地絡｜発生要因・影響・検出と保護設計

地絡

地絡とは、活線部が大地（接地体）と意図せず電気的に接触し、単相接地故障として大電流または漏れ電流が流れる現象である。対地絶縁の劣化、配線被覆の損傷、導電性粉じんや水分の侵入、機器筐体の欠陥などが主因で、系統の電圧不平衡、電圧降下、アーク発生、感電・火災リスクの増大を招く。配電系では一線地絡が最も多く、系統設計・保護協調・接地方式の適否が安全性と供給信頼度を左右する。

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地絡

地絡の機構と区別

地絡は相導体と大地（接地体）間の低インピーダンス経路が形成される故障である。二相間や三相間で導通する短絡とは異なり、帰路は大地・接地線・機器筐体を含む。正常時の漏れと誤解されやすいが、継続的で有意な対地電流が流れる点、ならびに保護継電器が動作対象とする点で区別される。また人体経由で回路が閉じる場合は感電に直結するため、保護接地と高感度保護の併用が必須となる。

接地方式と地絡電流

接地方式はTT・TN・ITなどに大別され、地絡時の電流値と継続時間に大きく影響する。TN系（中性点直接接地）では故障ループのインピーダンスが小さく高電流となり、過電流保護器の速時動作が期待できる。一方、IT系（中性点非接地・高抵抗接地）は初回地絡電流が小さく継続供給が可能だが、二重地絡で相間短絡相当の重故障に移行し得る。TT系は大地抵抗に依存し、RCD（漏電遮断器）の感度・整定が要となる。

等価回路と計算の要点

一線地絡の故障電流は、系統の対地静電容量・中性点インピーダンス・故障点接地抵抗などで決まる。配電線の高調波影響を無視すれば、正・逆・零相の対称座標法で零相網の合成インピーダンスから故障電流を評価できる。簡易評価ではThevenin等価で対地短絡を仮定し、I≈V_ph/Z_eqと置く。ケーブル長や並列線路が大きい系では容性零相電流が増大し、アーク地絡の持続条件に影響する。

保護継電と検出技術

零相電流変流器（ZCT）で3相電流のベクトル和を検出し、零相電流が設定値を超えると地絡継電器（GR）が動作する。高圧では59N（零相過電圧）、64（対地漏れ）、67N（指向性地絡）などを用い、配電自動化では故障区間を区分するため指向性と整定協調が重要である。低圧負荷ではRCD（漏電遮断器）が一般的で、定格感度30 mA級は人体保護、100–300 mA級は火災予防を目的とする。

安全と人体影響

人体が地絡ルートに入ると、接触電圧・踏み込み電圧が危険域に達する。等電位ボンディング、保護接地（PE）の低インピーダンス化、接触可能部の二重絶縁化が基本である。電気室・変電設備では接地網（グリッド）で電位傾斜を緩和し、手−足間電圧を許容値以下に制御する設計が行われる。

アーク地絡と持続条件

乾燥粉じんや老朽絶縁で生じる間欠アーク地絡は、電流が比較的小さく過電流継電器が動作しにくい。零相電圧・電流の高調波成分や不平衡を用いた高感度検出、アーク故障検出器（AFD）の併用が有効である。ケーブルの静電容量が大きい系では電源の供給エネルギーによりアークが持続しやすく、指向性GRや消弧リアクトルの適用を検討する。

試験・点検と基準

地絡リスク低減には、絶縁抵抗測定、接地抵抗測定、漏れ電流の常時監視が有効である。竣工・定期点検ではメガー（IR試験）、接地比抵抗法・置換法、クランプ式リーク電流計測を組み合わせる。保護装置は整定値・動作時間の検証（試験器注入）が必要で、系統変更時は保護協調を再確認する。

設計上の勘所

接地方式の整合：供給側（変電所）と需要家内配電の方式整合と中性点処理の明確化。
ループインピーダンス管理：故障電流確保と遮断器の確実動作、またはRCDの選定。
選択遮断：上位・下位保護の時間・電流整定の段差設計。
環境対策：湿気・結露・塩害・粉じん対策とIP保護等級の適用。
ケーブル布設：機械的保護、最小曲げ半径、シース接地の方針（単点/両端）。

現場での一次対応

異常検知：GR動作・RCDトリップ・匂い・発煙・警報の確認。
安全確保：負荷停止、活線作業の回避、立入禁止・表示。
区分切り：母線・フィーダ単位で段階的に投入し故障区間を特定。
原因究明：絶縁測定・外観点検・端末処理・防水劣化の確認。
恒久対策：部材更新、ルート改良、保護整定の見直し、教育の徹底。