JP6519083B2 - Grounding device - Google Patents
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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。 BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a grounding device for independently grounding equipment and 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。 In general, grounding is for the purpose of preventing electric shock to people etc., preventing fire due to leakage, preventing high voltage from entering the low voltage side due to a mixed accident inside the transformer, grounding the neutral point of the low voltage side of the transformer etc. The construction types include A-type grounding construction, B-type grounding construction, C-type grounding construction, and D-type grounding construction. The Class A grounding work is applied to a metal outer box for high-pressure equipment and a lightning arrester, and the Class B grounding work is applied to the low pressure side of a transformer that transforms high pressure and low pressure. Class C grounding work is applied to the metal outer box or metal tube of low voltage electric machine equipment exceeding 300 V, and Class D grounding work is applied to the low voltage electric machine equipment of 300 V or less, metal outer box and metal pipe etc. Applied.
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)。 Grounding methods include an independent grounding method in which grounding works are performed independently for each facility or device, and a common grounding method in which a plurality of grounding works are connected to one grounding electrode and shared. In the independent grounding method, it is necessary to secure a sufficient separation distance to eliminate the mutual influence of the grounding electrodes, but there is actually a limitation on the site, so A grounding and C grounding are other than B grounding. As for D-type grounding, common ground may be connected to the steel frame or rebar of the structure. (See, for example, Patent Document 1).
一方、設備や機器に侵入する雷サージ電圧を低減するために、設備や機器毎にサージ防護デバイスSPD(Surge Protective Device)(以下、単にSPDという)を設け、設備や機器に侵入する雷サージを接地(大地)に分流するとともに、設備や機器に加わる過電圧を一定の値に制限するようにしている。 On the other hand, in order to reduce the lightning surge voltage that invades equipment and equipment, a surge protection device SPD (Surge Protective Device) (hereinafter simply referred to as SPD) is provided for each equipment and equipment, and lightning surge that invades equipment and equipment is While shunting to the ground (earth), the overvoltage applied to equipment and equipment is limited to a certain value.
しかし、構造物の鉄骨や鉄筋を共用接地極とし、独立接地極を構造物の外部に設けた場合には、雷撃電流が共用接地極である構造物の鉄骨や鉄筋に流入したとき、設備や機器に加わる電圧が大きくなることがある。これは、共用接地した設備や機器は等電位であるが、独立接地極は共用接地した構造物の外部に設けられていることから、共用接地極と独立接地極との間に電位差が生じるためであると考えられる。従って、SPDとして、雷撃電流があった場合に設備や機器に加わる大きな電圧・電流に耐え得るものを使用しなければならないのでSPDが大型化する。 However, if the steel frame and reinforcing bar of the structure are used as the common ground pole and the independent ground pole is provided outside the structure, when the lightning current flows into the steel frame and the reinforcing bar of the common ground pole, The voltage applied to the device may increase. This is because equipment and equipment connected to common ground are equipotential, but since the independent ground pole is provided outside the structure to which common ground is made, a potential difference occurs between the common ground pole and the independent ground pole. It is considered to be. Therefore, since SPD must be able to withstand large voltage and current applied to equipment and equipment when there is lightning current, SPD becomes larger.
