【図解】漏電ブレーカーの仕組み!行き帰りの電流差と「アースなし」の恐怖

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「現場で漏電ブレーカーが落ちた! どうしよう!?」「絶縁抵抗計(メガー)を持って走れ!」

電気に関わる仕事をしていると、必ず遭遇するのが「漏電(地絡)」のトラブルです。でも、そもそも「漏電遮断器(ELCB)」は、どうやって漏電を見つけているのでしょうか?

今回は、現場で数々のトラブルシューティングを行ってきた現役設計者が、電気設計の基礎中の基礎でありながら意外と説明できない「漏電遮断器の仕組み(ZCT)」と、なぜ「アース(接地)」がないと危険なのかを解説します。

結論から言うと、ELCBは「行きと帰りの差」を検知しますが、アース線がないと「あなたが感電するまで」作動しない仕組みなのです。

……ですが、ELCBとアースがあれば100%安全かというと、そうではありません。 実は、たった「30mA(0.03A)」という微弱な電流でも、人間の心臓は止まる可能性があるのです。


目次

漏電遮断器の仕組み:「行き」と「帰り」を監視せよ

漏電遮断器(ELCB)の仕組みは、実はめちゃくちゃシンプルです。

「キルヒホッフの第1法則」という難しい言葉を、小学生でも分かるように言い換えるとこうなります。

「入った電流と、出ていく電流は、同じはずである」

ホースの水漏れで考えよう

水を送るホースを想像してください。

  • 行き: 蛇口から 10リットル の水を出しました。
  • 帰り: ホースの出口から 10リットル の水が出てきました。→ 正常です。漏れはありません。

もし、ホースの途中に穴が空いていたらどうなるでしょう?

  • 行き: 蛇口から 10リットル の水を出しました。
  • 帰り: 出口からは 9.97リットル しか出てきませんでした。→ 異常(漏電)です!消えた 0.03リットル(30mL) は、どこか別の場所(地面など)に漏れています。

これをやっているのが「ZCT」

漏電遮断器の中には、ZCT(零相変流器)というリング状のセンサーが入っています。

これが行き(L)と帰り(N)の電線をまとめて掴み、「行きと帰りの差(=漏れ)」だけを常に見張っています。

その差が設定値(例:30mA)を超えた瞬間、「漏れてるぞ!」とバチンと回路を遮断します。これがELCBの正体です。

漏電遮断器の心臓部「ZCT(零相変流器)」の構造図。行き(L)と帰り(N)の電線をリング状のコアに通し、通常時は磁束が打ち消し合うが、漏電発生時に電流の不平衡(差分)が生じてトリップ機構を動作させる仕組みの解説図。

なぜ「アース(接地)」が必要なのか?

「漏電遮断器があれば、漏電しても勝手に切れるから安全でしょ?」

そう思うかもしれませんが、実はアース(接地線)が繋がっていないと、漏電遮断器は本領を発揮できません。

アースがないと「人間がスイッチ」になる

洗濯機を例にしましょう。もしアース線を繋がずに、内部で漏電していたらどうなるか。

  1. 内部の電線が切れ、洗濯機の金属ケース(筐体)に触れる。
  2. 電気は金属ケースに溜まるが、逃げ道がない(地面に流れない)
  3. 「行き」と「帰り」の電流差はゼロのまま。(電気はどこにも流れていないから)。
  4. 漏電遮断器は「ヨシ! 正常!」と判断して電気を流し続ける。
  5. そこへあなたが触れる。
  6. 電気はあなたの体を通って地面へ流れる。
  7. ここで初めて差が生まれ、ブレーカーが落ちる。

つまり、「あなたが感電して初めてブレーカーが落ちる」ということです。これでは遅いですよね。

アースがあると「瞬時に」切れる

アース線が繋がっていれば、こうなります。

  1. 内部で漏電し、金属ケースに電気が触れる。
  2. 電気はアース線を通って地面へドバっと流れる。
  3. 漏電遮断器が「差が生まれた! 危険!」と検知して、0.1秒以内に遮断する。
  4. あなたが触る頃には、もう電気は止まっている。

これが、洗濯機や制御盤に「アース線」を繋がなければならない本当の理由です。

(※ちなみに現場では、この300V以下の機器へのアースのことを、専門用語で「D種接地(ディーシュ)」と呼びます。先輩に「D種とったか?」と聞かれたら、「アース繋ぎましたか?」という意味です!)

