生活110番ニュース 各種電気工事

このエントリーをはてなブックマークに追加

アースとは違う!グランド(GND)を理解するための基礎知識を解説

投稿日:2017-11-28 更新日:2020-06-25

グランドとは?電気機器を使う上で知っておくべき基礎知識を解説!

この記事は112067人に読まれています。

相談・お見積りはこちらメールでの無料相談はコチラLINE

電気機器を設置・接続する際に「グランド」という用語を聞いたことはありませんか。とくにスピーカーやAVアンプなど音響機器を設置する際にはグランド(GND)が音質にとって重要な役割を果たします。しかしそもそもグランドとは何でしょうか。また、グランドは英語で「地面」。すると接地やアース線とは何が異なるのかも気になるところ。

今回はグランド(GND)に関して、その基礎から確認していきたいと思います。

グランド(GND)とはなに?

グランド(GND)を簡単に説明すると、電圧の基準を決める部分です。しかしそれだけではわかりにくいので、もう少し細かく見ていきましょう。

電流は電圧の高いところから低いところへ流れていく

電気機器を使うためには電流を供給する必要があります。しかし電流は水道管やガス管のように一方通行ではなく、電源へと戻っていくルートを用意しなければ流れていきません。また「電気を押し出す力」も必要になります。

この電気を押し出す力が「電圧」です。難しいのは、電流は電圧の差によって生まれる点。つまり100Vから0Vのところに流れますし、100Vから80Vのところへは差となる「20V」分が流れていきます。

電圧の基準を決めるのが「グランド(GND)」

このとき電圧の基準を作るのが「グランド(GND)」です。イメージしやすくするため、新幹線とその中を走る人との関係で見てみましょう。

たとえば東京駅で停車中の新幹線内を最後尾から先頭の車両まで走り抜けたところ、3分かかったとします。これを時速270kmで走る車内でおこなったとしても同じ3分です。しかし地上にいる人から見ると一瞬で走り抜けたようにみえます。

これはなぜか、といえば「見る基準」が違うから。停車中の新幹線では地上=車内という関係があるため、どちらから見ても同じ速さで走っているように見えます。しかし新幹線が走行している場合、地上からは新幹線が加速しているぶん速く走っているように感じられるのです。一方車内で見ている人にとっては自身も時速270kmで動いているため、その差、つまり走っているぶんしか感じられません。

また地球は1日におよそ1周するように自転しています。つまり宇宙から定位置で見ている人にとっては、さらに高速で動いているように見えることでしょう。

このように「基準」によってその人の速さは異なります。しかしその人が実際に走った、という事実を見るには「新幹線車内」を基準にした方がより実態に合っているのです。

同じように電圧にも「基準」を設けるほうがより実情に即した考え方をすることができます。これが「グランド(GND)」の基本的な概念です。

器具から電源へ戻っていく回路部分に設定することが多い

この「グランド(GND)」部分は、電気器具から電源から戻っていく部分に設定することが多いといわれています。というのは回路にとって一番電圧がかからないところであり、ここを「0V」として組み立てることで回路の電圧が理解しやすくなるから。

また最終的に電流が合流するところということもあり、スムーズに流れなければそこで渋滞することになってしまいます。そのためにできるだけ多くの電流を通すように、できれば短い距離になるように設計されることが多いです。実際の電流はプラスからマイナスではなく、電子がマイナスからプラスへと移動するという逆の流れですが、概念としてはプラスからマイナスの流れがわかりやすいでしょう。

グランド(GND)と接地(アース)は違う概念!

よく混同される概念として「グランド(GND)」「接地(アース)」があります。確かにその2つは似ているものの、本来は別のものです。

一番安定している基準が「大地≒地面」

「電圧の基準」として使われるのが「グランド(GND)」というのは先ほど解説しました。そのため1つの基準を機器間で共有すれば、実用面としては問題ないといえます。

しかし機器が多くなってくるとその基準を合わせるのは大変です。そのため、地球上でもっとも安定した電圧を基準(0V)に持っていきます。それが地面。そこでグランドとなる部分から地面へと接地(アース)し、安定した0Vの基準にすることも多いのです。

このため「グランド(GND)」を考えるために地面へと接地し、0Vを設定することは多くなっています。しかし「グランド(GND)=接地(アース)」ではないことを押さえておきましょう。

      グランドとは

グランド(GND)が使われる場面、接地(アース)が使われる場面

では、グランド(GND)や接地(アース)が使われる場面としてどのようなものがあげられるでしょうか。

音響機器における「グランド(GND)」

音響機器は音を電気の強さに変換してやり取りしています。つまり「電圧」を扱っているということ。しかし音を電圧に変える以上、無音の基準となる電圧を設定しなければなりません。一方で基準の電圧が異なると処理がうまくいかず、音のゆがみやノイズとしてあらわれてきます。

