JP2008021632A - 等電位化接地システム及びその施工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】
メッシュ方式の接地システムを等電位化させて、接地電位差による電子機器の誤動作及び損傷を防止できる等電位化接地システムと、これを施工するための施工方法を提供する。
【解決手段】
本発明の等電位化接地システムは、横に布設される多数の横線と、前記多数の横線に対して縦に布設され、前記多数の横線と互いに交差する交差部が電気的に連結される多数の縦線とからなるメッシュと；前記メッシュの各コーナーに連結される第１接地棒と；前記第１接地棒より高い接地抵抗を有し、前記メッシュの端縁部の交差部のうち前記第１接地棒間に連結される多数の第２接地棒と；から構成される。
【選択図】 図５ａ
メッシュ方式の接地システムを等電位化させて、接地電位差による電子機器の誤動作及び損傷を防止できる等電位化接地システムと、これを施工するための施工方法を提供する。
【解決手段】
本発明の等電位化接地システムは、横に布設される多数の横線と、前記多数の横線に対して縦に布設され、前記多数の横線と互いに交差する交差部が電気的に連結される多数の縦線とからなるメッシュと；前記メッシュの各コーナーに連結される第１接地棒と；前記第１接地棒より高い接地抵抗を有し、前記メッシュの端縁部の交差部のうち前記第１接地棒間に連結される多数の第２接地棒と；から構成される。
【選択図】 図５ａ
Description
本発明は、等電位化接地システム及びその施工方法に関し、特に、接地システムがメッシュ方式からなる場合に、全ての位置の電位を同一にすることができる等電位化接地システム及びその施工方法に関する。
一般的に、各種の電気、電子、通信設備をグランドと電気的に接続して接地を構成するための端子が接地電極であり、この接地電極とグランドとの間に発生する接触抵抗、すなわち電気的抵抗が接地抵抗である。
したがって、地絡電流或いはノイズ（Noise）電流の発生時、このような接地電極の接地抵抗に起因して電位が上昇し、システムに様々な障害を起こす。
接地抵抗は、０（Zero ohm）を有することが理想的であるが、実際上、不可能なので、接地に接続された装備や設備に何らの障害が発生しないように、接地システムを構成することが絶対的に必要である。
一方、本発明と関連があるメッシュ（mesh）またはグリッド（grid）接地は、銅線をメッシュ構造で地面に布設する接地であって、グランド抵抗率が高い地域や建物の底部のように広い面積に主に施工する。
メッシュ接地は、低い接地抵抗を得ることができ、低い接触電圧やステップ電圧を得ることが容易なので、安全が優先される場所に施工する。但し、非常に広い施工面積が必要であり、施工が難しく、施工費が相対的に他の方式の接地方式に比べて高く、維持補修が不可能なので、最初の施工時に、確実に施工しなければならない。
前述のようなメッシュ接地方式は、発電所や変電所のような所には必需的に施工され、プラントや工場のように活用面積が大きい場所でも多く施工する。
前述のようなメッシュ方式接地システムは、図１に示されるように、網状の構造を有し、接地裸銅線（Bare Copper）を一定の間隔で布設し、接地電極として利用する接地方式であって、横Ｃと縦Ｂを一定の間隔Ｓを有するメッシュ１０の形態で布設する。
裸銅線は、断面積が１００ｍｍ２あるいは２００ｍｍ２である裸銅線を使用し、格子形態でつながる連結点（以下、本発明の説明では、交差部として説明し、交差部は、共に電気的に連結されたことを前提として説明する）は、圧着スリーブや発熱溶接で接続し、外部接地線は、いろいろな所から引き出して使用することができる。
ところが、上記のようになされた従来のメッシュ方式接地システムは、雷撃のような異常電流が前記メッシュ１０の中央部分に流入される場合、図２に示されるように、電流は、各接地システムの角部部分に集中し、角部部分が他の部分より最大３倍以上の差異が生じるため、等電位接地がなされないという問題点がある。
そして、図３に示されるように、メッシュ１０のいずれか一側に雷撃電流が流入する場合にも、地中に通過される電流のバラツキによって等電位接地がなされない。
図２及び図３とそれによる等電位関連内容は、ブラックウェル出版社（Blackwell publishing）で出版された“Geoffrey Stokes”編著の“Handbook of Electrical Installation Practice”で引用した。
