2023年初頭、ナイジェリアのアブジャの電気工事業者から電話がありました。彼は新しい通信塔の建設現場で、長さ2.4mの銅被覆一体型接地棒を4本、ラテライト土壌に打ち込んだところ、4本とも25オーム以上という結果が出ました。これは仕様で求められていた5オームという目標値をはるかに上回る値です。彼は3mより長い接地棒を扱える打ち込み機を持っておらず、長尺接地棒の最寄りの供給元は700km離れたラゴスにありました。そこで私たちは分割式接地棒キットと真鍮製カプラーを彼に送りました。2週間後、彼のチームは同じ接地棒を標準的な回転ハンマーで6mの深さまで打ち込み、抵抗値は4.2オームでした。このプロジェクトをきっかけに、一体型と分割型のどちらを選ぶべきかという私たちの考え方が変わりました。それは好みの問題ではなく、土壌の状態、使用する機器、そして現場へのアクセス状況によって決まる問題なのです。

分割式か一体型か：選択は好みの問題ではない

一体型ロッドの利点は単純明快です。継ぎ目がないということは、弱点がないということです。湿った粘土にまっすぐ打ち込んだ2.4mの銅被覆ロッドは、建物よりも長持ちし、同じ長さの分割式ロッドよりも安価です。当社では、分割式ロッドよりも一体型ロッドの販売量が依然として多く、それには正当な理由があります。低抵抗土壌への浅い設置には、一体型ロッドが最適な選択肢なのです。

しかし、接地製品を製造してきた17年間で、一貫したパターンが見られました。高抵抗の問題で当社に戻ってくるプロジェクトは、ほぼ例外なく、乾燥した岩盤や砂地の土壌に一体型の接地棒を設置したもので、請負業者が棒を最後まで打ち込んだところで止めてしまったケースです。なぜなら、それ以上深く打ち込む方法がなかったからです。分割式接地棒この制約を解消します。各セグメントは長さ1.2mで、ねじ込み式カプラーそして、抵抗計が目標値以下になるまでセグメントを追加し続けます。サウジアラビアのお客様は砂漠の砂地で9mまで分割式ロッドを組み立てており、コンゴ民主共和国のお客様は熱帯のラテライトで12mまで到達しています。

のIEEE規格80変電所の接地に関する規定は、特定の設計を強制するものではありません。規定されているのは、故障電流発生時に安全性を確保できるほど低い接地抵抗という最終結果です。その抵抗値をどのように実現するかは、現場固有の技術的な判断であり、哲学的な判断ではありません。

重要なのは「どちらが良いか」ではなく「一体型のロッドが短すぎる場合はどうするか」です。アブジャでは、ラゴスからより長いロッドを調達するのに2週間もかかってしまいます。一方、リヤドでは、当社から分割式キットを注文すれば、その日のうちに作業を再開できます。分割式設計は柔軟性をもたらし、当社の経験上、この柔軟性こそが、目標とする抵抗力を達成できるプロジェクトとそうでないプロジェクトを分ける決定的な要素なのです。

ねじ山の損傷が多発したため、カプラーを再設計した理由

2021年、弊社のサポートチームは、カプラー関連の苦情が急増していることに気づきました。1年間で14か国にわたり、47件のねじ山破損事故が発生しました。そのパターンは一貫しており、設置作業員が泥だらけの溝で作業し、カプラーのねじ山をわずかに斜めにねじ込み始めたため、鋼製ロッドのねじ山よりも先に真鍮製のねじ山が変形してしまったのです。真鍮は設計上、より柔らかい素材になっています（ロッドを再利用できるように、ロッドよりも先にカプラーが犠牲になるように設計されているためです）。しかし、この設計上の選択が、弊社が想定していなかった故障モードを生み出してしまいました。

