電験3種「電力」のポイント その24 電気材料

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電験3種「電力」のお勉強24回目のテーマは「電気材料」です。

 

電線の導体材料

電線の導体材料とされる銅は、純度の高い電気銅を生成したものです。

電気銅は、電気分解によって得られる純度99.9%以上の高純度の銅です。導電率が高く、圧延性にも優れています。

 

CVケーブルの導体

CVケーブルの導体には、軟銅線が使用されます。

軟銅線は、硬銅線を300~600℃で焼きなますことにより得られます。硬銅線よりも導電率が高く非常に柔らかいので、曲げやすい点が特徴です。強度は硬銅線よりも劣ります

 

絶縁材料

一般的に固体の絶縁材料は、液体や気体の絶縁材料と比較して絶縁耐力が高いです。

固体絶縁材料にはがいしの材料として用いられる磁器や電力ケーブル絶縁材料の絶縁体として用いられる架橋ポリエチレンなどがあります。

 

六フッ化硫黄ガス

六フッ化硫黄ガス(SF6)は、遮断器やガス絶縁開閉装置などに利用される絶縁材料です。

六フッ化硫黄ガスは、空気と比較して絶縁耐力が非常に高くガス遮断機やガス絶縁開閉装置などに利用されていますが、温室効果ガスとして排出削減対象となっています。

 

絶縁強度に影響するもの

多くの絶縁材料は、直射日光、熱、湿気、機械的な衝撃や摩擦などにより、絶縁強度が低下します。

上記のほかに、絶縁体内部の微小な空隙(ボイド)で生じる微小な放電がトリー状(樹枝状)に進展する部分放電劣化などが絶縁材料劣化の原因となります。

 

電気材料の特性

電気材料の特性はヒステリシス損によってあらわされます。

磁気材料は磁性材料ともいい、物質の磁性つまり磁界の中で磁気を帯びる性質や、磁気を帯びた物質が示すさまざまな特性を電気機器に利用するものです。

磁気材料は、発電機、電動機、変圧器、電磁石などの鉄心用に使用される磁心材料と、電気計器などに使用される永久磁石を作るための永久磁石材料に大別されます。

磁性材料の特性は、下図のようなヒステリシス曲線によって表されますが、磁心材料と永久磁石材料では、求められる特性が異なるので、飽和磁束密度、抵抗率が大きく、保磁力が小さい材料が選ばれます。

その場合、ヒステリシス曲線は、下図に示すように縦に長くなり曲線に囲まれる部分の面積が小さくなります。この面積は鉄心において生じる損失(鉄損)の多くを占めるヒステリシス損に相当するので、面積が小さい方が良いことになります。

一方、永久磁石材料に求められる特性は、磁気エネルギーが大きく、磁化された状態をなるべく長く保つことなので、残留磁気と保磁力の大きい材料が選ばれます。その場合、ヒステリシス曲線は、下図に示すように幅の広い形になります。

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