図6は、構造物の鉄骨や鉄筋を共用接地極とし独立接地極を構造物の外部に設けた場合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6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. 6 is a configuration diagram of a conventional example showing an example of the grounding device in the case where the steel frame and the reinforcing bar of the structure are used as the common ground pole and the independent ground pole is provided outside the 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
また、負荷17aの電源線19a1、19a2と接地線16aとの間に負荷17aを雷撃電流から保護するSPD20a1、20a2が設けられている。同様に、負荷17bの電源線19b1、19b2と接地線16bとの間に負荷17bを雷撃電流から保護するSPD20b1、20b2が設けられ、負荷17cの電源線19c1、19c2と接地線16cとの間に負荷17cを雷撃電流から保護するSPD20c1、20c2が設けられている。
Further, SPDs 20a1 and 20a2 for protecting the
いま、図6の構造物11の頭頂部Gに雷撃があったとする。頭頂部Gに流入した雷撃電流のほとんどは、矢印で示すように、頭頂部Gから分流して構造物11の鉄筋12z11、12z12〜12z41、12z42を介して共用接地極へ流れ遠方に分散する。
Now, it is assumed that there is a lightning strike at the top G of the
一方、頭頂部Gに流入した雷撃電流の数%は、頭頂部G→構造物11の鉄筋12a→接地線16a→SPD20a1、20a2→負荷17aの電源線19a1、19a2と流れる。そして、負荷17cの電源線19c1、19c2において変圧器15側と負荷17c側に分流する。変圧器15側に分流した雷撃電流は、変圧器15の低圧巻線→変圧器15の中性点(B種接地)→接地線16x→独立接地極14と流れる。また、負荷17c側に分流した雷撃電流は、負荷17cのSPD20c1、20c2→接地線16c→構造物11の鉄筋12cに流れ、共用接地極に流れる。
On the other hand, several% of the lightning current flowing into the crown portion G flows from the crown portion G →
図7は、図6の構造物11の頭頂部Gに雷撃があった場合の雷撃電流Ig、SPD両端電圧Vs、SPD電流Isの一例を示すグラフである。負荷17aのSPD20a1、20a2に現れるSPD両端電圧Vsは、接地線16aと負荷17aの電源線19a1、19a2との間の電圧である。この場合、SPD両端電圧VsはSPD制限電圧VLに抑えられ、また、SPD20a1、20a2に流れるSPD電流Isの波形は、雷撃電流Igに似た波形となる。負荷17aに設置されるSPD20a1、20a2の処理エネルギーは、SPD20a1、20a2のSPD制限電圧VLとSPD電流Isとを乗じた値の積分となる。
FIG. 7 is a graph showing an example of the lightning current Ig, the SPD both-end voltage Vs, and the SPD current Is when a lightning strike occurs on the top G of the
ここで、構造体11の鉄筋12を共用接地極とし、独立接地極14を構造物の外部に設けた場合には、構造物11に雷撃があると、雷撃により共用接地極の電位が上昇し、共用接地極と独立接地極14との電位が等電位とならない。SPD両端電圧Vsは、接地線16aと負荷17aの電源線19a1、19a2との間の電圧であり、前述のように、雷撃時には、SPD20a1、20a2に雷撃電流Igの一部が変圧器15のB種接地を介して独立接地極14に、雷撃電流波形に似た波形で長時間流れる。従って、独立接地極14を構造物の外部に設けた場合には、SPD20a1、20a2が雷撃電流に対して処理しなければならないエネルギーは大きくなりSPD20a1、20a2が大型化する。
Here, in the case where the
本発明の目的は、独立接地極を構造物の外部に設ける場合であってもSPDが処理するエネルギーを低減させることができ、SPDの小型化を図ることができる接地装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a grounding device capable of reducing the energy processed by the SPD even when the independent ground pole is provided outside the structure, and achieving the miniaturization of the SPD. .
本発明の接地装置は、構造物の鉄骨や鉄筋を共用接地極とし独立接地極を構造物の外部に設けた接地装置において、前記独立接地極は、前記構造物の内部に設置された機器のうち独立接地される機器の接地線に接続され前記構造物の外部に地面から所定の深さに埋設して独立接地される内部接地極と、前記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し前記地面から所定の深さに埋設して独立接地され雷撃電流によって電位が上昇する場合でも共用接地極と同じ電位に維持される外部接地極とを備え、前記構造物の雷撃電流によって電位が上昇する場合でも前記外部接地極が前記共用接地極と同じ電位に維持されることにより前記外部接地極に包囲された前記内部接地極に流れる雷撃電流は小さくなることを特徴とする接地装置。
The grounding device of the present invention is a grounding device in which a steel frame or a reinforcing bar of a structure is used as a common ground pole and an independent ground pole is provided outside the structure, wherein the independent ground pole is an apparatus of the device installed inside the structure. Among them, the internal ground pole connected to the ground wire of the equipment to be independently grounded and embedded at a predetermined depth from the ground outside the structure and connected to the connection line from the steel frame or rebar of the structure And an external ground pole which is surrounded by the internal ground pole and buried at a predetermined depth from the ground and is independently grounded and maintained at the same potential as the common ground pole even when the potential is increased by a lightning strike current , Even when the potential increases due to the lightning current of the structure, the external ground pole is maintained at the same potential as the common ground pole, whereby the lightning current flowing to the internal ground pole surrounded by the external ground pole is reduced. To Ground apparatus according to symptoms.
