電験三種 学習ノート

はじめに

洗濯機の裏の緑色の線は、何のためにあるのか

外箱が大地とつながっていれば、漏れた電気は大地へ逃げる

接地工事はA種〜D種の4種類。守るべき抵抗の値がある

変圧器に施すB種の抵抗の値は、計算で求める

接地工事の種類・B種の計算・外箱の電圧の順に学ぶ

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「洗濯機の裏にある緑色の線は、何のためにあるんだろう……」

洗濯機や電子レンジのプラグの近くには、緑色や緑と黄色の線が付いていることがあります。コンセントの横にある「アース」の端子につなぐ線です。つながなくても洗濯機は動くので、そのままにしている家もあるかもしれません。

けれども、この線は、いざというときに命を守る線です。洗濯機の中で電線の絶縁が傷むと、金属の外箱に電気が漏れてきます。そのとき、外箱が大地とつながっていれば、漏れた電気の多くは大地へ逃げて、触れた人に流れる電気を小さくできます。

実は、電気の設備を大地につなぐ工事には、目的に応じて A種から D種までの4つの種類があり、それぞれに守るべき抵抗の値が決まっています。特に、変圧器に施す B種の抵抗の値は、計算で求めます。

そこで登場するのが、今回の主役 接地工事 です。

前回の記事では、電路を大地から絶縁する決まりと、絶縁抵抗や絶縁耐力試験の基準を学びました。今回の記事では、絶縁が壊れたときに備えて大地につなぐ接地工事について、A種〜D種の種類と接地抵抗値、B種接地抵抗値の計算、そして地絡のときの外箱の電圧の求め方を解説します。

接地工事の種類：A種・B種・C種・D種

接地は、接地線と接地極を通して設備を大地につなぐこと

接地抵抗値が小さいほど、電気は大地へ逃げやすい

接地は排水管。太いほど、あふれた水はすばやく流れる

A種・C種は10Ω以下、D種は100Ω以下、B種は計算

外箱の接地は、電圧が高いほど厳しい。D種→C種→A種

100Vの洗濯機の外箱は、D種接地工事で100Ω以下

0.5秒以内に自動で遮断するなら、C種・D種は500Ω以下

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はじめに、接地工事の種類について紹介します。

接地 とは、電気の設備を、接地極（地面に埋めた金属の棒や板）と接地線を通して大地につなぐことです。そして、つないだ部分と大地とのあいだの抵抗を 接地抵抗値 と呼びます。接地抵抗値が小さいほど、電気は大地へ逃げやすくなります。

水にたとえると、接地は「あふれた水を逃がす排水管」です。排水管が太いほど（接地抵抗値が小さいほど）、あふれた水はすばやく流れていき、まわりが水びたしになりにくくなります。

接地工事には、目的に応じて4つの種類があります。

表の見方を、1つずつ見ていきましょう。

まず、機械器具の外箱の接地は、電圧が高いほど厳しくなります。300V 以下の低圧なら D種で 100Ω 以下、300V を超える低圧なら C種で 10Ω 以下、高圧や特別高圧なら A種で 10Ω 以下です。冒頭の洗濯機は 100V なので、D種接地工事にあたります。

次に、C種と D種には、ゆるめてよい場合があります。低圧の電路に、地絡が起きたときに 0.5秒以内 に自動的に電路を遮断する装置を付けた場合は、C種も D種も 500Ω 以下 でよいとされています。すばやく電気を止められるなら、排水管が少し細くても危険は小さい、という考え方です。

補足（ここは読み飛ばしてOK）：機械器具の外箱の接地は、対地電圧 150V 以下の機械器具を乾燥した場所に置く場合や、二重絶縁の構造の機械器具の場合など、危険の少ないときは省略できます。

このように、接地工事は目的に応じて A種〜D種に分かれ、A種と C種は 10Ω 以下、D種は 100Ω 以下、B種は計算で求めた値以下にします。

以上が、接地工事の種類についてです。

B種接地工事：混触から低圧側を守る

B種接地工事は、変圧器の低圧側の中性点に施す

高圧と低圧の巻線の絶縁が壊れてつながるのが混触

混触すると、低圧側に6,600Vの高い電圧が入りこむ

B種で大地につなぐと、対地電圧は接地抵抗値×電流に

B種接地工事は、下流の水位を守るダムの放流ゲート

1線地絡電流は、高圧側の電線1本が地絡したときの電流

混触のときの低圧側の対地電圧を、原則150V以下に抑える

遮断が速いほど上限は大きい。150・300・600をI₁で割る

1線地絡電流5Aなら上限30Ω。1秒以内の遮断なら120Ω

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次に、B種接地工事について紹介します。

B種接地工事は、ほかの3つと目的が違います。機械器具の外箱ではなく、高圧や特別高圧を低圧に下げる 変圧器の低圧側 に施します。原則は低圧側の中性点で、低圧側が 300V 以下で中性点に施すのが難しいときは、低圧側の1端子に施します。

