令和5年度第三種電気主任技術者上期試験　電力科目 問100 解説 問10 問10

交流電流が導体を流れる際、表皮効果および近接効果の働きによって電流の流れる実効的な断面積が狭められるため、導体の実効抵抗は直流抵抗よりも大きくなるという性質があります。したがって、交流の場合の導体の実効抵抗が直流に比べて小さくなるという記述は誤りです。

交流における導体抵抗の性質

導体に交流電流を流すと、導体内部に発生する磁束の変化により、電流が導体の中心部を避け、表面付近を集中して流れる現象が発生します。これを表皮効果と呼びます。また、近接する他の導体との間で磁界が相互に影響し合い、電流が導体の一部に偏って流れる現象を近接効果と呼びます。

これらの現象が起きると、電流が導体全体に一様に分布する場合に比べて、実効的に電流が流れる領域が減少します。電気抵抗の基本式 $R = \rho (l / A)$ において、断面積 $A$ が見かけ上小さくなることと同義であるため、導体抵抗は直流電流を通す場合よりも増大します。

地中電線路における線路定数の特性

送電線路を評価する際、地中電線路と架空送電線路ではその構造が大きく異なるため、線路定数にも明確な違いが生じます。

1. 導体抵抗に関しては、温度上昇に伴い金属の原子振動が活発化し、自由電子の移動が妨げられるため、抵抗値は増加します。これは架空線路・地中線路を問わず共通する性質です。
2. インダクタンスについては、地中ケーブルは架空送電線に比べて導体同士の間隔が非常に狭い構造となっています。インダクタンスは導体間のループ面積に依存するため、ケーブル内の導体間隔が狭い地中電線路は、架空線路と比較して一般的に小さな値となります。
3. 静電容量については、地中ケーブルは導体と大地（または遮蔽層）の距離が架空線路に比べて非常に近く、かつ絶縁体として比誘電率の高い材料が使用されています。静電容量は $C = \epsilon (A / d)$ の関係（$\epsilon$ は誘電率、$d$ は距離）から、誘電率が高く距離が短いため、架空送電線と比較して非常に大きな値となります。

これらの線路定数の特性を、導体の材質や配置、ケーブル構造の断面図と重ねてみると、電流の通りやすさや電界の広がり方の違いが見えてきます。

参考リンク

• 送電線路の線路定数
• 電磁気学の面白さ：表皮効果を実際にシミュレーションしてみた
• 抵抗の温度係数と金属導体の電気的特性（物理学事典より）