アース線(接地線)の役割をまとめてみた

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接地の役割

ネット上では文脈により説明・目的が異なるので調べてまとめてみた。他にもありそうだが、一般家庭ではこの3つくらいではないだろうか。

1) 漏電時の感電防止

一番重要なのがこれ。これのために水回りである台所や洗面所、洗濯機置き場にアースがきている。水が電源部などにかかって筐体とショートしていて、もしアースが接続されていないと、筐体に振れた人間に電気が流れてしまう。筐体がアースに接続されていれば、人間に流れずにアース側に流れてくれる。とはいえ、このケースでは水の抵抗値もあるので電源部を直接触れた場合のような感電はしないだろうが。

参考: Electrocution in Water

いずれにしろ湿度の高い場所は金属が錆びやすく、故障しやすいのであるなら接続しておきましょう。

この目的のものはアース線が筐体(ケース/シャーシ)に接続されている。

この目的のものの追加コストはとても安いが、漏電遮断器を導入するのならかなり初期コストがかかる。


2) ノイズの流入・流出の抑止

スイッチング電源や音響機器、計測機器などはこの目的をもってアースを利用している。ノイズの流入だけでなく、流出も抑止している。

この目的のものはACラインとGND(アース)間がノイズフィルター(Yコンデンサ等)で接続されている。

この目的のものの追加コストはピンキリであるが、Yコンだけなら1個数十円程度である。


3) サージ対策(落雷)

もしサージをアースに流すサージプロテクターがあるなら当然アースを接続する必要がある。サージプロテクタの類が無いのなら、アースに接続してもサージ対策としてはあまり意味が無いと思われる。サージはアース線側でも起電するのでそれ用のサージプロテクタでないとアース線からくるサージにやられる、といってる人もいる(たしかに...しかもアース側は普通はヒューズを経由していないのでより危険かもしれない)。

この目的のサージプロテクタはACラインとアース間がバリスタ(+ACライン側のヒューズ機構)で接続されていると思われる。コーヒーは関係ない。他に簡易なプリント基板実装のスパークギャップから、ガス充填スパークギャップ素子の場合も。

この目的のものの追加コストはピンキリだが、家庭向けのリセッタブルでない商品(タップやアダプタ)は500円~数千円で買えると思われる。安心を買うならアース端子のあるサージプロテクタを選んでアースと接続するのがよいだろう。

ちなみに、雷サージというのは雷の本体(?)ではなく、その周辺の導体に発生する起電力からくる電気のこと。


その他

(1)と(2)については並の電源ユニットならば実装されている。この3つとも対策している電源ユニットもあるようだ(ただしサージ対策はL~N間をバリスタでつないだシンプルなものもあるので、表題のアースとは関係ない実装も有)。つまり上の3つの目的は排他的でない。

TrueRMSと電流

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マルチメーターの電流の測定は普通は中にあるシャント抵抗器に電流を通し、その電圧降下を測定するようになっている。メーターは電圧降下をA/D変換し計算(補正)して電流として表示している。以下はCD772の中身。ヒューズの横にあるL字の棒みたいのがシャント抵抗器。

CD772
CD772

安物メーターではU字かただの棒のものが多い。

ADM02
ADM02

マニュアルをよく読むと「10Aでは連続10秒以下」と書いてあり、しかも5分間のクールダウンが必要と書いてある。CD772の方は「10Aを超える測定は連続5分以内、クールダウン5分以上」である。でも自分は10A以上の電流を測ることは滅多に無いと思う。


話がずれた。

電圧が100Vrms/50Hzの正弦波でも電流はそれと連動するとは限らない。負荷の種類に応じる。そしてその正弦波でない電圧降下を測る際にTrueRMSの有無で大きな違いが出る場合があるようだ。

TrueRMSのメーター(CD772)とそうでない安物中華メーター(ADM02)で空気清浄機の電流を測ってみた絵がコレ。計測対象は100[Vrms, 50Hz]、つまり1次側の電流で、2台のメーターを直列にして測定した。空気清浄機は最も弱い設定にしている。