1. 混触とは

変圧器の中では、高圧の巻線と低圧の巻線が、絶縁物を挟んで並んでいます。もし、この絶縁が壊れて、高圧の巻線と低圧の巻線が電気的につながってしまったらどうなるでしょうか？ 低圧側に、6,600V の高い電圧が入りこんできます。これを 混触 と呼びます。

混触が起きると、家庭の 100V のはずのコンセントや、家電の外箱に、とても高い電圧がかかるおそれがあります。人が触れれば命にかかわりますし、家電の絶縁も壊れて火災の原因になります。

そこで、低圧側を B種接地工事で大地につないでおきます。混触が起きると、高圧側から B種の接地線を通って大地へ電流が流れます。このとき、低圧側の電線の対地電圧は「B種の接地抵抗値 × 流れる電流」に抑えられます。

ダムにたとえると、B種接地工事は「放流ゲート」です。上流（高圧側）から大量の水が流れこんできても、ゲートから逃がして、下流（低圧側）の水位が危ない高さまで上がらないようにします。

2. B種接地抵抗値の求め方

混触のときに流れる電流の目安になるのが、変圧器の高圧側の電路の 1線地絡電流 です。1線地絡電流とは、高圧側の電線の1本が大地とつながった（地絡した）ときに流れる電流のことです。

B種の接地抵抗値は、混触のときの低圧側の対地電圧を、原則として 150V 以下 に抑えるように決めます。

$$R_B \leqq \frac{150}{I_1}$$

記号の意味は、$R_B$ が B種接地工事の接地抵抗値［Ω］、$I_1$ が変圧器の高圧側の電路の1線地絡電流［A］です。言葉で言うと、「1線地絡電流が流れても、接地抵抗での電圧が 150V を超えないような抵抗値」です。

さらに、混触のときに高圧側の電路を自動的に遮断する装置があれば、電圧が上がっている時間が短いので、次のように値をゆるめられます。

【B種接地抵抗値の上限】

• 原則： $150 / I_1$ ［Ω］以下
• 1秒を超え 2秒以内に自動的に遮断する装置がある： $300 / I_1$ ［Ω］以下
• 1秒以内に自動的に遮断する装置がある： $600 / I_1$ ［Ω］以下

1線地絡電流は、高圧側の電線の長さなどから計算する式が解釈に示されています。試験では、値が問題文で与えられることが多いです。

例題：B種接地抵抗値を求める

変圧器の高圧側の電路の1線地絡電流が 5A です。次の場合に、B種接地工事の接地抵抗値の上限は何Ωでしょうか？

• (a) 混触のときに自動的に遮断する装置がない場合
• (b) 混触のときに 1秒以内に自動的に遮断する装置がある場合

【解き方】

1. (a) 原則の式を使う： $150 \div 5 = 30$ Ω
2. (b) 1秒以内に遮断するので 600 を使う： $600 \div 5 = 120$ Ω

答えは、(a) 30Ω、(b) 120Ω です。遮断が速いほど、接地抵抗値の上限は大きくなります。

試験のポイント：B種接地抵抗値は $150/I_1$ が原則で、自動遮断が 1秒超 2秒以内なら $300/I_1$、1秒以内なら $600/I_1$ です。「速く遮断するほど、分子が大きくなる」と覚えましょう。

このように、B種接地工事は、混触のときに低圧側の対地電圧を抑えるための接地で、接地抵抗値は1線地絡電流から計算で求めます。

以上が、B種接地工事についてです。

地絡のときの外箱の電圧：B種と D種の効きめ

低圧側にB種、外箱にD種。地絡のとき1つの回路になる

地絡電流は、外箱→D種→大地→B種→変圧器と通る

電源にB種とD種の接地抵抗が直列。電圧は比で分け合う

20Ωと30Ωなら地絡電流2A、外箱の対地電圧は60V

D種を10Ωに下げると、外箱の電圧は33.3Vに下がる

100Ω以下でも十分とは限らず、漏電遮断器を組み合わせる

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最後に、地絡のときの外箱の電圧について紹介します。

ここまでで、変圧器の低圧側には B種、低圧の機械器具の外箱には D種の接地工事を施すことを学びました。この2つは、地絡が起きたときに、1つの回路としてつながります。

1. 電流の通り道

例えば、100V の洗濯機の中で電線の絶縁が壊れ、電線が金属の外箱に直接触れた（完全地絡した）とします。すると、電流は次の道を通ります。

【地絡電流の通り道】

1. 変圧器の低圧側の電線から、洗濯機の中の壊れた所を通って外箱へ
2. 外箱から D種の接地線を通って大地へ
3. 大地から B種の接地線を通って、変圧器の低圧側へ戻る

