地中送電15【電験3種 電力】渦電流損対策は導電率の低いシース！高いは逆効果 平成29年度 A問題10 完全解説

今回は平成29年度 電力科目 A問題10、電力ケーブルで発生する損失の誤り選択問題です。抵抗損・誘電体損・シース損の3損失（地中送電4）を、対策まで含めて深掘りする良問です。

シース損は2種類：シース回路損（長手方向の誘導電流）はクロスボンド接地（シースを区間ごとに入れ替えて誘導電圧を打ち消す）で低減。渦電流損（シース内の渦電流）は導電率の低い（抵抗率の高い）シース材で低減——「導電率の高い材料」は渦電流を流しやすくして逆効果です。

出題のポイント

平成29年度 電力科目 A問題10：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 電力科目 【地中送電】 平成29年度 A問題10

　交流の地中送電線路に使用される電力ケーブルで発生する損失に関する記述として、誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

(1)　電力ケーブルの許容電流は、ケーブル導体温度がケーブル絶縁体の最高許容温度を超えない上限の電流であり、電力ケーブル内での発生損失による発熱量や、ケーブル周囲環境の熱抵抗、温度などによって決まる。

(2)　交流電流が流れるケーブル導体中の電流分布は、表皮効果や近接効果によって偏りが生じる。そのため、電力ケーブルの抵抗損では、ケーブルの交流導体抵抗が直流導体抵抗よりも増大することを考慮する必要がある。

(3)　交流電圧を印加した電力ケーブルでは、電圧に対して同位相の電流成分がケーブル絶縁体に流れることにより誘電体損が発生する。この誘電体損は、ケーブル絶縁体の誘電率と誘電正接との積に比例して大きくなるため、誘電率及び誘電正接の小さい絶縁体の採用が望まれる。

(4)　シース損には、ケーブルの長手方向に金属シースを流れる電流によって発生するシース回路損と、金属シース内の渦電流によって発生する渦電流損とがある。クロスボンド接地方式の採用はシース回路損の低減に効果があり、導電率の高い金属シース材の採用は渦電流損の低減に効果がある。

(5)　電力ケーブルで発生する損失のうち、最も大きい損失は抵抗損である。抵抗損の低減には、導体断面積の大サイズ化のほかに分割導体、素線絶縁導体の採用などの対策が有効である。

ポイント解説：渦電流は流れにくくして減らす——シース材は高抵抗が正解

(4)が誤り：前半は正しい——シース損はシース回路損（長手方向の誘導電流）と渦電流損に分かれ、シース回路損はクロスボンド接地（3区間でシースを転置接続して誘導電圧をベクトル的に打ち消す）で低減できる。しかし渦電流損の低減に有効なのは導電率の低い（＝抵抗率の高い）シース材——渦電流を流れにくくするのが対策で、「導電率の高い材料」は渦電流を流しやすくして逆効果（cb10の(4)と同じ理屈）。

他の選択肢＝損失の教科書（(1)(2)(3)は正しい）：(1)許容電流は絶縁体の最高許容温度（XLPE 90℃）と発熱・熱抵抗で決まる（cb10）。(2)表皮効果・近接効果で交流導体抵抗＞直流導体抵抗（cb6）。(3)誘電体損は誘電率×誘電正接（εtanδ）に比例→小さい絶縁体（XLPE）が望ましい（cb4）。

(5)も正しい：3損失のうち最大は抵抗損。対策は導体の大断面化に加え、分割導体・素線絶縁導体——表皮効果・近接効果を抑えて実効抵抗を下げる（cb10の「表皮効果の小さい導体」の具体名）。

問題の解説

STEP1　シース損の2分類

シース回路損=長手方向の誘導電流／渦電流損=シース内の渦。

STEP2　対策の対応

回路損→クロスボンド接地○。渦電流損→高抵抗（低導電率）シース——「高導電率」は逆→(4)誤り。

STEP3　3損失の総整理

最大は抵抗損(5)、交流抵抗増(2)、誘電体損∝εtanδ(3)。

答え：(4)

まとめ

誤り	(4) 渦電流損の低減は導電率の低いシース材
クロスボンド	シース回路損の低減（転置で誘導打ち消し）
最大の損失	抵抗損→大断面化・分割導体・素線絶縁導体(5)
誘電体損	ε×tanδに比例→小さい絶縁体(3)
答え	(4)

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