JP2017033772A - Grounding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、設備や機器毎に独立して接地するための接地装置に関する。 The present invention relates to a grounding device for grounding independently for each facility or equipment.
一般に、接地は人等に対する感電防止、漏電による火災防止、変圧器内部の混触事故による低圧側電路への高電圧の侵入防止、変圧器低圧側の中性点の系統接地等の目的のために施され、その工事種別にはA種接地工事、B種接地工事、C種接地工事、D種接地工事等の種類がある。A種接地工事は、高圧用機器の金属製外箱や避雷器などに施され、B種接地工事は高圧と低圧とを変成する変圧器の低圧側に施される。C種接地工事は、300Vを超える低圧電気機械器具の金属製外箱や金属管などに施され、また、D種接地工事は300V以下の低圧電気機械器具や金属製外箱及び金属管などに施される。
接地方式には、設備や機器毎に独立した接地工事を施す独立接地方式と、複数の接地工事を一つの接地極に繋げて共用する共用接地方式とがある。独立接地方式は、接地極相互の影響をなくすために離隔距離を十分に確保することが必要となるが、現実には敷地の制限もあるため、B種接地以外のA種接地、C種接地、D種接地については、構造物の鉄骨や鉄筋に接続し共用接地されることがある(例えば、特許文献1参照)。
In general, grounding is used for the purpose of preventing electric shock to people, preventing fire due to electric leakage, preventing high voltage from entering the low-voltage circuit due to accidents in the interior of the transformer, and grounding the system at the neutral point of the transformer's low-voltage side. There are types of construction, such as Class A grounding, Class B grounding, Class C grounding, Class D grounding, and the like. Class A grounding work is applied to metal outer boxes and lightning arresters of high voltage equipment, and Class B grounding work is applied to the low voltage side of the transformer that transforms high voltage and low voltage. Class C grounding work is applied to metal outer boxes and metal tubes of low-voltage electric machinery and equipment exceeding 300V. Class D grounding work is applied to low-voltage electric machinery and equipment, metal outer boxes and metal pipes of 300V or less. Applied.
As a grounding method, there are an independent grounding method in which a grounding work is performed independently for each facility and equipment, and a common grounding method in which a plurality of grounding works are connected to a single grounding electrode. The independent grounding method requires a sufficient separation distance to eliminate the influence of the grounding electrodes, but in reality there are also site restrictions, so Class A grounding other than Class B grounding, Class C grounding As for D-type grounding, there is a case where it is connected to a steel frame or a reinforcing bar of a structure to be grounded in common (for example, see Patent Document 1).
一方、B種接地は、A種接地、C種接地、D種接地と共通接地にすると、地絡時の回路には短絡電流に相当する大電流が流れ、他回路との保護協調が取れないことから、独立接地方式とし地絡事故時に微弱な地絡電流を確実に検出できるように所望の接地抵抗とすることが要請される。そのために、独立接地極の接地棒の本数、形状や長さを調整して所望の接地抵抗を得るようにしている。また、接地棒に接地導電体を螺旋状に巻回して所望の接地抵抗を得るようにしたものもある(特許文献2参照)。 On the other hand, if Class B grounding is Class A grounding, Class C grounding, Class D grounding and common grounding, a large current corresponding to a short circuit current flows in the circuit at the time of ground fault, and protection coordination with other circuits cannot be achieved. For this reason, it is required to use an independent grounding system and to have a desired grounding resistance so that a weak grounding current can be reliably detected in the event of a grounding fault. For this purpose, the number, shape and length of the grounding rods of the independent grounding electrodes are adjusted to obtain a desired grounding resistance. In addition, there is a type in which a ground conductor is spirally wound around a ground rod to obtain a desired ground resistance (see Patent Document 2).
しかし、接地抵抗は土中の抵抗率が未知であること、均一でないなどの理由や、近傍の構造体の影響を受けること等から、所望の値を確保するための事前検討から求めた接地棒の本数、形状や長さでは確保できず、施工場所での調整が必要となることが多い。特に土中の抵抗率が高い場合には所望の抵抗値を確保するには多大な労力を費やす作業である。 However, the grounding resistance is a grounding rod obtained from a preliminary study to ensure the desired value because the resistivity in the soil is unknown or not uniform, or because it is affected by nearby structures. The number, shape and length cannot be secured, and adjustment at the construction site is often required. In particular, when the resistivity in the soil is high, it takes a lot of labor to secure a desired resistance value.