空気清浄機

CD772が0.044 [A]を表示しているのに対し、ADM02は 0.019 [A]、約2倍の差がある。安物のACアダプターもだいたい2倍の差が出る(半波整流と思われる)。しかしドライヤーのようなものだと同じ値になる。半波整流で流れる電流はTrueRMSでないメーターでは正確ではなく、ADM02のように半分くらいで表示されたりする。空気清浄機のモーターなどはトライアックかもしれない。

電流や消費電力の測定にメーターを使ってる人はこのような落とし穴があるので注意したほうがいいかもしれない。上の例から電気代を試算すると2倍の差が出てしまう。そして100[W]以下の家電製品には結構半波整流のものがあるようだ。とはいえ、半波整流のものは電気代が安いものが多いので電気代全額に対する影響はそんなに多くは無いのかもしれないが。

ついでにADM02のmAレンジのヒューズが切れてしまった。amazon見たらヒューズだけで500円とは…1500円のメーターにはもったいない。ちょうどいい導体をヒューズホルダーにぶち込んだ。こういうことはやってはいけない。やってはいけないが、それを言うなら中華メーターの中にはmAレンジにヒューズが無いものもある。まぁ壊れたところで1500円なので。

この件で安物の方もTrueRMSのメーターにしたかったので少し前から気になっていたVC17B+という中華メーター(2399円)をポチった。Youtubeでいくつかレビューがあるのだが、値段の割にはよさそうに思った。まだ届いてないが、期待しすぎないほうがよいだろうな。。


交流電流の理想と現実

1次側交流電流においてよくある

理想と現実

リップルの下降分を回復する時にピークが現れる(+位相差も生じる)。トライアックを使っていると(以下略

接地極の延長&リーク電流はどこから?

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やらなきゃやらなきゃと思っていてずっと放置していたPC周りの接地線の接続をやった。日本では接地極付きのコンセントは水周りやエアコンしかなく、PCなどの電源は緑色の接地線が出てるケーブルやアダプタを使いコンセントに接続はするものの、接地線は宙に浮いてることが多い気がする。

EarthEarth

うちの接地極は冷蔵庫の隣にしかなく、PCのタップまで接地線を10m這わせることになった。接地線はamazonで10m600円程度。電源タップはFURMANのもので、ケース全体が金属でできていて接地に繋がっている。分配側は接地極つきコンセントで、コンセントの間にあの緑の接地線を接続するネジまでついているので便利だ。ただ、amazonではコイツが原因で漏電したという話がちらほら。4年くらい使っているので近いうちに開けてチェックしてみようと思う。作りは気に入ってるんだけどな(しかし悪い評判によって値下がりしてくるのならある意味…)。

接地線を接続するまえに、先月買ったCD772でどれくらい漏電(リーク)してるか調べてみた。多くのデジタルマルチメーターは交流電流(ACA)の測定ができる、アナログでACA対応は見たことがないSANWAのEM7000がある(ただし6Aレンジのみ)。CD772の最小は400uA(±1.6%rdg + 3dgt)レンジ。測定してみた結果、PCや液晶モニタを使っているときは表示値で常時0.55~0.66[mArms]ほどリークしていた。PCの対地電圧は50[Vrms]。もちろん触れても痺れたりはしない。接地とPC側の接地線を濡れた手で触れればなんとか分かる。乾燥しているとわからない。

AC 50VAC 650uA

観測は以上、一応まとめてみる:

  • 電源タップ(PCとモニタ2台接続)の接地ケーブル(FG)と接地線
  • 対地電圧は約50[Vrms] (機材のON/OFFで揺れがある)
  • リーク電流は0.5~0.6[mArms] (機材のON/OFFで揺れがある)

こちらの方がうちとほぼ同じ例を載せてくれている。やってること(接地線の延長)からマルチメーターのメーカーまで同じだ。うちの方が0.1[mA]ほどリーク電流が大きいが、ほぼ同じ。

