JP2011142056A - 接地電極およびその構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短い掘削距離で機器保護に必要な所定の接地抵抗値を実現する。
【解決手段】地上から地中に向けて斜めに、ついで水平方向にボーリングして導体を埋設し、これを採熱管３Ａとして地熱利用に供するとともに接地電極として利用する。鉛直にボーリングして電極を埋設するよりも短距離で機器保護に必要な所定の接地抵抗値を実現することができる。すなわち、含水層などの電気抵抗の低い地層に沿って導体を埋設刈ることが可能になるから、ボーリング深さが浅くてよく、接地電極の建設コストを低廉化できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、地上機器を電気的に保護する接地電極、およびその構築方法に関する。

電気的に作動する各種機器に対して、異常電圧が作用した場合等にこの機器を保護し、誤動作を防止するため、接地回路が設けられる。

容量の大きい接地回路は、地盤を鉛直にボーリングして電極棒を埋め込み、その上端を機器の接地側に接続することで実現できる。

一例として、図３に示すグラフは、地盤を鉛直方向にボーリングしながら測定した接地抵抗の値である。縦軸が接地抵抗（Ω）、横軸は掘削深度（ｍ）である。掘削深度が３０〜４０ｍ程度まで進んでも接地抵抗の値はほとんど変わらず、１０Ω以上を示しており、５０ｍ近くになって減少し始め、深さ５５ｍでようやく５Ωという満足すべき値が得られている。

これは、地盤内の含水層が水平方向に薄く広がって複数層重なるように分布しており、抵抗の低い含水層に掘り当たっても、さらに掘削すると再び抵抗の高い層を貫通することになって、掘削に比例した抵抗値の減少とならないのが原因であると思われる。

なお接地抵抗の目標値は、対象となる機器の電気容量等によって異なるため、一概に定めることはできない。

ところで、特許文献１には、任意の方向に進むことのできる掘進ヘッドを使用して屈曲部を含む任意の形状で管路を埋設することのできる掘進装置、ならびにこれを使用する掘進工法が記載されている。図面によりこれを簡単に説明する。

図４はこのような掘進装置を使用して建造物の下部の地盤改良を行う場合の概念図で、符号１は掘進装置、符号２は掘進ヘッド、符号３は可撓性の連結ロッド、符号Ｓは構造物である。構造物Ｓの脇の地上から地中に向けて斜めにボーリングを開始し、所定の深さに到達したら掘進ヘッドの向きを水平方向に変え、以後は水平にボーリングするのである。掘進ヘッド２の後方には可撓性の連結ロッド３が次々に連結される。破線で囲んだ部分が改良対象の地盤である。

図５は同じく特許文献１に記載の掘進ヘッド２の一例を示す断面図で、符号２１はジェットノズル、符号２２は高圧流体の供給される流体経路である。ジェットノズル２１は掘進ヘッド２の中心軸に対して約５度斜め方向を向いている。したがって掘進ヘッド２に回転を与えながら前進させれば直進するが、回転を与えずに前進させればジェットノズル２１にしたがって斜め方向に進む。

図６は同じく特許文献１に記載された掘進装置１の外観図で、符号１０はベース、符号１１はその上を移動する前進フレーム、符号１２は回転用モータ、符号４３はチェーン、符号１４は前進用モータ、符号３は前記連結ロッドである。前進フレーム１１には連結ロッド３を固定するクランプと、連結ロッド３を把持して回転させるチャックが備えられており、これに前進機構を組み合わせると、連結ロッド３を回転させずに前進させたり、回転させながら前進させたりすることが可能であるから、図４に示したような形状のボーリングを実現することができる。掘進ヘッドの前進に従い、掘進作業を中断して後方に新たな連結ロッド３を連結し、作業を継続する。

一方、特許文献２には、地中に埋設した配管内に水などの流体を循環させることにより、地中の熱を空調等に利用することが記載されている。これは表層部を除く地盤（以下、恒温層という）の地中温度が年間を通じてほぼ１５〜１６℃であることに着目して、埋設した配管を採熱管とし、循環流体を介してその熱を地上の建物や機器等に利用しようとするものである。

特開２００８−３８４００号公報 特開２００７−６４５４９号公報

本発明は、短い掘削距離で十分な接地抵抗の得られる接地電極を実現することを目的とするとともに、地中熱を利用する採熱管を構築した場合、これに接地電極を兼用させることで建設コストを低減させることを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、地上から地中に向けて斜めに、ついで含水層内を水平方向に管状あるいは棒状の導体を埋設して接地抵抗を機器保護に必要な所定値としたことを特徴とする接地電極である。

請求項２に記載の本発明は、前記管状の導体を多重管とし、地盤との間で熱授受する採熱管と兼用とした請求項１に記載の接地電極である。

請求項３に記載の本発明は、掘進ヘッドの後方に可撓性の管状あるいは棒状の導体を連結しながら地上から地中に向けて斜めにボーリングして順次連結ロッドを埋設し、先端部が含水層に到達したら掘進ヘッドの向きを水平方向に変え、埋設された導体の接地抵抗が機器保護に必要な所定値に到達したら掘進を終了して前記導体を接地電極として地上機器に接続することを特徴とする接地電極の構築方法である。