原因を突き止めたところ、ねじ山の入口形状に問題があることが判明しました。ロッドとカプラーの両方に採用されている標準のVねじは、入口のエッジが鋭利だったため、特にねじ山が土で汚れている場合、ねじ山が斜めにねじ込まれやすい状態でした。そこで、ロッドとカプラーの両方の最初の2つのねじ山に面取りを施し、入口角度を広げました。これにより、わずかにずれた状態でねじ込みを開始しても、ジョイントが自動的に中央に位置するようになりました。さらに、カプラー本体にレーザー刻印された位置合わせマークを追加し、ねじ山が正しく位置合わせされていることを施工者に知らせるようにしました。

結果は顕著でした。2022年にはねじ山のずれに関する苦情が19件に減少し、2023年には11件、2024年上半期には3件にまで減少しました。これは累計で約70%の削減であり、単位当たりのコストはゼロです。面取りは工具の変更であり、材料の変更ではないからです。これは、17年間にわたる製造現場でのフィードバックによって可能になった、段階的な改善の一例です。

カプラーの材質自体は、鋳造ではなく真鍮の棒材から機械加工されています。鋼ではなく真鍮を選んだ理由は3つあります。まず、真鍮は普通の鋼のように土壌中で腐食しません。サウジアラビアで15年前に設置されたカプラーを掘り出したことがありますが、ほとんど新品同様でした。次に、真鍮と銅被覆鋼の間のガルバニック電位差は最小限（50mV未満）であるため、ねじ部の電気化学的腐食は無視できる程度です。3つ目は、真鍮は鋼よりも厳しいねじ公差で加工できるため、泥だらけの溝の中で手作業でねじを切る際に、継ぎ目がスムーズに接合する必要があるため、これは重要な点です。

当社の真鍮製カプラーの引張強度（≥580 N/mm2）は、ロッドセグメント内の鋼製コアの降伏強度を上回っています。当社では、すべての生産バッチにおいてこれを検証しています。油圧式引張試験機を用いて、3つのサンプルアセンブリを破壊するまで引張試験を実施しています。ロッドは常にカプラー面から約25 mmの地点で破断し、カプラー自体で破断することはありません。これは意図的な設計です。ロッドがカプラーよりも先に破損するように設計しているからです。破損したロッドは引き抜いて交換できますが、破損したカプラーはセグメントが地中に残ってしまう可能性があるからです。

銅被覆鋼板：テストする仕様と発見する不具合

どのメーカーも銅の厚さ、純度、引張強度、真直度といった同じ仕様を記載しています。違いは、これらの仕様が実際に検査されているか、それとも仮定されているかという点です。新昌にある当社の工場では、すべての生産ロットを検査し、基準を満たさない材料は廃棄しています。以下に、検査内容、検査方法、そしてこれまで発見してきた問題点をご紹介します。

銅層の厚さ：≥0.254 mm。これはUL 467最小値。当社では、校正済みの超音波厚さ計を使用して、ロッド1本あたり3箇所（先端、中央、基部）で測定しています。当社の生産平均は0.28 mmで、範囲は0.254～0.32 mmです。2022年、新規サプライヤーから入荷した銅カソードのバッチ全体を、初回ロットテストで平均厚さが0.22 mmであることが判明したため、不合格としました。サプライヤーはカソードが仕様を満たしていると主張しましたが、当社の超音波計はそうではないことを示しました。当社はサプライヤーを変更しました。

銅の純度：99.95%以上。入荷する銅カソードの各バッチについて、スパークOES（光放出分光法）分析でこれを検証しています。0.05%を超える不純物、特に硫黄とリンは、酸性土壌での腐食を促進します。2023年には、銅メッキ鋼棒当社の生産ラインから出荷された製品は、純度99.91%であることが検査で確認されていました。原因を突き止めたところ、電気めっき槽内の銅陽極が汚染されていたことが判明しました。現場で早期に腐食する可能性のある材料を出荷するよりも、該当ロット全体（約2,000本）を廃棄処分しました。