要は問題(故障/経年劣化)なのか正常なのか分かればよい。PCとモニタ2枚で0.5[mArms]程度のリーク電流は大きいのか?結論から言えば単一機器で0.5[mArms]程度はコンシューマ向け製品では普通にありうる。むしろ3電源の合計で0.6[mArms]はけっこう優秀なのかもしれない。なお、日本では漏電遮断器(GFCI)の定格感度電流を15[mA]としている。医療向け機器のスタンダード(IEC60601-1)でも一番緩い要求レベルがリーク電流0.5[mA]のようだ。一番厳しいレベルになると10[uA]になる。


■リーク電流はどこからくるのか?

Waveform
(接地を短絡していない状態の機材と接地間の波形、横線はGNDレベル)


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SANWA CD772を買った

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前から買おう買おうと思ってたのでついに3月頭に新品でデジタルマルチメーター、三和電気計器のCD772を買った。amazonで9500円だった。今見るとamazon在庫で11500円なので2000円近く値上がりしていることになる。ちょうどいい時に買えたのかも。一個下のCD771が今8000円くらい。違いは温度測定機能とそのためのプローブの付属、それから電流の定格が10Aと15A、周波数のレンジ、そして何よりTrueRMSの有無。CD771のTrueRMS非対応で8000円は高いと思う。5000~6000円代くらいが妥当だと思うのだが...。

CD772

以下、持ってるメーターとか。


NISHIZAWA MODEL 5220

西澤電気計器製作所(NISHIZAWA)のMODEL 5220、高校(電気科)の1年目に学校から配布されたもの。いわゆる「キットテスター」なのでパーツは自分でハンダ付けして組み立てるようになっている。アナログは時代遅れなんだろうけど、コンパクトなので結構気に入っている。
5220

5220の一番気に入らない点はダントツでテストリード。このゴム製の安物リードだけで使い勝手が半減している気がする。リードが固いので測定するときに手元を邪魔してくる、ちょうど安物ハンダごてのAC100の線が(太いから)邪魔なように。いまでもMODEL 5230-01というのを売っていて、ほぼ同じものだと思う。これで定価が6500円するというのはちょっと驚きだ。教育機関などがバルクで買うならもっと安く・・とは思うが。
アナログにも良いところがある。まずはV/Aについては電池が不要であること。何か不思議な光景だが、テスターから電池を抜いてそのテスター自身で電池の残量がまだあるか計測できる。電池はΩや導通チェックの時に使われるが、電流と電圧の測定には不要。アナログだと針の「場所」で量を判断する。デジタルだと識字によって量を判断する。レンジを固定していると、識字よりも場所の方が読み取りが楽なことが稀にある。(デジタルでも上位モデルはバーグラフがある)


中華メーター BSIDE ADM02

ADM02
いわゆる中華メーター(Chinese Cheapy)である。まともに使えると思って買ったわけじゃないが、1500円くらいならよかろうと思ってカートに入れてしまったもの。このADM0xシリーズはいくつかのブランドが出している。K型熱電対プローブがついて1500円なら安いと思ったのだが、実際使ってみると温度は2度くらい低く表示されてるようだ。まぁでも使えないことはない。それにこのプローブはCD772でも使える。電圧や抵抗も思ったよりちゃんとした値が出た。

すごいのはACAで200[uA]レンがあるジってこと。±(1.5%rdg+4dgt)とか言ってやがる。TrueRMSじゃないのであんま使い道はないが。DCAの200[uA]レンジもある。どの程度信用していいものか...。

ちなみにADM02は日本のAmazonで電子測定機器> テスター部門で人気1位のCrenova デジタルマルチメーターと同じ製造と思われる。違いは周波数レンジが温度レンジになっているところ。値段の割に作りは悪くないと思ってる。TrueRMSじゃないけどね。