つまり、対地電圧 100V の電源に、D種の接地抵抗 $R_D$ と B種の接地抵抗 $R_B$ が直列につながった回路になります。理論で学んだ直列回路の分圧と同じ考え方です。

$$I_g = \frac{V}{R_B + R_D}, \qquad V_D = R_D I_g = \frac{R_D}{R_B + R_D} V$$

記号の意味は、$I_g$ が地絡電流［A］、$V$ が対地電圧［V］、$V_D$ が外箱の対地電圧［V］です。外箱に人が触れると、この $V_D$ がかかります。言葉で言うと、「電圧は、B種と D種の抵抗の大きさの比で分け合う」です。

例題：地絡のときの外箱の対地電圧

対地電圧 100V の低圧電路で、B種接地工事の接地抵抗値が 20Ω、機器の外箱の D種接地工事の接地抵抗値が 30Ω です。機器の中で完全地絡が起きたとき、地絡電流と外箱の対地電圧はいくらでしょうか？

【解き方】

1. 回路全体の抵抗を求める： 20 + 30 = 50Ω
2. 地絡電流を求める： $I_g = 100 \div 50 = 2$ A
3. 外箱の対地電圧を求める： $V_D = 30 \times 2 = 60$ V

答えは、地絡電流が 2A、外箱の対地電圧が 60V です。

せっかくなので、D種の接地抵抗値を 10Ω に下げた場合も見てみましょう。地絡電流は $100 \div 30 \fallingdotseq 3.33$ A、外箱の対地電圧は $10 \times 3.33 \fallingdotseq 33.3$ V です。D種の接地抵抗値を小さくするほど、外箱の電圧は下がり、感電の危険が小さくなることが分かります。

ここで1つ注意があります。D種の接地抵抗値が 100Ω 以下を満たしていても、外箱の電圧が十分に下がるとは限りません。だから実際の設備では、地絡が起きたら電路をすばやく止める漏電遮断器などを組み合わせます。詳しくは、次の記事で学びます。

試験のポイント：地絡のときは、B種と D種の接地抵抗が直列になり、外箱の対地電圧は $\dfrac{R_D}{R_B + R_D} V$ です。どちらの抵抗の電圧を答えるのか、問題文をよく読みましょう。

このように、地絡のときは B種と D種の接地抵抗が直列の回路になり、外箱の対地電圧は2つの抵抗の比で決まります。

以上が、地絡のときの外箱の電圧についてです。

今回のまとめ

A種・C種は10Ω、D種は100Ω。0.5秒以内の遮断で500Ω

外箱は300V以下でD種、300V超でC種、高圧はA種

B種は変圧器の低圧側。上限は150/I₁、遮断で300/I₁・600/I₁

地絡のときはB種とD種が直列。電圧は抵抗の比で分け合う

キーワードはA種〜D種接地工事・接地抵抗値・混触など

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それでは、今回の内容を振り返ります。

今回は、接地工事について紹介しました。接地は、絶縁が壊れたときに電気を大地へ逃がす排水管です。機械器具の外箱には電圧に応じて A種・C種・D種を、変圧器の低圧側には混触に備えて B種を施します。

今回のポイントを振り返りましょう。

振り返り

• A種は 10Ω 以下、C種は 10Ω 以下、D種は 100Ω 以下。C種と D種は、0.5秒以内に自動遮断するなら 500Ω 以下。
• 外箱の接地は、300V 以下の低圧は D種、300V 超の低圧は C種、高圧・特別高圧は A種。
• B種は変圧器の低圧側に施し、混触のときの対地電圧を抑える。上限は原則 $150/I_1$、自動遮断で $300/I_1$ や $600/I_1$。
• 地絡のときは B種と D種が直列になり、外箱の電圧は抵抗の比で分け合う。

キーワードのおさらい

• A種接地工事: 接地抵抗値 10Ω 以下。高圧・特別高圧の機械器具の外箱などに施す
• B種接地工事: 高圧・特別高圧と低圧を結ぶ変圧器の低圧側に施す。抵抗値は1線地絡電流から計算する
• C種接地工事: 接地抵抗値 10Ω 以下。300V を超える低圧の機械器具の外箱などに施す
• D種接地工事: 接地抵抗値 100Ω 以下。300V 以下の低圧の機械器具の外箱などに施す
• 接地抵抗値: 接地した部分と大地とのあいだの抵抗
• 1線地絡電流: 高圧側の電線の1本が地絡したときに流れる電流。B種接地抵抗値の計算に使う
• 混触: 変圧器の高圧側と低圧側が電気的につながり、低圧側に高い電圧が入りこむこと

以上が、今回のまとめです。

さて、接地をしても、地絡や電線の使いすぎそのものは止まりません。危ない電流が流れたとき、すばやく電気を止めるには、どんな装置を使えばよいのでしょうか？

次回は、ブレーカーやヒューズ、漏電遮断器の決まりを学ぶ「過電流と地絡からの保護」について紹介します。

それでは、次の記事へ進んでいきましょう。