JP6469740B2 - 接地抵抗測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、接地抵抗を測定する方法に関し、より詳細には、接地網（メッシュ接地）が施されている箇所の接地抵抗を測定する方法に関する。

従来、接地網の接地抵抗を測定する方法として、電圧降下法（電位降下法とも呼ばれる。）が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開平１０−７８４６３号公報

高橋健彦著、「図解接地技術入門」、オーム社、２０１０年５月２０日、p.140

電圧降下法とは、以下の方法で接地抵抗を測定するものである。まず、測定の対象となっている接地極から所定の距離だけ離れた位置に、電流用の補助極と、電圧用（電位用）の補助極を打設する。そして、両補助極間に電源をつないで大地に電流を流し、電圧用の補助極と接地極との電位差、及び流した電流値から、接地抵抗を算出する。

ここで、電圧降下法によって入力される電流としては、あまり高い周波数のものは好ましくなく、一般的には１ｋＨｚ以下の波形が用いられる（上記、非特許文献１参照）。その理由としては、リード線のインダクタンスや容量が作用するためとされている。

しかし、電気所など、架空地線を通じて鉄塔などと電気的に接続されている箇所に設けられた接地網の接地抵抗を測定するに際しては、上記の電圧降下法では、測定誤差が大きくなってしまうという課題が存在する。

本発明は、上記の課題に鑑み、電気所など、架空地線を通じて鉄塔などと電気的に接続されている箇所に設けられた接地網の接地抵抗を測定する場合であっても、少ない誤差で測定することのできる方法を提供することを目的とする。

本発明は、接地網が施された箇所の接地抵抗を測定する方法であって、
前記接地網の外側の大地に電流極と電圧極を打設する工程（ａ）と、
前記接地網上の所定箇所に電気的に接続された信号線に対して、波頭長が５μｓ以下のパルス信号を印加する工程（ｂ）と、
前記パルス信号の波尾部が出力されている時間内において、前記信号線上に現れた電流と、前記信号線と前記電圧極との電位差とを計測する工程（ｃ）と、
前記工程（ｃ）で計測された電流及び電位差の値から接地抵抗値を算出する工程（ｄ）とを有することを特徴とする。

前記パルス信号は、波尾長が２００μｓ以下であるものとしても構わない。

上記の方法において、前記電流極の打設数を１本としても構わない。印加する信号はパルス信号であるため、高い電流量を流す必要がない。このため、従来の電圧降下法のように、複数の電流用補助極を打設する必要がない。

前記接地網は、電気所に施されているものとしても構わない。この場合において、前記電気所が、架空地線を介して複数の鉄塔と電気的に接続されているものとしても構わない。

また、前記接地網は、鉄塔に施されており、当該鉄塔が、架空地線を介して他の鉄塔と電気的に接続されているものとしても構わない。

本発明の方法によれば、電気所など、架空地線を通じて鉄塔などと電気的に接続されている箇所に設けられた接地網の接地抵抗を測定する場合であっても、少ない誤差で測定することが可能となる。

接地抵抗を測定する方法の一例を模式的に示す図面である。 パルス発生部から発生されるパルス信号の一例を示す図面である。 電圧極と信号線との電位差を示す波形である。 抵抗値の時間変化を示すグラフである。 本発明の方法で得られた抵抗波形と真値の波形とを比較したグラフである。 電気所に施された接地網の接地抵抗を測定する場合の模式的な図面である。 電気所に施された接地網の接地抵抗を、電圧降下法で測定した場合と本発明の方法で測定した場合とで対比したグラフである。 電圧降下法によって電気所に施された接地網の接地抵抗を測定する場合を模擬した模式的な図面である。 本発明の方法によって電気所に施された接地網の接地抵抗を測定する場合を模擬した模式的な図面である。

本発明の接地抵抗測定方法の実施形態につき、図面を参照して説明する。図１は、接地抵抗を測定する方法の一例を模式的に示す図面である。

図１は、本発明の方法により、大地１０に埋設されている接地網１の接地抵抗を測定する様子を模式的に示している。接地網１は、メッシュ接地とも呼ばれ、例えば変電所などの電気所に施されているものとすることができる。