すなわち、同一であるか、又は類似する接地抵抗を有する条件で、地中に放流される電流量が大きければ、それにより、当該位置の電圧が高まるため、全体の接地面積において電位バラツキが発生するものである。
このようなメッシュ方式の接地システムの等電位問題を確認するために、図４ａのような構造でメッシュ（図４ａにおいて、メッシュ形態で平面配置された部分）を縦横が同じな間隔で形成し、全て同じ規格（長さ及び太さなどが同一で、接地抵抗が同一）で構成され、地中に埋設される接地棒（図４ａで垂直に配置された部分）を前記メッシュの端縁部のうち縦横が交差する交差部に連結する。
上記のようになされた従来のメッシュ方式の接地システムに対する接触電圧（touch potential）、ステップ電圧（step potential）、絶対電圧（absolute potential）のプロファイルを各々図４ｂ、図４ｃ、図４ｄに示した。
図４ａに示す構造のメッシュ方式の接地システムに対する各電圧の特徴を示す図４ｂ、図４ｃ、図４ｄに示されるように、従来のような同じ間隔のメッシュ構造からなるメッシュと、同じ条件の接地棒を同じ間隔で前記メッシュの端縁部の各交差部に連結して接地システムを構成すれば、前記メッシュの端縁部部分に連結された接地棒を介して地中に放流される電流量が非常に大きいため、電位バラツキが激しく発生することが分かる。
ところが、上記のようなメッシュ方式の接地システムにおいて等電位接地がなされない場合、接地面積内の電位差によって落雷、ＥＭＩなどによるノイズやサージを根本的に遮断することができず、電子機器の誤動作及び損傷を誘発するという問題点がある。
本発明の目的は、メッシュ方式の接地システムを等電位化させて、接地電位差による電子機器の誤動作及び損傷を防止できる等電位化接地システムと、これを施工するための施工方法を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明の一態様に係る等電位化接地システムは、横に布設される多数の横線と、前記多数の横線に対して縦に布設され、前記多数の横線と互いに交差する交差部が電気的に連結される多数の縦線とからなるメッシュと；前記メッシュの各コーナーに連結される第１接地棒と；前記第１接地棒より高い接地抵抗を有し、前記メッシュの端縁部の交差部のうち前記第１接地棒間に連結される多数の第２接地棒と；を含むことを特徴とする。
前記第１接地棒と前記第２接地棒とが同じ比抵抗素材及び断面積形態からなる接地棒であり、前記第１接地棒の長さが前記第２接地棒の長さより長く形成されることを特徴とする。
前記第１接地棒または前記第２接地棒は、低抵抗の炭素接地棒であることを特徴とする。
前記第２接地棒は、前記第１接地棒に隣接する位置に連結され、接地抵抗が前記第１接地棒と前記第２接地棒との間である第３接地棒をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明の他の態様に係る等電位化接地システムは、横に布設される多数の横線と、前記多数の横線に対して縦に布設され、前記多数の横線と互いに交差する交差部が電気的に連結される多数の縦線とからなるメッシュと；前記メッシュの端縁部の各交差部に連結される多数の第４接地棒と；を含み、前記メッシュの各横線と縦線は、中央から端縁部へ行くほど間隔が稠密に形成されることを特徴とする。
前記第４接地棒は、各々接地抵抗が同じ接地棒であることを特徴とする。
前記第４接地棒は、低抵抗の炭素接地棒であることを特徴とする。
前記メッシュの端縁部から内側に隣接する各交差部に連結され、前記第４接地棒より大きい接地抵抗を有する第５接地棒をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明のさらに他の態様に係る等電位化接地システムの施工方法は、多数の導体からなるメッシュを布設し、布設されたメッシュの各部に接地棒を連結して接地する接地工事方法であって、前記メッシュのコーナーに接地された第１接地棒の接地抵抗が前記メッシュのコーナー以外のメッシュに連結された第２接地棒の接地抵抗より小さく施工することを特徴とする。
前記接地棒は、低抵抗の炭素接地棒であることを特徴とする。
