今回は令和4年度下期 電力科目 A問題14、絶縁油の性質の空欄補充問題です。変圧器やOFケーブルに使われる絶縁油の絶縁性能・誘電正接・種類が問われます。
4つの空欄：絶縁破壊電圧は空気より高く、誘電正接（tanδ）が小さい絶縁油で発熱（誘電体損）を抑制。古くから鉱油が一般的、より低損失・高信頼性が必要な場合は合成油を採用します。
令和4年度下期 電力科目 A問題14：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。
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「令和4年度下期 第三種電気主任技術者試験」電力科目 A問題14
電験3種 電力科目 【電気材料】 令和4年度下期 A問題14
次の文章は、絶縁油の性質に関する記述である。
絶縁油は変圧器やOFケーブルなどに使用されており、一般に絶縁破壊電圧は同じ圧力の空気と比べて高く、誘電正接が(ア)絶縁油を用いることで絶縁油中の(イ)を抑えることができる。電力用機器の絶縁油として古くから(ウ)が一般的に用いられてきたが、より優れた低損失性や信頼性が求められる場合には(エ)が採用されている。
上記の記述中の空白箇所(ア)〜(エ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
(ア) (イ) (ウ) (エ) (1) 大きい 部分放電 植物油 鉱油 (2) 小さい 発熱 鉱油 合成油 (3) 大きい 発熱 植物油 鉱油 (4) 小さい 部分放電 鉱油 合成油 (5) 小さい 発熱 植物油 合成油
答えは(2)：小さい・発熱・鉱油・合成油
| 空欄 | 入る語 | 決め手 |
| ★(ア) | ★★小さい | ★誘電正接が小さいほど損失が減る |
| ★(イ) | ★★発熱 | ★誘電体損はそのまま熱になる |
| ★(ウ) | ★★鉱油 | ★石油系で安価・古くからの標準 |
| ★(エ) | ★★合成油 | ★低損失・高信頼性が求められる場合 |
誘電正接は、絶縁物がどれだけ発熱するかを表す量です——小さいほど熱が出ないのです。
だから(ア)は「小さい」、(イ)は「発熱」——式がそのまま答えを示しています。
(ウ)を「植物油」としないこと——植物油は近年の環境配慮型で、古くからではありません。
出題のポイント：誘電正接から発熱と油種をつなぐ
誘電体損は誘電正接tanδに比例し、損失は熱になります。したがってtanδが小さい絶縁油ほど発熱を抑えられます。古くから一般的なのは鉱油、より優れた低損失性や信頼性が求められる場合は合成油です。
絶縁油の種類と使い分け
| 種類 | 特徴 | 使う場面 |
| ★鉱油（鉱物油） | ★★石油を精製したもの。安価で入手しやすい | ★★変圧器・OFケーブルの標準 |
| ★合成油（アルキルベンゼンなど） | ★★誘電正接が小さく低損失・酸化に強い | ★★超高圧・高信頼性が要る機器 |
| ★植物油（パーム油など） | ★★生分解性が高く環境にやさしい | ★近年の環境配慮型 |
古くからの標準は鉱油です——安くて性能も十分だから。
より低損失が求められる場面で、合成油が使われます——誘電正接が小さいのです。
植物油には環境適合性などの利点があります——ただし、本問の「古くから一般的に用いられてきた絶縁油」には鉱油が入ります。
だから「古くから」と「低損失」で(ウ)(エ)が決まります。
絶縁油が空気より優れている理由
| 項目 | ★空気 | ★絶縁油 |
| ★絶縁破壊電圧 | ★基準 | ★★数倍高い |
| ★冷却 | ★★熱を運びにくい | ★★対流で熱を運べる |
| ★すき間 | ★★形が複雑だと入り込めない | ★★液体なので細部まで満たす |
| ★放電したあと | ★★すぐ回復する | ★★分解して劣化する |
液体なので、複雑な形のすきまも埋められます——空隙が残らないのです。
しかも対流で熱を運ぶので、冷却材にもなります——変圧器では両方の役目を果たします。
その代わり、放電すると分解してガスが出ます——だから油中ガス分析で異常を見つけるのです。
絶縁と冷却を兼ねられるのが、絶縁油の価値——だから長く使われてきました。
⚠️ よくある間違い
(ア)を「大きい」としてしまう——誘電正接は小さいほどよいのです。損失を表す量だから。
(イ)を「部分放電」としてしまう——誘電正接が直接抑えるのは発熱です。
(ウ)を「植物油」としてしまう——古くからの標準は鉱油。植物油は近年のものです。
(エ)を「鉱油」としてしまう——より優れた性能なら合成油になります。
「古くから」と「より優れた」で順序が決まる——そこが解きどころです。
⏱️ 本番での進め方
