《電力》〈変電〉[H22:問2]変圧器の騒音発生原因とその対策に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★★★☆（やや難しい）

次の文章は、変圧器の低騒音化に関する記述である。文中の$\ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ $に当てはまる最も適切な語句又は数値を解答群の中から選びなさい。

変圧器騒音の発生原因の主なものとして次のようなものがある。①鉄心の$\ \fbox {　 （１） 　} \ $による振動，②鉄心のつなぎ目及び成層間に働く$\ \fbox {　 （２） 　} \ $による振動，③巻線導体間又は巻線間に働く$\ \fbox {　 （３） 　} \ $による振動，④$\ \fbox {　 （４） 　} \ $の場合，ポンプ，ファンなどの補機が発生する振動などがある。

これらの原因のうち，鉄心の$\ \fbox {　 （１） 　} \ $による振動が変圧器の振動発生の主な原因と考えられている。 鉄心から発生する騒音を低減するためには，$\ \fbox {　 （１） 　} \ $を小さくし、経時変化の少ない材料を使用したり，鉄心の磁束密度の値を下げたりする方法が考えられる。磁束密度の低減は，変圧器の大きさ，重量などに影響を与えるため，通常の設計値に比べ，大容量器では磁束密度の低減は$\ \fbox {　 （５） 　} \ $程度，中容量器では$\ 20 \ \mathrm {[％]} \ $程度が限度であり，それ以上は鉄板やコンクリート製の防音壁で変圧器本体の周囲を覆い，騒音を低減する方法を併用する。

〔問2の解答群〕

$$\begin{eqnarray} &（イ）&　50 \ \mathrm {[％]}　　　　　&（ロ）&　電磁力　　　　　&（ハ）&　慣性力 \\[ 5pt ] &（ニ）&　30 \ \mathrm {[％]}　　　　　&（ホ）&　熱ひずみ　　　　　　　&（ヘ）&　ローレンツ力 \\[ 5pt ] &（ト）&　直接冷却　　　　&（チ）&　静電力　　　　　&（リ）&　磁気ひずみ \\[ 5pt ] &（ヌ）&　自然冷却　　　　&（ル）&　強制冷却　　　　　&（ヲ）&　応力ひずみ \\[ 5pt ] &（ワ）&　クーロン力　　　　　　　&（カ）&　10 \ \mathrm {[％]}　　　　&（ヨ）&　磁気吸引力 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}$$

【ワンポイント解説】

変圧器の振動とその対策に関する問題です。
工場等で設置する場合には特に問題になることはありませんが，都市部の変電所や変電所付近の宅地化が進む等により，振動が問題となることがあります。
やや電験としてはマイナーな内容となるかと思いますが，概要を理解しておくと良いでしょう。

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：リ
題意より解答候補は，（ホ）熱ひずみ，（リ）磁気ひずみ，（ヲ）応力ひずみ，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，磁気ひずみにより鉄心が伸縮するため，振動が発生します。振動の周波数は商用周波数の倍数波（$\ 50 \ \mathrm {Hz} \ $であれば$\ 100 \ \mathrm {Hz} \ $，$\ 200 \ \mathrm {Hz} \ $等）が多いことがわかっています。

(2)解答：ヨ
題意より解答候補は，（ロ）電磁力，（ハ）慣性力，（ヘ）ローレンツ力，（チ）静電力，（ワ）クーロン力，（ヨ）磁気吸引力，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，鉄心の継ぎ目及び成層間には磁気吸引力が働くことにより振動が発生します。

(3)解答：ロ
題意より解答候補は，（ロ）電磁力，（ハ）慣性力，（ヘ）ローレンツ力，（チ）静電力，（ワ）クーロン力，（ヨ）磁気吸引力，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，コイルに発生するのは電磁力となります。

(4)解答：ル
題意より解答候補は，（ト）直接冷却，（ヌ）自然冷却，（ル）強制冷却，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，ポンプ，ファン等を利用して冷却する方法を強制冷却といい，これにより振動が発生します。

(5)解答：カ
題意より解答候補は，（イ）$\ 50 \ \mathrm {[％]} \ $，（ニ）$\ 30 \ \mathrm {[％]} \ $，（カ）$\ 10 \ \mathrm {[％]} \ $，になると思います。
磁束密度の低減は大容量器では$\ 10 \ \mathrm {[％]} \ $程度，中容量器では$\ 20 \ \mathrm {[％]} \ $程度が限度であるとされています。