別のメーカー(ブランド?)のDT-830Lも中華メーターとしては有名っぽい。っていうかこっちが安物の本流なのかな。。一番安いデジタルマルチメーターといえばコレだろう。秋月で700円、ヤフオクで稀に500円台送料込み、AliExpressで最安$2.86、アフリカだとドル換算で$1くらいだそうだ。セカンダリなメーターなら(+私のように趣味レベルなら)中華メーターもいいと思う。でも唯一の1台が中華メーターだと何を信じていいのか分からなくなりそうだ。


SANWA CD772

まずテストリード(TL-25a)がすばらしい。これはシリコン製なのだろうか、わからんがとにかく使いやすい。本体もよくできていると思う。中華メーターと比べると割高かもしれないが、一台くらいはこの程度かそれ以上のメーターがあってもいい(もし電気を扱うなら、だけど)。

CD772

でもHz測定は用途が限られる。矩形波1 [kHz](D=50%)で0Hz表示されたので、そんなに期待しないほうがよさそう。マニュアルを見たら3[Vrms]以上と書いてある、矩形波D=50%だと6[Vp]必要だぞ…。 これだとPWMファンの信号を観測しても何Hzかは得られそうにない?...あれって電圧どれくらいなんだろ、後で調べてみよう。

あとはコンデンサ容量。これもそんなに使えるものではない。一見便利そうだが、CD772は上のレンジが100 [uF]なのでアルミ電解コンデンサでは期待しないほうがいいし、下のレンジは50[nF]で確度が±5%rdg ±10dgtなのでpFの物もそんなに期待できない。

抵抗の測定には微妙に時間がかかり、上の中華メーターの倍以上かかる気がする(1.5秒くらいだが)。値は中華メーターより信用できそうだ。

コンデンサ容量やHzのことを考えるとちょっと割高に感じないでもない。バックライトは中華メーターよりもショボいし、PEAK HOLDやMIN/MAXは無い。これに1万円以上出すなら、もう少し出してHIOKIのメーターでも買った方が、という後味が、うーんでもなぁ…。

最初はHIOKIも検討はしたのだけど、HIOKIは製品がすごく良いのにミドルレンジのラインナップがちょっと意味不明だ。DT425xシリーズにはACのuAレンジをもってる機種が無い。DT4253のuAレンジはDCだけだし、DT4256のACは下が600.0 [mA]レンジ。ACのuAレンジが欲しければDT428xシリーズを買えということ。1500円の中華メーターですらACのuAレンジを持っているのに。ACのuAでHIOKIの納得する確度を得ようとするとお高くなってしまう、ということなのだろうか。もし選ぶならDT4256(ACA 600.0[mA]~)かなぁ。あるいはヤフオクでHIOKIの古い3805-50(TrueRMS, ACA 1000[uA]レンジ)というモデルを狙うか。今のラインナップにはこの3805-50に相当する機種が無い。

DT425xと同じ価格帯だと横河のTY520が良さげ。こちらはACA 600 [uA]に対応してる。

まぁでも基本的な機能、たとえばCD772の分解能と中華メーターのそれを比べると一桁違う。大学で化学の先生だったか、こんなことを言っていた。曰く「分解能(精度)が一桁上の測定器は、価格が一桁上になる」。


これを使って接地線の延長を終わらせるついでにいろいろ調べてみようと思う。

マウスのスイッチ交換(Razer Naga Hex)

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4年くらい使ってるマウスがチャタリングっていうのか、接触不良でつらい感じだったので修理した。マウスはRazer Naga Hex、別にヘビーにゲームをやるわけじゃないが、横のスイッチも全部メカニカル(中身はOMRON)なスイッチなので触った感じがよかったのだ。マクロは最初割り当てて見て便利だーとか思ってたが、一新してからRazerのドライバを入れてなかったのでいまは使っていない。邪道なんだろうけどemacs用のマクロを割り当てたりしても面白いかもしれない。

