アースの基本概念
明日のファクトリーオートメーションへようこそ。メインパーソナリティの高橋です。
クリスです。
よろしくお願いします。
よろしくお願いします。
本日は、毎月やっている【科学系ポッドキャストの日】ということで。
本日は、プラントライフさんですね。我々と一緒に【ものづけポッドキャストの日】に参加していただいた金丸さんが、本日のホストとなります。
【共通テーマ】はですね、今回はゼロということで。
ゼロ。
クリスさん、前々に話し合った結果、我々はゼロというと、設置じゃないかと。
設置ですね。
設置というのはアースですね。
アースですね。
知らない人も多いと思いますけど、多分ですね、産業系の人以外知っている人も結構いないと思うんですけど、
例えば電子レンジとかつけると、後ろに緑の線があって、それをどこかに刺さないといけないみたいな。
これはアースって言うんですけど、これ何してるかっていうと、地面に線をつなげてます。
地面に線をつなぐ。
そう、設置ね。設置っていうのは、接する地下の地面の地って書いて、設置って書くんですけど、その名の通り、アースを取るって言いますよね。
アースっていうのは地球ですね、アースっていうのはね。
で、その名の通り、電子線を地面に引っ付けることをアースと言います。
なるほど。これをつけることによって、例えば、私が例えば何か感電しちゃったら、電気のロースト部分を触っちゃったら、
電気を私の体で取って、地面に流していくというイメージですか?
ちゃいます。クリスさんの体は通らないです。
おしかりに、電気がどっかに漏れちゃったと。
例えば電子レンジってすごい高い電圧を使いますよね。
人に感電したらもいらないことになるんですけど、
例えば電子レンジのその筐体、外側の金属の箱ですよね。これに電気が漏れて流れてたとします、漏電して。
で、それを触っちゃったと、人が。
触っちゃった。
じゃあ人に電気が流れて大変ですよね。
ついちゃうですよね。
その時に人に流すんじゃなくて、そのアースの線ですね。
もともと地面につないでいる線に電気を流して、人にはあんまり流れないようにしましょうっていうのが、いわゆる方法設置っていわゆる一般的に我々が見ているアースの役割なんですね。
そうですね。
というね、ちょっと今日アースの話をしようと思います。
アースの歴史
何でアースかっていうと、アースはゼロボルトだからですね。
せっかくゼロボルトじゃないんですけど、基準という意味でゼロボルトということで、今日はちょっとアースの話をしていこうかなと思います。
ゼロですね。
でね、このアースの歴史をちょっと今振り返ったんですけど、くりさん、アースっていつからあると思います?
アースって、我々白蓮、電気を使っていつだっけ?
電気?
電気は産業革命ちょっと後ぐらいなんで、1850年ぐらいだったね、はい、1800年ぐらいだと思います。
1850年ぐらいから、1190年、電気使い始めて、1900年代ぐらい?
えーとね、アース自体は1750年ぐらいからあります。
え?そんな早くあるんですか?
そうですね、ここでは電気を使った何かじゃなくて、雷から家を守るために、皆さん飛雷神って知ってますかね?
