電力科目の電気材料を扱う。導電材料（銅，アルミニウム，抵抗材料），絶縁材料の耐熱クラス，絶縁油，SF₆ガス，架橋ポリエチレンと絶縁劣化，磁性材料（けい素鋼板，アモルファス合金，フェライト，永久磁石），半導体材料が対象である。計算問題はなく，性質の正誤と数値の穴埋めが中心となる。ここに示すのは試験対策用に独自に作成した学習ノートであり，公式の資料ではない。
| Y | A | E | B | F | H |
|---|---|---|---|---|---|
| 90 ℃ | 105 ℃ | 120 ℃ | 130 ℃ | 155 ℃ | 180 ℃ |
1. SF₆ガスの性質に関する記述として，誤っているものを次のうちから一つ選べ。
「SF₆ガスは空気より軽い」は誤りであり，分子量が約146で空気（約29）の約5倍重いため，漏れると低所に滞留しやすい。SF₆ガスは無色・無臭・不燃で化学的に安定しており，同じ圧力の空気より絶縁耐力が高く，消弧能力にも優れるため，ガス遮断器やGISに用いられる。温室効果が非常に大きいので，大気への放出を抑える必要がある。
2. 電気絶縁の耐熱クラスとその許容最高温度に関する記述として，正しいものを次のうちから一つ選べ。
耐熱クラスの許容最高温度は，Y 90 ℃，A 105 ℃，E 120 ℃，B 130 ℃，F 155 ℃，H 180 ℃である。「Bは120 ℃」はEの値，「Hは200 ℃」はHより上のクラスの値，「Eは105 ℃」はAの値，「Aは90 ℃」はYの値であり，いずれも1段ずれている。正しいのはFの155 ℃である。
3. 電線に用いる導電材料に関する記述として，誤っているものを次のうちから一つ選べ。
「同じ抵抗のアルミ電線は質量も大きくなる」は誤りである。アルミニウムの導電率は銅の約61 %なので，同じ抵抗では断面積が約1.6倍と太くなるが，密度が約1/3なので質量は銅線の約1/2と小さい。硬銅線は引張強さが大きく架空電線に，軟銅線は導電率が高く柔軟で屋内配線に用いられる。鋼心アルミより線は鋼線で強度を補う。
4. 変圧器に用いられる絶縁油に関する記述として，誤っているものを次のうちから一つ選べ。
「劣化が進むと絶縁破壊電圧は高くなる」は誤りである。劣化した絶縁油は水分や酸性物質，スラッジを含み，絶縁破壊電圧は低下する。絶縁油の劣化は主に空気中の酸素による酸化であり，温度上昇や水分，金属の触媒作用で促進され，スラッジや酸性物質を生じて絶縁耐力や冷却作用を低下させる。そのためコンサベータや窒素封入で空気との接触を減らす。絶縁油には絶縁耐力が大きく引火点が高いことが求められる。
5. 磁性材料に関する記述として，正しいものを次のうちから一つ選べ。
アモルファス合金は鉄損が小さい反面，飽和磁束密度がけい素鋼板より低い。鋼板を薄くして絶縁し積層するのは渦電流損を減らすためで，ヒステリシス損ではない。フェライトは抵抗率が非常に高く，高周波用の磁心に適する。永久磁石には保磁力と残留磁束密度の大きい材料が適する。方向性けい素鋼板は圧延方向に最も磁化しやすい。
6. CVケーブルの絶縁体に用いられる架橋ポリエチレンに関する記述として，誤っているものを次のうちから一つ選べ。
「架橋前より耐熱性が低くなる」は誤りであり，架橋によって分子どうしが結び付くため，耐熱性（高温での変形しにくさ）が向上する。そのためCVケーブルの導体の常時許容温度は一般に90 ℃と，架橋しないポリエチレンより高い。誘電率と誘電正接が小さく誘電損が小さい。水分と電界による水トリーは代表的な劣化要因である。
7. 半導体材料に関する記述として，正しいものを次のうちから一つ選べ。
SiCはSiよりバンドギャップが広く，絶縁破壊電界が高いため，高耐圧・高温動作のパワーデバイスに適する。リン（5価）を加えるとn形，ホウ素（3価）を加えるとp形となり，ホウ素はアクセプタである。真性半導体は温度が上がるとキャリヤが増えて抵抗率が小さくなる。n形の多数キャリヤは電子である。
8. 導電材料及び抵抗材料に関する記述として，誤っているものを次のうちから一つ選べ。
「金属導体の抵抗率は温度上昇で小さくなる」は誤りで，金属の抵抗温度係数は正であり，温度が上がると抵抗率は大きくなる。銀は銅より導電率が高いが高価である。ニクロムは抵抗率が高く耐熱性があり電熱線に用いる。銅は導電率が高く加工しやすい。導電率は標準軟銅を100 %とする百分率（%IACS）で表すことがある。
