電験三種電力地中電線路と電気材料｜ケーブル・損失・故障点標定・導電材料・絶縁材料

最終確認：2026年11月11日

電験三種の電力で、地中電線路と電気材料の5つの論点をまとめた辞書です。地中のケーブルと布設の方式、ケーブルの損失と充電容量、故障点の見つけ方と劣化の診断、導電材料と磁性材料、絶縁材料の順に確かめます。

電力の論点：水力発電①｜水力発電②｜火力発電①｜火力発電②｜原子力発電｜新エネルギーと分散型電源｜変電所｜架空送電線路｜送電の特性｜配電｜地中電線路と電気材料｜電力の計算①｜電力の計算②

地中電線路とケーブル ── 流せる電流は熱の逃げやすさで決まり、管路式は小さい
ケーブルの損失と充電容量 ── 損失は熱になり、充電容量は電圧の2乗に比例する
- ケーブルの3つの損失
- 静電容量と充電電流
故障点標定と劣化診断 ── 地絡はブリッジ、断線は静電容量、両方はパルスで測る
- 故障点位置標定の3つの方法
- 絶縁劣化の診断
導電材料と磁性材料 ── 軟銅は導電率が高く、鉄心は薄い板を磁束に沿って重ねる
- 導電材料
- 磁性材料と鉄心
絶縁材料 ── 誘電正接は小さいほどよく、気体のすき間に電界が集まる
まとめ
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参考文献

地中電線路とケーブル ── 流せる電流は熱の逃げやすさで決まり、管路式は小さい

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地中電線路が流せる電流（許容電流）は、ケーブルの熱がどれだけ逃げるかで決まります。布設方式は、土に埋める直接埋設式、管にケーブルを通す管路式、トンネルの棚に載せる暗きょ式の3つです。直接埋設式は熱が周りの土へ逃げ、暗きょ式は換気で空気に逃げるので、許容電流が大きくなります。管路式は、管の中に熱がこもります。

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管路式は、ケーブルの条数が増えるほど許容電流が下がります。管の中でケーブルどうしが近くなり、隣の熱を受けて逃げにくくなるためです。多くの条数を通して送れる量が足りなくなったら、放熱のよい暗きょ式を選びます。

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よくある誤り	正しくは
管路式は熱が逃げやすく、ケーブルの条数を増やしても送れる量は減りにくい	管の中に熱がこもる。条数が増えると許容電流が下がる。熱が逃げやすいのは直接埋設式と暗きょ式
直接埋設式は安く早いうえ、増設や事故の復旧もしやすい	安く早いのは正しい。増設・引替え・復旧は掘り返すので難しい
事故で絶縁が破れても、地中のケーブルは自然に絶縁が戻ることが多い	自然に戻るのは、空気で絶縁する架空線。固体や油で絶縁するケーブルは戻らない
OFケーブルには、油の通り道（油通路）が要らない	油通路が要る。給油設備で、油に大気圧より高い圧力をかけ続ける

架空電線路と比べた地中電線路

比べる点	地中電線路（架空と比べて）
建設費	高い。それでも都市部では、用地・保安・景観の点から選ばれる
雨・風・雷や接触	影響を受けにくく、信頼度が高い
通信線への誘導障害	小さい（3線が近く、磁束が打ち消し合う。遮へい層もある）
故障点の発見と復旧	地中で目に見えないので難しい
送電容量	熱が逃げにくく、温度が上がりやすいので小さくなる
線路定数	インダクタンスは小さく、静電容量は大きい。充電電流が大きい
考える損失	誘電体損とシース損がある。コロナ損は考えない（コロナ損は架空線）
事故の後の絶縁	自然には戻らない

あわせて知っておくこと（地中電線路とケーブル）

地中電線路は、電力ケーブル、それを通す管路、引入れや接続のためのマンホール、地上に置く変圧器などで組み立てます。
地中に埋める送電線路には、ケーブルしか使えません。裸電線や絶縁電線は使いません。
ケーブルは、導体を絶縁体で包み、その外に遮へいの金属テープ、いちばん外にシース（保護の被覆）を重ねた電線です。
ケーブルの損失は、導体の抵抗損とシース損が電流に、誘電体損が電圧に比例する形で生じます。誘電体損は、絶縁体に流れる電圧と同じ位相の電流成分が起こす損失です。
CVはOFより比誘電率と熱抵抗率が小さく、許容温度が高いので、送電容量の面で有利です。