前記第１接地棒と前記第２接地棒が同じ比抵抗素材及び断面積形態からなる接地棒であり、前記第１接地棒の長さが前記第２接地棒の長さより長く形成されることを特徴とする。
前記メッシュは、中央部分から端縁部へ行くほど稠密に布設されることを特徴とする。
本発明は、メッシュ方式の接地システムにおいてメッシュ面積全体に対して接地による電位バラツキを最小化することによって、接地電位バラツキによる電子機器の誤動作及び損傷を防止することができるという効果を奏する。
また、本発明は、接地電位バラツキを最小化することによって、新概念の接地工法の確立に寄与することができ、大型電子工場及び超精密電子工場の落雷による被害を最小化することができるという効果を奏する。
（実施例）
以下、添付の図面を参照して、本発明に係る等電位化接地システム及びその施工方法について詳細に説明する。
以下、添付の図面を参照して、本発明に係る等電位化接地システム及びその施工方法について詳細に説明する。
図５ａは、本発明に係る第１実施例の構成図であり、図５ｂは、本発明に係る第１実施例を示す平面図であり、図５ｃは、本発明に係る第１実施例を示す正面図であり、図５ｄは、本発明に係る第１実施例を示す側面図であり、図５ｅは、本発明に係る第１実施例の接触電圧プロファイルを示す図であり、図５ｆは、本発明に係る第１実施例のステップ電圧プロファイルを示す図であり、図５ｇは、本発明に係る第１実施例の絶対電圧プロファイルを示す図であり、図６ａは、本発明に係る第２実施例の構成図であり、図６ｂは、本発明に係る第２実施例を示す平面図であり、図６ｃは、本発明に係る第２実施例を示す正面図であり、図６ｄは、本発明に係る第２実施例を示す側面図であり、図６ｅは、本発明に係る第２実施例の接触電圧プロファイルを示す図であり、図６ｆは、本発明に係る第２実施例のステップ電圧プロファイルを示す図であり、図６ｇは、本発明に係る第２実施例の絶対電圧プロファイルを示す図である。
本発明に係る接地システムは、メッシュの電位分布を等電位化するためのものである。
このために、本発明は、メッシュの中央部分に比べて端縁部の接地抵抗を低減したり、１つの接地棒を通過する電流量を周囲に分散させることによって、電位バラツキを最小化する。
以下、本発明は、接地電位バラツキを最小化するための３種類の実施例を提供する。
１．第１実施例
本発明に係る第１実施例は、図５ａ〜図５ｇに示すように、メッシュ２０が縦横が同じ間隔で形成され、前記メッシュ２０の端縁部のうちコーナー（図５ｂに“Ａ”で示す位置）には、接地抵抗が最も小さい第１接地棒２１が連結され、前記第１接地棒２１の内側に、前記第１接地棒２１より接地抵抗が若干大きい第２接地棒２２、２５が連結され、前記第２接地棒２２、２５の内側に、接地抵抗が前記第２接地棒２２、２５より大きい第３接地棒２３、２６が連結されて構成される。
本発明に係る第１実施例は、図５ａ〜図５ｇに示すように、メッシュ２０が縦横が同じ間隔で形成され、前記メッシュ２０の端縁部のうちコーナー（図５ｂに“Ａ”で示す位置）には、接地抵抗が最も小さい第１接地棒２１が連結され、前記第１接地棒２１の内側に、前記第１接地棒２１より接地抵抗が若干大きい第２接地棒２２、２５が連結され、前記第２接地棒２２、２５の内側に、接地抵抗が前記第２接地棒２２、２５より大きい第３接地棒２３、２６が連結されて構成される。
したがって、接地抵抗は、第３接地棒２３、２６、第２接地棒２２、２５、第１接地棒２１の順に小さい。
上記のように構成された本発明に係る第１実施例は、前記メッシュ２０を中心にして説明すれば、図５ｂに示すように、前記メッシュ２０は、縦横の間隔が同一に形成されている。
そして、前記メッシュ２の端縁部に前記第１接地棒２１、第２接地棒２２、２５と第３接地棒２３、２６を連結して地中に埋設する。
したがって、前記第１接地棒２１と第２接地棒２２、２５及び第３接地棒２３、２６は、各々接地抵抗が互いに異なるため、前記メッシュ２０を中心して説明すれば、前記メッシュ２０の中央部分より端縁部へ行くほど接地抵抗が小さく、コーナーの接地抵抗が最も小さい。
上記のように接地抵抗を異ならしめるために、本発明に係る第１実施例では、同じ素材及び太さからなる接地棒を利用する場合に、接地棒の長さを異ならしめて、地中に埋設される深さを異ならしめることによって、接地抵抗を異なるように設定した。