接合部の健全性：180度曲げ試験。ロッドを半径100mmで180度曲げた際に、銅層に亀裂や剥離が生じてはなりません。この試験は、駆動時の衝撃力をシミュレートするものです。当社では、すべての生産ロットでこの試験を実施しています。銅が剥離した場合、電気めっき電流密度が低すぎたため、接合部は冶金的なものではなく機械的な接合であることを意味します。過去3年間でこの試験に2回不合格となりましたが、いずれも腐食したバスバーによる電気めっきラインの電圧降下が原因でした。

真直度：≤1 mm/m。当社では、電気めっき後、油圧プレスで全てのロッドを真直度に調整し、その後、平らな花崗岩の表面プレート上で転がして検査します。1 mm/mを超える偏差のあるロッドは不良品として扱われます。この仕様は、多くの人が想像する以上に重要です。3 mm/mの反りがあるロッドはまっすぐに打ち込むことができず、垂直からずれたロッドは、パイロット穴なしでは目標の深さまで到達しません。他社製の輸入ロッドの中には、4～5 mm/mの反りがあるものもあり、深打ちには事実上使用できません。

深層接地棒の設置：現場での失敗から学んだこと

インストールプロセス分割式接地棒複雑なプロセスではありませんが、各ステップには不具合が発生する可能性があり、私たちは顧客からの電話、保証請求、現場訪問などを通じて、それらを苦労して学んできました。

パイロットホール：ほとんどの請負業者が省略する手順。固く締まった土壌や岩の多い土壌では、必ずロッドの直径よりわずかに小さいグラウンドオーガーを使用してパイロットホールから始めてください。2022年、サウジアラビアのダンマームで、ある請負業者がパイロットホールを作らずに3本のロッドセグメントを砂漠の砂に打ち込みました。ロッドの先端が1.8mの深さで埋まった岩に当たって曲がり、ロッドが垂直から15度曲がってしまいました。彼は曲がったセグメントを引き抜く必要があり（ジャッキを使って45分かかりました）、パイロットホールからやり直さなければなりませんでした。パイロットホールは5分で済み、その後の曲がりの問題をすべて防ぐことができました。

カプラーの締め付けトルク：締め付け不足と締め付け過ぎはどちらも故障の原因となります。当社では、5/8インチロッドの場合は50～80Nm、3/4インチロッドの場合は60～100Nmを指定しています。2023年にタンザニアのダルエスサラームで行われたプロジェクトでは、作業員がレンチを使わずにカプラーを手で締め付けました。打ち込み中に2つのカプラーが緩み、セグメントが地下で分離しました。上部セグメントは打ち込みを続けましたが、下部セグメントは2mの深さで止まってしまいました。作業員は両方のセグメントを放棄し、30cm離れた場所に新しい穴を掘り始めなければなりませんでした。それ以来、当社ではすべてのセクションキットの箱にトルク仕様カードを同梱しています。

ねじ山の清掃：20秒で20分間のイライラを解消。カプラーをねじ込む前に、ロッドのねじ山に付着した土をブラシで払い落としてください。泥だらけの状態（熱帯地域ではよくあることです）では、ねじ山に詰まった土が研磨剤として働き、カプラーが途中で固着してしまうことがあります。東南アジアでは、設置業者が土が詰まったカプラーを無理やりねじ込んだために真鍮のねじ山が破損したという保証請求が3件ありました。硬い毛のブラシ（現在は設置キットに同梱しています）を使えば、20秒で解決できます。

抵抗テスト: より深い場所に設置する前にテストしてください。各セグメントの設置後、電位降下テスターを使用して接地抵抗を測定します。NFPA 70（米国電気工事規程）要件。目標抵抗を下回っている場合は、運転を中止してください。ナイジェリアの請負業者が4mで十分なところを7mまで運転し、3つのセグメントと設置作業の労力を無駄にした事例が見られます。段階的なアプローチ（テスト、決定、運転）は、セクション設計の主な経済的利点です。

