「グランド間の電位差」で電子機器が壊れる

質問

（3芯の電源で）相互に接続された電子機器が「グランド間の電位差」で
壊れたりすることがある、、という話を聞いたことがあります。

機器が破壊するほどの「グランド間に電位差」を生じさせる要因として、
どんなことが考えられるでしょうか ？

ご存知の方がいらっしゃいましたら教えて頂ければあり難いです。（ 「雷」 は除きます ）

環境としては、家庭内というよりは、会社社屋、ホールなどをイメージしています。

直感的な推測ではなく、ある程度の裏づけのある情報が頂ければ、
なお、あり難いです。

回答No.5

lumiheart · ベストアンサー

迷走電流
http://www.kdh.or.jp/safe/document/by_es/low_file02.html
http://www.kdh.or.jp/safe/document/by_es/low_file18.html
http://hikoichiro.sakura.ne.jp/denki/d-42.html

一般的には迷走電流は電車の線路付近や落雷が原因が多いのですが
工場とかで使う大きなインバータからも発生します
何百Ａとか巨大な電流でなくてせいぜい数百ミリアンペア程度です
（漏電ブレーカはそれでは飛ばない）
誘導電流とか漏れ電流とか色々有りますが特定不能

それなりに大きな工場（数十メートル以上）の
東面の鉄骨と西面の鉄骨の間の電圧を測定すると
数十Ｖくらい有るのは珍しくありません（もちろん漏電はしてません）
（あくまで鉄骨ですよ鉄骨！、電線ではなくて）

ホールの電源と接地(アース)
http://www.seas.or.jp/datafile/public-hall%20soundsystem/earth.html
６、接地線の配線例

ここに記載のように所謂１点接地になるように接地線を敷設すると解消されます

お礼

有難うございます。
こんな情報を待っていました ！！！

まずこのあたりのことは一応理解しているつもりで
http://www.seas.or.jp/datafile/public-hall%20soundsystem/earth.html
疑問は「（焼け焦げるほど）壊れる」というところでしたが、
今回の情報で、かなりスッキリしました。

（ lumiheart様の、結論を導くために、説明の流れとして上記リンクを
引用されたことは、理解しております、念のため ）

雷以外に、いろいろな原因があるものなのですね、なるほど ！

ちなみに、私は、多くの機器（！）の「Yコン≒数千pF程度」が累積して
・漏れ電流で（電源ラインのアースが、一点でないために）大きな電位差が？？
あるいは、
・アース同士接続前に（Yコンの）容量ばらつきによる電位差？？
など、なのかなぁ、でも、機器を壊すほとのエネルギーはないよなぁ、、
もしかしたら、（私の知らないパワー系の）機器（モータ？、電源装置？）
の中には、私が想像できないような大容量のYコン（相当）が使われているのかぁ？、、
などと考え、迷走しておりましたが、まさに、迷走電流ということで、
かなりスッキリしました。

なお、「迷走電流」という言葉は知りませんでした。
これから「迷走電流」をキーワードに更に、勉強してみたいと思います。

本当に有難うございました。

回答No.4

ate-no-nobu

再度お邪魔します。

やはり、質問者様も
・一つの例、想定としては、複数あるコンセントのアース端子が1点アースになっておらず、
なんらかの原因で、コンセント（系統ごと）のアース間に電位差が生じてしまう

と考えていらっしゃるのですね。
GND間で数十Vの電位差は相当なエネルギーですね。
どのような環境なのか、また用意に機器のGNDとVCCを測定できるか等、私も現場に行ってみないと
わかりません。
抵抗やICの受動・能動部品も破壊もするのですね…。

私は1つ3000円もする高性能な計測器アンプの出力offsetでさえ補正して、真値に近づける手法を
実現する回路を設計したり、ハムが入ってこない為のフィルター等、弱電特有の問題に悩まされ
ていましが、単純に接続した機器が壊れるといった問題もかなりの難題ですね。

