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電験三種/電力/過去問解説:2018年(平成30)問14☆変圧器に使用される鉄心材料

問題

変圧器に使用される鉄心材料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)鉄は、炭素の含有量を低減させることにより飽和磁束密度及び透磁率が増加し、保持力が減少する傾向があるが、純鉄や低炭素鋼は電気抵抗が小さいため、一般に交流用途の鉄心材料には適さない。
(2)鉄は、けい素含有量の増加に伴って飽和磁束密度及び保持力が減少し、透磁率及び電気抵抗が増加する傾向がある。そのため、けい素鋼板は交流用途の鉄心材料に広く使用されているが、けい素含有量の増加に伴って加工性や機械的強度が低下するという性質もある。
(3)鉄心材料のヒステリシス損は、ヒステリシス曲線が囲む面積と交番磁界の周波数に比例する。
(4)厚さの薄い鉄心材料を積層した積層鉄心は、積層した鉄心材料間で電流が流れないように鉄心材料の表面に絶縁被膜が施されており、鉄心材料の積層方向(厚さ方向)と磁束方向とが同一方向となるときに顕著な渦電流損の低減効果が得られる。
(5)鉄心材料に用いられるアモルファス磁性材料は、原子配列に規則性がない非結晶構造を有し、結晶構造を有するけい素鋼材と比較して鉄損が少ない。薄帯形状であることから巻鉄心形の鉄心に適しており、柱状変圧器などに使用されている。

\2018年 電力の論説問題で一番難しいです/
  • この問題は知識が無いと正解できません…しかも一部参考書には記載されていません。問題文を読んでさっぱりわからなかったら(ヒントをタッチした方は)、すぐに解答を確認しましょう!今わからなくても、試験本番でこの問題の知識が活かせれば良いですね♪
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解答と解説

(4)

電験三種、電力A問題では導電材料・絶縁材料・磁性材料のどれかが出題されますが、材料の分野は参考書の最後におまけ程度に記載されているだけですので、正直今回の問題くらいの内容が出題されてしまうと、情報量の少ない参考書をつかって勉強していると、全く対応できません!
私の場合は、材料の分野は捨てても5点分だから他の分野を徹底的に勉強すれば合格できると判断しました。

\この知識があれば解ける/
  • 炭素含有量の影響…(1)(一部参考書に記載なし)
  • けい素含有量の影響…(2)
  • ヒステリシス損とは…(3)
  • 積層鉄心の絶縁被膜…(4)(一部参考書に記載なし)
  • アモルファス磁性材料とは…(5)

炭素含有量の影響…(1)

(1)の記述は正しいです。

覚えよう!
\鉄は炭素含有量を低減させると…/
  • 飽和磁束密度 ➡ 増加
  • 透磁率 ➡ 増加
  • 保持力 ➡ 減少
  • 電気抵抗が小さい ➡ 鉄心材料に適さない

けい素含有量の影響…(2)

(2)の記述は正しいです。

覚えよう!
\鉄は、けい素含有量増加に伴って…/
  • 飽和磁束密度 ➡ 減少
  • 保持力 ➡ 減少
  • 透磁率 ➡ 増加
  • 電気抵抗 ➡ 増加 ➡ 鉄心材料に適する
  • 加工性 ➡ 低下
  • 機械的強度 ➡ 低下

ヒステリシス損とは…(3)

(3)の記述は正しいです。
『ヒステリシス曲線が囲む面積に比例する』の記述は大丈夫だと思いますが、『交番磁界の周波数に比例する』の部分は知らなかった方もいると思います。(私が知らなかったです(^▽^;))
『交番磁界の周波数に比例する』の部分も覚えて受験して下さい!

積層鉄心の絶縁被膜…(4)

(4)の記述は誤りです。
渦電流損の低減効果についてですが、積層方向と磁束方向とが同一であるとき、低減効果が得られません
言葉だとイメージしにくいので下記にイラストで示します。(私も参考書に記載されていなかったので、わかりませんでした…ググった結果をまとめます)

イラストを見てわかる通り、『積層方向と磁束方向とが同一だと低減効果なし』『積層方向と磁束方向が直交だと低減効果あり』です。言葉だけでなく、積層状態をイメージできるようになれば、もう二度と間違えることは無いと思います。

アモルファス磁性材料とは…(5)

(5)の記述は正しいです。

覚えよう!
\アモルファス磁性材料は…/
  • 非結晶構造
  • 結晶構造を有するけい素鋼材と比較して鉄損が少ない
  • 鉄心形の鉄心に適する ➡ 柱上変圧器などに使用される
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暗記しないで、原理を理解したいところですが、材料の分野はどうしても暗記しないといけない部分が多いです。今回の問題をベースにして、クイズ動画を作成したので、勉強にご活用下さい。

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