《電力》〈送電〉[H29:問10]地中送電線路に使用される電力ケーブルで発生する損失に関する論説問題

【問題】

【難易度】★★★★★(難しい)

交流の地中送電線路に使用される電力ケーブルで発生する損失に関する記述として,誤っているものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

(1) 電力ケーブルの許容電流は,ケーブル導体温度がケーブル絶縁体の最高許容温度を超えない上限の電流であり,電力ケーブル内での発生損失による発熱量や,ケーブル周囲環境の熱抵抗,温度などによって決まる。

(2) 交流電流が流れるケーブル導体中の電流分布は,表皮効果や近接効果によって偏りが生じる。そのため,電力ケーブルの抵抗損では,ケーブルの交流導体抵抗が直流導体抵抗よりも増大することを考慮する必要がある。

(3) 交流電圧を印加した電力ケーブルでは,電圧に対して同位相の電流成分がケーブル絶縁体に流れることにより誘電体損が発生する。この誘電体損は,ケーブル絶縁体の誘電率と誘電正接との積に比例して大きくなるため,誘電率及び誘電正接の小さい絶縁体の採用が望まれる。

(4) シース損には,ケーブルの長手方向に金属シースを流れる電流によって発生するシール回路損と,金属シース内の渦電流によって発生する渦電流損とがある。クロスボンド接地方式の採用はシース回路損の低減に効果があり,導電率の高い金属シース材の採用は渦電流損の低減に効果がある。

(5) 電力ケーブルで発生する損失のうち,最も大きい損失は抵抗損である。抵抗損の低減には,導体断面積の大サイズ化のほかに分割導体,素線絶縁導体の採用などの対策が有効である。

【ワンポイント解説】

一つ一つの文章が長く,丁寧に読まないと正答が見つけられません。(4)の選択肢もサラっと間違いが書いてあるため,私も正答を見つけるのに苦労しました。本問にある通り,ケーブルには抵抗損・誘電損・シース損があり,シース損はシース回路損と渦電流損があります。

1.ケーブルに発生する損失
①抵抗損
導体の抵抗により発生する損失で,導体電流の\( \ 2 \ \)乗に比例します。

②誘電体損
ケーブルの絶縁体部に流れる電流のうち,抵抗成分に流れる電流による損失です。ケーブルは図1の断面図を見ると分かると思いますが,コンデンサを巻いたような形状となっています。この誘電体部が劣化してくると抵抗分が大きくなる傾向があり,損失が増加します。

③シース損
ケーブルの絶縁体部の外側に巻く金属(シース)を流れる循環電流と渦電流による損失です。ケーブル導体を流れる電流から発生する磁束により電圧が誘起され発生します。

2.クロスボンド接地方式
亘長の長い単心ケーブルで使用される方式で,ケーブルのシース部を絶縁接続して,図2のような回路を構成することで,各相のリアクタンスのバランスを取り,各相に流れるシース電流のベクトル和をほぼ零にしようとする方式です。送電線のねん架と似たような対策と言えます。

【解答】

解答:(4)
渦電流損は導電率が高いと増加してしまいます。
(1) 電力ケーブルの許容電流は,ケーブル導体温度がケーブル絶縁体の最高許容温度を超えない上限の電流であり,電力ケーブル内での発生損失による発熱量や,ケーブル周囲環境の熱抵抗,温度などによって決まる。
(2) 交流電流が流れるケーブル導体中の電流分布は,表皮効果や近接効果によって偏りが生じる。そのため,電力ケーブルの抵抗損では,ケーブルの交流導体抵抗が直流導体抵抗よりも増大することを考慮する必要がある。
(3) 交流電圧を印加した電力ケーブルでは,電圧に対して同位相の電流成分がケーブル絶縁体に流れることにより誘電体損が発生する。この誘電体損は,ケーブル絶縁体の誘電率と誘電正接との積に比例して大きくなるため,誘電率及び誘電正接の小さい絶縁体の採用が望まれる。
(4) シース損には,ケーブルの長手方向に金属シースを流れる電流によって発生するシール回路損と,金属シース内の渦電流によって発生する渦電流損とがある。クロスボンド接地方式の採用はシース回路損の低減に効果があり,導電率の高い金属シース材の採用は渦電流損の低減に効果がある。
(5) 電力ケーブルで発生する損失のうち,最も大きい損失は抵抗損である。抵抗損の低減には,導体断面積の大サイズ化のほかに分割導体,素線絶縁導体の採用などの対策が有効である。