クイズ形式で学ぶ！鑑定人試験対策：問3電気ランダム

変圧器の基本原理と設計

変圧器の基本原理

電磁誘導：変圧器は電磁誘導の原理に基づいています。一次巻線に交流電流を流すことで、鉄心を通じて二次巻線に電圧を誘導します。
変圧比：変圧器の変圧比は一次巻線と二次巻線の巻数比によって決まります。巻数比が大きいほど、二次側の電圧は低くなります（逆も同様）。

変圧器の設計要素

巻線材料：一般的に銅やアルミニウムが使用されます。これらの材料は導電性が高く、効率的な電力伝達を可能にします。

鉄心材料：鉄心は通常、低ヒステリシス損失を持つシリコン鋼で作られます。鉄心は磁束を効率的に一次巻線から二次巻線へ伝達するために重要です。

冷却システム：変圧器は運用中に熱を発生するため、効率的な冷却システムが必要です。小型の変圧器では自然空冷が用いられることが多いですが、大型の変圧器ではオイル冷却や強制空冷が使われます。

送電線路の設計と材料

送電線の種類と材料

アルミニウム：軽量で導電率が高いため、長距離の送電線路に広く使用されています。アルミニウムは銅よりも安価ですが、導電率は若干低いです。
銅：導電率が非常に高く、耐久性があるため、短距離や高負荷の送電線路に適しています。ただし、アルミニウムに比べて重く、価格も高いです。

導電率

導電率の理解：材料が電流をどれだけよく導くかを示します。銅の導電率はアルミニウムより高いです。
導電率と送電効率：導電率が高いほど、電力損失が少なくなり、送電効率が向上します。

配電システム

高圧配電と低圧配電の違い

電圧レベル：高圧配電は数千ボルトから数万ボルトの範囲で、低圧配電は一般的に数百ボルトです。
用途：高圧配電は、電力を長距離に渡って効率的に輸送するために使用されます。低圧配電は、最終的な消費者（家庭や小規模な商業施設など）に電力を供給するために使用されます。

配電用変電所の役割

電圧変換：高圧から低圧への電圧変換を行います。これにより、電力を安全に最終消費者に供給できるようになります。
システムの安定化：電力システムの安定化と管理を行い、過負荷や故障時の対応を可能にします。

バンキング方式の特徴

複数変圧器の使用：バンキング方式では、複数の変圧器を組み合わせて使用します。
柔軟性：需要の増加に対して柔軟に対応でき、一つの変圧器に障害が発生しても他の変圧器が供給を続けることができます。
効率：電力損失を減らし、全体的な供給効率を向上させます。

絶縁材料

固体絶縁材料

特性：高い機械的強度と安定した絶縁性能を持ちます。熱に対する耐性があり、長期間にわたって安定した性能を提供します。
用途：電線の絶縁被覆、プリント基板、変圧器の絶縁部品などに使用されます。

液体絶縁材料

特性：熱伝導性が高く、冷却効果も持ち合わせています。しかし、化学的に安定している必要があり、劣化しやすい環境には適しません。
用途：変圧器油が最も一般的で、変圧器や一部の高圧スイッチギアにおける冷却と絶縁に使用されます。

気体絶縁材料

特性：軽量で、絶縁特性が良好です。しかし、圧力下での運用が必要な場合があります。
用途：硫化六フッ素ガス（SF6）が一般的で、高圧スイッチギアやガス絶縁スイッチギア（GIS）に使用されます。

絶縁破壊電圧

概念の理解：絶縁材料がその絶縁特性を失い、電流が突破する電圧のことです。
計算と評価：様々な材料に対する絶縁破壊電圧の値を理解し、それに基づいて安全な設計を行う能力が求められます。

電磁鋼板

無方向性電磁鋼板

特性：無方向性電磁鋼板は、その磁気特性が方向に依存しないことが特徴です。磁化が任意の方向で同様に行われ、磁場に対する応答が均一です。
用途：この特性は、モーターやジェネレーターなど、方向性が重要でない様々な電気機器の鉄心に適しています。

方向性電磁鋼板

特性：方向性電磁鋼板は、特定の方向に沿った磁気特性が最適化されています。これにより、その方向において高い透磁率と低いヒステリシス損失が得られます。
用途：この特性は、変圧器や一部の高効率電気機器の鉄心など、特定方向の磁気フラックスが重要なアプリケーションに適しています。

磁気特性

透磁率：磁場に対する材料の応答を示し、高い透磁率は効率的な磁気伝導を意味します。
ヒステリシス損失：磁場が変化する際に材料内で生じるエネルギー損失。低いヒステリシス損失は、エネルギー効率の良さを意味します。

電機子鉄心材料

ヒステリシス損の理解

定義：ヒステリシス損は、材料が磁化と逆磁化のサイクルを経る際に生じるエネルギー損失です。これは、材料の分子が磁場の方向に合わせて整列するプロセスで生じます。
影響：ヒステリシス損は、電動機や変圧器などの電機子鉄心の効率に直接影響を与えます。損失が大きいほど、エネルギー効率が低下します。

電磁鋼板の使用理由

材料特性：電磁鋼板は、高い透磁率と低いヒステリシス損失を持ちます。これにより、磁場を効率良く伝導し、エネルギー損失を最小限に抑えることができます。
用途：そのため、電磁鋼板は電機子鉄心材料として広く使用されます。特に、変圧器や電動機など、磁気エネルギーを電気エネルギーに変換するアプリケーションに適しています。

電気機器の冷却と保護

変圧器油

役割：変圧器油は主に二つの目的で使用されます。一つは冷却であり、変圧器の内部で発生する熱を吸収し分散させます。もう一つは絶縁で、変圧器の内部の部品間での電気的絶縁を強化します。
特性：変圧器油は高い熱伝導率と電気的絶縁性を持つ必要があります。また、化学的に安定しており、長期間にわたってその特性を維持することが求められます。

ブリーザ

役割：ブリーザは、変圧器内部の油と外部環境との間で湿気の侵入を防ぐ役割を果たします。これにより、変圧器油の劣化を防ぎ、絶縁特性を保ちます。
機能：通常、ブリーザには乾燥剤が含まれており、外部からの空気中の水分を吸収します。

コンサベータ

役割：コンサベータは、変圧器内の油の膨張と収縮を許容するために使用されます。これは、温度変化による油の体積変化を補償し、油の圧力を適切な範囲内に保ちます。
機能：コンサベータは一種の油タンクとして機能し、油の膨張時に余分な油を一時的に格納し、冷却時に油を変圧器本体に戻します。

電気配線と材料

金属管の種類と呼称

EMT (Electrical Metallic Tubing)：薄くて柔軟な金属管。軽量で、屋内配線によく使用されます。
IMC (Intermediate Metal Conduit)：中間の厚さを持つ金属管。EMTよりも耐久性が高いです。
RMC (Rigid Metal Conduit)：厚くて堅牢な金属管。高い保護レベルが必要な環境に適しています。
FMC (Flexible Metal Conduit)：柔軟性を持つ金属管。曲げやすく、複雑な経路に適しています。