MINATAと学ぶオートメーション #48：接地とシールド — 「とにかくどこかへ落とす」という決まりは存在しない

接地とシールド：「とにかくどこかへ落とす」という決まりは存在しない

接地とシールドは、「どこかへ落としておけば済む」という話にはならない。接地には目的が二つある。電気的な安全 と、信号の基準およびシールド である。この二つを混ぜてしまうことが、厄介な不具合の多くの出どころになっている。

接地の二つの役割

保護接地： 故障時の電流を電源へ返し、保護装置を働かせる。機器の外郭を安全な電位に保つ。これは必須であり、切ってはならない。
信号の基準とシールド： 安定した零ボルトの基準をつくり、弱い信号から雑音を逃がす。シールドの落とし方は、好みではなく機器の資料に従う。

「雑音を消すため」に保護接地を外すのは、感電の危険を系に持ち込むことである。雑音が出たら、まず等電位の接続、ケーブルの経路、盤の配置を確かめる。保護接地には手を付けない。

等電位の接続と落とす場所

盤の外郭、取付板、扉、接地バーは、同じ基準電位を共有できるようによく接続しておく。盤の中に主となる接地バーを一つ置き、十分な断面積の保護接地線を使い、接触面を清浄に保つ。絶縁する塗装が残っていてはいけない。接地する点どうしに電位の差があると、そこに接地ループができ、それが信号に乗ってくる。

ケーブルごとのシールドの処理

ケーブルの種類	よく使われる決まり
インバータのモーターケーブル	両端で保護接地へ。盤側は全周のクランプで
アナログ、エンコーダ	ループ電流を避けるため、片端（盤側）で落とすことが多い
産業用イーサネット	ケーブルとコネクタの規格、および機器の資料に従う

全周でシールドを締めるほうが、一本に撚った尻尾よりずっとよく効く。片端か両端かは目的による。両端は高い周波数の雑音によく効くが、接地の電位が違うとループ電流をつくる。関係する機器の説明書に従うこと。

参考になる現場の一場面

盤にインバータを一台足したあと、アナログの値が震えはじめた。担当者は、PLCのデジタルフィルタを強めて震えを消してしまうのではなく、アナログのケーブルの経路をモーターケーブルと見比べ、シールドの落とし方、ダクトが分かれているか、フィルタの設定を調べ直した。原因はたいてい、線の通り道とシールドにある。ソフトにではない。

接地の系統図、シールドの決まり、等電位の接続は、最終的に設置の規格と機器の説明書に従う。

よくある間違い

雑音を減らすために保護接地を切る、あるいは放っておく。感電の危険をつくる。
アナログのシールドを両端で落とし、接地ループをつくる。
モーターケーブルで、全周のクランプの代わりに長い尻尾を使う。
塗装や錆の残った面で接続し、接触が悪い。
配線という物理の問題を、PLCのフィルタで覆い隠す。

接地とシールドのチェックリスト

[ ] 保護接地の断面積が十分で、切れておらず、接触面が清浄である。
[ ] 主となる接地バーが一つあり、外郭と取付板がそこへ接続されている。
[ ] ケーブルの種類ごとに、その機器の決まりどおりシールドを処理した。
[ ] モーターケーブルは全周のクランプ。アナログのループ電流にも手当てした。
[ ] デジタルのフィルタを強める前に、配置と配線から雑音をたどった。

正しい接地は、きれいな信号と電気的な安全の両方の土台である。次の #49 では信号の雑音そのものに進む。どこから来て、どの経路が運んでくるのかという話だ。

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