図4は、構造物の接地装置の一例を示す従来例の構成図である。構造物11は例えばビルであり、図4では構造物11は3階建てのビルであり、構造物11の鉄骨や鉄筋(以下、鉄筋12という)の一部を地面13より下の土中に埋め込み鉄筋12を共用接地極とし、また、構造物11の外部に接地棒を埋め込み独立接地極14としたものである。
FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional example showing an example of a grounding device for a structure. The
構造物11の内部に設置された変圧器15の中性点は、B種接地され接地線16xにより構造物11の外部の独立接地極14に接続されている。また、変圧器15の外箱はA種接地され接地線16yにより鉄筋12yに接続されている。負荷17a、17b、17cの外箱はD種接地され接地線16a、16b、16cにより鉄筋12a、12b、12cに接続されている。
The neutral point of the
いま、図4のF1で地絡事故が発生したとすると、地絡電流は、矢印で示すように、地絡点F1→負荷17cの外箱(D種接地)→接地線16c→構造物11の鉄筋12c→土中18→独立接地極14→接地線16x→変圧器15の中性点(B種接地)→変圧器15の低圧巻線→電源線19c1、19c2→地絡点F1のルートで流れる。従って、独立接地極14を構造物の外部に設けなければならない場合には、構造物11の外部の土中18の大地抵抗率と構造体11と独立接地極14の位置関係により抵抗が変化するため、接地抵抗の調整も煩雑となる。
If a ground fault occurs at F1 in FIG. 4, the ground fault current is, as indicated by the arrow, ground fault point F1 → outer box of
本発明の目的は、所望の接地抵抗を容易に得ることができる接地装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a grounding device capable of easily obtaining a desired grounding resistance.
本発明の接地装置は、構造物の内部に設置された機器のために独立接地される内部接地極と、構造物の鉄骨または鉄筋からの連接線に接続され前記内部接地極の周囲を包囲する外部接地極と、前記内部接地極と外部接地極との間に充填され接地抵抗を調整するための充填材とを備えたことを特徴とする。 The grounding device of the present invention is connected to an internal grounding pole that is independently grounded for equipment installed inside the structure and a connecting wire from a steel frame or a reinforcing bar of the structure and surrounds the periphery of the internal grounding pole. An external grounding electrode and a filler for adjusting a grounding resistance filled between the internal grounding electrode and the external grounding electrode are provided.
本発明によれば、本装置の接地抵抗は、内部接地極の周囲を包囲する外部接地極を設け、外部接地極は必要とする接地抵抗値に対して十分低い抵抗値を持つ構造体を構成する鉄骨または鉄筋からの連接線で接続するので、無限遠方から外部接地極までの接地抵抗を無視できる。接地装置の接地抵抗の大きさは内部接地極と外部接地極との間に充填される充填材の抵抗率や内部接地極と外部接地極の半径、長さを調整することによりに決定することができる。これにより、事前に接地抵抗値の大きさ、接地極の形状を計画でき、所望の接地抵抗を容易に得ることができる。また、接地装置取り付け後に接地抵抗の調整が必要な場合には、充填材の抵抗率を調整することで容易に行うことができる。 According to the present invention, the grounding resistance of this device is provided with an external grounding electrode that surrounds the periphery of the internal grounding electrode, and the external grounding electrode constitutes a structure having a sufficiently low resistance value with respect to the required grounding resistance value. Since it is connected with a connecting wire from the steel frame or reinforcing bar, the grounding resistance from infinity to the external grounding electrode can be ignored. The size of the grounding resistance of the grounding device shall be determined by adjusting the resistivity of the filler filled between the internal grounding electrode and the external grounding electrode, and adjusting the radius and length of the internal grounding electrode and the external grounding electrode. Can do. Thereby, the magnitude of the ground resistance value and the shape of the ground electrode can be planned in advance, and a desired ground resistance can be easily obtained. In addition, when it is necessary to adjust the grounding resistance after attaching the grounding device, it can be easily performed by adjusting the resistivity of the filler.
