新しい変圧器を設置する際、当然のことながら、請負業者は適用される規格を厳格に遵守し、人員と設備の安全を最優先に考慮すると考えられます。しかし、資格を有する請負業者であっても、この重要な段階で誤りを犯したり、重要な手順を省略したりすることがあります。このような見落としは稀に思えるかもしれませんが、その影響は決して軽視できるものではありません。

多くの組織は、寿命を最適化するために配電変圧器の日常的なメンテナンスと性能テストに重点を置いています。ただし、堅牢な配電システムの基礎は設置から始まります。最も重要な要素の 1 つは、変圧器の適切な接地、特に 4 線システムにおける中性点の正しい接続です。この重要性は、米国電気規格 (NEC)、特に NFPA70 などの規格でも強調されており、誤って適用されると、実質的にその後のすべてのシステム運用が危険にさらされます。

変圧器の接地の核心目的

接地は、変圧器の金属部品とアースの間に直接的な低抵抗経路を確立します。これは、事故経路の明確化と電圧安定化という2つの安全機能と運用上の機能を果たします。

具体的には、変圧器の中性点接地は、恒久的に電流を流せる導電経路をアースに提供します。その目的は以下のとおりです。

1. 電圧上昇を制限する障害発生時、

2. 保護装置を有効にする（ヒューズやブレーカーなど）を効果的に遮断するために、

3. 感電の危険性を軽減する、 そして

4. システムの整合性を維持する。

4線式配線において中性線が接地されていない場合、「浮遊中性線」が発生します。このような場合、特に不平衡負荷においては、相対対地電圧がピークRMS値まで変動し、損傷や接触による致命的な電位上昇のリスクが高まります。

逆に、適切な接地を行うと、次のような主な利点が得られます。

• 機器の耐用年数の延長:適切な接地は、過渡電圧や故障ストレスから保護することで、変圧器の寿命を延ばし、コスト効率の高い運用をサポートします。

• 火災リスクの軽減:接地すると故障電流が安全に流れ、火災の原因となる過熱やアーク放電が防止されます。

• 信頼性の向上:安定した接地システムは、ラインドロップを最小限に抑え、電気ノイズを制御し、中断のない動作をサポートします。

• 簡素化された障害検出:低インピーダンスの接地により、障害の特定と分離が高速化され、ダウンタイムが短縮されます。

不適切な接地の危険性

接地が不十分な場合、次のようないくつかの結果が発生する可能性があります。

• 保護装置が故障する可能性がある地絡時にトリップし、筐体に通電して致命的な接触電圧が発生する可能性があります。

• 不安定な電圧特に二次系統では、このような事態が発生する可能性があります。これにより変圧器の巻線が過熱し、ガスが発生し、劣化が加速する可能性があります。

• 低インピーダンスの故障経路がないと、故障電流が予期せず流れ、機器の破壊や重大な安全上の危険を引き起こす可能性があります。

このようなリスクにより、設置時の最優先の安全機能としての変圧器の接地の重要性が強化されます。

変圧器接地システムの種類

接地構成は、システム電圧、変圧器の種類、および地域の規制によって異なります。

1. しっかりとした基盤
中性線は最小限のインピーダンスで直接接地されます。これにより、瞬時の故障除去が可能になり、産業現場では一般的です。

2. 非接地システム
意図的に接地接続が行われないため、故障電流は検出・除去されるまで継続します。導通が重要な場合に使用されますが、地絡故障の検出が困難になります。

3. インピーダンス（抵抗）接地
中性線とアース間の抵抗器は、故障電流の大きさと持続時間を制限します。これにより、機器の保護とシステムの安定性のバランスが保たれます。

4. リアクタンス接地
インダクタはインピーダンス接地と同様に故障電流を制御します。過大な故障電流を防止しながら、敏感なトリップ動作をサポートします。

5. 接地変圧器（ジグザグ型またはワイデルタ型）
中性点がないシステムでは、ジグザグ型などの特殊な接地変圧器が中性点を作り出し、効果的な接地を実現します。

接地システムの接続に関するベストプラクティス

信頼性の高い変圧器接地システムを設置するには、次のような確立された主要な方法に従う必要があります。

1. 継続性と能力を確保する

接地経路は電気的に連続性があり、信頼性が高く、想定される故障電流を損傷なく流せる大きさでなければなりません。例えば、NEC（表250.66）では、多くの産業用途において4AWG銅線などの最小導体サイズが規定されています。

2. しっかりとした耐腐食性のある接続を実現する

圧縮コネクタまたは銅製ラグを使用してください。アルミ導体には酸化防止剤を塗布することが不可欠です。また、メーカーの仕様に従ってトルク締めし、耐候性収縮チューブで密封してください。

3. システムインピーダンスを最小限に抑える

最短の配線経路で直接銅線接続を使用してください。ループや冗長接地は避け、特にトランスコア上には接地点を1点のみにすることで、渦電流の循環や局所的な加熱を防止します。

4. 定期的なテストと監視

最適な保護を実現するために、電位降下試験またはクランプオン抵抗試験を実施し、接地抵抗が5Ω未満であることを確認してください。劣化を検出するために、可能な場合はリアルタイムモニタリングを実施してください。

5. すべての金属部品を接着する

すべての金属製の筐体、中性点、スクリーン、および支持構造は、危険なステップ電位や接触電位を防ぐために等電位結合されている必要があります。

6.土壌の状態を確認する

土壌抵抗率は接地棒の性能に直接影響します。土壌抵抗率が高い場合は、導電性の充填材（例：ベントナイト）を使用するか、接地棒を複数本設置してください。

7. 定期メンテナンスを実行する

接地システムが期待通りに機能し続けていることを確認するため、毎月の目視検査と四半期ごとの抵抗試験を実施してください。腐食、接続部の緩み、物理的な損傷がないか点検してください。

8. すべてを文書化する

IEEE およびその他の関連する規制標準に従って、テストの日付、方法、結果、および保守アクションの記録を保持します。

9. 人材育成

スタッフは、接地の根拠、テスト方法、および地電位上昇とステップ電圧に関する危険性の認識を理解する必要があります。

関連システムの統合：文脈的注釈

変圧器の接地に焦点を当てていますが、他のシステムと相互作用することがよくあります。例えば、電動モーターのオーバーホールでは、現場作業員はメンテナンス後もフレームとシャフトの接地が確実に維持されていることを確認する必要があります。モーターシャフトに循環電流が流れるのを防ぐため、アースブラシまたはボンディング接続を適切に再設置する必要があります。

同様に、油入変圧器においては、変圧器冷却油量の監視は接地のベストプラクティスを補完するものです。適切な冷却は間接的に絶縁の完全性を保護しますが、接地もまた絶縁の完全性を確保します。どちらのシステムも変圧器の設置と保守において異なる技術的機能を果たしますが、全体的な信頼性の向上に貢献します。

結論

変圧器の適切な接地は、単なる技術的なチェックボックスではなく、初日からの安全性、信頼性、および機器の寿命の基礎となります。その重要性を認識し、導体のサイジングや腐食防止から土壌の評価とメンテナンスに至るベストプラクティスを実践することで、回復力のある配電システムが確保されます。コード標準を満たすかそれを超える接地設備は、人員を保護し、高価な故障を防止し、数十年にわたってシステムのパフォーマンスをサポートします。