本発明によれば、構造物の外部に独立接地される内部接地極の周囲を包囲する外部接地極を設け、外部接地極は共用接地された鉄骨または鉄筋からの連接線に接続されて共用接地の電位に保持されるので、SPD挿入箇所の発生電圧、継続時間が低減され、SPDの通電電流、通電時間を短くできる。従って、SPDが処理するエネルギーを低減させることができ、SPDの小型化を図ることができる。 According to the present invention, an external ground pole surrounding the periphery of the independently grounded internal ground pole is provided outside the structure, and the external ground pole is connected to the joint line from the commonly grounded steel frame or rebar for common ground Therefore, the generated voltage and the duration time of the SPD insertion point can be reduced, and the conduction current and the conduction time of the SPD can be shortened. Therefore, the energy processed by the SPD can be reduced, and miniaturization of the SPD can be achieved.
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6に示した従来例に対し、独立接地極14の接地棒に代えて、独立接地される内部接地極22と、内部接地極22の周囲を包囲する外部接地極23とで構成され、外部接地極23は共用接地に連接線24で接続したものである。その他の構成は図6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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram showing an example of a grounding device according to an embodiment of the present invention. According to the embodiment of the present invention, in contrast to the conventional example shown in FIG. 6, the
図1において、内部接地極22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22は棒状に形成されたものを示しているが、板状、円筒形などでもよい。また、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22に接続したものを示している。
In FIG. 1, the
外部接地極23は、内部接地極22の周囲を包囲して設けられる。図1では、外部接地極23は円筒形に形成され、その円筒内に棒状の内部接地極22を収納して内部接地極22の側面を包囲したものを示している。また、外部接地極23は、構造物11の鉄筋12に連接線24で接続されている。これにより、外部接地極23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。図1では、外部接地極23は円筒形に形成されたものを示しているが、円筒形に代えて球形や多角筒形であってもよい。
The
いま、図1の構造物11の頭頂部Gに雷撃があったとする。頭頂部Gに流入した雷撃電流のほとんどは、矢印で示すように、頭頂部Gから分流して構造物11の鉄筋12z11、12z12〜12z41、12z42を介して共用接地極へ流れ遠方に分散する。また、鉄筋12cに流れる電流の一部は連接線24を介して外部接地極23へ流れ分散する。
Now, it is assumed that there is a lightning strike at the top G of the
一方、頭頂部Gに流入した雷撃電流の数%は、頭頂部G→構造物11の鉄筋12a→接地線16a→SPD20a1、20a2→負荷17aの電源線19a1、19a2と流れる。そして、負荷17cの電源線19c1、19c2において変圧器15側と負荷17c側に分流する。変圧器15側に分流した雷撃電流は変圧器15の低圧巻線→変圧器15の中性点(B種接地)→接地線16x→内部接地極22と流れる。
On the other hand, several% of the lightning current flowing into the crown portion G flows from the crown portion G →
また、負荷17c側に分流した雷撃電流は、負荷17cのSPD20c1、20c2→接地線16c→構造物11の鉄筋12cに流れ共用接地極に流れる。それに加えて、雷撃電流は構造物11の鉄筋12cから連接線24を通って外部接地極23に流れる。
Further, the lightning strike current branched to the
外部接地極23は共用接地した構造物11の鉄筋12cに連接線24で接続されるので、外部接地極23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。すなわち、雷撃により共用接地極の電位が上昇しても、外部接地極23の電位も共用接地極の電位と同じように上昇する。従って、外部接地極23に包囲された内部接地極22に流れる雷撃電流は小さくなり、通電時間も短くなるのでSPDの小型化が図れる。
Since the
以上の説明では、内部接地極22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。
In the above description, the case where the
