平成28年度 筆記試験 問19 解説 送電線の特性

この問題は、送電における電圧と損失の関係という、電気工学の最も基本的かつ重要な法則を問うています。正解の根拠は「送電損失は電圧の2乗に反比例する」という点にあります。つまり、電圧を上げれば上げるほど損失は激減するため、選択肢ロの「電圧が低いほど送電損失が小さくなる」という記述は明らかに誤りです。

なぜ送電電圧を高くするのか

電力を送る際、送電線には電気抵抗が存在するため、必ず熱となってエネルギーが失われます。この損失電力 $P_l$ は、電流を $I$、電線の抵抗を $r$ とすると $P_l = I^2 r$ で表されます。

ここで、送電電力 $P$ を一定とすると、電圧 $V$ と電流 $I$ の関係は $P = VI$ です。これを電流について解くと $I = P / V$ となります。この式を損失の式に代入すると、$P_l = (P / V)^2 \times r = P^2 r / V^2$ となります。

この数式が示す通り、送電損失は電圧の2乗に反比例します。同じ電力を送るために電圧を2倍にすれば、電流は半分になり、損失は4分の1になります。この法則があるため、長距離の送電線では超高圧送電が採用されているのです。

送電線路で発生する現象と対策

イの「表皮効果」は、交流電流が流れる際、電線の中心付近よりも表面付近に電流が集中する現象です。断面積を大きくしても、中心部はあまり電流が流れないため実効的な抵抗値が下がりきらないという性質があり、大電流を流す際は太い単線よりも細い素線をより合わせたより線や、中空導体が使われる理由となっています。

ハの「ねん架」は、架空送電線路の各相（R, S, T）の配置が電柱や鉄塔によって異なるために生じるインダクタンスや静電容量の不平衡を解消するための措置です。送電線を一定の距離で入れ替えることで、3相全体のバランスを均等に保ち、誘導障害などを防ぎます。

ニの「直流送電」は、交流のようなリアクタンスによる電圧降下や無効電力の損失がありません。また、表皮効果による電流の偏りも発生しません。その一方で、発電所や変電所は交流で稼働しているため、直流送電を行うには交流を直流に変換し、受電端で再び直流を交流に戻す大規模な「交直変換所」が必須となります。

試験対策としての意義

この問題は、単なる知識の暗記ではなく、「なぜそうなるのか」という論理的な背景を理解しているかを試しています。送電損失の計算式を導き出せるようになれば、他の電力工学の問題にも応用が効くようになります。特に、電圧を高くすることが経済性（銅損の抑制）と技術的な合理性に直結しているという事実は、電力系統を理解する上での基礎中の基礎となります。

参考リンク

• 第一種電気工事士試験の試験科目と合格基準
• 送電損失を劇的に減らす「高圧直流送電」の仕組み（Youtube動画）
• 送電線路の電気的特性 - 電気学会公式ページ