(57)【要約】【課題】  建物基礎や地層の影響を受けることなく、必要とする接地抵抗値を容易に得ることができると共に、施工の手間や時間を節約でき、施工コストも低くなる接地構造の提供。【構成】  建物１内に据え付ける電気設備７用の接地構造において、建物基礎３の外側に沿って埋設した外側の接地電極２０と、建物基礎３の内側に沿って埋設した内側の接地電極２１の間を導電体２２で接続し、その導電体２２と建物１に設けた接地端子９を別の導電体２３で接続する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物１内に据え付ける電気設備７用の接地構造において、コンクリート製の建物基礎３の外側に接地電極２０を埋設し、その接地電極２０と建物１に設けた接地端子９を電気的に接続したことを特徴とする建物の接地構造。
【請求項２】
請求項１において、前記接地電極２０を建物基礎３の外側に沿って細長く延長して埋設したことを特徴とする接地構造。
【請求項３】
請求項１または２において、さらに建物基礎３の内側にも接地電極２１を埋設し、建物基礎３の外側の接地電極２０と内側の接地電極２１との間を電気的に接続したことを特徴とする接地構造。
【請求項４】
請求項３において、建物基礎３の内側の接地電極２１を建物基礎３の内側に沿って細長く延長して埋設したことを特徴とする建物の接地構造。
【請求項５】
建物１内に据え付ける電気設備７用の接地構造において、建物基礎３の少なくとも一部を導電性コンクリートで構成し、その導電性コンクリート部分と建物１に設けた接地端子９を電気的に接続したことを特徴とする接地構造。
【請求項６】
請求項５において、建物基礎３の外側に接地電極２０を埋設し、その接地電極２０と建物１に設けた接地端子９または前記導電性コンクリート部分を電気的に接続したことを特徴とする接地構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建物内に接地する電気設備用の接地構造に関し、特に建物を支持する基礎や地層条件に左右されることなく、低い接地抵抗を実現できる接地構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機、電動機、変圧器、整流器等の電気機器、配電盤や制御盤、その他の盤類など、多くの電気設備が建物の内部に据え付けられる。これら電気設備には安全面から良好な接地を行うことが規定され、例えばＡ種接地工事では１０Ω以下の接地抵抗値が要求される。通常、これら電気設備の接地端子は建物内に設けた接地端子に接地リードで接続され、後者の接地端子は建物基礎内側の地中に埋設した接地電極と接地リード等の導電体で接続される。
【０００３】
図４は従来の接地構造を説明する模式的な縦断面図であり、図５はその平断面図である。建物１は地層２に設けたコンクリート製の建物基礎３により支持され、通常地層２は砂利等の比較的電気抵抗の大きい高抵抗地層４とその上の比較的電気抵抗の低い低抵抗地層５により構成される。
【０００４】
建物１内の床６に電動機等の電気設備７が据え付けられ、その電気設備７の接地端子７ａは接地リード等の導電体８で例えば建物基礎３の内側に設けた接地端子９に電気的に接続される。そして接地端子９と建物基礎３の内側における低抵抗地層５に埋設された接地電極１０との間は接地リード等の導電体１１で電気的に接続される。
【０００５】
落雷や電気系統などの事故発生時において、建物１の内部に据え付けた電気設備７からの接地電流は、接地端子９から接地電極１０を経由して地層２に流入する。しかし地層２を形成する高抵抗地層４およびコンクリート製の建物基礎３はいずれも電気抵抗値が高く、また低抵抗地層５は一般にそれ程深くないので、地層２に流入した接地電流は専ら低抵抗地層５に沿って横方向に流れ、例えば建物基礎３の下側を迂回してその外側に拡散する。
【０００６】
そこで建物１に据え付ける電気設備７の接地抵抗値は、上記の接地電流の流れに応じた測定方法によって確認している。すなわち図示のように建物基礎３の外側の低抵抗地層５に補助電極Ｐ、Ｃを埋設し、補助電極Ｐと前記接地端子９の間の電位ｖを電位計Ｖで測定し、補助電極Ｃと前記接地端子９との間に流れる電流ｉを電中計Ｉで測定し、ｖ／ｉから接地端子９と大地との間の接地抵抗を求め、その値が規定範囲を越えないように接地施工を管理する。なおこれら電位計Ｖと電流計Ｉにより自動的に接地抵抗値を演算する接地抵抗計１２が使用される。
【０００７】
図６は上記の接地構造を採用したときの接地回路である。図中、Ｅは接地端子９、Ｐは補助電極Ｐ、Ｃは補助電極Ｃであり、ｒ１は接地電極１０の界面抵抗値、ｒ２は低抵抗地層５における建物基礎３の内側から外側への通過抵抗値、ｒ３は建物基礎３の外側から補助電極Ｐまでの低抵抗地層５における抵抗値、ｒ４は補助電極Ｐから補助電極Ｃまでの低抵抗地層５における抵抗値である。
【０００８】