次に、本発明の実施形態に係る接地装置によるSPD挿入箇所の電圧Vs0の低減について説明する。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22及び外部接地極23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22及び外部接地極23を埋設するものとする。また、棒状の内部接地極22の半径はaであり、外部接地極23の半径はbであるとする。
Next, the reduction of the voltage Vs0 at the SPD insertion point by 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 grounding device according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the lengths of the
いま、表1に示す条件1の接地装置を用意した。すなわち、a=0.014m、b=0.3m、l=2.0m、t=0.8mとした。
Now, the grounding device of
図3(a)に示すように、内部接地極22を外部接地極23で包囲した接地極に対し、外部接地極23には構造物11の鉄筋12からの連接線24を設け、構造物11の頭頂部Gに雷撃を模擬した雷撃電流(100kA、10/350μs)を流し込み、連接線24に流れる電流、及び内部接地極22と外部接地極23との間の電圧(SPD挿入箇所の電圧Vs0)を、電磁界解析により条件1の接地装置の形状で求めた。SPD挿入箇所の電圧Vs0は、雷撃があった接地線16aと負荷17aの電源線19a1、19a2との間の電圧である。この場合、条件1の接地装置の内部接地極22及び外部接地極23が設置される箇所の大地抵抗率ρは100Ωmとし、鉄筋12と内部接地極22との距離dは5mとした。
As shown in FIG. 3 (a), a connecting
同様に、図3(b)に示すように、単独の内部接地極22に対し、構造物11の頭頂部Gに雷撃を模擬した雷撃電流(100kV、10/350μs)を流し込み、構造物11の鉄筋と内部接地極22との間の電圧(SPD挿入箇所の電圧Vs0)を、電磁界解析により条件1(ただし、外部接地極無し)の接地装置の形状で求めた。
Similarly, as shown in FIG. 3B, a lightning strike current (100 kV, 10/350 μs) simulating a lightning strike is poured into the top portion G of the
図4は、図3に示した外部接地極有りの場合及び外部接地極無しの場合の雷撃電流及びSPD挿入箇所の電圧の波形図であり、図4(a)は雷撃電流Igの波形図、図4(b)は図3(a)に示した外部接地極有りの場合のSPD挿入箇所の電圧Vs01の波形図、図4(c)は図3(b)に示した外部接地極無しの場合のSPD挿入箇所の電圧Vs02の波形図である。 Fig. 4 is a waveform diagram of the lightning current and the voltage at the SPD insertion point with and without the external ground electrode shown in Fig. 3, and Fig. 4 (a) is a waveform diagram of the lightning current Ig. 4 (b) is a waveform diagram of the voltage Vs01 at the SPD insertion point in the presence of the external ground pole shown in FIG. 3 (a), and FIG. 4 (c) is the absence of the external ground pole shown in FIG. It is a wave form diagram of voltage Vs02 of the SPD insertion part in the case.
外部接地極有りの場合のSPD挿入箇所の電圧Vs01の最大値Vs0m1は、図4(b)から分かるように、約1.75[kV]であり、外部接地極無しの場合のSPD挿入箇所の電圧Vs02の最大値Vs0m2は、図4(c)から分かるように、約21.7[kV]である。 The maximum value Vs0m1 of the voltage Vs01 at the SPD insertion point in the presence of the external ground pole is about 1.75 [kV], as can be seen from FIG. 4B, and the SPD insertion point at the absence of the external ground pole. The maximum value Vs0m2 of the voltage Vs02 is approximately 21.7 [kV], as can be seen from FIG. 4 (c).
また、SPD挿入箇所の電圧Vs0がSPD制限電圧VLを超える制限電圧発生時間Tは、SPD制限電圧VLが1kVであるとした場合、外部接地極有りの場合の制限電圧発生時間T1は図4(b)から分かるように約7μsecであり、外部接地極無しの場合の制限電圧発生時間T2は図4(c)から分かるように20μsec以上である。表2に、これらの値をまとめた。 In addition, when the voltage Vs0 at the SPD insertion point exceeds the SPD limit voltage VL, the limit voltage generation time T1 when the SPD limit voltage VL is 1 kV is as shown in FIG. As can be seen from b), it is about 7 μsec, and the limited voltage generation time T2 without the external ground electrode is 20 μsec or more as can be seen from FIG. 4 (c). Table 2 summarizes these values.