以下、本発明の実施形態を説明する。図1は本発明の実施形態に係る接地装置の一例を示す構成図である。本発明の実施形態は、図4に示した従来例に対し、独立接地極14の接地棒に代えて、事前に所望の抵抗値になるように設定されたた寸法を持つ独立接地される内部接地極20と、内部接地極20の周囲を包囲する外部接地極21とで構成され、外部接地極21は共用接地に連接線22で接続され、内部接地極20と外部接地極21との間に充填材23を充填したものである。その他の構成は図4と同一であるので、同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a grounding device according to an embodiment of the present invention. In the embodiment of the present invention, in place of the grounding rod of the
図1において、内部接地極20は、構造物11の内部に設置された機器を独立接地する接地極であり、構造物11の外部に設けられている。図1では、内部接地極20は棒状に形成され、構造物11の内部に設置された機器は変圧器15であり、B種接地された変圧器15の中性点を接地線16xにより構造物11の外部の内部接地極20に接続したものを示している。
In FIG. 1, an
外部接地極21は、内部接地極20の周囲を包囲して設けられる。図1では、外部接地極21は円筒形に形成され、その円筒内に棒状の内部接地極20を収納して内部接地極20の側面を包囲したものを示している。また、外部接地極21は、構造物11の内部に設置された機器を共用接地した構造物11の鉄筋12に連接線22で接続されている。これにより、外部接地極21は共用接地した構造物11の鉄筋12と同じ電位に維持される。
The
さらに、内部接地極20と外部接地極21との間、すなわち、外部接地極21の円筒内に、事前に所望の抵抗値になるように設定された抵抗率を持つ充填材23が充填されている。
Furthermore, a filling
いま、図1のF1で地絡事故が発生したとすると、地絡電流は、矢印で示すように、地絡点F1→負荷17cの外箱(D種接地)→接地線16c→構造物11の鉄筋12c→連接線22→外部接地極21→充填材23→内部接地極20→接地線16x→変圧器15の中性点(B種接地)→変圧器15の低圧巻線→電源線19c1、19c2→地絡点F1のルートで流れる。なお、構造物11の鉄筋12cから外部接地極21には、連接線22に加えて土中18を通って地絡電流が流れるが、連接線22の抵抗は土中18の抵抗より小さいので、ほとんどの地絡電流は連接線22に流れる。
Assuming that a ground fault has occurred at F1 in FIG. 1, the ground fault current is the ground fault point F1 → the outer box of the
外部接地極21は共用接地した構造物11の鉄筋12cに連接線22で接続されるので、外部接地極21は共用接地した構造物11の鉄筋12cと同じ電位に維持される。従って、近傍の構造体の影響を受けることがなく、土中18の抵抗を考慮する必要がないので、事前に所望の抵抗値になるように設定されたた寸法を持つ内部接地極、外部接地極および充填材からなる接地装置を取り付けるだけで所望の接地抵抗を容易に得ることができる。また、接地装置取り付け後、接地抵抗値の変更が必要な場合でも充填材の抵抗率を調整するだけで所望の接地抵抗を容易に得ることができる。
Since the
以上の説明では、内部接地極20は、B種接地された機器を独立接地する場合について説明したが、B種接地に代えて、A種接地、C種接地、D種接地された機器を独立接地する場合であってもよい。また、内部接地極20と外部接地極21とで構成された接地装置を構造物11の外部に設けた場合を示したが、構造物11の内部に設けるようにしてもよい。
In the above description, the
次に、本発明の実施形態に係る接地装置の接地抵抗について説明する。図2は、本発明の実施形態に係る接地装置の接地極部分の一例の構成図である。図2に示すように、内部接地極20及び外部接地極21の長さをlとし、地面13から埋設深さtの位置に内部接地極20及び外部接地極21を埋設するものとする。また、棒状の内部接地極20の半径はaであり、外部接地極21の半径はbであるとする。充填材23の抵抗率はρであるとする。
Next, the grounding resistance of the grounding device according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a configuration diagram of an example of a ground pole portion of the ground device according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the lengths of the
いま、表1に示す4種類の接地装置を用意した。すなわち、条件1、条件2、条件3及び条件4の接地装置を用意した。これら条件1、条件2、条件3及び条件4の接地装置の内部接地極20及び外部接地極21が設置される箇所の大地抵抗率ρeは100Ωmとした。条件1及び条件2の充填材の抵抗率ρは大地抵抗率ρeと同じ100Ωmとし、条件3及び条件4では充填材の抵抗率ρは、条件1、2の100Ωmと比較するため、50Ωm、80Ωmとした。
Now, four kinds of grounding devices shown in Table 1 are prepared. That is, grounding devices of Condition 1, Condition 2, Condition 3, and Condition 4 were prepared. The earth resistivity ρe at the location where the
R=(ρ/2πl)・ln(b/a) …(1)
(1)式は、近傍の構造体11の影響を考慮せず、内部接地極20を包囲する外部接地極21を円筒形で構成した接地装置単体を独立接地極とした場合の抵抗値を表す式である。
R = (ρ / 2πl) · ln (b / a) (1)
Equation (1) represents the resistance value when a single grounding device in which the
一方、本発明の実施形態では、接地装置の外部接地極21と構造体11の鉄筋12cとを連接線22で接続し、かつ内部接地極20と接地線16xとが接続されていることから、これらの条件を加味した構造物11の影響を考慮した接地装置の抵抗値を、電磁界解析のうちFDTD(Finite-difference time-domain method)法(有限差分時間領域法による電磁界解析(以下、単に電磁界解析という))により求めた。
On the other hand, in the embodiment of the present invention, the