必要なもの、注意点

  • OMRONのスイッチ(もち新品推奨)
  • カッターのようなもの(ソールを剥がせればなんでもよい)
  • プラスドライバー(本体は普通の工作用セットにあるようなもので十分、ホイールを外すには00番、又は000番の+ドライバーが必要)
  • ハンダごて&ハンダ
  • ハンダ吸取線(吸取器があればベスト)
  • (フラックス、もしあれば吸取りもハンダ付けもやりやすい)

マウスを直そうとするくらいの人へは、分解とかスイッチ交換については特に言うことはなし。ただ普通に交換するとしか。・・あ、そうそう、ドライバーの00番または000番はどちらかが必要です(良いドライバーなら0番又は0000番でもいけるかもしれない)。ホイールが外せないと基盤が外せません。

ホイールのゴムについて、ついでに外してピッカピカにするのはいいが、このゴムは左右対称ではないから戻すときに要注意。ホイールのゴムは微妙に右へ傾斜している。これを逆にしてくみ上げてしまうとホイールが干渉して残念なことになる。

それから内部のUSBケーブル、基盤を戻すときに底面にあるガイドにケーブルをしっかり沿わせないと、基盤が少し高めになってしまい、その結果スイッチの位置も高めになってしまうのでチャタリングどころではなく常時押されたマウスになる。



交換したのは左のスイッチだけなので、右と左でクリック音が微妙に違う気がするが、まぁ、キニシナイ。微妙におかしくなり始めてから一ヶ月も使ってしまった。さっさと交換すればよかった・・・。

poormonと磁気記憶の運命

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poormonとかいうsmartctlのフロントエンドを作った。これを使うとsmartctlを数回やって、値を計算して、みたいなことせずに、要するにオレが見たかった値だけ見れるというもの。

コピペ

Device: TOSHIBA DT01ACA300 (~~)
Capacity: 2794.52 GiB (3000.59 GB)
Power On: 0.17 years (1504 hours, 62.7 days, power cycle 154)
SMART:
    5: Reallocated Sectors Count     : 0
  197: Current Pending Sector Count  : 0
  198: Uncorrectable Sector Count    : 0
Device stat:
  Write: 7.94 TiB (2.91 drive write)
  Read:  9.37 TiB
  Read/Write Ratio:  1.18
  Write per Year: 46.24 TiB/year
  Write per Day: 129.72 GiB/day (0.046 DWPD)
  Read per Year: 54.58 TiB/year
  Read per Day: 153.11 GiB/day
  Read Recovery: 0 corrected, 0 uncorrect
  Interface CRC Errors: 0
  Mechanical Start Failures: 6

SeagateやWesternDigitalのコンシューマ向けHDDはDeviceStatに対応していないのだが、なぜか東芝のDT01ACA300は対応していた。Read/Write Ratioが低めなのはバックアップに使っていたからかな。


以下雑談

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なぜ私はRustを好きになれないのか

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Rust Sucks Becauseを読んでいてRustのことを思い出し、「まぁそういう面もあるだろうな」と考えつつ、何か自分の感覚とは違うような気がしていた。なぜRustのコードは書いていてあまり楽しくないのだろう、なぜ楽しめないのだろう、自分のせいなのだろうか、前からそんな疑問があった。

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PCIe接続のUSBホストをパススルー

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Windows on ArchLinuxに書いたとおり、PCIe接続のUSB3.0ホストアダプタをWindowsゲストにPCIパススルーしてみた。期待したとおり、これに接続したUSBのサウンドデバイス(例によってサウンドブラスター)からはあまり途切れることもなくなった(無いとは言ってない…)。気持ち程度かQEmu自身のUSBパススルーの負荷も減ったように思う。Windowsでしか使わないUSBデバイスはこいつに接続すればいい。なんだか1つの筐体に2台のPCが入ってるみたいだ。


Device Manager
(右が追加後、ルネサスのやつが追加されている)

買ったのはIDEAPRO(中華の謎ブランドと思われる)のこの商品。他にも良さそうなアダプタはあったのだが、SATA電源を使うものが多く、ケーブルの取り回しが必要無いこの商品にした。説明には無いが、コントローラのチップはルネサスなのでドライバ周りは心配ない。