このとき同じ「グランド(GND)」をスピーカー・アンプやマイクなどの入力機器で共有すれば、同じ基準で音を伝送することができるようになります。つまり電圧差の影響を最小限に抑え、きれいな音を出力することができるのです。

このとき、地面へと接地されたアース線を利用して「グランド(GND)」を設定することが少なくありません。すると「グランド(GND)=接地(アース)=0V」という関係性が成り立ちます。

100V交流コンセントの長い穴は「グランド(GND)」であり、「接地(アース)」の一種

日本の100Vコンセントは一般的に、左側の穴が右側よりも少し長くなっています。この長い穴も基本的に「グランド(GND)」です。

交流の場合周期的に電流の方向が入れ替わるため、「陽極(プラス極)」「陰極(マイナス極)」の概念がありません。しかし電圧は強い方から弱い方へと流れることは同じです。

しかし両方へ同時に電圧をかけ、一緒に変化させるのは困難を伴います。そのため長い穴の配線には電圧をかけず「グランド(GND)」とするのです。一方で短い穴につながる配線の電圧を100Vから-100Vまで周期的に変化させます(正確には約140Vから約-140V)。こうすることで電流が流れるという仕組み。0Vと-100Vでは-100V側へと電気が流れるため、コンセントを逆に差し込んでもほとんど影響がないのもこれが理由といえるでしょう。

一方でコンセントの長い穴は変圧器故障時に過電流を逃がすため、変圧器近くで地面へと接地されています。そのためコンセントの左側の穴は「アースである」ともいわれるのです。このことから音響機器やテレビでは接地代わりにしていることも多く、コンセントを正しい向きに差し込むだけでノイズが解消されることも。

接地できない飛行機や車での「グランド(GND)」

空を飛ぶ飛行機やタイヤで地面と離れる自動車では地面を基準とするグランド(GND)(接地(アース)を取ることができません。この場合、これらのなかでも一番安定している金属の構造部分を「グランド(GND)」にします。すると飛行機内や自動車内の電圧基準が統一され、機器が安定して動作するようになることも多いです。

グランド(GND)と接地の種類

グランド(GND)や接地にはいくつかの種類があります。それぞれ解説していきましょう。

シグナルグランド

パソコン内部のマザーボードやそのほか電子機器の制御盤など、電子回路を含む回路の基準となる電圧です。回路の戻り部分に当たり、回路間の電圧を安定させるためのものなので通常は接地(アース)を取りません。

シグナル接地

シグナルグランドのなかでもとくに電圧の安定を求める場合、地面の電圧を基準にするために接地(アース)をおこないます。これがシグナル接地です。

フレームグランド

機器の部品間で電圧の調整をする際、もっとも安定しており基準にしやすいのが「金属製の骨格部分」です。また軽量化の視点から「電源に戻っていく配線」を省略したい意図もあり、フレームグランドが利用されることも多いです。

フレーム接地

骨格部分が基準(0V)になるからといって、地面と同じ電圧であるとは限りません。するとフレームグランドを使っている機器に触れた場合、身体を通じてフレームグランドと地面の間へ電流が流れるおそれがあります。この感電事故を防止するために接地(アース)をおこない、フレームの電圧を地面に合わせるのがフレーム接地です。

逆にフレーム接地をおこなわない例として先ほどご紹介した、空を飛ぶため設置が不可能な飛行機・絶縁体のタイヤを支えに地面から少し高い位置で走る自動車などがあげられます。

保安グランド(保護接地)

電圧の基準作りとは別の観点から行われるのが保安グランド(保護接地)と呼ばれるものです。保安グランドの場合、主となるのは安全性。つまり電気が漏れたときの安全性を確保するためにおこなわれるもので、通常「アース」といえばこれを指します。

回路の破損などで誤って電気機器の表面に電圧がかかった際、人体など「地面との間に経路が生まれる」と電気が漏れてしまいます。これを漏電といい、流れる電流が大きいと生命の危険に関わる事態へとつながっていくのです。

しかし「地面と電気機器表面をつなぐ、人体より流れやすい経路」があればそちらへと優先的に電気が流れ、感電の被害を最小限に抑えることができます。これがアース線と呼ばれるもの。また漏電ブレーカーがあればアース線に電流が流れたことを検知し、電気を止めることも不可能ではありません。

      グランド(接地)の種類

接地をする際のポイントは?

