。

アース抵抗が1Ωを超える場合、セカンダリ極板と並列に追加極板を使用して、接地システムの総抵抗を最小化できます。

表 1. アース導体

アース継続導体およびアース線用の銅線とストリップサイズ。

表 2.

モーターおよびその他の電気機器・装置・設備用アース線サイズ（SWG）とアース電極。
注：接地設置の連続性試験を実施し、すべてが期待通りに機能することを確認してください。

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