接地網１の外側の大地１０に、電圧極２及び電流極３が打設される。電流極３は、パルス発生部１３と電気的に接続されている。パルス発生部１３は、バッテリー及びインバータ回路を含む電源回路１４と電気的に接続され、電源回路１４から電圧が供給されて、極めて高い周波数のパルス信号を生成する。パルス発生部１３が生成するパルス信号は、波頭長が５μｓ以下であり、短いほど好ましい。より好ましくは波頭長が３μｓ以下であり、更に好ましくは１μｓ以下である。すなわち、パルス発生部１３は、急峻に立ち上がるパルス信号を生成することができる構成である。このパルス信号は、商用信号の数百倍以上の立ち上がり瞬度を有するものとすることができる。

パルス発生部１３が生成するパルス信号は、瞬時に立ち上がることができれば、一定の時間そのままの値を維持する構成でも構わないし、徐々に立ち下がる構成でも構わない。ただし、電源回路１４が備えるバッテリーを小型化する観点からは、パルス信号の波尾長についても短い方が好ましく、例えば、５００μｓ以下とするのが好ましく、２００μｓ以下とするのがより好ましい。本発明の方法では、パルス信号が瞬時に立ち上がった後、長くても１ｍｓ以内に検出された電流及び電圧の値から、接地抵抗が算出される。

接地網１上の所定箇所には、信号線５が接続される。この信号線５は、接地網１に設けられた立上接地線を利用することができる。信号線５は、電圧プローブ２２を介してオシロスコープ１１に接続される。オシロスコープ１１は、電圧極２とも接続されており、この電圧極２の電位と、信号線５の電位との電位差が、オシロスコープ１１において電圧値として検出可能に構成されている。

また、信号線５上、又は当該信号線５に電気的に接続されている線上には、変流器（ＣＴ）２１が設置され、信号線５を流れる電流値を計測可能に構成されている。変流器２１はオシロスコープ１１に電気的に接続されており、信号線５を流れる電流量がオシロスコープ１１で検出可能に構成されている。なお、信号線５は、パルス発生部１３と接続されており、信号線５、接地網１、大地１０、電流極３を介してパルス発生部１３へと戻る閉回路が構成される。

なお、図１には図示していないが、パルス発生部１３と信号線５の間、若しくは、パルス発生部１３内に、パルス発生部１３を電流源として模擬させるための高抵抗が接続されているものとしても構わない。

図２Ａは、パルス発生部１３から発生されるパルス信号（電流信号）の一例であり、横軸が時間、縦軸が電流値を表している。この信号は、オシロスコープ１１によって変流器（ＣＴ）２１を介して観測できる。上述したように、パルス信号は、立ち上がりが急峻な波形を示す。

図２Ｂは、オシロスコープ１１によって検出された、電圧極２と信号線５との電位差を示す波形である。パルス信号を印加した直後の極めて短い時間（３μｓ程度）において電圧値は急激に上昇した後、急激に低下し、３０μｓ程度が経過した後にはほぼ一定の値を示すことがわかる。

図３Ａは、オシロスコープ１１において、図２Ａ及び図２Ｂに示される波形から、電圧値を電流値で除することで算定された抵抗値の時間変化を示すグラフである。図２Ｂに示す電圧波形と同様に、パルス信号の印加直後の極めて短い時間においては、抵抗値が急峻に立ち上がるが、印加してから３０μｓ程度が経過した後にはほぼ一定の値を示すことがわかる。本発明の方法では、図３Ａに示す抵抗値がほぼ安定化した時点の値をもって、接地網１の接地抵抗とする。

図３Ｂは、本発明の方法で得られた抵抗波形と、真値の波形とを比較したグラフである。ここで、図３Ｂに示される真値は、電圧降下法を用いて測定された値である。なお、この例では、後述されるように、接地網１には鉄塔などの他の電力設備が電気的に接続されていない場合を想定している。

