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。
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。
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「平成29年度 第三種電気主任技術者試験」電力科目 A問題10
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。
誤りは(4)：導電率が高いと渦電流損は増える
「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」——向きが逆です。
| シース材の性質 | 渦電流 | 渦電流損 |
| ★導電率が高い（抵抗率が低い） | ★★流れやすい | ★★大きくなる |
| ★導電率が低い（抵抗率が高い） | ★★流れにくい | ★★小さくなる |
渦電流は、電気が流れやすいほど大きく流れます——だから導電率が高いと損失が増えるのです。
変圧器の鉄心にけい素鋼板を使うのと同じ考え方——抵抗率を上げて渦電流を抑える。
だから渦電流損を減らすには、抵抗率の高い材料を選びます——問題文は逆に書いています。
前半の「クロスボンド接地はシース回路損の低減に効果がある」は正しい——誤りは後半だけです。
シース損は2つに分かれる
| 損失 | 原因 | 減らす方法 |
| ★シース回路損 | ★★長手方向に流れる電流 | ★★クロスボンド接地・片端接地 |
| ★渦電流損 | ★★シース内に生じる渦電流 | ★★電気抵抗率の高い材料・シースを薄くする |
同じシース損でも、原因と対策が違います——だから問題文が2つに分けているのです。
シース回路損は、長手方向に流れる電流によるもの——両端を接地すると回路ができて流れます。
クロスボンド接地なら、3相の誘導電圧が打ち消し合います——だから電流が流れません。
渦電流損は、シースの厚み方向に生じる小さな渦——接地のしかたでは減りません。
材料の抵抗率を上げるか、シースを薄くするしかない——対策の系統が別なのです。
(5) 抵抗損を減らす3つの方法
| 方法 | しくみ |
| ★導体断面積を大きくする | ★★抵抗そのものを下げる |
| ★分割導体 | ★★導体を複数に分けて表皮効果を抑える |
| ★素線絶縁導体 | ★★素線どうしを絶縁して渦電流を断つ |
単純に太くするだけでは、表皮効果が強くなります——太いほど中心が使われないから。
だから導体を分割して、実質的に細い導体の集まりにします——表皮効果が現れにくくなるのです。
素線どうしを絶縁すれば、素線間の渦電流も断てます——より徹底した方法です。
大容量ケーブルほど、こうした工夫が要ります——太さだけでは効率が上がらないから。
⚠️ よくある間違い
(4)の前半「クロスボンド接地はシース回路損の低減に効果がある」を見て正しいと判断する——そこは正しいのです。誤りは「導電率の高い」という向き。
渦電流損を減らすには抵抗率の高い材料——けい素鋼板と同じ考え方です。
(2)の表皮効果を疑ってしまう——交流抵抗は直流より大きくなります。
(3)の誘電体損を疑ってしまう——誘電率と誘電正接の積に比例で正しい。
(5)の分割導体を疑ってしまう——表皮効果を抑える有効な方法です。
「高い」「低い」の向きを確かめる——本問はそれだけで解けます。
⏱️ 本番での進め方
①★渦電流損を減らすには抵抗率の高い材料を使う。
②★シース回路損はクロスボンド接地で減らす。
③★2つのシース損は原因も対策も別系統。
④★抵抗損の低減には分割導体・素線絶縁導体。
💡 覚え方
「渦電流は流れやすいほど大きい」——だから抵抗率を上げて抑えます。けい素鋼板と同じ発想——渦電流対策はどこでも共通です。
3つの損失の全体像は平成25年度 A問題10（地中送電：地中電線の損失）にあります。
(1) 許容電流が決まるしくみ
3つの要素で決まります。
| 要素 | 内容 | 許容電流への効き方 |
| ★発生損失 | ★抵抗損・誘電体損・シース損の合計 | ★★小さいほど大きくとれる |
| ★熱抵抗 | ★絶縁体・シース・周囲の土や空気 | ★★小さいほど大きくとれる |
| ★周囲温度 | ★土中温度や気温 | ★★低いほど大きくとれる |
導体温度が上限に達するまでが、流せる電流です——架橋ポリエチレンなら90 ℃。
周囲温度が高ければ、上がれる余地が減ります——夏場は許容電流が下がるのです。
だから同じケーブルでも、条件で許容電流が変わります——設計では最も厳しい条件を想定します。
問題文の(1)は、この3要素を正確に挙げています。
(3) 誘電体損が絶縁材料で決まる
問題文が「積に比例」と書く理由を確かめましょう。
| 絶縁体 | 比誘電率 | 誘電正接 | 誘電体損 |
| ★油浸紙（OF） | ★★3.5前後 | ★★大きい | ★★大きい |
| ★架橋ポリエチレン（CV） | ★★2.3前後 | ★★小さい | ★★小さい |
静電容量は誘電率に比例します——だから式の C が ε を含んでいるのです。
結局、誘電率と誘電正接の積で決まります——だから両方が小さい材料がよい。
架橋ポリエチレンは、どちらも小さい——2つの効果が重なるのです。
だからCVが超高圧でも使えるようになりました——電圧の2乗で効く損失を抑えられるから。
3つの損失の大小を比べる
(5)の「最も大きいのは抵抗損」を確かめましょう。
| 損失 | 何に比例するか | 全損失に占める割合の目安 |
| ★★抵抗損 | ★★電流の2乗 | ★★最も大きい |
| ★シース損 | ★導体電流に伴う誘導 | ★次に大きい |
| ★誘電体損 | ★★電圧の2乗 | ★超高圧でなければ小さい |
負荷を流している以上、抵抗損が主役になります——電流の2乗で効くから。
だから容量を増やすには、まず抵抗損を減らします——(5)が対策を並べる理由です。
誘電体損は電圧で決まるので、超高圧でなければ小さい——けれども無負荷でも生じます。
シース損は接地方式しだいで大きく変わります——クロスボンドならほぼゼロにできるのです。
シース損を減らす3つの接地方式
接地のしかたで、損失も安全も変わります。
| 方式 | シース回路損 | シース電位 | 評価 |
| ★両端接地 | ★★大きい | ★★ゼロで安全 | ★安全だが損失が出る |
| ★片端接地 | ★★ゼロ | ★★開放端に電圧が現れる | ★短い線路に限る |
| ★★クロスボンド接地 | ★★ほぼゼロ | ★★低く抑えられる | ★★長い線路の標準 |
両端接地は安全ですが、電流が流れて損失になります——安全と効率が両立しません。
片端接地なら電流は流れませんが、反対端に電圧が出ます——長い線路では危険な値になります。
クロスボンド接地は、3区間で入れ替えて誘導電圧を打ち消します——両方を解決するのです。
ねん架と同じ発想を、シースに使ったもの——だから長い線路の標準になっています。
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) |
▼あわせて解きたい関連問題
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