【電験二種過去問解説：電力・管理<H28 問5>】変電所の接地設計

落雷により接地極を通じて鉄塔から大地に大電流が流れると、地面の抵抗により地表では接地極中心へ向かって同心円状に電位上昇が発生します。電位上昇が発生しているところに人が立っていると、歩幅に合わせて両脚間に電位差、つまり電圧が発生します。この電圧を歩幅電圧といいます。

人体が許容できる電流値を \(I_K\) [A]、片足あたりの大地との抵抗値を \(R_F\) [Ω]、人体の抵抗を \(R_K\) [Ω] とすると、\(I_K\) [A] は左図のように人の両足および人体が直列接続された回路を流れるため、歩幅電圧の許容値 \(E_S\) [V] は次のように求まります。

　　\(E_S = (R_K + 2R_F)I_K\)

鉄塔に接触してしまうと、接地極と人の立っている地点との電位差、つまり電圧が人体に印加されてしまいます。この電圧を接触電圧といいます。

※ 一般に歩幅電圧より大きい

接触電圧の計算における電流 \(I_K\) [A] の経路については、左図のように両足で人が立っている、つまり片足あたりの大地との抵抗 \(R_F\) [Ω] が並列に接続されている回路となるため、接触電圧の許容値 \(E_T\) [V] は次のように求まります。

　　\(E_T = \left(R_K + \displaystyle\frac{R_F}{2}\right)I_K\)

左図より、

　　\(E_S = (R_K + 2R_F)I_K\)

　　　　\(= (R_K + 2R_F) × \displaystyle\frac{0.116}{\sqrt{t}}\)

　　　　\(= (1000 + 2 × 400) × \displaystyle\frac{0.116}{\sqrt{1}}\)

　　　　\(\unicode{x2252}\) \(209\) [V]

左図より、

　　\(E_S = (R_K + \displaystyle\frac{R_F}{2})I_K\)

　　　　\(= (R_K + \displaystyle\frac{R_F}{2}) × \displaystyle\frac{0.116}{\sqrt{t}}\)

　　　　\(= (1000 + \displaystyle\frac{400}{2}) × \displaystyle\frac{0.116}{\sqrt{1}}\)

　　　　\(\unicode{x2252}\) \(139\) [V]