抵抗やICの許容範囲を超えての破壊は電圧と電流も影響してきますよね。
今回の問題は別として、回路電流12.5mAで20Vであれば1/4W抵抗は燃えてしまいます。
抵抗やICはもちろん機器内部の部品であり、GND間の電位差が仮に20V発生しても機器自体に電位差
分の電圧が供給できないため、部品が壊れるというよりかは機器自体が正常に動作するのかという
疑問があります。その場合はUVLO(Under Voltage Lock Out)の保護回路が働き、中途半端な
動作はさせないはず。

と、考えるとGND間の電位差が原因で機器を破壊しているのではなく、何らかの原因で機器が壊れる
だけの大きなエネルギー（サージ電流やサージ電圧の類）がGNDに乗り、結果GND間の電位差が生じ
ていると考える方がいいのかもしれません。

であれば、やはりまず最下位GNDを基準に機器の数だけの危機に極力近いGNDを測定し、波形を見る
ことでしょうか。

過去に会社社屋、ホール内で危機を使用した実績はあるのでしょうか？
あれば、その時の配置図のようなものがあればいいのですが。

力になれずすいません。

お礼

いろいろとアドバイスを頂きありがとうございます。

> 力になれずすいません。

いえいえ、いろいろと参考になります。助かります。

> 会社社屋、ホール内で機器を使用した実績はあるのでしょうか？

はい。
そういったところで使用する電子機器を想定しての質問です。

（ 現実としては、もともとそういったところで使用する電子機器ですので、
多くの実績があります。極めて稀に、今回の質問しているような要因と
推測される原因で、壊れてしまうものがあります。
それと、私自身、現場の電源事情に関しての知識が乏しいです。）

アドバイス頂いたように、サージ電圧/電流のような一時的なものが
原因かもしれません。

これからも探求を続けてみたいと思っています。

回答No.3

ate-no-nobu

半導体会社のエンジニア８年目のものです。
今は工程に入っていますが、去年までLSIを測定する回路設計をしており、数mVレベルの
電圧測定やGNDが持ち上がることによる対策などアナログ回路専門で働いていました。

お力にならず、そんなの知ってるよということであれば大変申し訳ありませんが、
一応考えてみました。
接続された電子機器のGNDは一点接続でしょうか。もしくは現実的に可能なベタGNDでしょうか？
最下位GND（基準）から”A装置”のGNDを接続、1m向こうに”B装置”のGNDを接続した場合、
A GNDが一番近く、B GNDが次に近いことになります。
ここで一点接続ではなく、最下位GNDと”B装置”のGND間に”A装置”のGNDが途中に接続され
ているとすれば（下記）、

最下位GND------A GND-------B GND

(1)”A,B装置”に流れる回路電流　x 最下位GNDからB GNDまでのインピーダンス(配線容量等)
(2)”A,B装置”に流れる回路電流　x 最下位GNDからA GNDまでのインピーダンス(配線容量等)
で(1)と(2)の差だけ電位差が発生します。

お使いの機器の回路電流はいくらかわかりませんが、GNDが持ち上がって十分な電圧が供給
されず機器が動作しないようマージンのなさは考えられませんし、今回の問題はGND間の電位差
ということで非常に微弱な電位差であろうなため、難しい問題ですね。

装置同士のGNDの電位差を測定することは可能ですか？
また波形をモニターできますか？GNDがノイジーになっているのでしょうか…。
一度そちらへ行って、調査してみたいです。

補足

一緒に考えて下さり本当に有難うございます。

私の疑問の想定を補足します。

・ある程度の規模の施設に多くの電子機器が接続されている
・それらの機器の電源は、3芯で接続されている
・それらの機器の電源は、別々のコンセントよりとられている
・それらの機器は、信号線として相互に接続されている