接地製品製造17年間で明らかになった4つの故障モード

60カ国以上に接地製品を供給してきた経験から、現場でどのような不具合が発生し、その原因は何なのかを明確に把握しています。以下に、2018年から2024年までのサポートチケットデータに基づき、発生頻度の高い順に、最も一般的な4つの不具合モードをご紹介します。

不具合1：クロススレッド処理（サポートチケット全体の47%）。上記で既に説明済み。面取りされたエントリーデザインへの変更により、この問題は2021年の47件から2024年上半期には3件に減少しました。

不具合2：打ち込み中の銅の剥離（チケットの23%）。銅層と鋼芯の接合が冶金的なものではなく機械的なものである場合、打ち込み中の繰り返しの衝撃力によって先端部の銅が剥離することがあります。これによりキノコ状の剥離が生じ、それ以上の打ち込みが不可能になり、鋼芯が腐食にさらされます。当社では工場で180度曲げ試験を実施してこの問題を検出していますが、お客様が他社から購入し、当社のカプラーと組み合わせて使用​​している他社製のロッドでも、同様の不具合が見られます。

不具合3：岩盤地盤でのロッドの曲がり（チケットの18%）。600N/mm2以上の引張強度を持つコアでも、斜めに埋まった岩盤に当たったロッドは曲がります。数度以上曲がると、ロッドはまっすぐに打ち込むことができません。対策：岩盤地盤が疑われる場合は、必ずパイロットホールを使用してください。トルコ、イラン、東アフリカの山岳地帯でのプロジェクトで、この不具合に関する苦情が寄せられています。

不具合4：塩分を含む土壌でのカップリング接合部の腐食（チケットの12%）。沿岸部や塩分を含む環境では、カップリングの材質がガルバニック適合性を持たない場合、ねじ部の腐食がロッド本体よりも速く進行する可能性があります。当社の真鍮製カップリングは、真鍮と銅被覆鋼のガルバニック電位差が50mV未満であるため、このリスクを最小限に抑えます。極めて塩分濃度の高い環境（サウジアラビア、カタール、アラブ首長国連邦の沿岸部など）向けには、ステンレス鋼製カップリングもご用意しています。

実際のプロジェクトから得られた土壌抵抗率データ：なぜ深さがすべてを変えるのか

深層掘削の理由は、土壌抵抗率にあります。ほとんどの土壌タイプでは、土壌が深くなるにつれて水分含有量と溶解鉱物が増加するため、抵抗率は低下します。以下は、当社が分割式ロッドキットを納入した3つの実際のプロジェクトにおける地盤抵抗値の測定値です。

ナイジェリア、アブジャ（ラテライト土壌、800オームメートル）：1.5メートル一体型ロッド＝28オーム。3メートル分割型＝14オーム。6メートル分割型＝4.2オーム。請負業者は5オームを必要としており、分割型システムを使用して約5.5メートルの深さでその値に到達した。

サウジアラビア、リヤド（砂漠の砂、1,200オームメートル）：2.4メートルの一体型ロッド＝45オーム。3メートルのセクション＝32オーム。6メートルのセクション＝12オーム。9メートルのセクション＝6.8オーム。プロジェクト仕様では10オームが必要でしたが、約7メートルの深さでその値に達しました。

タンザニア、ダルエスサラーム（粘土質ローム、200Ω-m）：1.5mの一体型ロッドで8Ω。仕様では5Ωが必要だった。1.5mの延長ロッド1本（合計3m）で抵抗値は4.8Ωになった。このケースでは土壌が良好で、最小限の深さ延長で済んだ。

のIEEE規格142（グリーンブック）打ち込み棒の抵抗を推定する式は、R = (ρ / 2πL) × (ln(4L/a) – 1) で表されます。ここで、ρは土壌抵抗率、Lは棒の長さ、aは棒の半径です。この式は、現場データが示すように、抵抗が棒の長さに反比例することを示しています。深さを2倍にすると、土壌の層構造にもよりますが、抵抗は通常40～60パーセント減少します。