鉄塔などの他の電力設備が接地網１に接続されていない場合、電圧降下法は、接地抵抗を最も真値に近い値で計測することが可能である。図３Ｂによれば、本発明の方法によって計測された抵抗値では、上述したように３０μｓ程度が経過した後の、安定した値と、真値とがほぼ同一であることが確認される。すなわち、本発明の方法であっても、パルス信号を印加してから、所定の時間が経過した後に得られる抵抗値をもって、接地網１の接地抵抗を正しく算定することができる。

なお、電圧降下法によって接地抵抗を測定する場合、接地網１に印加するための電流を生成するために、変圧器や誘導電圧調整器などが必要とされる。また、高い電流量（例えば数十Ａ程度）を流す必要があるため、電流用の補助極を多数打設する必要がある。しかし、本発明の方法によれば、１ｍｓ未満という極めて短い時間内に電流パルスを印加することで接地抵抗が測定できるため、大規模な電源設備が必要ではなく、また打設する接地極（電流極３）の本数も極めて少なくすることができる。この結果、接地抵抗の測定に必要な工数を大幅に削減することができる。電流極３の本数は、例えば１本であっても構わない。

更に、「発明が解決しようとする課題」の項で上述したように、電圧降下法では、接地網１と鉄塔が電気的に接続されているような場合には、接地網１の接地抵抗が正しく測定できないという課題がある。これに対し、本発明の方法によれば、接地網１と鉄塔が電気的に接続されている場合であっても、電圧降下法と比べて、真値に近い接地抵抗値を算出することができる。この点につき以下で説明する。

図４は、電気所に施された接地網の接地抵抗を測定する場合の模式的な図面である。電気所２０は、例えば変電所や開閉所などが挙げられる。電気所２０の接地網１は、架空地線３０を介して、複数の鉄塔（３１，３２，３３，‥‥‥）と電気的に接続されている。なお、各鉄塔（３１，３２，３３，‥‥‥）についても、接地線を通じて大地１０に接地されている。

なお、図４では、図示の都合上、電圧極２については図示されていない。

図５は、図４に示した電気所２０に施された接地網１の接地抵抗を、電圧降下法で測定した場合と本発明の方法で測定した場合とで対比したグラフである。横軸は、接地網１と電気的に接続された鉄塔の数に対応する。縦軸は算定された抵抗値である。

図５によれば、電圧降下法の場合、接続される鉄塔数が増えるほど接地網１の接地抵抗の値が低下していることがわかる。これに対し、本発明の方法によれば、接続される鉄塔数が増えても、接地網１の接地抵抗の値はほとんど変化していない。このような結果が生じた理由につき、図６Ａ及び図６Ｂを参照して説明する。

図６Ａは、電圧降下法によって電気所２０に施された接地網１の接地抵抗を測定する場合を模擬した模式的な図面である。電圧降下法では、電流入力部５０から、商用周波数よりは高いものの、百数Ｈｚ〜数百Ｈｚ程度の値を示す電流が接地網１に入力される。なお、上述したように、電圧降下法では、大きな電流を接地網１に入力する必要があるため、電流用補助極５１を多数打設する必要がある。図６Ａでは、電流用補助極５１の太さを太く描くことで、このことを模擬している。

電流入力部５０から入力される電流波形が、百数Ｈｚ〜数百Ｈｚ程度の周波数であるため、接地網１と鉄塔３１、及び各鉄塔（３１，３２，３３，‥‥‥）間を接続する架空地線３０は、前記電流に対して低抵抗（Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）の導線を構成する。すなわち、接地網１、架空地線３０、各鉄塔（３１，３２，３３，‥‥‥）、及び大地（１０）との間で構成される閉回路は、集中定数回路として機能する。つまり、電流入力部５０から接地網１に対して電流を入力すると、全ての電流が電流用補助極５１側に向かうわけではなく、一部の電流が、架空地線３０側にも流れてしまう。

従って、電圧降下法によれば、電流用補助極５１を含む回路と、架空地線３０を含む回路とが並列回路として構成される結果、得られた抵抗値は、接地網１の接地抵抗と架空地線３０及び鉄塔（３１，３２，３３，‥‥‥）との並列合成抵抗となり、接地網１によって決定される実際の値よりも低い値を示す。つまり、鉄塔（３１，３２，３３，‥‥‥）が架空地線３０を介して電気所２０に電気的に接続されているような場合において、電気所２０に施された接地網１の接地抵抗を電圧降下法によって測定する場合、電気所２０から架空地線３０を切り離す作業が必要となる。