・想定する「GND間電位差 ≒ 数十ボルト」以上
・ノイジーというより電子部品（抵抗、ICなど）が焦げてしまう（発煙して壊れる）

・別の言い方をすると、離れたコンセントのグランド端子（アース端子）間の電位差が
数十ボルト以上ある。
・また、その電位差は、機器の電子部品を焦がして壊すほどのエネルギーをもっている
・一つの例、想定としては、複数あるコンセントのアース端子が1点アースになっておらず、
なんらかの原因で、コンセント（系統ごと）のアース間に電位差が生じてしまう
（ で、この1点アースでない≒共通インピーダンスを持つアース間に電位差を生じさせる
原因がなんなのだろう 、、という疑問です ）

最終的には、アドバイスも頂きました通り、
現場に出向いて測定をしながら原因を探るしかないかなと思っていますが
その前に自分なりの仮説を立てたいと思っている状況です。
（もっともすべての現場で電位差があるわけではないと思いますし、
電位差の存在する現場が特定できていないのが現状です ）

回答No.2

EleMech

電子機器という事で、アース付の１００Ｖ電源という事でよろしいでしょうか。

１００Ｖ電源の１極（N極）は接地されていますので、一般的にはアース極と電位差は無く０Vであるとされています。
しかしN極は変圧器の１極に施されるものなので、漏電電流がここに帰ってきます。
この漏電電流が接地抵抗で電位差を生むので、N極とアース極とで電位差が生まれる事があります。

電子機器には詳しくありませんが、筐体アースとN極とが内部接続されているものが少なからずあるのではないでしょうか。
ここで短絡となってしまう為、過電流が流れるのではないかと思います。
その為対策が必要な事がありますが、漏電対策を行うのであれば電気工事の分野になってしまいますし、電子機器の内部接続を解放するのであればメーカーの分野となってしまいます。

補足

情報有難うございます。

質問の内容が曖昧でしたので、少し、補足させてください。

> アース付の１００Ｖ電源という事でよろしいでしょうか。
はい。日本に限定すれば、そいうことになります。
広く海外まで含めて、120V、220V～240V の情報でもかまいません。

電子機器内の接続に関しては、ある程度は理解できています。ですので、
グランド間電位差が大きいとした場合、機器が壊れることがあることは
ある程度理解できています。

私の残る疑問は「（大きな）グランド間電位差」がどうして生じるのか、、
ということです。
（機器が壊れる原因の1つとして、その原因が、グランド間電位差であると、
仮定しての質問です。）

ですので、私が、今回、知りたいと思うのは、
同一施設内において、機器と機器のグランド間
（コンセントとコンセントのグランド間といってもよいかもしれません）
に、機器が破壊するほどのグランド電位差が生じることがあるとしたなら、
それはなぜか、、ということです。
（なお、機器同士は、電源以外に、信号線などでも接続されているものと仮定し、
壊れるのは電源でなく、信号線側であると、仮定しています。
なお、この仮定は、絶対的なものではありませんので、
その他の仮定での情報も、有難いです。

回答No.1

tance

ちょっと信じられませんが以下は実際にあったことです。

３相交流のどれかをアースとして直接コンベアなどにつなぐことがあります。（無知からこんな恐ろしいことが行われます）隣のコンベアは別の相を直接つないでいます。

製造ラインで使う検査装置をつないだら、轟音とともに装置がふっとんだという話しです。

それまでも、作業者の間では「感電するから気をつけろ」という「ノウハウ」が代々伝わっていたとか。

通常の機器内でGND間電位差で装置が壊れることはそうはないと思いますが、大電流を扱う機器では十分にあり得ます。例えば、100Aを扱っている部分のGND（もしくはリターン線）に複数の経路があって、それらのインピーダンスが1%ちがうと1A分の電流が思わぬところに流れることがあり得ます。

電流検出抵抗の４端子法によるGNDセンスなんかは気をつけないとヤバイです。

お礼

(1) 結線間違い（特に、3相）
(2) 大電流の場合は共通インピーダンスなどによる電位差が無視できない
ということがある（あった）ということですね。

参考になりました。有難うございました。