実用的な要点は単純明快です。低抵抗土壌（300Ωm未満）では、1.5～3mの一体型ロッドで通常は十分です。中抵抗土壌（300～1,000Ωm）では、3～6mの分割型ロッドが必要になる場合があります。労働安全衛生局（OSHA）建設現場では、適切な接地電極の設置を含め、確実な機器接地導体プログラムを確立することが雇用主に義務付けられています。高抵抗土壌（1,000オームメートル以上）では、ほぼ確実に6メートル以上の長さが必要となり、セクションシステムを使用することが唯一現実的な方法です。

総設​​置費用：分割式ソファが一体型ソファよりも費用対効果が高い場合

分割式システムのメートルあたりの材料費は、連結部品や追加の梱包材の費用がかかるため、一体型システムよりも高くなります。しかし、設置費用全体には人件費、輸送費、廃棄物処理費、設備費などが含まれるため、奥行きが深くなるにつれて分割式システムの方が有利になります。

輸送コストの削減。2023年、ウガンダのカンパラにある顧客から、港からプロジェクト現場まで（未舗装道路を200km）3mのロッドを輸送するコストが、ロッド価格の約40%にも達するという報告を受けました。これは、長さの制限により、トラック1台で200本のロッドしか運べなかったためです。1.2mの分割式セグメントに切り替えたところ、同じトラックで1回の輸送で500本のセグメントを運べるようになりました。その結果、ロッド1メートルあたりの輸送コストは半分以下にまで削減されました。

廃棄物の削減。岩盤地盤では、打ち込み中に曲がってしまう一体型ロッドは無駄になります。中東のお客様からは、岩盤砂漠地帯で一体型ロッドを使用した場合、8～12%の廃棄物が発生するのに対し、分割式システムでは2%未満に抑えられるとの報告を受けています（分割式の方が短いセグメントの方が制御しやすく、パイロットホールのステップもより確実に守られるため）。200本のロッドを使用するプロジェクトで10%の廃棄物が発生するということは、20本のロッドが無駄になり、それらを引き抜くための労力も無駄になるということです。

設備コスト。2.4mを超える一体型ロッドには、ロングチャック付きの専用ロッドドライバーが必要です。分割式システムであれば、チャックアダプター付きの標準的なロータリーハンマーで打ち込むことができます。これは、ほとんどの電気工事業者が既に所有している機器です。小規模から中規模のプロジェクトであれば、機器レンタル費用の削減によって、連結器のコストを相殺できます。

浅い設置（1.5m以下）の場合、一体型ロッドの方が安価で設置時間も短縮できます。1.5mから3.0mの場合は、現場の状況によって比較が異なります。3.0mを超える深さの場合は、分割式設計が唯一実用的な選択肢となり、コスト比較は意味をなさなくなります。

結論

分割式接地棒と一体型接地棒のどちらを選ぶかは、どちらが抽象的に優れているかという問題ではありません。重要なのは、土壌条件、目標抵抗値、そして現場の物流状況にどちらが適しているかということです。一体型接地棒は、構造がシンプルで、コストが安く、1メートルあたりの強度も優れています。一方、分割式接地棒は、3メートル以上の深さまで設置する必要がある場合、運搬手段によって接地棒の長さが制限される場合、あるいは土壌条件が不確実で、深さを段階的に増設できる柔軟性が必要な場合に、唯一実用的な解決策となります。

連結器の品質は、分割式システムが設計どおりに機能するかどうかを左右します。2021年に47件のねじ山破損事故が発生したことを受け、当社はねじ山の入口に面取り加工を施した連結器を再設計し、故障率を70%削減しました。これは、17年間の製造経験と60カ国以上からの現場フィードバックによって得られた、反復的な改善の一例です。

新昌世邦新材料有限公司では、分割式アース棒キット, ねじ込み式カプラー, 銅メッキ鋼棒ISO 9001:2008規格に準拠した、接地および避雷関連アクセサリーを幅広く取り揃えております。プロジェクトのご要望については、お気軽にお問い合わせください。

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