雷が落ちた時に、いろんなところ、山とかもいろんなところにあるんですけど、雷って一番高いところに落ちるじゃないですか、わざとそこに落としていろんなものから雷の被害、主に火災ですよね。
火災から守るっていうふうなものを雷神って言うんですけど、
この雷神に金属を巻きつけて、その金属を地面に刺せば雷はそこに流れるっていうことをベンジャミンフランクリンっていう人が発見して、
どうやって発見したんだろう?天才だな。
はい、要は雷は電気であるってことをこの人発見したんですよね。
そうか、だからあさそっちで雷自体は電気であることは、
この人の実験がよかったんです。この人がタコ揚げ実験っていう有名な実験があるんですけど、めっちゃでかいタコを揚げて、
そのタコに雷を落として、雷は電気だってことを証明したっていう有名な実験があるんですけど、
この実験と雷はその電気を地面に流せば建物は燃えないということがこの実験でわかったと。
これすごい大きな発見ですね。
そうですね。
ということはその時代は結構みんな火事ですね、この雷で。
っていうところでその電気をまず地面に逃がすっていうことがこの頃からなんとなく知られてたわけですね。
1700年代。
はい、1100、1700年代。
アースの安全性と現代の技術
で、次に電力搬送の時代が、いわゆるニコラテスラの時代とかエジソンの時代とかがあって、電気が発明されましたと、テスラってやつ。
そうですね。
で、その時に電線ですね、電信かな。
電信。
電信というのはモールス信号とかのピピピピってやつですね。
で、ああいうのを使う時の線に、どうやら地面は電気を通すらしいぞということにここで気が付きます。
よく気付きましたね。
これはどうぞ。
要は普通は線2本渡さないと通信でできないじゃないですか。
モールス信号電気を流したらっていうと、まずその行きの線と帰りの線が必要ですよね。
ありますよね。
そうですね。で、これを1本を地面に挿せば1本でいいじゃないかと。
なるほど。
そうですね。
要はこれ何気付いたかというと、地面の抵抗値ってめっちゃ低いことに気付いたんですよね。
そうか。地域に気付いたんですね。
そう。で、地面の抵抗はめっちゃ低いから、すごく離れた距離でも、その片方、電線の1本引いてその両端を地面に挿せば電気回路は作れるということに気付いたんです。
これを第一起動方式って言うんですけど、往復で2本の線の代わりに1本を地面に挿して地面を電線の代わりにしたと。
天才。
で、これで長距離に引く電線が半分で良くなったわけですね。2本必要だったのが。
確かにね。帰りの分がいらないんですもんね。
そうですね。これでモールス信号とかの電線網っていうのが爆発的に距離が伸びたって。
考えたね。考えましたね。
そうですね。この辺ではコスト削減のために地面が電気を流れることを発見して。
まだ人、命のためにじゃないんだ、あの時はまだ。
この時はまだ命なくても単純に節約のためですね。
なるほど。
ドイツ人のシュタインハイルっていう人が見つけたんですけど。
よく見つかりましたね。
ここからがですね、奥利さんの言う人を守るためのアースっていうのが出てくるわけです。
ここからはあれですね、エジソンとかニコラテストとかが19世紀になって出てくるんですけど。
この時の電気ってもう死刑隊とかに使われるぐらい強力なものだったんですね、ここでも。
今までは電気ってコインに塩とか垂らして下につけるとビリビリしますみたいなそういうレベルの電力だったんですけど。
エジソンとかテストの時代になると本当に人が殺されるぐらい強力な電気ですね。
電気の死刑室みたいなのができるぐらい強力な電気があって。
エジソンとかも公園中に電球つけて夜明るくしましたみたいな。
そういうぐらいですね、すごい高電圧な送電っていうのが始まっていくんですね。
そうした時に当然ながらネズミがかじったりとか人が触ったらもう人が焼き死んでしまいますよと。
そういう電気なわけですよ。
この時にいろいろやっていくとめちゃめちゃ事故が起きたわけですね。
ありますよねそれは。
人が触っちゃうとか、あとは電圧の違う電気が混ざっちゃうとかね。
例えば1000ボルト100ボルトの線をつなげたら900ボルトになって電気が外しちゃいますよね。
外しますよね。
そういう電圧違いの線を差し間違えたりとかそういういろんなものがあって、
これを防ぐためにあえて電気の片側を設置するっていう、間違って配線した時のために。
なるほど、やっと安全のために作り上げた。
この考え方は現在まで定着しています。
現在も電源の片側は絶対設置するという、いわゆるビーシュ設置工事っていうやつですね、現在の。
これが出てきます。
だからアメリカでも1913年かな。
1913年、交流回路の片側の設置。
電源の片側は絶対アースに設置しなさいと。
それも100年の歴史くらいしかないんですね。
そうですね、まだ100年。
このアースが本格的に使われるようになったから100年ちょっとしかまだ経ってない。
なるほど。
ここで人が触れた時に、人に流れずアースに流れるよっていう対策が取られていくわけですよね。
なるほど、なるほど、そういうことか。
そうですね、ちなみに栗さん、前も話した気がしますけど、何でアース使ったら安全なんですか?
人に電気流れないですか?