したがって上記方法により測定される接地抵抗値Ｒは、Ｒ＝ｖ／ｉ＝（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３）となる。この中で接地電極１０の界面抵抗値ｒ１は、接地電極１０の表面積および界面状態によって決定される。そのため従来は接地電極１０の枚数を増加するか、または接地電極１０の周囲における低抵抗地層５に界面抵抗低減剤を混合する等により、ある程度の抵抗値低減が図られてきた。しかし界面抵抗地値ｒ１も重要であるが、低抵抗地層５が比較的薄い場合には、建物基礎３の内側から外側への通過抵抗値ｒ２が全体の接地抵抗値Ｒを左右する。
【０００９】
図４の例では建物基礎３の底部と高抵抗地層４までの間隙部分が接地電流の主要な拡散通路になるが、間隙が小さい場合にはその拡散通路の断面積がそれ程大きくならない。それを解決するため建物基礎３の底部と高抵抗地層４までの間隙部分を拡大することも考えられるが、建物設計上からは経済的ではない。そこで、接地電流を建物１基礎３の外側に拡散するのではなく、建物基礎３の内側における地層２の深くに拡散する工法、すなわち地層２を深くボーリングして接地電極を埋設するボーリング工法を採用することもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように従来の接地構造では、建物基礎３の内側の狭い領域に多数の接地電極１０を埋設するため、施工に手間と時間がかかりコストも高い。また建物基礎３の内側では施工可能な接地面積に限界があるので、各電極１０の界面抵抗値を下げるための高価な界面抵抗低減剤を使用する必要がある。また、ボーリング工法は一般に地表から２５ｍ以上の深さに接地電極１０を埋設施工する必要があるので、施工コストが膨大になり施工期間も長期化するという問題がある。
そこで本発明は従来の接地構造における上記諸問題を解決することを課題とし、そのための新しい接地構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決する本発明に係る第１の発明は、建物内に据え付ける電気設備用の接地構造において、コンクリート製の建物基礎の外側に接地電極を埋設し、その接地電極と建物に設けた接地端子を電気的に接続したことを特徴とする（請求項１）。
【００１２】
このように接地電極を建物基礎の外側に埋設することにより、建物基礎や地層の影響を受けることなく、必要とする低い接地抵抗値を容易に得ることができる。また施工の手間や時間を節約でき、施工コストも低くなる。
【００１３】
上記接地構造において、接地電極を建物基礎の外側に沿って細長く延長して埋設することができる（請求項２）。
【００１４】
上記いずれかの接地構造において、さらに建物基礎の内側にも接地電極を埋設し、建物基礎の外側の接地電極と内側の接地電極との間を電気的に接続することができる（請求項３）。
上記建物基礎の内側にも接地電極を埋設する場合において、該内側の接地電極を建物基礎の内側に沿って細長く延長して埋設することができる（請求項４）。
【００１５】
また、前記課題を解決する本発明に係る第２の発明は、建物内に据え付ける電気設備用の接地構造において、建物基礎の少なくとも一部を導電性コンクリートで構成し、その導電性コンクリート部分と建物に設けた接地端子を電気的に接続することを特徴とする（請求項５）。
このように建物基礎の少なくとも一部を導電性コンクリートで構成し、それを接地電極として利用することにより、必要とする接地抵抗値を容易に得ることができる。また導電性コンクリート製の建物基礎はモルタルにカーボンブラックなどを添加し混練して打設するだけで容易に施工できる。そのため接地工事を含めた全体の施工の手間や時間を節約でき、施工コストも低くなる。
【００１６】
上記建物基礎の少なくとも一部を導電性コンクリートで構成する場合において、さらに建物基礎の外側に接地電極を埋設し、その接地電極と建物に設けた接地端子または前記導電性コンクリート部分を電気的に接続することができる（請求項６）。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明の第１の発明に係る接地構造は、コンクリート製の建物基礎の外側に接地電極を埋設し、その接地電極と建物に設けた接地端子を電気的に接続したことを特徴とする。このように接地電極を建物基礎の外側に埋設することにより、建物基礎や地層の影響を受けることなく、必要とする低い接地抵抗値を容易に得ることができる。また施工の手間や時間を節約でき、施工コストも低くなる。
【００１８】
上記接地構造において、接地電極を建物基礎の外側に沿って細長く延長して埋設することができる。このようにすると外側の接地電極の接地面積を容易に大きくできるので、その界面抵抗を著しく低減できる。それと共に接地電極の等価半径が大きくなるので、落雷時などにおける接地部分の大地電位の上昇が抑制され、電気設備の安全性を向上することができる。また、外側の接地電極の施工を建物基礎の掘削工程などに併せて実施することが可能になるので、その接地工事の施工コストを大幅に低減することができる。