すなわち、第３接地棒２３、２６の長さを一旦接地システムに要する最小限の接地抵抗を有するようにした後、第２接地棒２２、２５と第１接地棒２１の順に次第に長くして、接地抵抗を小さくした。
上記のように構成された本発明に係る第１実施例は、メッシュ２０の中央より端縁部、端縁部よりコーナーの接地抵抗が小さく構成されているので、図５ｅ〜図５ｇに示すように、流入される電流のバラツキによる電位差を最小化して、等電位化することができる。
言い換えれば、前記メッシュ２０のコーナー部分に流入される電流が他の部分に比べて３倍多く流入される場合、前記第１接地棒２１の長さは、最小限第３接地棒２３、２６に比べて３倍程度に大きくなければならないし、前記第２接地棒２２、２５は、前記第３接地棒２３、２６より２倍程度に大きくなければならない。
２．第２実施例
本発明に係る第２実施例に係るメッシュ３０は、図６ａ〜図６ｇに示すように、中央から端縁部へ行くほど間隔が狭く形成される。
本発明に係る第２実施例に係るメッシュ３０は、図６ａ〜図６ｇに示すように、中央から端縁部へ行くほど間隔が狭く形成される。
すなわち、図６ｂに示すように、前記メッシュ３０は、中央部分の間隔より端縁部へ行くほど間隔が稠密に形成されている。
そして、図６ｃ及び図６ｄに示すように、前記メッシュ３０に連結される接地棒３１、３２、３３は、同じ規格（接地抵抗が同じ規格）で構成され、前記メッシュ３０のコーナー（図６ｂに“Ａ”で示す位置）をはじめとして端縁部の交差部（横線と縦線が互いに交差する部分）と、端縁部から内側に隣接した交差部に連結される。
したがって、前記各接地棒３１、３２、３３の間隔は、各々連結されたメッシュ３０の間隔によって中央部分から端縁部へ行くほど稠密に埋設される。
上記のように構成された本発明に係る第２実施例は、前記第１実施例と異なって、各々の接地抵抗は同一であるが、メッシュ３０の中央部分から端縁部へ行くほど単位面積当たり埋設された接地棒の数が多くなるため、結果として、各々の接地棒を介して地中に流入される電流密度が低くなり、端縁部の電位と中央部分の電位間の電位差が最小化されるため、図６ｅ〜図６ｇに示すように、等電位化することができる。
３.第３実施例
本発明に係る第３実施例は、前記第２実施例のように、メッシュが非等間隔で形成されたメッシュを利用し、第１実施例のように、コーナーの交差部と他の位置の交差部とに互いに異なる接地抵抗を有する接地棒を連結した実施例である。
本発明に係る第３実施例は、前記第２実施例のように、メッシュが非等間隔で形成されたメッシュを利用し、第１実施例のように、コーナーの交差部と他の位置の交差部とに互いに異なる接地抵抗を有する接地棒を連結した実施例である。
本発明に係る第３実施例は、非等間隔のメッシュの使用による利点と接地棒の接地抵抗バラツキを利用するので、より精密な等電位化を図ることができる。
４．接地棒
本発明に使われる接地棒は、低抵抗の炭素接地棒を使用するが、前記低抵抗の炭素接地棒は、低い接地抵抗の確保が容易であり、固有抵抗が低くて電流を速かに放流させ、炭素材質からなるので、経年変化がなくて、半永久的に使用可能である。
本発明に使われる接地棒は、低抵抗の炭素接地棒を使用するが、前記低抵抗の炭素接地棒は、低い接地抵抗の確保が容易であり、固有抵抗が低くて電流を速かに放流させ、炭素材質からなるので、経年変化がなくて、半永久的に使用可能である。
そして、従来技術（図４ａ）と本発明の各実施例に使われる低抵抗の炭素接地棒は、直径２６０ｍｍ、長さ１，０００ｍｍの規格からなるものを使用し、但し、第１実施例の第１接地棒２１は、３，０００ｍｍ、第２接地棒２２、２５は、２，０００ｍｍ、第３接地棒２３、２６は、１，０００ｍｍである。
５．各実施例の結果
本発明に係る第１〜第３実施例と図４ａの従来技術の結果を表１に示す。
本発明に係る第１〜第３実施例と図４ａの従来技術の結果を表１に示す。
（但し、１：従来技術（図４ａ）、２：第１実施例、３：第２実施例、４：第３実施例、ＧＰＲ：グランド電位上昇（Ground Potential Rise））
本発明は、表１に示すように、従来技術（図４ａ）に比べてメッシュのコーナー及びコーナー隣接位置の接地棒の長さを他の部分に比べて各々３倍、２倍の長さにして埋設した本発明に係る第１実施例（図５ａ）の安全電圧が低く測定され、このような結果は、各実施例の各電圧を示すプロファイルにも現れている。
また、接地費用を節減するために、メッシュの間隔を等間隔にしない第２実施例または第３実施例も、従来技術に比べて安全電圧が低く測定された。
