《電力》〈変電〉[H19:問2]変圧器の構造及び材料に関する空欄穴埋問題

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★★☆☆☆（やや易しい）

次の文章は，変圧器の構造及び材料に関する記述である。文中の$ \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ $に当てはまる語句又は数値を解答群の中から選び，その記号をマークシートに記入しなさい。

変圧器は一般に，高圧巻線と低圧巻線がそれぞれ単独に，必要な容量の巻線から構成される。$ \ \fbox {　（１）　} \ $変圧器では低圧巻線を高圧巻線と共有することに特徴がある。この場合，一般の変圧器に比べ，変圧器の自己容量は$ \ \fbox {　（２）　} \ $。高圧側電圧$ \ 500 \ \mathrm {[kV]} \ $と低圧側電圧$ \ 275 \ \mathrm {[kV]} \ $の場合には，別巻線とする場合に比べ，自己容量が$ \ \fbox {　（３）　} \ $倍となる。

$ \ \fbox {　（４）　} \ $変圧器は，一般には，鉄心を先に組み立てておき，これに巻線を挿入した後，上部ヨークを組み立てる構造である。

変圧器の鉄心材料は，透磁率が大きく，飽和磁束密度が大きく，鉄損が少ないけい素鋼板が用いられ，$ \ \fbox {　（５）　} \ $を減少させるために成層構造になっている。

〔問2の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　低減する　　　　　&（ロ）&　増加する　　　　　&（ハ）&　1.65 \\[ 5pt ] &（ニ）&　1.00　　　　　&（ホ）&　0.45　　　　　&（ヘ）&　渦電流損 \\[ 5pt ] &（ト）&　1.45　　　　　&（チ）&　0.65　　　　　&（リ）&　ヒステリシス損 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　銅　損　　　　　&（ル）&　二巻線　　　　　　&（ヲ）&　単　巻 \\[ 5pt ] &（ワ）&　内鉄形　　　　　　　　&（カ）&　外鉄形　　　　　　　&（ヨ）&　変化しない \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

変圧器の構造及び材料に関する問題です。
変圧器における広い範囲の出題ですが，いずれの空欄も重要内容として扱うものばかりですので高得点を取得したい問題です。

1.単相単巻変圧器
高圧側と低圧側の巻線の一部を共用する変圧器です。共用しない巻線を直列巻線（図1の$ \ E_{1} \ \mathrm {[V]} \ $に当たる巻線），共用する巻線を分路巻線（図1の$ \ E_{2} \ \mathrm {[V]} \ $に当たる巻線）と言います。それぞれの電圧を図1のように定義し，自己容量を$ \ P_{1} \ \mathrm {[V\cdot A]} \ $，分路容量を$ \ P_{2} \ \mathrm {[V\cdot A]} \ $，線路容量を$ \ P_{3} \ \mathrm {[V\cdot A]} \ $とすると，
\[
\begin{eqnarray}
P_{1} &=&E_{1}I_{1} \\[ 5pt ] &=&\left( E_{\mathrm {H}}-E_{\mathrm {L}}\right) I_{\mathrm {H}} \\[ 5pt ] P_{2} &=&E_{2}I_{2} \\[ 5pt ] &=&E_{\mathrm {L}}\left( I_{\mathrm {L}}-I_{\mathrm {H}}\right) \\[ 5pt ] P_{3} &=&E_{\mathrm {L}}I_{\mathrm {L}} \\[ 5pt ] &=&E_{\mathrm {H}}I_{\mathrm {H}} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となります。

2.内鉄形変圧器と外鉄形変圧器
下図に示すように内側に鉄心があるものを内鉄形，外側に鉄心があるものを外鉄形といいます。
一般に内鉄形の方が絶縁がしやすく大容量・高電圧の変圧器に向いているとされていますが，近年は技術の発達により外鉄形の変圧器にも大容量のものがあります。

【解答】

(1)解答：ヲ
題意より解答候補は，（ル）二巻線，（ヲ）単巻，（ワ）内鉄形，（カ）外鉄形，になると思います。
ワンポイント解説「1.単相単巻変圧器」の通り，低圧巻線を高圧巻線と共有する変圧器を単巻変圧器といいます。

(2)解答：イ
題意より解答候補は，（イ）低減する，（ロ）増加する，（ヨ）変化しない，になると思います。
ワンポイント解説「1.単相単巻変圧器」の通り，単巻変圧器の自己容量は一般の変圧器の容量（＝負荷容量）に比べて低減することになります。

(3)解答：ホ
題意より解答候補は，（ハ）$ \ 1.65 \ $，（ニ）$ \ 1.00 \ $，（ホ）$ \ 0.45 \ $，（ト）$ \ 1.45 \ $，（チ）$ \ 0.65 \ $，になると思います。
電流値が同じ場合，自己容量は，ワンポイント解説「1.単相単巻変圧器」の通り，
\[
\begin{eqnarray}
\frac {\left( 500-275 \right) I_{\mathrm {H}}}{500I_{\mathrm {H}}} &=&\frac {225}{500} \\[ 5pt ] &=&0.45 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となります。

(4)解答：ワ
題意より解答候補は，（ル）二巻線，（ヲ）単巻，（ワ）内鉄形，（カ）外鉄形，になると思います。
ワンポイント解説「2.内鉄形変圧器と外鉄形変圧器」の通り，鉄心を先に組み立てておき，これに巻線を挿入する変圧器を内鉄形変圧器といいます。

(5)解答：ヘ
題意より解答候補は，（ヘ）渦電流損，（リ）ヒステリシス損，（ヌ）銅損，になると思います。
図3に示すように，成層構造（層状に重なっている構造）にすることで渦電流損を低減することができます。