①★誘電正接が小さいほど誘電体損（発熱）が小さい。
②★Wd＝ωCV²tanδ。式がそのまま答えを示す。
③★古くからは鉱油、低損失・高信頼性なら合成油。
④★絶縁油は絶縁と冷却の両方を担う。
💡 覚え方
「tanδが小さい＝発熱しない」——誘電正接は損失を表す量です。本問では、古くから一般的なのが鉱油、より優れた低損失性や信頼性が求められる場合が合成油——この対比で判断します。
誘電体損とtanδは平成29年度 A問題10（地中送電：ケーブルの損失）にもあります。
絶縁油が劣化するとどうなるか
使い続けると、油そのものが変わっていきます。
| 段階 | 起きること |
| ① | ★熱と酸素により油が酸化する |
| ★② | ★★酸価が上がり、スラッジ（沈殿物）ができる |
| ★③ | ★★誘電正接が大きくなり損失が増える |
| ★④ | ★★絶縁破壊電圧が下がる |
スラッジが溜まると、冷却の通り道もふさぎます——だから温度が上がるのです。
温度が上がれば酸化がさらに進みます——悪循環になることになります。
だから定期的に絶縁油の試験を行います——絶縁破壊電圧・酸価・水分を測るのです。
合成油の特性は種類によって異なります——本問では低損失性や信頼性が求められる場合に採用される点を押さえます。
絶縁油を使う機器
どこで使われているか、あらためて見ましょう。
| 機器 | 絶縁油の役目 | 特徴 |
| ★変圧器 | ★★絶縁と冷却の両方 | ★★対流で熱を運ぶ |
| ★OFケーブル | ★★絶縁紙に含ませて絶縁 | ★★加圧してボイドを防ぐ |
| ★油入遮断器 | ★★アークを消す | ★現在はほぼ使われない |
変圧器では、絶縁と冷却を同時に担います——1つの液体が2つの役目を果たすのです。
OFケーブルでは、絶縁紙のすきまを満たします——空隙を作らないためです。
油入遮断器はガス遮断器に置き換わりました——SF6のほうが消弧能力が高いから。
だから絶縁油の主な用途は、変圧器とOFケーブル——問題文が両方を挙げる理由です。
絶縁油の試験項目
どんな検査で状態を見るのでしょうか。
| 試験 | 分かること | 悪化すると |
| ★絶縁破壊電圧 | ★絶縁性能そのもの | ★★下がる |
| ★誘電正接 | ★★損失と汚染の程度 | ★★上がる |
| ★全酸価 | ★★酸化の進み具合 | ★★上がる |
| ★水分 | ★吸湿の程度 | ★★上がる |
| ★油中ガス分析 | ★★内部の異常（放電・過熱） | ★特定のガスが増える |
絶縁破壊電圧は、水分が入ると急に下がります——最も敏感な指標です。
誘電正接は、汚染や劣化を総合的に表します——問題文の(ア)がこの量。
油中ガス分析なら、機器内部の異常まで分かります——運転を止めずに測れるのが利点です。
数値が基準を外れたら、油の交換や再生を行います。
気体・液体・固体の絶縁材料
絶縁油の位置づけを、全体の中で見ましょう。
| 状態 | 代表例 | 長所 | 短所 |
| ★気体 | ★空気・SF₆ | ★★放電しても自己回復する | ★絶縁耐力は低め |
| ★液体 | ★★絶縁油 | ★★絶縁と冷却を兼ねる・すきまを満たす | ★劣化する・漏れる |
| ★固体 | ★架橋ポリエチレン・磁器 | ★★絶縁耐力が高い・形を保てる | ★★壊れたら回復しない |
3つの状態には、それぞれ長所と短所があります——だから使い分けるのです。
液体は、固体の絶縁耐力と気体の流動性をあわせ持ちます——中間的な性質です。
すきまを満たせるので、空隙による部分放電を防げます——それが液体ならではの利点。
変圧器では気体・液体・固体を組み合わせて使います——油と絶縁紙の組合せがその例です。
誘電正接が意味するもの
(ア)で問われた量を、あらためて確かめます。
| 理想的な絶縁体 | 実際の絶縁体 | |
| ★流れる電流 | ★★容量分だけ（90度進み） | ★★わずかに抵抗分が混じる |
| ★消費電力 | ★★ゼロ | ★★抵抗分だけ発熱する |
| ★tanδ | ★★ゼロ | ★★小さいほどよい |
δ は、電流が90度からどれだけずれたかの角度です——だから誘電損失角といいます。
ずれが小さいほど、無駄な発熱が少ない——それが良い絶縁油です。
汚れや水分が入ると、tanδ が大きくなります——だから劣化の指標にもなるのです。
損失の話と診断の話が、同じ量でつながっています。
まとめ
| (ア) | 小さい（誘電正接） |
| (イ) | 発熱（誘電体損） |
| (ウ) | 鉱油（古くから一般的） |
| (エ) | 合成油（低損失・高信頼性） |
| 答え | (2) |
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