一方、従来技術及び第１〜第３実施例と関連した各電圧のプロファイル結果は、表１の条件外にメッシュに流入される事故電流を５ｋＡにし、グランド抵抗率が、各々深さ０.５ｍ以内の表皮層が２，５００ｏｈｍ＊ｍ、深さ０．５〜１ｍ以内の上部地層が１，５００ｏｈｍ＊ｍ、深さ１．５以上の下部地層が２００ｏｈｍ＊ｍであり、事故電流が流入される事故時間を０．５秒と仮定した時の結果である。
６．施工方法
本発明に係るメッシュ方式の接地システムを施工するためには、まず、裸銅線を用いてメッシュを地面上に布設し、メッシュの端縁部などの各交差部に接地棒を連結する。
本発明に係るメッシュ方式の接地システムを施工するためには、まず、裸銅線を用いてメッシュを地面上に布設し、メッシュの端縁部などの各交差部に接地棒を連結する。
この際、メッシュは、施工しようとする方式によって前記第１実施例乃至第３実施例によって等間隔（第１実施例）、非等間隔（第２、３実施例）で布設し、それによる接地棒を埋設した後、前記メッシュの端縁部または隣接交差部に連結する。
もちろん、接地棒も、前記各実施例に適した接地抵抗を有する接地棒を選定して埋設する。
２０、３０ メッシュ
２１、２２、２３、３１、３２、３３ 接地棒
２１、２２、２３、３１、３２、３３ 接地棒
Claims (12)
- 横に布設される多数の横線と、前記多数の横線に対して縦に布設され、前記多数の横線と互いに交差する交差部が電気的に連結される多数の縦線とからなるメッシュと；
前記メッシュの各コーナーに連結される第１接地棒と；
前記第１接地棒より高い接地抵抗を有し、前記メッシュの端縁部の交差部のうち前記第１接地棒間に連結される多数の第２接地棒と；を含むことを特徴とする等電位化接地システム。 - 前記第１接地棒と前記第２接地棒とが同じ比抵抗素材及び断面積形態からなる接地棒であり、前記第１接地棒の長さが前記第２接地棒の長さより長く形成されることを特徴とする請求項１に記載の等電位化接地システム。
- 前記第１接地棒または前記第２接地棒は、低抵抗の炭素接地棒であることを特徴とする請求項１又は２に記載の等電位化接地システム。
- 前記第２接地棒は、前記第１接地棒に隣接する位置に連結され、接地抵抗が前記第１接地棒と前記第２接地棒との間である第３接地棒をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の等電位化接地システム。
- 横に布設される多数の横線と、前記多数の横線に対して縦に布設され、前記多数の横線と互いに交差する交差部が電気的に連結される多数の縦線とからなるメッシュと；
前記メッシュの端縁部の各交差部に連結される多数の第４接地棒と；を含み、
前記メッシュの各横線と縦線は、中央から端縁部へ行くほど間隔が稠密に形成されることを特徴とする等電位化接地システム。 - 前記第４接地棒は、各々接地抵抗が同じ接地棒であることを特徴とする請求項５に記載の等電位化接地システム。
- 前記第４接地棒は、低抵抗の炭素接地棒であることを特徴とする請求項５又は６に記載の等電位化接地システム。
- 前記メッシュの端縁部から内側に隣接する各交差部に連結され、前記第４接地棒より大きい接地抵抗を有する第５接地棒をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の等電位化接地システム。
- 多数の導体からなるメッシュを布設し、布設されたメッシュの各部に接地棒を連結して接地する接地工事方法であって、
前記メッシュのコーナーに接地された第１接地棒の接地抵抗が前記メッシュのコーナー以外のメッシュに連結された第２接地棒の接地抵抗より小さく施工することを特徴とする等電位化接地システムの施工方法。 - 前記接地棒は、低抵抗の炭素接地棒であることを特徴とする請求項９に記載の等電位化接地システムの施工方法。
- 前記第１接地棒と前記第２接地棒が同じ比抵抗素材及び断面積形態からなる接地棒であり、前記第１接地棒の長さが前記第２接地棒の長さより長く形成されることを特徴とする請求項９に記載の等電位化接地システムの施工方法。
- 前記メッシュは、中央部分から端縁部へ行くほど稠密に布設されることを特徴とする請求項９に記載の等電位化接地システムの施工方法。
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