9. SF₆ガスの絶縁性能と取扱いに関する記述として，正しいものを次のうちから一つ選べ。
SF₆ガスは電子を捕らえて負イオンになりやすい電気的負性ガスで，電子なだれが起きにくく絶縁耐力が高い。同じ圧力の空気より絶縁耐力は高い（約2～3倍）。アークによる分解生成物には毒性・腐食性があり，点検時に注意が要る。空気の約5倍重く低所に滞留しやすい。温室効果は二酸化炭素よりはるかに大きい。
10. 変圧器の鉄心材料と鉄損に関する記述として，誤っているものを次のうちから一つ選べ。
「けい素を加えて抵抗率を下げ，渦電流を流れやすくする」は誤りである。けい素を加えると抵抗率が増加して渦電流損が減り，ヒステリシス損も減少する。ヒステリシス損は最大磁束密度が一定なら周波数に比例し，渦電流損は板厚の2乗に比例する。鋼板間を絶縁して積層するのは渦電流の通路を断つためである。
11. 固体絶縁物の劣化に関する記述として，正しいものを次のうちから一つ選べ。
部分放電が継続すると放電部分の絶縁物が侵食され，劣化が進む。誘電損は ωCV²tanδ で表され，tanδが大きいほど大きい。熱劣化は温度が高いほど速く進むので，耐熱クラスで許容最高温度が定められている。吸湿すると絶縁抵抗は低下する。電気トリーは電界が集中する部分から樹枝状に進展する。
12. 電気絶縁の耐熱クラスに関する記述として，誤っているものを次のうちから一つ選べ。
「耐熱クラスEは155 ℃」は誤りで，Eは120 ℃である。155 ℃はFの値である。耐熱クラスの許容最高温度は Y 90 ℃，A 105 ℃，E 120 ℃，B 130 ℃，F 155 ℃，H 180 ℃と並び，この順に高くなる。1段ずれた値と取り違えないことが要点である。
13. 次の文章は，SF₆ガスに関する記述である。 SF₆ガスは無色・無臭の (ｱ) のガスで，空気よりも (ｲ) 。同じ圧力の空気と比べて絶縁耐力が高く， (ｳ) 能力にも優れているため，ガス遮断器やガス絶縁開閉装置に用いられている。 上記の記述中の空白箇所(ｱ)～(ｳ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次のうちから一つ選べ。
(ｱ) 不燃性：SF₆ガスは燃えず化学的に安定である。(ｲ) 重い：分子量が約146で空気の約5倍重い。(ｳ) 消弧：アークを速やかに消す消弧能力が高く，遮断器の消弧媒体に用いられる。吸湿性は消弧と無関係であり，SF₆ガスの特長ではない。
14. 次の文章は，電気絶縁の耐熱クラスに関する記述である。 電気機器の絶縁材料は，耐えられる温度によって耐熱クラスに分けられる。許容最高温度は，耐熱クラスAが (ｱ) ℃，耐熱クラスBが (ｲ) ℃，耐熱クラスHが (ｳ) ℃である。 上記の記述中の空白箇所(ｱ)～(ｳ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次のうちから一つ選べ。
(ｱ) 105：A 105 ℃である。90 ℃はYの値である。(ｲ) 130：B 130 ℃である。120 ℃はEの値である。(ｳ) 180：H 180 ℃である。155 ℃はFの値である。耐熱クラスは Y 90，A 105，E 120，B 130，F 155，H 180 ℃と並ぶ。
15. 次の文章は，導電材料としてのアルミニウムに関する記述である。 アルミニウムの導電率は銅の約 (ｱ) %であり，密度は銅の約 (ｲ) である。このため，同じ抵抗の電線とするとアルミ線は銅線より太くなり，質量は (ｳ) なる。 上記の記述中の空白箇所(ｱ)～(ｳ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次のうちから一つ選べ。
(ｱ) 61：アルミニウムの導電率は銅の約61 %である。97 %は硬銅の導電率の目安である。(ｲ) 1/3：密度は約2.7 g/cm³で，銅（約8.9 g/cm³）の約1/3である。(ｳ) 小さく：同じ抵抗では断面積が約1/0.61 ≒ 1.6倍になるが，質量は 1.6 × 1/3 ≒ 0.5倍となり，銅線より小さい。
