電験三種 令和4年度下期 電力 問14｜電気材料・絶縁

変圧器などに使う絶縁油の性質についての空欄補充問題（令和4年度下期 問14）。正答は(2)です。

絶縁油は空気より絶縁破壊電圧が高く、誘電正接が小さい(ｱ)ものを使うことで、油中での発熱(ｲ)を抑えられます。電力用機器の絶縁油として古くから鉱油(ｳ)が一般的に使われてきましたが、より低損失・高信頼性が求められる場合には合成油(ｴ)が採用されます。したがって(ｱ)小さい・(ｲ)発熱・(ｳ)鉱油・(ｴ)合成油となり、正答は(2)です。

誘電正接(tanδ)は、交流電界の中で絶縁材料がどれだけ電気エネルギーを熱として失うかを表す指標です。誘電正接が小さい絶縁油ほど、電界をかけたときに発生する発熱(ｲ)が少なく、絶縁油自体の温度上昇や劣化が抑えられます(ｱ)。したがって絶縁油を選ぶときは、絶縁破壊電圧の高さだけでなく、この誘電正接の小ささも重要な指標になります。

変圧器やOFケーブルに使う絶縁油として、古くから一般的に用いられてきたのは鉱油（石油を精製したもの）です(ｳ)。鉱油は安価で実績も豊富ですが、より優れた低損失性や信頼性が求められる場合には、シリコーン油などの合成油(ｴ)が採用されます。合成油は鉱油より誘電正接が小さく、酸化安定性や耐燃性でも優れる場合がありますが、コストが高いという違いがあります。

以上から(ｱ)小さい・(ｲ)発熱・(ｳ)鉱油・(ｴ)合成油の組合せとなり、正答は(2)です。選択肢1・3は(ｱ)を「大きい」としており、誘電正接が大きいほど発熱は増えるため文意と矛盾します。選択肢4は(ｲ)を「部分放電」としていますが、誘電正接の大小で決まるのは誘電損による発熱であり、部分放電は油中の気泡や電界の集中によって起こる別の現象です。選択肢1・3・5は(ｳ)を「植物油」としており、古くから一般的に用いられてきた鉱油と取り違えています。

誘電正接は、絶縁材料に交流電界をかけたときに生じる誘電体損失（主に絶縁材料分子の分極の遅れによるエネルギー損失）の大きさを表します。絶縁油中の誘電体損失Wは、電界の周波数f・電圧の2乗V²・誘電正接tanδにおおむね比例するため、tanδが小さい油ほど同じ電圧・周波数条件での発熱が少なく、長期間の使用でも油の劣化（酸化・水分増加によるtanδの更なる増加）が進みにくくなります。

鉱油は石油由来の炭化水素の混合物で、絶縁破壊電圧・コストの面で長年実績があり、変圧器やOFケーブルの標準的な絶縁油として広く使われてきました。一方、合成油（シリコーン油、アルキルベンゼンなど）は分子構造を人工的に設計できるため、鉱油より低い誘電正接や、難燃性・低温特性といった特定の性能を持たせることができます。ただし製造コストが高いため、火災リスクの高い設置場所（屋内変圧器など）や、特に高い信頼性が求められる機器に限って採用される傾向があります。

絶縁油の劣化診断では、この誘電正接（tanδ）や絶縁破壊電圧、酸価（酸化の度合い）、水分量を定期的に測定し、油の交換や処理（真空脱水・ろ過など）の判断材料にします。tanδの上昇は、油の酸化や水分混入、スラッジ（劣化生成物）の蓄積といった劣化の進行を示す代表的な指標であり、本問の「誘電正接が小さい絶縁油ほど発熱が少ない」という関係は、こうした実務上の保守管理にも直結する基本事項です。