おさらいですけど。
多分3週間くらい前にしゃべったと思いますけどね。
おさらいやめて。
人の抵抗より、アースの方が抵抗が少ないから極端的に。
アースの基本概念
だから人は50mAで心臓の中で死んじゃうから、それ以下の遠慮。
だいぶ電流が全部アースに流されたから、極端に言うと人に流される電流が非常に少ない。
だからある意味では安全という、間違ってました。
でも人って、電圧って並列にかかったら同じだけ電流流れるんじゃないですか?
抵抗値が違うくても。
確かにそう言えると思った。
いやいや違う違う違う。
例えば100Vの物に触ってしまって、アースと栗さんが触ったとして並列になるんだったら、
アースにも100Vかかるし、栗さんにも100Vかかれば、栗さん電流流れちゃうんじゃないですか?
流れちゃう。流れちゃう。
流れちゃいますよね。
じゃあアースとっても意味なくないですか?
ちょっと待って。
え?ちょっと待てよ。アース…でもわからなかった。え?どういう答えだっけ?
アースがもたらす安全性
はい。
忘れちゃいました。
忘れちゃいました。
え?栗さん理解間違えた?間違えた?でもそういうのは確かに理解取れないですね。
取れないですよね。はい。
え?
例えばこれ、これって僕の理解ですけど、
例えば並列になって栗さんの抵抗値とアースの抵抗値ありますよね。
抵抗値。
で、この2つの抵抗値はアースの方が確認が低いとします。
そうですよね。
ですよね。で、この2つの抵抗値の前に、この2つの並列の前に直列な形に何か抵抗があったとすると、
もうその全体に流れる電流がまず決まるじゃないですか。
決まります。
まずその栗さんとそのアースの抵抗値は確認ゼロだとして、計算分かりやすくするためにね。
うんうん。
で、そのもう1つ前に抵抗があるんで、その抵抗に100V分の抵抗値で電流が決まりますよね。
決まります。
で、こっから並列になるんで、この決まった電流値の配分になるんですよ。
はい。
例えば100A流れとしますよね。
うんうん。
で、じゃあ栗さんが100Ω。
はい。
アースが1Ωだったら。
1Ω、はい。
まあ、100対1流れるわけですね。
そうですね。
じゃあ栗さんの方には1A以下しか流れないですよね。
極端に言うとそうですよね。
だからその、ある電流量が決まっている中で、そこからさらにアースで分岐すると栗さんの方に流れる電流は減るっていう。
え、じゃあよく考え、ちょっとごめんなさい。
こう言うとさ、極端に言うとアースがあるだけでもキャランジしないというわけじゃないんですよね。
そういうわけじゃないです。
それは当然栗さんの抵抗値次第ですね。
例えば、博安部屋でも一応わしのところ、仮に1安部屋からわしの体が流れているじゃないですか。
はい。
だけどわしも死ぬんですよね。
死にます。
流れちゃったら。
死にます。
だから電圧が極端に高ければ死ぬし。
死ぬですよね、わしも。
あとはアースの、なんていうんですか、抵抗値が極端に高くても死にます。
だから要素は3つですよね。
要素は3つです。
はい。
まず電圧ですね。
電圧ですね。
電圧が高ければ高いほど栗さんに流れる電流量は上がります。
そうですよね。
もう1つは栗さんの抵抗値が低ければ低いほど栗さんに流れます。
カモンってやるじゃん。
そうですよね。
例えば栗さん濡れてるとか、汗ばんでるとかっていう状態だと栗さんの抵抗値が下がるんで相対的に電流量増えます。
もう1つはアースの抵抗値が高いことですね。
アースの抵抗値どうやって高くなるんですか?
例えばアースを取ってる、締めてるネジが緩んでるとか。
あとは極端に細いアース栓で配線されてる。
なるほど。
もっと言ったらアースに挿してる、最後のところにアース栓を挿してるわけですね、地面に。
それが抵抗が高い。
この栓が抵抗が高い?
地面に挿してる、その抵抗が。
いわゆる地面にちゃんと刺さってない。
ちょっと緩んでるアースが。
ゼロボルトとノイズ対策
緩んでるとか、土自体が抵抗が高くなってるとか。
その下位濃度結構あるんですか?