ケーブルの種類

種類	絶縁体	特徴
OFケーブル（おーえふけーぶる）	絶縁紙に絶縁油を染み込ませた油浸紙	油通路と給油設備が要る。油の圧力でボイド（気泡）を防ぐ。油圧を常に見て漏油を見つける。高低差の大きい所には使えない
POFケーブル	油浸紙の心3本を防食鋼管に入れ、高い圧力の油で満たす	地盤沈下や外傷に強く、電磁的な遮へいの効果も高い
CVケーブル（しーぶいけーぶる）	架橋ポリエチレン	給油設備が要らず保守が楽。誘電体損と充電電流が小さく、許容温度が高い。弱点は水トリー
CVTケーブル	単心のCVを3本より合わせた形（トリプレックス形）	3心共通シース形より熱が逃げやすく、許容電流が大きい。曲げやすく、接続の作業もしやすい

項目	OFケーブル	CVケーブル
給油設備	要る	要らない
高低差の大きい所	使えない	使える
最高許容温度	80 ℃	90 ℃
誘電正接・比誘電率	大きい	小さい
許容電流・送電容量	小さい	大きい

架橋（かきょう）は、ポリエチレンの分子どうしを結んで網の目の形にする処理です。上がるのは耐熱性（熱で変形しにくい性質）で、熱可塑性ではありません。
水トリー（みずとりー）は、CVの絶縁体に入りこんだ水分が、木の枝のような劣化を育てて絶縁を弱める現象です。防ぐために、金属シースや遮水層を付けることがあります。
誘電体損は、紙と油のOFより、架橋ポリエチレンのCVのほうが小さくなります。比べる向きを逆にした文に気をつけます。
工事と保守が楽なので、いま多く使われているのはCVです。高圧ケーブルの主体も架橋ポリエチレンです。
3心共通シース形は、3本の心を介在物で固めて1つのシースで包んだ形です。熱がこもりやすく、曲げにくくなります。

布設方式

項目	直接埋設式	管路式	暗きょ式
つくり	トラフなどの防護物に入れて埋める	管路とマンホールを先に造り、ケーブルを引き入れる	洞道（トンネル）の棚などに載せる。共同溝も含む
工事費・工期	安い・短い	中くらい	高い・長い
外傷	受けやすい	受けにくい	受けにくい
保守点検・増設・事故の復旧	難しい（掘り返す）	しやすい（マンホールで作業）	しやすい（人が中に入れる）
熱の逃げやすさ・許容電流	よい・大きい	悪い・小さい	よい・大きい（換気できる）
向く条数	少ない	多い（熱に注意）	多い

許容電流は、一般に直接埋設式＞暗きょ式＞管路式の順に大きくなります。暗きょ式は換気ができ、保守もしやすいので、放熱と保守の両面ではいちばん優れた方式とされます。
ケーブルどうしの間が狭いほど、また条数が多いほど、隣の熱を受けて放熱が悪くなります。
管路式に多くのケーブルを入れて送れる量が足りなくなるときは、放熱のよい暗きょ式を選びます。
直接埋設式でも、ケーブルはコンクリートのトラフなどに収めてから埋めます。

地中配電の機器

機器	中身
高圧ケーブル	主体は架橋ポリエチレン（CV）
終端接続材料のがい管	磁器製のほか、EPゴムやエポキシなどの樹脂製もある
開閉器	地中配電でも、ガス絶縁の方式（ガス開閉器など）を使う
供給用配電箱	開閉器などを収める。需要家へ送る変圧器は入っていない
地中変圧器（直埋変圧器）	変圧器を置く孔を地下に造るので、設置の費用がかさむ

ケーブルの損失と充電容量 ── 損失は熱になり、充電容量は電圧の2乗に比例する

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ケーブルの損失は3つあり、どれも熱になります。導体の抵抗損、絶縁体の誘電体損、金属シースに生じるシース損です。このうち抵抗損が、いちばん大きな損失です。まず抵抗損は電流の2乗に比例するので、電流が2倍になれば4倍になります。

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交流では、電流が導体の表面に集まるため、実効抵抗が直流より大きくなります。この現象が表皮効果で、断面積が大きいほど、周波数が高いほど目立ちます。使える断面が減るので抵抗が増え、発熱が増えて許容電流は下がります。