請求項４に記載の本発明は、前記可撓性の管状の導体を多重管とし、地盤との間で熱授受する採熱管と兼用とした請求項３に記載の接地電極の構築方法である。

本発明によれば、導体を含水層内で水平方向に埋設することにより、従来よりも短い距離で機器保護に必要な所定の接地抵抗値が得られ、さらに採熱管と兼用させるようにすれば接地電極の建設コストを一層低減させることができるという、すぐれた効果を奏する。

本発明実施例の断面方向から見た構成図である。 本発明実施例を示す平面図である。 鉛直方向の掘削深度と接地抵抗の関係を示すグラフである。 本発明に係わる公知の掘進工法の概念図である。 従来の技術における掘進ヘッドの断面図である。 従来の技術における掘進装置の外観図である。

以下、本発明の好ましい実施例を図面により説明する。

この実施例は鉄道線路における踏切設備に関するもので、図１は断面方向から見た構成図、図２は平面図である。符号３Ａはさきの図４における連結ロッド３に相当するものでここでは地中に埋設された採熱管、符号４は採熱管３Ａと地上の機器との間で流体を循環させる配管、符号５はピット内に設置されたリザーブタンク、６は流体を循環させるポンプ、７は踏切制御装置や電源装置その他を収納した器具箱、符号８は踏切の警報機、符号９は踏切の遮断機、符号Ｄは除雪用の流雪ピット、符号Ｒは道路、符号Ｔは線路である。

この踏切は積雪地帯にあり、器具箱、警報機、遮断機等の積雪を溶かして誤作動を防止するために地熱を利用する融雪設備が設けられている。すなわち地中の恒温層に到達する深さまで埋設された採熱管３Ａと、器具箱７、警報機８、遮断機９等を配管で結び、これらの間に水を循環させて地熱により融雪を行うのである。

採熱管３Ａは、いうまでもなく前記図４ないし図６で説明した工法により埋設したものである。掘進ヘッド２の後方に可撓性の管状の導体、すなわち採熱管３Ａを連結しながら地上から地中に向けて斜めにボーリングして順次採熱管３Ａを埋設し、先端部が恒温層域に入り、かつ含水層に到達したら、掘進ヘッドの向きを水平方向に変え、施工中の計測により、埋設された採熱管３Ａの接地抵抗が機器保護に必要な所定値まで低下したことを確認して掘進を終了する。

採熱管３Ａは二重管で、外管には直径１００ｍｍの鋼管を使用しているので導電性を有する。内管は、掘進完了後に挿入した直径２０ｍｍの塩ビ管である。採熱管３Ａは、先端部分が恒温層に到達しているのと同時に、踏切関係の機器保護に必要な接地抵抗となるだけの長さを有している。特に図示しないが、採熱管３Ａは配線を介してこれら機器の接地用端子に接続され、付近に発生する異常電圧や落雷等の事故に対して機器を保護することができる。

この実施例で採熱管３Ａの地表からの進入角度は１２．８度、全長３４，３００ｍｍ、先端部分の地表からの深さは４，５００ｍｍで、接地抵抗は１．５Ωであった。

以上実施例では採熱管と兼用する場合を説明したが、本発明としては、接地用電極のみの目的で導体を埋設してもよいことはいうまでもない。また、本発明は踏切関係の機器保護のための接地電極に限られないのであって、広く一般の電気機器などを対象とした接地電極に適用することができる。

１…掘進装置、 ２…掘進ヘッド、 ３…連結ロッド、 ３Ａ…採熱管、 ４…配管、 ５…リザーブタンク、 ６…ポンプ、 ７…器具箱、 ８…警報機、 ９…遮断機、 Ｄ…流雪ピット、 Ｒ…道路、 Ｔ…線路。

Claims (4)

1. 地上から地中に向けて斜めに、ついで含水層内を水平方向に管状あるいは棒状の導体を埋設して接地抵抗を機器保護に必要な所定値としたことを特徴とする接地電極。
2. 前記管状の導体を多重管とし、地盤との間で熱授受する採熱管と兼用とした請求項１に記載の接地電極。
3. 掘進ヘッドの後方に可撓性の管状あるいは棒状の導体を連結しながら地上から地中に向けて斜めにボーリングして順次連結ロッドを埋設し、先端部が含水層に到達したら掘進ヘッドの向きを水平方向に変え、埋設された導体の接地抵抗が機器保護に必要な所定値に到達したら掘進を終了して前記導体を接地電極として地上機器に接続することを特徴とする接地電極の構築方法。
4. 前記可撓性の管状の導体を多重管とし、地盤との間で熱授受する採熱管と兼用とした請求項３に記載の接地電極の構築方法。

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