パススルーする際に、GPUとは違ってドライバ(カーネルモジュール)レベルでblacklistにすると本体側のUSBホストも飛んでしまうので注意する必要がある。なのでこのデバイスに対してはvfio-pciドライバを使うよう直で指定した。

# /etc/modprobe.d/vfio.conf
options vfio-pci ids=1912:0014

これは指定しなくても後でunbindできるのかもしれない。この辺のトライ&エラーは時間食うので試していない。とりあえず動けばいいマインド。

ところでArchLinuxのVFIOのWikiにGPU以外のパススルーの説明が追加されていた。前は無かった気がする。いまのところうちのPCはGPU、USBホスト、NICの3つをPCIパススルーしている。もうこれ以上何かをPCIパススルーする必要は生じないと思われる。もっとも、パススルーできるPCIeバスはもう空いてないのだが。

東芝のMG03ACAとDT01ACAについて

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ST3000DM001が逝った

使用時間は約18000時間であった。壊れ方のモードは「ハード」で、不良セクタとか読み取りエラーというレベルではなく、SMARTの値すら読み込めず。いわゆる「突然の死」というやつである。

ST3000DM001

QEmu/KVMでWindowsを使ってるときはLinux側の画面は基本動かないのだが、この時ばかりは滝のごとくエラーが流れた。それからHDDからの異音。幸いというか、当たり前というか、当該ファイルシステムはbtrfsのRAID1なので大した問題ではないのだけど、壊れたドライブをbtrfs device removeで外した際にbalance処理も走るらしく、これがかなり時間かかった。レスキューモードでのマウントオプションは-o degraded,rescueの2つが必要だった。

代わりのHDDを秋葉原で買った。選んだのは東芝のMG03ACA300。9月に同じく東芝のDT01ACA300を買っていたので比べてみた。

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Windows on ArchLinux (IOMMU)

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うちの2016年現在のLinux/Windows環境。

■ 共存

  • (1) デュアルブート
  • (2) Windowsホスト上でLinuxゲスト
  • (3) Linuxホスト上でWindowsゲスト

一般的に(3)はあまり採用されていないと思う。理由はWindowsの方がLinuxよりもグラフィカルな処理が多く、仮想的なCPUリソースやメモリだけでなく、GPUを必要とするからだと思う。Linuxは最悪何も表示されなくてもよく、私も以前はVirtualBoxのHeadlessモードで立ち上げてmintty+sshで作業していたくらいだ。だからどちらをホストにしどちらをゲストにするかはあまり選択肢が無かったのではないだろうか。もちろん、Windows ServerをVPSで使うといったことはあっただろうが、ここでは「普段使いのメインPC」に絞りたい。

ここ最近Linuxホスト上でWindowsゲストを普段使いのPCとして使ってる情報(動作報告)が増えてきた。先の問題の解法を言うと、「GPUはエミュレーションではなくパススルーする」ことでWindows上でほぼベアメタルと同じパフォーマンスが出せる。

これによって得たと思ってるもの

  • ベアメタル上でRAID、LVM、Linuxで使える多数のファイルシステム(WindowsホストではNTFS一択)
  • Windowsゲストのディスクイメージレベルのバックアップ体制

これによって失ったもの

  • 安定した音声入出力
  • ストレージの本来のスループット(やはり多少は遅くなる)
  • Linuxが起動してからWindowsが起動するので起動時間は2倍くらいになる
  • ここに到達するまでの調査、検証、トライ&エラーに費やした時間

音声入出力についてはまだ決着がついていないが、現状はこれが一番の難儀ポイントだと思う。これもPCI-E接続のサウンドカードにしてパススルーするか、GPUのHDMI-Audioを使うのが無難そうだという印象をもっている。私はUSB接続のサウンドデバイス(?)を購入することでひと段落ついたことにしている。

概ね満足している。このWindowsは一見するとネイティブなのか仮想マシンなのか判断がつかない。

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