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誘電体損は、絶縁体の誘電率と誘電正接に比例し、絶縁体が劣化すると増えます。誘電正接は小さいほど損失の少ない絶縁体で、電圧の2乗にも比例します。OFケーブルよりCVケーブルのほうが、誘電体損は小さくなります。

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ケーブルはコンデンサなので、受電端を開いても充電電流が流れ、三相の充電容量は電圧の2乗に比例します。線間電圧 V を使うと Q＝ωCV² で、電圧を2倍にすると充電電流は2倍、充電容量は4倍です。1線の静電容量 C は、1 kmあたりの値にこう長を掛けて出します。

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よくある誤り	正しくは
交流の実効抵抗は、表皮効果と近接効果で直流より小さくなる	大きくなる。電流が導体の一部に偏り、使える断面が減るため
導電率の高い金属シースを使うと、渦電流損が減る	増える。渦電流が流れやすくなるため。減らすには、導電率の低い（抵抗率の高い）シースにする
表皮効果の大きい導体を使えば、抵抗が下がって許容電流が増える	表皮効果は交流の抵抗を増やす。発熱が増え、許容電流は下がる
三相の充電容量は、線間電圧を3ωCE²のEに入れて求める	3ωCE²のEは相電圧。線間電圧Vで書くとωCV²。線間電圧を入れると3倍の値になる

絶縁体で生じる誘電体損を求める式です。

P = ω C V^{2} \tan δ = 2 π f C V^{2} \tan δ

P：誘電体損〔W〕　ω：角周波数〔rad/s〕　f：周波数〔Hz〕　C：ケーブル（1線）の静電容量〔F〕　V：電圧〔V〕（三相の3線分を求めるときは線間電圧）　tanδ：誘電正接

1線の静電容量が2 μF、線間電圧が11 kV、50 Hz、誘電正接が0.2 %なら、三相で約 152 W です（60 Hz なら約182 W）。電圧が2倍になれば、誘電体損は4倍です。

受電端を開いた状態でケーブルに流れる充電電流と、三相の充電容量を求める式です。

I_{C} = \frac{ω C V}{\sqrt{3}}

Q = \sqrt{3} V I_{C} = ω C V^{2} = 2 π f C V^{2}

I_C：無負荷充電電流（1線）〔A〕　Q：三相の無負荷充電容量〔var〕　V：線間電圧〔V〕　C：1線あたりの静電容量〔F〕　ω：角周波数（2πf）〔rad/s〕　f：周波数〔Hz〕

1 km あたり0.3 μF のケーブルが3 km あれば C は0.9 μF です。このケーブルを50 Hz、線間電圧22 kV で充電すると、充電電流は約 3.6 A、三相の充電容量は約 137 kvar です。静電容量が1 km あたりの値で与えられたときは、こう長を掛けてから式に入れます。

ケーブルの3つの損失

損失	出る場所	原因	減らし方
抵抗損（ていこうそん）	導体	導体の抵抗と電流（I²R）。電流の2乗に比例し、3つの中でいちばん大きい	導体を太くする。導電率の大きい材料を使う。分割導体・素線絶縁導体で表皮効果を抑える
誘電体損（ゆうでんたいそん）	絶縁体	電圧と同じ位相で絶縁体をわずかに流れる電流	誘電率と誘電正接の小さい絶縁体を使う
シース損のうち渦電流損	金属シース	シースの円周の向きに回る誘導電流	導電率の低いシース材にする。シースを薄くする
シース損のうちシース回路損	金属シース	シースの長手（軸）の向きに流れる誘導電流	クロスボンド接地方式にする