【００１９】
上記いずれかの接地構造において、さらに建物基礎の内側にも接地電極を埋設し、建物基礎の外側の接地電極と内側の接地電極との間を電気的に接続することができる。このようにすると全体の接地抵抗値がさらに低減されるので、接地抵抗低減による前記効果がより大きくなる。
【００２０】
上記のように建物基礎の内側にも接地電極を埋設する場合において、該内側の接地電極は建物基礎の内側に沿って細長く延長して埋設することができる。このようにすると、内側の接地電極の施工を建物基礎の掘削工程などに併せて実施することが可能になるので、その接地工事の施工コストを大幅に低減することができる。
【００２１】
また、第２の発明による接地構造は、建物基礎の少なくとも一部を導電性コンクリートで構成し、その導電性コンクリート部分と建物に設けた接地端子を電気的に接続することを特徴とする。
このように建物基礎の少なくとも一部を導電性コンクリートで構成し、それを接地電極として利用することにより、必要とする低い接地抵抗値を容易に得ることができる。また導電性コンクリート製の建物基礎はモルタルにカーボンブラックなどを添加し混練して打設するだけで容易に施工できる。そのため接地工事を含めた全体の施工の手間や時間を節約でき、施工コストも低くなる。
【００２２】
上記のように建物基礎の少なくとも一部を導電性コンクリートで構成する場合において、さらに建物基礎の外側に接地電極を埋設し、その接地電極と建物に設けた接地端子または前記導電性コンクリート部分を電気的に接続することができる。このようにすると、全体の接地抵抗値をより一層低減することができ、それによって前記接地抵抗値の低減効果をより一層高めることができると共に、接地電極の等価半径もより大きくなるので、落雷時などにおける接地部分の大地電位の上昇を一層抑制して電気設備の安全性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に本発明の実施の形態を図面により説明する。図１は発明に係る接地構造を説明する模式的な縦断面図であり、図２はその平断面図である。なおこれらの図において図４（図５）と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２４】
本実施形態ではコンクリート製の建物基礎３の外側における低抵抗地層５に、外側の接地電極２０が埋設されると共に、建物基礎３の内側における低抵抗地層５に内側の接地電極２１が埋設される。そして電気設備７の接地端子７ａと建物１に設けた接地端子９の間が接地リード等の導電体８で接続される。外側の接地電極２０と内側の接地電極２１はいずれも銅板または銅箔（もしくは銅テープ）などの細長く薄い導電性の金属板からなり、それらは建物基礎３の外側近傍または内側近傍に沿って細長く延長するように埋設される。
【００２５】
本実施形態では外側の接地電極２０と内側の接地電極２１を建物基礎３の全長にわたって環状に埋設しているが、接地電極２０，２１による接地抵抗値はそれらの界面抵抗値や低抵抗地層５の固有抵抗値により変化する。そこでこれらの抵抗値を基にして、電気設備７に要求される接地抵抗値を満足するように接地電極２０，２１の表面積、具体的にはそれらの長さを決める。しかし要求される接地抵抗値を満たすことが可能であれば、これら接地電極２０，２１は建物基礎３の一部だけに沿って延長することもできる。
そして上記のように外側の接地電極２０と内側の接地電極２１を建物基礎３の外側近傍または内側近傍に沿って埋設する方法を採用する場合には、建物基礎３の掘削工程などを利用して埋設できるので、それらの施工が極めて容易になる。
【００２６】
建物基礎３の長手方向に沿って複数の銅ロッド若しくは厚手の銅板などで作られた導電体２２が所定間隔で貫通しており、外側の接地電極２０と内側の接地電極２１はそれら複数の導電体２２により所定間隔で互いに電気的に接続される。そしてこの導電体２２の１つに前記建物に設けた接地端子９が導電体２３により電気的に接続される。
【００２７】
外側の接地電極２０と内側の接地電極２１は電気的には同電位であるが、電気設備７から接地端子９を経て外側の接地電極２０と内側の接地電極２１に流れる接地電流は、それらと建物基礎３の外側に広がる低抵抗地層５の接地抵抗値に逆比例して分流する。したがって外側の接地電極２０と内側の接地電極２１を設けた場合には、内側の接地電極２１に流れる接地電流は外側の接地電極２０を流れる接地電流より少なくなるが、外側の接地電極２０のみを設けた場合より全体としての接地抵抗値を低下させることができる。
【００２８】