図3は、接地装置の抵抗を電磁界解析により構造物11の影響を考慮して求める場合の接地極部分の説明図であり、図3(a)は構造物11の影響を考慮して内部接地極20と構造体11と間の電圧を電磁界解析により求め接地装置の抵抗値を求める場合の説明図、図3(b)は構造物11を考慮して内部接地極20と無限遠方との間の電圧を電磁界解析により求め接地装置の接地抵抗値を求める場合の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the grounding electrode portion when the resistance of the grounding device is obtained by considering the influence of the
図3(a)において、内部接地極20に注入線24を接続し、外部接地極21と構造体11の鉄筋12cとを連接線22で接続する回路において、構造物11の影響を考慮した接地装置の抵抗値を求めるものである。図3(a)の注入線24から地絡事故発生時に流れる模擬電流を流し、注入線24(内部接地極20)と構造体11(鉄筋12c)と間の電圧を電磁界解析により計算して接地装置の抵抗値を求めた。これにより、構造物11の影響を考慮したB種接地を想定した接地装置の抵抗値の算出ができる。
In FIG. 3A, in the circuit in which the
また、図3(b)においても同様に、図3(a)と同様の回路において、注入線24から地絡事故発生時に流れる模擬電流を流し、注入線24(内部接地極20)と無限遠方の基準点25と間の電圧を電磁界解析により計算して接地装置の接地抵抗値を求めた。これにより、無限遠方から見た構造物11の影響を考慮したB種接地を想定した接地装置の接地抵抗値が算出できる。
Similarly in FIG. 3 (b), in the same circuit as in FIG. 3 (a), a simulated current flowing from the
表2に、(1)式の算出式から求めた抵抗値と、図3(a)、(b)の電磁界解析により求めた抵抗値を示す。 Table 2 shows the resistance value obtained from the equation (1) and the resistance value obtained by the electromagnetic field analysis of FIGS. 3 (a) and 3 (b).
表2において、外部接地極21の半径b、接地極の長さlを変更した条件1、条件2より、外部接地極の半径bや接地極の長さlを変更することで任意の抵抗値を確保することができることがわかる。
In Table 2, from the condition 1 and the condition 2 in which the radius b of the
表2において、充填剤23の抵抗率ρを変更した条件1(条件2)、条件3、条件4より充填剤23の抵抗率ρを変更することで任意の抵抗値を確保することができることがわかる。
In Table 2, by changing the resistivity ρ of the
また、条件1、条件2、条件3、条件4において電磁解析により求めた独立接地極としての接地抵抗値も(1)式の算出式から求めた接地抵抗値や電磁界解析から求めた抵抗値と、それぞれの条件において近い値になっていることは、構造物11の鉄骨または鉄筋からの連接線22に接続した本発明の実施形態の接地装置を使用することで独立接地極としての値を確保していることになる。
In addition, the grounding resistance value as an independent grounding electrode obtained by electromagnetic analysis in conditions 1, 2, 3, and 4 is also the grounding resistance value obtained from the calculation formula (1) and the resistance value obtained from electromagnetic field analysis. The close values in the respective conditions indicate that the value as the independent grounding pole can be obtained by using the grounding device of the embodiment of the present invention connected to the connecting
以上述べたように、本発明の実施形態によれば、構造物11の外部に独立接地される内部接地極20の周囲を包囲する外部接地極21を設け、外部接地極20は共用接地された鉄骨または鉄筋からの連接線22に接続されて共用接地の電位に保持されるので、地絡電流による接地装置の内部接地極20と構造物11との間の電圧Vを小さくできる。内部接地極20と外部接地極21との間に充填される充填材23の抵抗率ρを調整するだけで接地抵抗を調整できる。これにより、地絡電流を確実に検出できる所望の接地抵抗を容易に得ることができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, the
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
11…構造物、12…鉄筋、13…地面、14…独立接地極、15…変圧器、16…接地線、17…負荷、18…土中、19…電源線、20…内部接地極、21…外部接地極、22…連接線、23…充填材、24…注入線、25…無限遠方の基準点
DESCRIPTION OF
Claims (1)
構造物の鉄骨または鉄筋からの連接線に接続され前記内部接地極の周囲を包囲する外部接地極と、
前記内部接地極と前記外部接地極との間に充填され接地抵抗を調整するための充填材と、
を備えたことを特徴とする接地装置。 An internal grounding pole that is independently grounded for equipment installed inside the structure;
An external grounding electrode connected to a connecting line from a steel frame or a reinforcing bar of the structure and surrounding the inner grounding electrode;
A filler filled between the internal ground electrode and the external ground electrode for adjusting the ground resistance;
A grounding device comprising:
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