オシロスコープ 接地と安全

1. オシロスコープの接地の基本

■ 一般的なオシロスコープの接地

• 多くのベンチトップ型オシロスコープは電源の3極プラグを通じて筐体が接地されています（保護接地、PE: Protective Earth）。

• BNC端子のシールド（外側）は筐体と導通しており、プローブのグランドクリップも筐体接地と共通です。

• → これにより、BNCの外側が常にAC電源の接地電位と同電位となります。

■ フローティングではない

• 一般的なベンチトップオシロは「フローティング測定」ではありません（例外: 一部のバッテリー駆動オシロやアイソレーションプローブ使用時）。

2. 誤接地が招く危険

■ 接地電位差によるショート

• 測定対象のGNDと電源接地が絶縁されていない場合
  プローブのGNDを接続すると、意図せず大電流が流れて破損・火花・感電事故が発生する恐れがあります。

■ 接地ループによるノイズ・誤動作

• 複数の接地ポイントを持つと、接地ループが発生し、ノイズが乗る、測定値が乱れるなどの問題が出ます。

3. 安全な測定のためのポイント

機種は少ないですが、絶縁タイプのオシロスコープを使用すれば、様々な状況でも比較的安全に測定を実施できます。

4. 接地と安全の要点まとめ

• プローブGNDは慎重に接続する

• 高電圧や商用電源測定には専用プローブを使用

• 複数の接地ポイントを作らない

• オシロスコープ本体のPE接地は外さない

5. 事故例

① 電源ライン（AC100V/200V）誤接続事故

状況

• 電源回路の動作波形を測定しようとした技術者が、ホット（L）側にプローブのグランドクリップを接続してしまった。

結果

• プローブGNDがオシロスコープの筐体を通じて接地されているため、商用電源のホットと接地間に直接短絡が発生。

• 瞬間的に大電流が流れ、以下の現象が発生：

• • ブレーカーが遮断

  • プローブのグランドワイヤが焼損

  • スパーク・発煙・機器破損

  • 感電のリスク

技術的背景

• 日本の商用電源ではホット-ニュートラル間は100V（または200V）、ホット-アース間も100Vが加わる。

• オシロスコープが接地されているため、プローブGNDは電力系統のアースと直結。

② インバータ・スイッチング電源測定時の事故

状況

• DC-DCコンバータやインバータの「スイッチング素子のドレイン」「モータドライブ回路の出力」を直接プローブGNDで測定。

結果

• スイッチング素子の高電位部と接地を短絡

• 高電流が流入し、以下の現象が発生：

• • IGBTやMOSFETの即時破壊

  • スイッチング電源回路の過電流保護作動

  • フィルター素子やプリントパターンの焼損

技術的背景

• スイッチング素子のドレイン/コレクタ側は絶縁されていることが多く、直接GND接続はNG。

• フローティングまたは差動測定が必要。

③ 車載（EV・HV）バッテリ測定時の事故

状況

• 電気自動車の高電圧バッテリー系統（300V～800V）にプローブGNDを不用意に接続。

結果

• 絶縁破壊、電源系統の短絡

• 重大な感電リスク、バッテリー保護回路動作、場合によっては車両火災につながる可能性

技術的背景

• 車載高圧回路は絶縁されているが、測定側で誤って筐体接地すると短絡。

④ 接地ループによる微小ノイズ測定ミス

状況

• オーディオ回路やセンサー回路など、微小信号測定時に複数箇所にGNDを接続。

結果

• 微弱なノイズが大きく観測される

• 信号の波形が正確に測定できない

• 不要輻射試験で問題発生

技術的背景

• 複数の接地点間に数mV～数Vの電位差が生じ、接地ループ電流が乗りノイズ源となる。

⑤ 医療・生体計測分野での感電事故リスク

状況

• 生体信号測定（心電図・脳波など）で一般的なプローブを接続。

結果

• 被験者に対する漏洩電流・感電の危険性

技術的背景

• IEC60601などの医療安全規格では非常に厳しい漏洩電流制限がある。

• アイソレーションアンプや光絶縁プローブ必須。

６. 最後に： SIGLENT SHS1000X の簡単な紹介

• 完全絶縁型のオシロスコープ

• 測定端子は他チャネル・筐体アース・電源回路すべてから絶縁

• 各チャネルが独立してフローティング測定可能

• 高電圧系統（CAT III 600V / CAT II 1000V）対応

• バッテリー駆動で現場保守や安全測定に非常に適している

高電位差の安全な現場測定が必要な場合に非常に有効な機種