《機械》〈変圧器〉[H18:問4]変圧器に発生する騒音の原因と対策に関する空欄穴埋問題

Contents

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★★★★☆（やや難しい）

次の文章は，変圧器の騒音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。

変圧器の騒音の一次的原因には，けい素鋼板の$ \ \fbox {　（１）　} \ $による鉄心の振動，鉄心の継ぎ目及び積層鉄心間に働く磁気吸引力による鉄心の振動，電磁力による$ \ \fbox {　（２）　} \ $の振動，冷却ファンや冷却水循環用ポンプなどの補機の振動などがある。二次的原因には，鉄心，タンク，放熱器，附属器具，配管系の$ \ \fbox {　（３）　} \ $などがある。

これらの原因の中で，けい素鋼板の$ \ \fbox {　（１）　} \ $による鉄心の振動が変圧器の騒音の主原因である。けい素鋼板は，変圧器のように交番する磁界のもとでは，交流磁束が通る方向に磁界の強さに応じて振動する。この振動周波数は電源周波数の$ \ 2 \ $倍を基本波としているが，けい素鋼板には$ \ \fbox {　（４）　} \ $があるので，その整数倍の高調波を含んでいる。この振動が，変圧器の鉄心の締め付け金具，絶縁油などを介して，変圧器のタンク壁，タンク底板，放熱器に伝播し，これらを振動させて外部に騒音として放射される。このような騒音を低減するために，$ \ \fbox {　（５）　} \ $けい素鋼板を使用したり，鉄心の磁束密度を減らしたりする方策が採られている。さらに，変圧器に防音壁を取り付ける方法も採用されている。

〔問4の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　磁気共鳴　　　　　&（ロ）&　磁気ひずみ　　　　　&（ハ）&　残留磁気特性 \\[ 5pt ] &（ニ）&　巻　線　　　　　&（ホ）&　磁気抵抗　　　　　&（ヘ）&　減衰振動 \\[ 5pt ] &（ト）&　コンサベータ　　　　　　　&（チ）&　高弾性　　　　　&（リ）&　高配向性 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　渦電流特性　　　　　&（ル）&　磁気モーメント　　　　　　　&（ヲ）&　共　振 \\[ 5pt ] &（ワ）&　ブッシング　　　　　&（カ）&　高張力　　　　　&（ヨ）&　ヒステリシス特性 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

変圧器に発生する騒音の原因とその対策に関する問題です。
変圧器自体は静止器なので騒音が発生しやすい機器ではありませんが，都市部の変電所や変電所付近の宅地化等により，振動が問題となることがあります。
より実務的な内容となりますが，ここで概要を理解しておくようにしましょう。

1.変圧器の振動の主な発生原因とその対策
①発生原因
・コイルに交流電流を流した際，鉄心が磁気ひずみにより伸縮することにより発生
・コイルに電流が流れることでコイルに発生する電磁力により発生
・鉄心の継ぎ目及び成層間に働く磁気吸引力により発生
・強制冷却の場合，ポンプ，ファンなどの回転体が回転することにより発生

②振動に対する対策
・鉄心の磁束密度を下げる（ただし，経済性が悪くなる）
・磁気ひずみの経時変化の少ない材料を使用する
・鉄板やコンクリート製の防音壁等で周囲を覆う
・防振ゴムやスプリング等で吸収する

【解答】

(1)解答：ロ
題意より，解答候補は（イ）磁気共鳴，（ロ）磁気ひずみ，（ル）磁気モーメント，等になると思います。
ワンポイント解説「1.変圧器の振動の主な発生原因とその対策」の通り，変圧器の騒音の一次的原因となるのは，けい素鋼板の磁気ひずみによる鉄心の振動となります。

(2)解答：ニ
題意より，解答候補は（ニ）巻線，（ト）コンサベータ，（ワ）ブッシング，等になると思います。
ワンポイント解説「1.変圧器の振動の主な発生原因とその対策」の通り，変圧器の騒音の一次的原因となるのは，電磁力による巻線（コイル）の振動となります。

(3)解答：ヲ
題意より，解答候補は（イ）磁気共鳴，（ヘ）減衰振動，（ヲ）共振，等になると思います。
変圧器の騒音の二次的原因には，一時的原因の振動と鉄心，タンク，放熱器，附属器具，配管系の固有振動数が一致することによる共振があります。

(4)解答：ヨ
題意より，解答候補は（ハ）残留磁気特性，（ホ）磁気抵抗，（ヌ）渦電流特性，（ヨ）ヒステリシス特性，になると思います。
このうち，高調波を含む波形の乱れに影響を与えるのはけい素鋼板のヒステリシス特性となります。

(5)解答：リ
題意より，解答候補は（チ）高弾性，（リ）高配向性，（カ）高張力，になると思います。
ワンポイント解説「1.変圧器の振動の主な発生原因とその対策」の通り，磁気ひずみの少なくなる高配向性（結晶の向きを一定方向にする）けい素鋼板を使用することで騒音を低減することができます。