では、グランド(GND)や保安グランドを利用する際に接地をおこなう際の注意点としてどのようなことがあげられるのでしょうか。

安定した地面の部分に接地する

地面といえども、土の湿り気・温度などの要因で電気的性質が変わります。そのため電気を通しやすくなる、湿気のある場所へなるべく接地をおこなう必要があるのです。

また従来は水道管の多くが金属製だったため、水道管につなぐことで接地の代わりにするということも多くおこなわれていました。しかし近年では塩ビ管に置き換えられていることが多いほか、電流が流れることによってサビなどを促進する要因となるため避けましょう。当然ながら、引火の危険があるガス管へつないではいけません。

地質などによって設置方法の検討が必要

地質なども接地に影響します。たとえばもともと水田だったところであれば水分が多く含まれており電気を通しやすい一方、山肌を削って造成したようなところでは比較的電気を通しにくくなります。そのためアース棒の長さを長くしたり、複数のアース棒を組み合わせて利用するなどの工夫が必要です。

こうした作業は私たち素人では困難です。漏電改修のプロなど、専門知識を持った業者に依頼しなければならない場面も多いでしょう。とくに漏電時の安全を確保する保安グランドの場合、接地には電気工事士の資格が必要です。

できれば1つのアースにまとめる

地面の状態によって電気的性質が変わるため、同時に使う機器の接地はできるだけ1つのアースにまとめましょう。また保安グランドなど漏電防止用途であってもできればまとめたいところ。

というのは、先ほどから触れている通り地面であっても電気の通しやすさに微妙な違いがあるからです。また落雷で瞬間的に地面の電圧が上がることがあり、複数のアースが同じ回路で使われていると機器へ逆流しやすいことも大きな理由になります。

      
                  グランドの働きについて

まとめ

グランド(GND)はあまり馴染みのないことばで、「グランド=地面」という発想から接地(アース)と混同してしまうことも少なくありません。しかし実際のところは「接地はグランドの1種」。語のイメージとは逆だった、という方も多いでしょう。

ただグランド(GND)を接地する際のアース工事は地面の状況によって工事方法が変わるなど、専門知識が必要になってきます。とくに漏電対策としての保安グランドを設置する場合は漏電改修のプロなど専門知識を持った業者へ依頼し、安全かつ確実におこなってください。

漏電改修を依頼できる業者や料金

依頼できる業者や料金について、詳しくは「生活110番」の「漏電改修」をご覧ください。
(この記事は2019年1月25日に加筆・修正しています)

漏電は火災の原因に!
電話対応は24時間受付
※対応エリアや加盟店によって変わります
漏電すると放電によって火花が発生します。火花がほこりなどに引火すると火災につながることも。漏電を疑ったら、すぐにプロに相談しましょう!
生活110番では、お住いの地域で人気のプロを探せます。実績のあるプロに依頼するなら生活110番にお任せください。
コンセント、電化製品、漏電遮断器の修理もおこなっています
漏電修理 6,000円(税抜)~


相談・お見積りはこちらメールでの無料相談はコチラLINE
この記事を書いた人
編集者:こうた
家電やガジェットにこだわりがある。パソコンの使用歴が長く、インターネットや周辺機器のアドバイスやトラブル対応もお手のもの。

記事の内容はいかがだったでしょうか?この記事がお役に立ちましたら、下の星ボタンで評価してください。
76投票,  平均評価値:3.8

最新記事

施行事例ブログ

おすすめの記事

このエントリーをはてなブックマークに追加
2020-06-25 14:28:38
https://www.seikatsu110.jp/electrical/et_short_circuit/22553/
各種電気工事
電気機器を設置・接続する際に「グランド」という用語を聞いたことはありませんか。とくにスピーカーやAVアンプなど音響機器を設置する際にはグランド(GND)が音質にとって重要な役割を果たします。しかしそもそもグランドとは何でしょうか。また、グランドは英語で「地面」。すると接地やアース線とは何が異なるのかも気になるところ。今回はグランド(GND)に関して、その基礎から確認していきたいと思います。
シェアリングテクノロジー株式会社

この記事のキーワード

各種電気工事 漏電修理

漏電修理のお問い合わせ・ご相談はこちら

漏電修理についてご相談・ご質問がありましたらお気軽にお問い合わせください。

お名前必須
お名前を正しく入力してください
電話番号必須
電話番号を正しく入力してください
相談したい内容 任意

利用規約プライバシーポリシーに同意の上ご利用ください。

※ご相談内容を確認後、弊社運営スタッフより折り返しお電話させていただきます。

生活110番とは?

「生活110番」編集部の田中です。生活110番は、電気工事から害虫駆除、カギ開けやペット葬儀まで、140ジャンル以上の暮らしのお困りごとに対応します。私たちはこの「生活110番」を通じ、皆さまのお困りごとをスピーディに、安心の品質と価格で、解決するお手伝いをしています。

生活トラブルに見舞われた時は、私たち「生活110番」におまかせください!