図６Ｂは、本発明の方法によって電気所２０に施された接地網１の接地抵抗を測定する場合を模擬した模式的な図面である。本発明の方法による場合、打設する電流極３の本数を電圧降下法の場合よりも大幅に少なくすることができる。このことを、図６Ｂに示す電流極３の太さを、図６Ａに示す電流用補助極５１の太さよりも細く図示することで示している。上述したように、本発明の方法の場合、パルス発生部１３から出力される電流信号は、急峻な立ち上がりを有し、極めて短い時間の間に出力されるパルス信号であり、その周波数は極めて高い。例えば、商用周波数の数百倍〜千倍程度の周波数を有する信号である。このため、接地網１と鉄塔３１、及び各鉄塔（３１，３２，３３，‥‥‥）間を接続する架空地線３０は、パルス信号に対しては分布定数回路として機能し、高インピーダンス（Ｚ０，Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，‥‥‥）を示す。

従って、パルス発生部１３から接地網１に対してパルス電流を入力しても、ほぼ全ての電流が電流極３側に向かうこととなり、架空地線３０側にはほとんど流れない。この結果、鉄塔（３１，３２，３３，‥‥‥）が接続されている場合であっても、電流注入後に測定される電流値は、接地網１によって決定される実際の値とほぼ同一となる。つまり、本発明の方法によれば、電気所２０などのように、架空地線３０を通じて鉄塔（３１，３２，３３，‥‥‥）などと電気的に接続されている箇所に設けられた接地網１の接地抵抗を測定する場合であっても、極めて真値に近い値で測定することができる。

なお、同様の理由により、本発明の方法は、各鉄塔（３１，３２，３３，‥‥‥）の接地抵抗を測定する際にも利用することができる。

［別実施形態］
図１に示す例では、オシロスコープ１１によって、信号線５の電位（電圧極２との間の電位差）、及び信号線５を流れる電流を測定し、両者の値を元に演算することで接地抵抗値を算出するものとした。しかし、信号線５の電位と、信号線５を流れる電流を計測することができれば、必ずしもオシロスコープ１１を用いなければならないわけではない。

１ ： 接地網
２ ： 電圧極
３ ： 電流極
５ ： 信号線
１０ ： 大地
１１ ： オシロスコープ
１３ ： パルス発生部
１４ ： 電源回路
２０ ： 電気所
２１ ： 変流器
２２ ： 電圧プローブ
３０ ： 架空地線
３１，３２，３３ ： 鉄塔
５０ ： 電流入力部
５１ ： 電流用補助極

Claims (6)

1. 接地網が施された箇所の接地抵抗測定方法であって、
   前記接地網の外側の大地に電流極と電圧極を打設する工程（ａ）と、
   前記接地網上の所定箇所に電気的に接続された信号線に対して、波頭部と波尾部とを有するとともに、前記波頭部が出力されている時間である波頭長が５μｓ以下のパルス電流信号を印加する工程（ｂ）と、
   前記パルス電流信号の前記波尾部が出力されている時間内において、前記信号線上に現れた電流と、前記信号線と前記電圧極との電位差とを計測する工程（ｃ）と、
   前記工程（ｃ）で計測された電流及び電位差の値から接地抵抗値を算出する工程（ｄ）とを有することを特徴とする接地抵抗測定方法。
2. 前記パルス電流信号は、前記波尾部が出力されている時間である波尾長が２００μｓ以下であることを特徴とする請求項１に記載の接地抵抗測定方法。
3. 前記電流極の打設数が１本であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の接地抵抗測定方法。
4. 前記接地網が、電気所に施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の接地抵抗測定方法。
5. 前記電気所が、架空地線を介して複数の鉄塔と電気的に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の接地抵抗測定方法。
6. 前記接地網が、鉄塔に施されており、当該鉄塔が、架空地線を介して他の鉄塔と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の接地抵抗測定方法。
   

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