16. 次の文章は，変圧器の絶縁油の劣化に関する記述である。 絶縁油は，空気中の (ｱ) と反応して劣化し，酸性物質や (ｲ) を生じて，絶縁性能や冷却作用を低下させる。劣化を防ぐため， (ｳ) を設けたり不活性ガスを封入したりして，油が空気と接する面積を少なくしている。 上記の記述中の空白箇所(ｱ)～(ｳ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次のうちから一つ選べ。
(ｱ) 酸素：絶縁油の劣化は主に酸素による酸化である。窒素は劣化防止のために封入する不活性ガスである。(ｲ) スラッジ：酸化が進むと沈殿物（スラッジ）が生じ，冷却を妨げる。(ｳ) コンサベータ：油の膨張収縮を吸収し空気との接触面を小さくする。ブッフホルツ継電器は内部故障を検出する保護装置である。
17. 次の文章は，変圧器の鉄心材料に関する記述である。 変圧器の鉄心には，鉄にけい素を数%加えたけい素鋼板が用いられる。けい素を加えると透磁率が高く保磁力が小さくなり (ｱ) 損が減少する。また，薄い鋼板を絶縁して積層することにより (ｲ) 損を低減している。 (ｲ) 損は，他の条件が同じであれば板厚の (ｳ) に比例する。 上記の記述中の空白箇所(ｱ)～(ｳ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次のうちから一つ選べ。
(ｱ) ヒステリシス：けい素の添加で保磁力が小さくなり，ヒステリシスループが狭くなってヒステリシス損が減る（抵抗率も増加する）。(ｲ) 渦電流：鋼板を薄くして絶縁し積層すると渦電流の通路が断たれ，渦電流損が減る。(ｳ) 2乗：渦電流損は板厚の2乗に比例するので，板厚を半分にすると約1/4になる。
18. 次の文章は，磁性材料に関する記述である。 アモルファス合金は結晶構造をもたない合金である。けい素鋼板と比べると，アモルファス合金の鉄損は (ｱ) 。また，その飽和磁束密度は (ｲ) 。フェライトは抵抗率が非常に (ｳ) ので，高周波用の磁心に用いられる。 上記の記述中の空白箇所(ｱ)～(ｳ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次のうちから一つ選べ。
(ｱ) 小さい：アモルファス合金は鉄損（特にヒステリシス損）が小さく，配電用変圧器の無負荷損低減に用いられる。(ｲ) 低い：飽和磁束密度がけい素鋼板より低いため，鉄心断面積を大きくする必要がある。(ｳ) 高い：フェライトは酸化物磁性体で抵抗率が非常に高く，高周波でも渦電流損が小さい。
19. 次の文章は，CVケーブルの絶縁体に関する記述である。 CVケーブルの絶縁体には架橋ポリエチレンが用いられる。架橋ポリエチレンは誘電率と誘電正接はともに (ｱ) 。また，架橋によって耐熱性が高まり，導体の常時許容温度は一般に (ｲ) ℃とされる。長期間の使用では，絶縁体内に浸入した水分と電界の作用で生じる (ｳ) による絶縁劣化が問題となる。 上記の記述中の空白箇所(ｱ)～(ｳ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次のうちから一つ選べ。
(ｱ) 小さい：誘電率と誘電正接が小さいので誘電損が少ない。(ｲ) 90：架橋により耐熱性が上がり，CVケーブルの常時許容温度は一般に90 ℃である。75 ℃はCVケーブルの常時許容温度としては低すぎ，誤りである。(ｳ) 水トリー：水分と電界の共存で樹枝状に生じる劣化を水トリーという。電気トリーは高電界による放電で生じる劣化で，水分を要しない。
20. 次の文章は，不純物半導体に関する記述である。 シリコンに5価の元素を微量加えると (ｱ) 形半導体となり，その多数キャリヤは (ｲ) である。また，3価の元素である (ｳ) を微量加えると (ｴ) 形半導体となる。 上記の記述中の空白箇所(ｱ)～(ｴ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次のうちから一つ選べ。
(ｱ) n：5価の元素（リンなど）を加えると余った電子が生じ，n形半導体となる。(ｲ) 電子：n形の多数キャリヤは電子である。(ｳ) ホウ素：ホウ素は3価の元素で，アクセプタとして働く。リンは5価である。(ｴ) p：3価の元素を加えると正孔が生じ，p形半導体となる。
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