3つの損失はどれも熱になり、ケーブルの温度を上げます。許容電流は、導体の温度が絶縁体の許す最高温度を超えない範囲の電流です。
許容電流は、発熱と、周りの熱抵抗・温度で決まります。上げるには、発熱を減らす、熱を逃がしやすくする（熱抵抗を小さく、条数を少なく）、熱に強い絶縁材料を使う、のどれかです。
表皮効果（ひょうひこうか）は、交流の電流が導体の表面に集まる現象です。断面積が大きいほど、周波数が高いほど目立ちます。
近接効果（きんせつこうか）は、隣の導体の電流のせいで電流の分布が偏る現象です。相の間が近いほど大きく、離すと小さくなります。
導体の抵抗は、温度が上がるにつれて大きくなります。
誘電体損は、誘電率と誘電正接の積に比例し（静電容量が誘電率に比例するため）、電圧の2乗にも比例します。絶縁体が劣化すると大きくなります。
誘電正接（ゆうでんせいせつ、tanδ）は、絶縁体を流れる電流のうち、電圧と同じ位相の分を、90°進んだ分で割った比です。小さいほど損失が少ない絶縁体です。
クロスボンド接地方式は、接続箱で各相のシースを別の相のシースへつなぎ替え、シースに生じる電圧と電流を打ち消し合わせる方式です。
シース損は単心ケーブルで出ます。3心をまとめたケーブルや、3本をより合わせたCVTでは、3相の電流の磁界が近くで打ち消し合うので、シース損はごく小さくなります。ビニルのシースには出ません。

静電容量と充電電流

ケーブルは、導体と遮へい層の間を絶縁体で隔てたコンデンサです。架空線と比べると、静電容量はかなり大きく、インダクタンスは小さくなります。
静電容量は、絶縁体の誘電率に比例します。絶縁が薄く導体と遮へい層が近いことも、ケーブルの静電容量を大きくします。
受電端を開いた（負荷のない）状態でも、電圧より90°進んだ充電電流が流れます。長いケーブルでは、受電端の電圧が上がるフェランチ効果も起きやすくなります。
充電電流は周波数・静電容量・電圧に比例し、充電容量は電圧の2乗に比例します。電圧を2倍にすると、充電容量は4倍です。
電線と大地の間の容量を対地静電容量、電線どうしの間の容量を線間静電容量といいます。
三心を一括して大地との間に電圧を加えると、心線どうしは同電位なので、線間静電容量には電流が流れず、対地静電容量だけが充電されます。
一心だけに電圧を加え、ほかの二心を接地（金属シースと同電位）すると、その一心が見る静電容量は、対地静電容量と二つの線間静電容量の和（Ce＋2Cm）です。
三相の平衡電圧を加えると、線間静電容量は3倍の値で対地側に置き換えられ（Δ形をY形にする換算）、1線あたり Ce＋3Cm の静電容量で充電されます。

故障点標定と劣化診断 ── 地絡はブリッジ、断線は静電容量、両方はパルスで測る

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地中のケーブルは目で故障点を探せないので、電気的な方法で故障点までの距離を出します。地絡にはマーレーループ法、地絡・短絡・断線のどれにもパルスレーダ法、断線には静電容量測定法を使います。マーレーループ法は、故障したケーブルと健全なケーブルを先の端でつなぎ、ブリッジの針が0になる目盛を読みます。

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故障点が遠いほど、ブリッジがつり合う目盛 a は大きくなります。故障点から先の長さ（図の L − x）に健全なケーブルを戻る L を足したものが 2L − x です。ブリッジの向かい合う辺の積を等しくおくと、x（1 000−a）＝a（2L−x）となり、x＝aL/500 が出ます。例えばこう長 L＝2 km で a＝300 なら、x＝300×2÷500＝1.2 km です。

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パルスレーダ法は、送ったパルスが故障点で反射して戻るまでの時間から、距離を出します。パルスの伝わる速さを v、往復の時間を t とすると、行って戻る道のりは vt なので、故障点までの距離は x＝vt/2 です。ケーブルの中の速さは約160〜170 m/μs で、往復なので 2 で割ります。

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断線のときは、静電容量が長さに比例することを使います。断線した心の静電容量 Cx と健全な心の静電容量 C の比が、断線点までの長さ x とこう長 L の比に等しくなり、x＝L Cx/C です。

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よくある誤り	正しくは
断線事故も、静電容量測定法のほかにマーレーループ法で探せる	マーレーループ法は、電流の輪ができる地絡のときだけ。断線には静電容量測定法とパルスレーダ法
マーレーループ法で距離を出すには、1 mあたりの導体抵抗が要る	要るのは、ブリッジの目盛の読みと、ケーブルの長さ（こう長）
マーレーループ法は、故障点の地絡抵抗が高いほど精度がよい	低いほどよい。高いとブリッジにかかる電圧が下がり、検流計の振れが小さくなって釣り合いを見分けにくい
マーレーループ法は、ケーブルの絶縁劣化の診断にも使う	故障点を探す方法。劣化の診断には、直流漏れ電流・部分放電・誘電正接などを測る