でも劣化とかしますよ、当然アースもね。
じゃあ劣化を見るために1年1回くらいの検査をやるんですか?
それはわかんないんで自分で調べてください。
じゃあ調べます。
なるほど。
じゃあ私も死んでるんで結局。
そうですね。
だからアースとかも取るときに地面に杭打つんですけど、その杭が浅っきり浅いほど抵抗値は上がりますからね。
なるほどね。
たまにネタでアースって言って土を板につけたりするネタ動画があるとかあったりしますけど、そんなんじゃ意味なくて。
実際には変電所の電源のアースに流れていくんで。
だからね。
そこと繋がってるのが大事だよって話ですね。
なるほど。そういうのか。
そうそう。だからね皆さんご家庭で電子レンジのアースとか洗濯機のアースとか取ってない人結構いると思うんですよ。
ごめんなさいもう取ってなかった。
取ってないでしょ。絶対取ったほうがいいですよ。
ちょっとご覧ちょうど終わったらすぐ取ってきます。
今すぐね取るときです。
なんで取ってないんだろうな。取ってなかった。気づいたら取ってなかった。
結構いろんな人のお宅行ったら電子レンジのアースがプラーンってなったりするんで。
うちもそう。
あとねトイレのウォッシュレットとかね。
取ってない。取ってないわ。
危ないですよ。だっていつ電気のとこに水が浸しになって自分に感電するかわからないですからね。
取ってきます。取ってきます。すぐラジオ終わったらすぐ検査チップスを見てきます。
ちゃんとアース取ったほうがいいですよっていう。
なるほど。なるほど。また勉強になりました。
という感じでですね。アースっていうものが世の中にいっぱいあって。
それは基準電位って呼ばれるものになってるわけですけど。
実体としてはまず第一に身の安全を守るものであるということですね。
皆さんの身の安全を守るために私も生まれたからアースですね。
そうですね。
なるほど。私もこれからすぐ電子レンジ、洗濯機とトイレの中のアースちょっと連れておきます。
そうですね。まず安全の機能として一個。
もう一つは機能の保護のための設置っていうのもあります。
機能のための。機能の保護のためですね。
今さっき言ったのは保護設置って呼ばれるものになります。
安全のための、人を保護するため、機器を保護するための設置。
アースを取ります。いわゆるPEってやつです。
PEっていうのはプロテクティブアースの略でPEなんですけど。
なるほど。
保護的なアースを取りますっていう意味でPEですね。
これから別にFEって聞いてこないですか?
見てこられます。まだ分からないですけど。
いわゆるフレームグラウンドとかやったりするときもありますけど、
ファンクショナルアースっていう有略ですね。基本的にノイズ対策です。
ノイズ。高谷さん聞いてこられます。
ノイズっていうのは、オンオフするときの電圧が幅を見てオンオフを決めるんですけど、
ノイズを乗せちゃうと本来オンしないものがオンになってしまうとか、
そういうことがあるから、これを防ぐためのノイズを、
皆さん様々なノイズ対策をしていることが高谷さんが教えてくれておられます。
そうですね。そういう形でアースを取るっていうこともありますし、
あとはさっき言ったノイズ対策のシグナルグラウンドですね。
電気回路の基準としてのゼロボルト。今回共通テーマはゼロなので、
主にこれがゼロに対象になるわけですけど、
電圧ってゼロボルトってゼロボルトじゃないんですよね、現実には。
言っていること分かります?
分かんない。ちょっと待って、ゼロボルトは厳密でゼロボルトじゃない?
