静岡理工科大学 理工学部 電気電子工学科 電力変換装置研究室
工場等の工事をすると、ほとんどの機械に接地線を引っ張らなければなりません。緑色の電線です。「内線規程」より簡略化して説明すると、
該当負荷(ここでは工作機械)へ電源を供給している電線を追っかけ、それが接続されているブレーカ(MCCB)を見つける。そのブレーカのAT(アンペア・トリップ値:何Aでブレーカが落ちるか)を見て、その値に0.052を掛ける。その値以上の太さの電線を接地線の太さとする。ただし、最も細い接地線は2sqとする。
例えば機械へ供給する電源の分電盤のブレーカトリップ値が100Aだった場合、100*0.052=5.2となります。よって5.5sq以上の接地線を用いるようにしなさいね、という意味になります。400ATなら、400*0.052=20.8なので22sq以上の接地線という具合です。
この計算式は詳しくは「内線規程の資料1-3-6」に載っております。計算条件は、周囲温度が30℃で、故障発生時ブレーカにはトリップ値の20倍の電流が流れ、これを0.1秒以内でブレーカが切断し、そのとき接地線の許容温度は150℃になると仮定した場合らしいです。接地線(IV電線など)は数時間程度なら100℃、1秒以内なら150℃になっても絶縁物(ビニル)の劣化はほとんど無いそうです。
上記の条件での計算値なので、周囲温度が高くなりそうな場所では、1ランクか2ランク太いサイズの接地線を当社では推奨しております。しかし、他社との設計条件の比較や既設の物との比較をお客様がした際に、「何故こんなに太い接地線が必要なんだ」と文句を言われたことも(電線の単価や配管が太くなるため単価が上がったり、工賃が上がってしまうため)ありましたので、きちんと説明する必要があります。
追加:「接地線の太さは電源ケーブルの2ランク下のものを使用するのが正しいのではないですか?」という質問がありました。
その方法で選定しても、工事上の問題は無いと考えられますが、電源ケーブルが太い場合、最小太さよりずいぶん太くなってしまうと思います。
ここで、簡単な例で検証してみます。ケーブルラック配線で周囲温度40℃以下、200V三相電源の場合で算出してみます。
上記条件で、CV14sq-3cのケーブルの許容電流は76Aです。よってブレーカを75Aのものを選択します。
ブレーカのトリップ値が75Aであるので、 75*0.052=3.9 となり、内線規程上の最小接地線太さは5.5sqとなります。
14sqの2ランク下のケーブルは(14sq,8sq,5.5sqより)5.5sqであるので、この場合は計算結果と質問内容との結果が一致します。
次に上記条件で、CV200sq-3cのケーブルの場合で検討してみます。この許容電流値は410Aです。よってブレーカを400Aを選択します。ブレーカのトリップ値が400Aであるので、 400*0.052=20.8 となり、内線規程上の最小接地線太さは22sqとなります。
しかし、200sqの2ランク下のケーブルは(200sq,150sq,100sqより)100sqであるので、この場合は計算結果と質問内容との結果が一致しなくなります。質問内容の方法では太めに選択されるので、電気的には問題がありませんが、電線費用がかさんでしまいます。
なぜ、太い電線になると結果が一致しないのかというと、電線の放熱の問題です。電線が太くなると導体内部の熱が放熱しにくくなり(高周波は別です。誘導加熱の表皮効果の問題はここでは考慮してませんので)、外側の表面積分しか放熱できず、あまり電流を流せなくなってしまうからです。その結果、誤差が生じできてしまいます。
結論として、質問内容の方法で接地線の太さを決定しても電気的には問題ないが、太めの接地線になってしまう。