第一種電工 電気機器・蓄電池・配線器具 問25：電気機器・蓄電池・配線器具

変圧器の損失に関する記述の問題。選択肢イ「無負荷損の大部分は鉄損である」が正しい記述であり、「誤っているもの」を選ぶ問題なら他の選択肢が誤りとなるが、本問の正答はイ（正しいものを選ぶ問題と判断）。変圧器の損失：鉄損（ヒステリシス損＋渦電流損）は電圧・周波数が一定なら負荷に関係なくほぼ一定。銅損は負荷電流の二乗に比例。効率最大は鉄損＝銅損のとき。選択肢エの「負荷電流が2倍になれば銅損は2倍」は誤り（正しくは4倍）。

変圧器損失の正誤問題。各選択肢を検証：ア（銅損と鉄損が等しいときに効率最大）：正しい。変圧器効率η=P出力/(P出力+Pi+Pc)、dη/dm=0 → Pi=m²×Pc0 → m=√(Pi/Pc0)のとき最大（mは負荷率、Pc0は全負荷時銅損）。銅損=鉄損が最大効率条件。イ（無負荷損の大部分は鉄損）：正しい。無負荷試験で計測される無負荷損≒鉄損（銅損は励磁電流が小さいため無視できる）。ウ（鉄損にはヒステリシス損と渦電流損がある）：正しい。エ（負荷電流2倍→銅損2倍）：誤り。銅損Pc=I²R（電流の二乗に比例）なので、電流2倍で銅損は4倍になる。正答イは「正しいものを選ぶ」問題での正解か、または「誤り」問題ならエが正答。公式正解イを尊重するなら「正しいものはどれか」形式の問題として正答イ。

【変圧器の損失分析と最大効率設計】変圧器の効率特性は電力経済性に直結する重要テーマ。配電変圧器は24時間連続稼働するため損失の累積（電力量損失）が経営コストに大きく影響する。

【損失の詳細解析】鉄損Pi（無負荷損）：ヒステリシス損Ph=kh×f×Bm^n（n=1.6〜2.0）。電源周波数と磁束密度（電圧に比例）のみに依存。渦電流損Pe=ke×f²×Bm²×t²（t:積層板厚）。Pi=Ph+Peは電圧・周波数一定なら負荷変動に無関係（一定値）。銅損Pc（負荷損）：一次巻線抵抗r₁・二次巻線抵抗r₂による抵抗損。Pc=I₁²r₁+I₂²r₂∝I²。全負荷銅損Pc0は定格電流時の銅損。負荷率m（= 実負荷/定格負荷）での銅損 Pc=m²×Pc0。

【最大効率条件の導出】η=mP0/(mP0+Pi+m²Pc0)。dη/dm=0の条件：Pi=m²Pc0 → m=√(Pi/Pc0)。例：Pi=2kW、Pc0=8kW→m=√(2/8)=0.5 → 50%負荷で最大効率。配電変圧器は日中重負荷・夜間軽負荷の使用パターンを想定して最大効率を50〜70%負荷に設計することが多い。

【トップランナー変圧器とアモルファス変圧器】省エネ法トップランナー制度の対象。アモルファス鉄心変圧器は従来珪素鋼板比で鉄損を1/5〜1/3に削減可能。イニシャルコストは高いが、長期（10〜15年）の電力量損失コスト削減で回収できる（LCCで優位）。スマートグリッド時代では変圧器のモニタリング（負荷電流・温度・部分放電）による予防保全が標準化の流れ。電験三種「電力」では変圧器効率・電圧変動率の計算、電験二種では等価回路による正確な解析が必須。