ゼロボルトに絶対的なゼロボルトじゃなくて、
比較したゼロボルトなんですね。相対的なゼロボルトなんですよ。
クリスさんが例えば、寒電池あるじゃないですか寒電池。寒電池1.5Vですよね。
で、テスト当てたら1.5V出るじゃないですか。
でもそれって1.5Vっていう絶対的な電圧が出てるんじゃなくて、
寒電池のお尻の部分に対して1.5Vの電圧差がありますって意味なんですね。
確かにそうだね。電圧差だね。確かに。
で、例えば寒電池2本直列にするじゃないですか。
じゃあ寒電池の両端の電圧を取ったら3Vですよね。
でも寒電池の真ん中から取ったら1.5Vですよね。
ゼロボルトの概念
確かに。で、これは寒電池2本の一番後ろのお尻のところからそれぞれ1.5V、3Vの差がありますよって意味なんです。
あー確かに。
だって今2本繋げた瞬間になんかさっき0Vだったとこ1.5Vだったわけですよね今。
そうだね。
これは相対的なゼロボルトっていう意味なんですよ。
どこかを基準にしてどこかの電位差、電位がありますって意味なんですね。
だから絶対的な3Vが絶対24Vって世の中にないわけです。
どこかを基準にしたときに。
だからあれですよ。電池もプラス側を基準にするとマイナス側がマイナス1.5Vっていう言い方もできるんですね。
できますね。
だからあれは基準なんですよ。
だから皆さんが電池を2つ用意してそれぞれ電圧を測ったときに、
例えば片方の電池の0Vからもう片方の電池のプラスを見たときにそれが1.5とは限らないわけです。
お尻の0Vがぴったり0Vになってなければ、そこが元の変に電位が2Vぐらいあったりするとずれたりするわけですね。
なるほど。
でもずれたら困るじゃないですか。
だからそこを電気的につないでしまって、同じゼロにしましょうねっていうのがこのシグナルグラウンドって呼ばれるものです。
基準電位ってやつですね。
ああ、だから24Vとかも全部同じ基準電位。
そうですね。
じゃないとおかしいよね、おかしいですよね。
おかしいというか、ちゃんと動作しなくなるってことですね。
そうですね、どんどん動作しなくなっちゃうんですね。
だから基準となる0Vを入れましょうっていうのがいわゆるグラウンドって呼ばれるものだったり、
アースをつなげてアースを基準電位にしましょうっていうのはこういうことなんですね。
アースを基準電位にしましょうということですね。
だからアースは0Vじゃないんですよ。
アース0Vって言うんですけど、アースは0Vじゃなくて、0Vの基準にすることが多いから0Vって呼ばれてるだけなんですね、アースは。
やばいな、さっきゼロってアースで言っちゃったけど、本物的に間違ってるよね。
アースは一般的には0Vなんです。
よく0Vの基準とするから0Vなんです、アースは。
これは電圧対しての基準電位だけですって言ったんですね。
だから別に地球も絶対のゼロじゃなくて、どっかから見たら微小な電位はあったりしますし。
なるほど。
単に基準の話なんですね、これって。
なるほど、最初から間違いだった。
色んなアースっていうものがありますよっていう話を、今日のカーケーポッドキャストのアヒではしたかったなと。
アースの重要性
我々機械の電気系のエンジニアですんで。
すごい、アース面白い、勉強になりました。
私も死ぬってことは今日も分かりました。
アースに接しても私も死ぬ可能性があることは今日も分かりました。
そうですね。
改めて。
皆さんですね、アースというか関連した人を見つけたら、その人は電気が流れてるんで、その人に触ってはいけません。
はい、触らないです。
そうですね。
でもね、これ。
蹴り飛ばしてますね。
蹴り飛ばしてるからね、棒で上げてって言ったんですよ。
殴ってって言って。
手でこうやって棒で。
一つは絶縁物で殴るってことですね。
電気の通さないもので引き剥がす。
もう一つは、例えば靴とかは絶縁体じゃないですかね、ゴムだから。
そうですね。
だから蹴り飛ばす。
横からも蹴り飛ばす。
もう一つは、とりあえず地面につながってなければ電気って流れないんですよ。
関連って、自分で触ったところから自分の体を通って、地面を通って出ていくんですね、電気が。
そうですね。
だから浮いてたら関連しないんで、ドロップキックで蹴り飛ばす。
なかなかすごいレベル高く言いましたね。
順調はね。
なるほど。
だから一つは関連した人に、余裕に触っちゃダメですと。
に災害になるんで。
何かの棒とかで蹴りとか殴るとか、離れるですね。
わかりました。
みたいなことをやっていってくださいねというところで、本日の科学系ポッドキャストの日は終了したいと思います。ありがとうございました。
ありがとうございました。
ありがとうございました。