地中ケーブルの地絡事故で、ブリッジが釣り合ったときの目盛の読みから、故障点までの距離を求める式です。

x = \frac{a L}{500}

マーレーループ法　x：故障点までの距離〔m〕　L：ケーブルの長さ（こう長）〔m〕　a：ブリッジが釣り合ったときの目盛の読み（全目盛1 000）

こう長が1 500 m で、目盛が400 のときにブリッジが釣り合ったなら、故障点までの距離は 1 200 m です。

パルスを送ってから反射が戻るまでの時間から、故障点までの距離を求める式です。

x = \frac{v t}{2}

パルスレーダ法　x：故障点までの距離〔m〕　v：パルスの伝わる速さ〔m/μs〕　t：パルスを送ってから反射が戻るまでの時間〔μs〕

パルスの速さが160 m/μs で、反射が戻るまでに10 μs かかったなら、故障点までの距離は 800 m です。

断線したケーブルの静電容量の測定値から、断線点までの距離を求める式です。

x = \frac{C_{x}}{C} L

静電容量測定法　x：故障点までの距離〔m〕　C_x：故障したケーブルの静電容量〔μF〕　C：故障していないケーブルの静電容量〔μF〕　L：ケーブルの長さ〔m〕

こう長が1 000 m、健全な心の静電容量が0.30 μF、断線した心が0.12 μF なら、断線点までの距離は 400 m です。

故障点位置標定の3つの方法

方法	使う原理	使える事故	読みのほかに要るもの
マーレーループ法	ホイートストンブリッジの平衡	地絡（並行する健全なケーブルが要る）	こう長
パルスレーダ法	送ったパルスが故障点で反射して戻るまでの時間	地絡・短絡・断線のどれも	パルスの伝わる速さ
静電容量測定法	ケーブルの静電容量が長さに比例すること	断線	こう長

地中のケーブルは目で故障点を探せないので、電気的に故障点までの距離を出します（故障点位置標定）。早く復旧させるために行います。
マーレーループ法では、故障したケーブルと、並べて敷いた同じ長さの健全なケーブルの導体どうしを、装置と反対側の端でつなぎます。
パルスレーダ法は、健全な部分と故障点で特性（サージインピーダンス）が違うことを使います。健全なケーブルは要りませんが、波形を読むには慣れが要ります。
ケーブルの中をパルスが伝わる速さは、約160〜170 m/μsです。測る時間は往復なので、2で割ります。
静電容量測定法は、断線した心の静電容量と、健全な心の静電容量の比から、断線点までの長さを出します。

絶縁劣化の診断

方法	見るもの
直流漏れ電流測定（直流高電圧法）	直流の高い電圧をかけたときの漏れ電流の大きさと、時間がたつにつれての変わり方
部分放電法	高い電圧をかけたときに、部分放電が起きるかどうか（傷や亀裂があると起きる）
誘電正接法（tanδ法）	交流の電圧をかけたときの誘電正接（シェーリングブリッジなどで測る）。劣化すると大きくなる
絶縁油中ガス分析法	OFケーブルの絶縁油の成分。油を使わないCVには使わない

地中のケーブルは、年月による劣化や水トリーなどで絶縁の性能が落ちます。
水トリーは、CVの絶縁体の中に入った水分や異物が年月をかけて広がり、絶縁の劣化から破壊へ進む現象です。

関連：ブリッジの平衡｜ケーブルの損失と充電容量｜地中電線路とケーブル｜絶縁材料

導電材料と磁性材料 ── 軟銅は導電率が高く、鉄心は薄い板を磁束に沿って重ねる

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軟銅は柔らかく導電率が高く、硬銅は導電率が少し低い代わりに強い材料です。硬銅を加熱してゆっくり冷やす焼きなましをすると、軟銅になります。軟銅はケーブルの導体に、強さが要る硬銅は架空電線に使います。

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アルミは、同じ抵抗にすると銅より太くなりますが、軽いので重さは約半分です。純アルミの導電率は純銅の約2/3、比重は約1/3として、断面積は3/2倍、重さは3/2×1/3＝1/2倍です。架空送電線には、鋼の芯で強さを、周りのアルミで電気を通す鋼心アルミより線を使います。