洗濯機の漏電事故におけるアース線(接地)の役割図解。金属製外箱への地絡故障が発生した際、アース線を通じて漏洩電流を地面に逃がすことで、人体への感電を防ぎ、漏電ブレーカーを瞬時に動作させる安全メカニズム。

なぜ「30mA」なのか? 「安全限界」

一般的な漏電遮断器の感度は「30mA」ですが、なぜこの数値なのでしょうか?

電流の大きさと人体の反応(目安)

人間が電気に触れた時の反応は、流れる電流の大きさ(mA)で決まります。

電流の大きさ症状危険度
1 mAビリッと感じる(感知電流)注意
5 mA痛みを伴う電撃警告
10〜20 mA【魔の領域】筋肉が固まり、自力で離れられなくなる(離脱電流)危険
30 mA呼吸困難、心室細動(心臓が痙攣する)の可能性極めて危険
50 mA〜短時間でも心停止に至る可能性が高い致命的

そう、わずか 30mA(0.03A) で、人間の心臓は止まる可能性があるのです。だからこそ、漏電遮断器はこの「デッドライン」である30mAを超えないように設計されています。

なぜ「30mA」で助かるのか? 秘密は「0.1秒」

感電の危険度は、以下の掛け算で決まります。 危険度 = 電流の大きさ × 流れている時間

  • 30mA × 1秒間 = 心臓が痙攣(けいれん)する可能性が高い(危険)
  • 30mA × 0.1秒間 = ビリッと来るが、心臓は止まらない(生存)

日本の一般的な高速形漏電遮断器は、定格感度電流(30mA)が流れた時、「0.1秒以内」に遮断するようにJIS規格で決められています。 (実際の商品はもっと優秀で、0.03秒くらいで切れるものが大半です)

つまり、「心臓が止まる前に、電気を断ち切る」ギリギリのラインが30mAなのです。

なぜ「1mA」にしないのか?

「じゃあ、もっと安全に1mAとかにすればいいのでは?」と思いますよね? それをすると、工場が止まります。

  • 常時漏れ電流: モーターやインバータ、パソコンの電源フィルタからは、故障していなくてもごく微量な電気(漏れ電流)が常にアースへ流れています。
  • 誤動作の嵐: 感度を上げすぎると、機械を動かした瞬間のノイズだけでブレーカーが落ちてしまい、仕事になりません。

「人間は死なないギリギリのライン」かつ「機械が誤動作しないライン」。 この絶妙な妥協点が「30mA」なのです。

設計者としての「正解」は?

あなたが設計者として「30mAでも怖い」と感じるなら、以下の2つの手を打つのがプロの仕事です。

  1. 水回りは「15mA」を選定せよ 濡れた手で触る場所や、水中ポンプなどは、人体の抵抗値が下がって死ぬ確率が上がります。ここでは誤動作覚悟で、高感度な**「15mA(0.1秒以内)」**のブレーカーを選定するのが鉄則です。
  2. アースを完璧にせよ 記事でも書いた通り、アースさえしっかり繋がっていれば、人間が触れる前にブレーカーが落ちます。これが最強の安全対策です。

まとめ:ELCBとアースは「命を守るタッグ」

  • 漏電遮断器(ELCB): 行きと帰りの電流差を見張る「監視員」。
  • アース(接地): 漏電した電気を地面に逃がし、監視員に異常を知らせる「通報装置」。

この2つが揃って初めて、私たちは感電事故から守られています。

現場で「アース線外れてるけど、まあ動くからいいか」なんて場面を見かけたら、この記事を思い出してください。それは「安全装置のスイッチを切っている」のと同じことなのです。

次回は、現場で頻発する『インバータでブレーカーが落ちる問題』と、プロの機種選定について解説します!


「漏電ブレーカー」と「アース」の世界(全3回)

このブログでは全3回にわたり「漏電ブレーカー」と「アース」について基礎から実践、海外編を解説をしています。

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