2019年度 第一種電気工事士 筆記試験 問18 解説 電力ケーブルの損失

この問題は、電気機器とケーブルで発生する損失の種類を区別できているかを問う知識問題です。選択肢の中で、変圧器などの磁性体（鉄心）で発生する損失である「鉄損」を選び出せば正解となります。

ケーブルの構造と損失の発生源

高圧ケーブルは、中心の導体と、それを覆う絶縁体、そしてその外側の遮へい層（金属シース）という層状の構造をしています。それぞれの部位で以下のような損失が発生します。

抵抗損は、導体に電流が流れることで生じる熱損失です。導体の電気抵抗 $R$ と電流 $I$ によって発生し、損失エネルギーは $I^2 R$ で表されます。

誘電損は、絶縁体に交流電圧をかけた際に生じるエネルギー損失です。絶縁体を一種のコンデンサと見なした場合、絶縁体内部の誘電分極などが完全には追従できず、一部が熱として逃げることで発生します。これは特に高い周波数や高い電圧において無視できなくなります。

シース損は、ケーブルの金属シース（金属遮へい層）に流れる誘導電流による損失です。導体に電流が流れると、その周囲に磁界が発生し、隣接する金属シースに電流が誘導されます。この電流によってシース自体が発熱し、エネルギーが失われます。

鉄損がケーブルで発生しない理由

鉄損（ヒステリシス損や渦電流損）は、変圧器の鉄心や電動機の回転子などの磁性体において、磁界の変化によって生じるエネルギー損失です。

ケーブルには通常、磁性体である鉄芯は含まれていません。ケーブルの目的は電気エネルギーを効率よく輸送することであり、磁気回路を作って電圧を変成したり、回転力を生み出したりする機器ではないため、磁気ヒステリシスや渦電流による損失という概念は該当しません。

試験問題としての意図と現場での捉え方

この問題は、機器の構成要素と損失の種類を混同していないかを確認する意図があります。実務においては、これらの損失をすべて合計したものが「送電損失」となり、ケーブルの許容電流や電圧降下を検討する際の基礎知識となります。

例えば、長距離の電力ケーブルを敷設する際、シース損を低減するためにシースの接地方式（片端接地やクロスボンド接地）を工夫する設計が必要になることがあります。また、誘電損はケーブルの絶縁性能を評価する重要な指標となり、高圧・特別高圧ケーブルの定期点検における損失正接（tan δ）測定の背景知識としても直結しています。

機器単体の損失を把握することは、省エネ設計や適切な機器選定、そして事故の未然防止における故障診断において非常に重要な役割を果たしています。

参考リンク

• 電力ケーブルの損失・許容電流
• 【電気機器】変圧器の鉄損と銅損の違いをわかりやすく解説
• 誘電損 - 電気学会 電気工学用語解説