このように、内部接地極22に外部接地極23を設けた場合には、外部接地極23を設けない場合に比較して、雷撃電流があった場合にはSPD挿入箇所の最大電圧Vs0mが大幅に小さくなる。このことから、SPD挿入箇所にSPDを挿入すれば、内部接地電極22に外部接地極23を設けた場合では、外部接地極23を設けない場合に比べ、SPDの通電電流は大幅に小さくなる。また、SPDの制限電圧発生時間Tも大幅に小さくなる。
As described above, when the
図5は、図1の構造物11の頭頂部Gに雷撃があった場合の雷撃電流Ig、SPD両端電圧Vs、SPD電流Isの一例を示すグラフである。いま、図7の場合と同じ雷撃があったとすると雷撃電流Igは、図7の場合と同じである。負荷17aのSPD20a1、20a2に現れるSPD両端電圧Vsの大きさは図7と同じであるが、その制限電圧の発生時間は図7の場合と異なり、大幅に短かくなる。また、SPDの通電電流、通電時間が小さくなるので、SPDで処理されるエネルギー(SPDの制限電圧VLにSPDに流れる電流Isを乗じた値の積分値)が小さくなるため、SPD20の小型化が図れる。
FIG. 5 is a graph showing an example of the lightning current Ig, the SPD both-end voltage Vs, and the SPD current Is in the case where there is a lightning strike at the top G of the
これは、外部接地極23が共用接地である鉄骨12に連接線24で接続され、外部接地極23が共用接地の電位と同じ電位となり、また、雷撃電流Igの一部が外部接地極23を介して遠方に拡散するためであると考えられる。
This is because the
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22の周囲を包囲する外部接地極23を設け、外部接地極23は共用接地された鉄骨または鉄筋からの連接線24に接続されて共用接地の電位に保持される。従って、外部接地極23が共用接地の電位と同じ電位となり、また、雷撃電流Igの一部が外部接地極23を介して遠方に拡散するので、雷撃があった場合にSPD挿入箇所の電圧を低減でき、SPD制限電圧発生時間も短縮され、SPD20が処理するエネルギーを低減させることができる。これにより、SPD20の小型化を図ることができる。
According to the embodiment of the present invention, the
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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。この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。 While the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. This novel embodiment can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and the 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、19…電源線、20a1〜20c2…SPD、22…内部接地極、23…外部接地極、24…連接線
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記構造物の内部に設置された機器のうち独立接地される機器の接地線に接続され前記構造物の外部に地面から所定の深さに埋設して独立接地される内部接地極と、
前記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し前記地面から所定の深さに埋設して独立接地され雷撃電流によって電位が上昇する場合でも共用接地極と同じ電位に維持される外部接地極とを備え、
前記構造物の雷撃電流によって電位が上昇する場合でも前記外部接地極が前記共用接地極と同じ電位に維持されることにより前記外部接地極に包囲された前記内部接地極に流れる雷撃電流は小さくなることを特徴とする接地装置。 In a grounding device in which a steel frame or a reinforcing bar of a structure is used as a common ground pole and an independent ground pole is provided outside the structure, the independent ground pole is
An internal grounding electrode is independently grounded embedded therein to be connected to a ground line of the equipment to be independent ground of equipment installed is outside of a predetermined from the ground depth of the structure of the structure,
The common ground pole is connected to the connecting line from the steel frame or rebar of the structure, surrounds the inner ground pole, is buried at a predetermined depth from the ground, and is independently grounded and the potential increases due to lightning current. And an external ground pole maintained at the same potential .
Even when the potential increases due to the lightning current of the structure, the external ground pole is maintained at the same potential as the common ground pole, whereby the lightning current flowing to the internal ground pole surrounded by the external ground pole is reduced. A grounding device characterized by
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