なお、外側の接地電極２０だけを建物基礎３の外側全周もしくは一部に埋設するだけで電気設備７に要求される接地抵抗値を十分にクリアできる場合には、内側の接地電極２１を省略することもできる。その場合には外側の接地電極２０と内側の接地電極２１を電気的に接続する複数の導電体２２も省略し、建物に設けた接地端子９を直接外側の接地電極２０に電気的に接続することができる。
【００２９】
図３は図１（図２）の接地方構造を採用した場合の接地回路である。図中、Ｅは接地端子９、Ｐは補助電極Ｐ、Ｃは補助電極Ｃであり、ｒ２０は外側の接地電極２０の界面抵抗値、ｒ２１は内側の接地電極２１の界面抵抗値、ｒ２は低抵抗地層５における建物基礎３の内側から外側への通過抵抗値、ｒ３は建物基礎３の外側から補助電極Ｐまでの低抵抗地層５における抵抗値、ｒ４は補助電極Ｐから補助電極Ｃまでの低抵抗地層５における抵抗値である。
【００３０】
前記のように、外側の接地電極２０は建物基礎３の外側に沿って長い距離を接地できるので、その界面抵抗値ｒ２０を極めて小さくできる。また外側の接地電極２０から補助電極Ｐまでの接地抵抗値ｒ３、すなわち建物基礎３の外側にひろがる低抵抗地層５の接地抵抗値も、外側の接地電極２０の表面積を大きくできるので、それに応じて低減できる。
【００３１】
さらに、内側の接地電極２１の表面積も同様に大きくできるので、その界面抵抗値ｒ２１も極めて小さくでき、それに応じて低抵抗地層５における建物基礎３の内側から外側への通過抵抗値ｒ２も低くなる。したがって全体としての接地抵抗値はおおはばに低減でき、通常行われている従来の標準的な接地構造による接地抵抗値と比較すると、本実施形態の接地構造における接地抵抗値はその１／４以下に低減することが容易である。
【００３２】
一方、落雷などによる接地電極周囲の大地電位の変動値は、接地電極の半径に反比例するとされているが、本実施形態による接地構造によれば、前記のように建物基礎３の外側周囲を取り囲むように延長して外側の接地電極２０を埋設でき、また建物基礎３の内側周囲を取り囲むように延長して内側の接地電極２１を埋設できるので、その等価半径は大幅に拡大（例えば、図４の接地構造の３倍以上に拡大）し、そのため落雷時における大地電位の上昇が極めて小さくなり、電気設備７の安全性は従来の接地構造より著しく向上する。
【００３３】
以上の実施形態では、電気抵抗値の大きいコンクリート製の建物基礎３の場合について説明したが、本発明は建物基礎３の少なくとも一部を導電性コンクリートにした場合についても適用することができる。導電性コンクリート製の建物基礎３は、例えばセメント、砂および砂利等からなるモルタルにカーボンブラックなどの導電性粉末を添加して水と混練し、それを基礎用の型枠に打設することにより容易に形成できる。なお、カーボンブラックを混入したモルタルは市販されており、それによって打設した導電性コンクリートの固有抵抗値は１Ω・ｍ程度である。
【００３４】
建物基礎３の少なくとも一部を導電性コンクリートで形成することにより、その導電性コンクリート部分を接地電極として利用することができる。そして導電性コンクリートによる接地電極の界面抵抗値はその表面積に逆比例するので、電気設備７に要求される接地抵抗値を満たすようにその表面積の値を決めるが、具体的には建物基礎３における導電性コンクリート部分の長さを決める。
【００３５】
このように導電性コンクリート部分を接地電極として利用する場合には、図１（図２）に示すような外側の接地電極２０や内側の接地電極２１は省略することができる。しかし低抵抗地層５の固有抵抗が比較的高い場合、あるいは電気設備７に要求される接地抵抗値が極めて低い場合などには、建物基礎３の少なくとも一部を導電性コンクリートで形成すると共に、少なくとも外側の接地電極２０を併設してその要求を満たすこともできる。その際、外側の接地電極２０と建物１に設けた接地端子９または前記導電性コンクリート部分を導電体２３で電気的に接続する。なお上記の場合、外側の接地電極２０の形態等は図１の例に準じればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】発明に係る接地構造を説明する模式的な縦断面図。
【図２】図１の平断面図。
【図３】図１の接地構造を採用した場合の接地回路図。
【図４】従来の接地構造を説明する模式的な縦断面図。
【図５】図４の平断面図。
【図６】図４の接地構造を採用した場合の接地回路図。
【符号の説明】
【００３７】
１  建物
２  地層
３  建物基礎
４  高抵抗地層
５  低抵抗地層
６  床
７  電気設備
７ａ  接地用端子
８  導電体
９  接地端子
【００３８】
１０  接地電極
１１  導電体
１２  接地抵抗計
２０  外側の接地電極
２１  内側の接地電極
２２，２３  導電体
Ｖ  電位計
Ｉ  電流計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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