接地線

電車における電気の流れは概ね理解しているつもりです。

レールは大地と'接地'しているため同電位となり、人がレールに触れてもそこで電位差は発生せず感電(電流は流れない)はしないんですよね？
言い換えると、接地を施すことでレールと大地の間に電流を流れないようにしているわけですよね？

しかし、よく『接地には事故電流などを地面に流す役割がある』と聞きますが、これだと↑の話とは矛盾しませんか？

またそのような機器は、常に電気は接地を通って地面に流れてしまって回路が成り立たない気がするのですが…
これは、電路に直接接地が施されているわけではないって考えるんですか？


自分ではうまく考えがまとまりません…
単純なことかもしれませんが、よろしくお願いします。

No.3 ベストアンサー 回答者： FT56F001 回答日時： 2011/10/19 13:10

>同電位(電位差なし)ならば電流は流れないはずです。

>車体ーレールー大地を接地するというのは全てが同電位になりますよね？
>しかし、絶縁不良等による電流ちゃんと大地に流れるのですか？
>接地しているのにそこに電位差が生まれているわけですか？
電気回路の考え方として
「同電位のところを有限値の抵抗でつないでも，電流は流れない。」
「抵抗の小さい導線でつなげば，電位差は十分小さい。でも抵抗も小さいから電流は流れる。」
標語的には
「導線でつなぐと同電位になるが，導線に電流は流れる。」

オームの法則I=V/Rで，V=0，R=0とする場合で難しいですね。
先にV=0を考えてRが有限だと　I=0かな，
先にR=0を考えてVが有限だと　I=∞かな，
0/0ってわかんないねぇ。

次のように考えましょう。
「オームの法則をV=RIと変形する。流れるべき電流Iは外の条件で決まる。
　抵抗が小さい導線でつなぐとR≒0なので，V≒0となる。」

数値例で説明しましょう。
接地抵抗は十分低い，例えば10Ωとします。
絶縁不良の抵抗を，例えば10kΩとします。
(どのくらいの不良かによります。健全時はMΩオーダです)
架線電圧1500Vが，絶縁不良の抵抗と接地抵抗の直列にかかると，
I=1500V÷(10kΩ+10Ω)≒0.15Aの電流が流れます。
この電流が人体を直撃すれば，十分危ないです。しかし，接地抵抗が10Ωなので，
接地抵抗にかかる電圧(対地電圧)は10Ω×0.15A=1.5Vです。この程度なら感電しない。

有限の大きさの電流が，導線の小さい抵抗を流れる場合，生じる電圧は十分小さい。
生じる電圧は小さいので，近似的に同電位と思ってよい。
しかし，つないだ導線の抵抗も小さいので，ほとんど同電位だけども，必要な電流は流れる。

この回答へのお礼

同電位というもののそこにはわずかな電位差は生まれているわけですね。
わかりました！

わかりやすい回答ありがとうございます！

お礼日時：2011/10/19 19:56

No.2 回答者： FT56F001 回答日時： 2011/10/18 23:00

>　レールは大地と'接地'しているため同電位となり、人がレールに触れてもそこで電位差は発生せず

>　感電(電流は流れない)はしないんですよね？
はい，その通りです。車体が大地と違う電位になっていたら，電車に乗る瞬間，ホームに右足，車体に左足を掛けた瞬間に感電してしまいます。

> 言い換えると、接地を施すことでレールと大地の間に電流を流れないようにしているわけですよね？
ここは違います。車体・レール・大地をつなぐことで，その経路の電流を流れやすくしています。
大地と車体の電位差を小さくすることで，人が触れても人には電流が流れないようにするためです。

>しかし、よく『接地には事故電流などを地面に流す役割がある』と聞きますが、これだと↑の話とは矛盾しませんか？
矛盾しません。仮に，電車のモータの絶縁が不良になって，車体に電流が漏れてきたとします。
この電流は車体→レール→大地と逃げるので，車体の電位上昇を防ぎます。

> またそのような機器は、常に電気は接地を通って地面に流れてしまって回路が成り立たない気がするのですが…
電車の架線から取り込んだ電流はモータで仕事します。レールは，仕事し終わった電流を変電所に返す回路ですから，レールを通って返るべき電流の一部が大地を経由したとしたとしても，電車に給電する目的からは問題ないです。ただし，変電所近くで水道管など金属埋設物が電気分解で腐蝕する，という問題を起こすことはあります。

> これは、電路に直接接地が施されているわけではないって考えるんですか？
上で述べた電蝕の問題，通信線への雑音の問題などから，レールをわざと大地から浮かす場合もあるようです。しかし，基本的にはレールは大地と同じ電位になっています。

ちなみに，トロリーバスで，乗降扉が開いている間だけ，アース線が車体から地面に下がるカラクリがついているのを見たことがあります。トロリーバスはゴムタイヤですから，もし車体に漏電した場合，車体に対地電圧がかかって乗降時に危ないかもしれない，を心配したのでしょう。

この回答への補足

回答ありがとうございます！

そもそも、電流は電圧の高いところから低いところへ流れますよね？
同電位(電位差なし)ならば電流は流れないはずです。

車体ーレールー大地を接地するというのは全てが同電位になりますよね？

しかし、絶縁不良等による電流ちゃんと大地に流れるのですか？
接地しているのにそこに電位差が生まれているわけですか？

補足日時：2011/10/19 06:57

No.1 回答者： misawajp 回答日時： 2011/10/18 21:30

違う前提での結果を無理やり押し付けようとしているだけです

地球の電位と接地極の電位、接地極に接続された導体の電位　は同じではありません

できるだけ同じになるようにするために接地抵抗の限度が法令で決められています

例えば　接地抵抗１Ωでそこに雷の電流が流れた時には（持続時間1ナノ秒電流百万A）接地極の電位は地球に対して1ナノ秒ですが百万Vになります

電車のレールは分布定数の設置回路です、0.1Ω以下にはなっていると思いますが、電車の電流は数百Aになります、レールが途切れて地球を経由する電流が流れればレールの電位は数十Vになります

このあたりの影響を無視ししていながら、突然その影響を考え出すから、前提が異なるまま、無理やりあてはめて矛盾に気づき騒いでいるだけです

その状況に合うように前提（条件）を合わせなければ無意味です