令和4年度 第一種電気工事士 筆記試験 問9 解説 地絡時の対地電圧

この問題は、地絡事故が発生した際の閉回路における電圧分担を求める問題です。以下の2ステップで簡単に解くことができます。

1. 地絡電流 $I_g$ を求める 地絡事故が起きると、変圧器の二次側電圧を電源として、B種接地抵抗 $R_B$ とD種接地抵抗 $R_D$ が直列に接続された回路が形成されます。 $I_g = \frac{V}{R_B + R_D} = \frac{210}{10 + 40} = 4.2 \text{ [A]}$

2. A点の対地電圧 $V_A$ を求める A点の対地電圧は、D種接地抵抗の両端にかかる電圧に等しいため、オームの法則を用います。 $V_A = I_g \times R_D = 4.2 \times 40 = 168 \text{ [V]}$

接地回路におけるオームの法則の応用

この問題の本質は、地絡事故時に流れる電流を、接地抵抗を負荷とする直列回路として捉えられるかどうかにあります。通常、接地抵抗は非常に小さい値ですが、地絡時には閉回路のインピーダンスとして働き、大地を介して電流が流れます。このとき、回路全体の電圧が各接地抵抗の比に応じて分圧されます。本問では「完全地絡」という条件から、回路抵抗を単純な直列接続として計算しました。

直列回路としての捉え方

思考のプロセスとしては、まず回路図を単純化することが重要です。変圧器の二次側から出た電流が、地絡箇所を通って大地に流れ込み、さらにB種接地を通って変圧器に戻るというループを意識します。このとき、配線や変圧器内部のインピーダンスを無視できるため、回路は「電源電圧 $210 \text{ V}$」に対して「$10 \text{ }\Omega$ と $40 \text{ }\Omega$ が直列に接続された回路」として描くことができます。この構造さえ掴めれば、あとは中学生レベルのオームの法則を適用するだけで答えに辿り着けます。

電気設備技術基準における安全設計の意義

この計算は、実務において感電事故防止の判断基準となります。例えば、地絡が発生した金属製の外箱に人が触れた場合、人体にはこの対地電圧 $168 \text{ V}$ が印加されることになります。電気設備技術基準では、こうした事故時に人体への危険を低減させるため、接地抵抗値を一定以下に抑えることや、漏電遮断器を設置することを義務付けています。

この問題は、計算能力を問うだけでなく、「地絡電流がどの経路を流れるのか」「接地抵抗が人体保護にどのように関与するのか」という、電気工事士として最も重要な安全思想を理解しているかを問う内容となっています。

参考リンク

• 第一種電気工事士筆記試験｜地絡電流と対地電圧（電気工事士試験センターの解説を補完する学習サイト）
• 電気工事士試験の過去問解説動画（Youtube検索結果）
• 接地工事の技術的定義（電気設備に関する技術基準を定める省令）