電子顕微鏡実験室環境における電磁シールドの影響 (パート 5): 電子顕微鏡の接地

よく知られているように、電気機器には安全保護のために接地が必要です。さまざまな機器の外装や露出した金属部分は、短絡や漏電が発生した場合に、筐体や露出した金属部分の電圧が人体に触れても安全な範囲内に留まるように、アースに直接接続する必要があります。現在の安全規格では 24V を超えない電圧を指定しているため、個人の安全が確保されています

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電子M顕微鏡も例外ではなく、安全のために接地も必要です。システムに漏洩が発生した場合には、オペレータや保守要員の安全を確保するための排出経路が設けられています

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ただし、E電子M顕微鏡には特別な要件があります。 電子顕微鏡の接地線は、電子顕微鏡内のさまざまなサブシステム (検出器、信号処理増幅器、電子ビーム制御など) の共通の「ゼロ電位」基準点として機能し、電圧ゼロ電位で安定でなければなりません。

理論的には、接地線は電圧がゼロの基準点です。しかし、実際には、接地回路に電流が流れている場合 (この電流は通常、漏れ電流または接地電流と呼ばれ、さまざまな電気機器によって生成される漏れ電流のベクトル和です)、接地内の接地端子は接地されません。回路には接地電圧がかかります (接地線の接地抵抗は、たとえ小さくてもゼロにはならないため、オームの法則 V=IR に従って、漏れ電流 I がゼロでない場合、接地電圧 V はゼロになりません)。

この接地電圧は通常は無視できますが、画像を数万倍から数百万倍に拡大する必要があるE電子M顕微鏡の場合、その結果生じる影響は多くの場合重大であり、無視することはできません。

接地電圧の変動は、スキャンされた画像の垂直端で磁場や振動干渉に似たアーティファクトを直接引き起こし、ひどい場合には画像の揺れを引き起こす可能性があります。

この問題の解決策は簡単で、「シングルアースループ」と呼ばれる電子顕微鏡専用の専用接地回路を設定することです。これにより、同じ電源回路上の他の電気装置の漏れ電流からE電子M顕微鏡への干渉が排除される。

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接地線の完全な独立性を確保するには、接地体、接地線、および接地端子はすべて独立しており、導電体に接続されていない必要があることに注意してください。

次の一般的なエラーは避けてください:

1) 完全に独立した接地体を設置せず、共通の接地体に接続された接地線を敷設するだけである

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2) 個別の接地体はありますが、接地線または接地端子は共通の接地線または他の電気機器に接続されます。

3) 通常、共通のアース線に接続されているか、軽量鋼キールに短絡されている「等電位端子ボックス」の使用を避けるようにしてください。

4) 2 台以上の電子顕微鏡に単一の接地線を使用することは避けるようにしてください (複数の顕微鏡を所有しており、顕微鏡ごとに個別の接地線を設置することに消極的なユーザーもいます)

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5) 建物の下梁の鉄筋など、既存の地中金属導体は公共財産であるため、接地体として使用しないでください。弱電系統の接地体は信頼性がありませんので借用しないでください。

電子顕微鏡に対する接地抵抗の要件は、実際にはそれほど高くありません。数年前、あるブランドでは 100 オーム未満の抵抗が必要でした。現在、ほとんどのメーカーは 1 ～ 10 オームの抵抗を要求しています。[84]

接地工事には、一般に「深井戸式」と「浅ピット式」の工法があります（図1、図2参照）。使用する方法に関係なく、干渉を防ぐために、接地体から地下金属まで直線で 4 メートル以上の距離を維持する必要があることに注意してください。

深井戸型施工説明書（参考）：

1. 直径約 50 ～ 100 ミリメートル、深さ約 3 ～ 20 メートルの深い穴を開けます。湿った土壌層に達する程度で十分です。

2. 接地体：直径約30ミリメートル、長さ約0.5メートルの肉厚2ミリメートルの銅管（銅棒でも可）を接地線に溶接（3点以上） ）電子顕微鏡付近に誘導した

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3. 接地線: 4 ～ 10 平方ミリメートルのゴムまたはプラスチックの多撚り銅芯線。

4. 導電性向上剤:約 2 ～ 3 キログラムの塩と木炭。

5.施工手順：穴の底にアース体を設置し、細長い工具（鉄筋、水道管など）を用意し、導電性向上剤を下から徐々に充填して締め固め、埋め戻しと締め固めを続け、料金を支払います。接地本体の周りの圧縮と締め付けには特に注意し、接地線を断線しないように注意してください。

図 1. ディープウェルのタイプ図

浅穴型施工説明書（参考）：

１． 湿った土壌層に達する深さ約 0.5 ～ 2 メートルの浅いピットを掘るのに十分です。

2． 接地体:約0.5×0.5メートル、厚さ2〜3ミリメートルの銅板に接地線(少なくとも3点)を溶接し、電子顕微鏡付近まで導いている。

3. 接地線: 4 ～ 10 平方ミリメートルのゴムまたはプラスチックの多芯銅線。

４． 導電性向上剤:約 2.5 ～ 5 キログラムの塩と木炭。

5．施工手順：銅板をピットの底に垂直に置き、まず導電性向上剤で覆い、締め固めてから、アース線を断線しないように注意しながら埋め戻しと締め固めを続けます。

図 2. 浅いピットの図

「深井戸タイプ」は、地面の掘削が困難な場所や地下水位が深い場所に適しています。一般的に言えば、「浅穴型」の方が一般的です。[156]

この施工方法によれば、「深井戸型」「浅穴型」に関わらず、接地抵抗は4～10オーム（接地体単体の場合）が得られます。

土壌抵抗が高い場所では、複数の接地体を接続して小さな接地システムを形成し、接地インピーダンスを下げることができます。この場合、各接地体間の距離は 0.3 ～ 0.5 メートルとする必要があります（深井戸タイプの場合は同一のボーリング孔を使用できます）。

実際のテストによると、単一の接地体の接地抵抗は通常約 4 オーム、2 つの接地体は約 3 オーム、3 つの接地体は約 2 オーム、6 ～ 10 個の接地体は 1 未満の抵抗を達成できます。オーム (土壌の抵抗率に応じて)。

「ステップ電圧」の危険性が存在しないため、避雷網接地システムの実施に従う必要はありません。

同時に、近くにある他の地下導体の影響を軽減するために、この小さな接地システムが占める地下面積はできるだけ小さくする必要があります。

偶発的な短絡を防ぐために、接地線はE電子M顕微鏡（または電子顕微鏡内の接地バス）、共通の接地ボックスや端子ボックスを使用せず、他の等電位の端子ボックスやスイッチボックスに入らないようにし、他の等電位の端子ボックスやスイッチボックスに接続しないでください。バスバー。