$R = \dfrac{\rho}{2\pi L}\left(\ln\dfrac{4L}{d}-1\right)$
■ グリッド接地(Schwarz式)
$R = \dfrac{\rho}{4r_e}+ \dfrac{\rho}{L_t}$
$r_e = \sqrt{A/\pi}$
■ 複数電極(並列・干渉係数β)
$R_n = \dfrac{R_1}{n} \times \beta_n$
大地抵抗率・電極形状・本数から接地抵抗・接触電圧・歩幅電圧・対地電位上昇(GPR)を算出。IEEE 80安全基準チェック機能付きの実務向け接地設計ツール。
変電所・発電所の接地設計:IEEE 80規格の主な適用対象です。巨大な銅製のグリッドを地中に埋め、雷サージや系統故障時の大電流を安全に大地に放流します。シミュレーターの「グリッド電極」で、面積と導体長を変えて許容接触電圧を下げる設計を体験できます。
通信基地局・風力発電鉄塔の接地:雷撃から電子機器や構造物を保護するため、複数の棒電極を放射状または環状に配置します。シミュレーターの「複数棒電極」オプションと「干渉係数」は、このような配置の抵抗を精度よく見積もるために使われます。
家庭用分電盤の接地(アース):漏電ブレーカーを確実に動作させ、感電を防ぎます。通常は1本の接地棒で十分ですが、岩盤など抵抗率の高い場所では、複数本打ち込んだり、埋設導体を長くする対策が必要です。
大地抵抗率の現場測定(Wenner 4極法):このツールの入力パラメータである「大地抵抗率」を求める標準的な方法です。地表に等間隔で4本の電極を打ち、外側2極に電流を流し、内側2極間の電位差を測ることで、深さ方向の平均抵抗率を非破壊で測定できます。
このツールを使い始める際、特に現場経験が浅いエンジニアが陥りがちな落とし穴がいくつかあります。まず大きな誤解は、「計算結果がそのまま現場の値」だと思ってしまうこと。シミュレーションはあくまで「均質な大地」という理想化されたモデルに基づいています。実際の地盤は層状だったり、岩や地下水の影響で抵抗率が場所によって大きく異なります。例えば、表土が500 Ω·mでも、その下に岩盤(数千Ω·m)があれば、長い接地棒を打っても想定ほど抵抗は下がりません。計算後は必ず現場測定(Wenner法など)で検証する、というのが鉄則です。
次に、パラメータの「大地抵抗率」の決め方。ツールでは一つの値を入力しますが、これが一番の不確実要素。乾季と雨季で値が数倍変わることも珍しくありません。安全側(抵抗が高く出る側)で設計したいなら、測定値の中で高い方の値を使う、あるいは規格で推奨される上位値(例えば80パーセンタイル値)を採用するといった判断が必要です。
最後に、「接地抵抗さえ低ければ万事OK」という思い込み。確かに抵抗値は重要ですが、最終的な安全基準は「接触電圧と歩幅電圧が許容値以下か」です。抵抗値が思ったより高くても、グリッドの形状を最適化して地表の電位分布を均一にすることで、危険電圧を下げられるケースがあります。ツールでは、抵抗値だけでなく、必ずこれらの安全電圧の計算結果にも注目してください。
500kV変電所の接地設計例:大地抵抗率ρ=150Ω·mの関東ローム層、埋設深さL=2.5m、方形接地網電極間隔d=4m、接地板面積Aplate=15㎡の場合、接地抵抗Rg≒0.8~1.2Ω。想定短絡電流Ig=20kAのとき、GPR=20~24kVとなり、接触電圧は安全基準内に収まる。一方、同条件でρ=500Ω·mの砂地盤ではRg≒3~4Ωとなり、追加の接地極や導電材混合が必要