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鉄心は、表面を絶縁した薄いけい素鋼板を、板の面を磁束に沿わせて重ねます。渦電流は磁束を囲んで回るので、板と板の間の絶縁で輪が切れ、渦電流損が減ります。同じ体積なら、ヒステリシス損はほとんど変わりません。

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よくある誤り	正しくは
軟銅は硬銅より柔らかい分、導電率も低い	導電率は軟銅のほうが高い。硬銅は引張強さが大きい代わりに、導電率が少し低い
硬銅線は曲げにくいので、電線の導体には使わない	引張強さが大きいので、架空電線に使う。ケーブルの導体は軟銅
鋼心アルミより線は、鋼の周りに軟アルミ線をより合わせる	周りは硬アルミ線
積層鉄心は、板の厚さの向きと磁束の向きをそろえると渦電流損が減る	磁束が板の面に沿う（厚さの向きと直角）ときに減る

電線や導体の抵抗は、材料の抵抗率（または導電率）、長さ、断面積から決まります。

R = \frac{ρ ℓ}{A} = \frac{ℓ}{σ A}

R：抵抗〔Ω〕　ρ：抵抗率〔Ω·mm²/m〕　σ：導電率（ρの逆数）〔S·m/mm²〕　ℓ：長さ〔m〕　A：断面積〔mm²〕

長さ1 km、断面積100 mm²の標準軟銅線なら、ρ＝1/58 Ω·mm²/m を代入して、R＝(1/58)×1000÷100≒0.17 Ω です。同じ長さ・同じ抵抗にそろえると、導電率が2/3倍の材料は断面積が3/2倍で足ります。

導電材料

材料	パーセント導電率	特徴
銀	106 %	銅より電気を通すが高価
標準軟銅	100 %（基準）	柔らかく曲げやすい（可とう性）
硬銅	97 %	引張強さが大きい
硬アルミニウム	61 %	銅の約1/3の比重で、軽い

項目	硬銅	軟銅
つくり方	常温で引き伸ばす	硬銅を焼きなます
引張強さ	大きい	小さい
導電率	少し低い	高い
伸び・可とう性	劣る	優れる
おもな使い道	架空電線	地中ケーブルの導体、屋内の電線

導電材料には、導電率と引張強さが大きいこと、質量と線熱膨張率が小さいこと、加工と接続がしやすくさびにくいこと、資源が多く安いことが求められます。
標準軟銅は、20 ℃での抵抗率が1/58 Ω·mm²/mの軟銅です。各金属の導電率を、これを100 %とした百分率（パーセント導電率）で表します。
20 ℃で銅より導電率の高い金属は、銀だけです。
導電率は、温度が上がるほど、不純物が多いほど下がります。同じ金属の合金にすると、導電率は下がり、引張強さは上がります。
電線の銅には、電気分解で精製した純度の高い銅を使います。不純物が混じると導電率が大きく下がるためです。
焼きなましは、加熱してからゆっくり冷やし、柔らかくする処理です。引張強さは下がり、導電率は上がります。
鋼心アルミより線は、亜鉛めっき鋼より線を芯にし、周りに硬アルミ線をより合わせた架空送電線です。強さは鋼が、電気を通す役と軽さはアルミが受け持ちます。
アルミは電気を通しにくい分、同じ抵抗にそろえると線が太くなります。それでも軽いので、同じ抵抗・同じ長さなら銅の約半分の重さで済みます。

磁性材料と鉄心

鉄損	原因	大きさ	減らし方
ヒステリシス損	磁化の向きを交互に入れ替えるときに失うエネルギー	周波数と、ヒステリシス曲線が囲む面積に比例	保磁力と残留磁気の小さい材料（けい素鋼・アモルファス合金）
渦電流損	磁束の変化で鉄心の中に起電力が生じ、磁束を囲んで渦のように流れる電流	板の厚さの2乗に比例	表面を絶縁した薄い板を、磁束に沿って重ねる。けい素を加えて抵抗率を上げる

項目	けい素鋼	アモルファス合金
原子の並び	規則正しい結晶	規則性のない非結晶（非晶質）
鉄損	大きい	とても小さい
価格	安い	高い
加工性	よい	悪い（硬い）
同じ容量の変圧器	小さく軽い	磁束密度を高くできず、大形で重い

鉄・ニッケル・コバルトとその合金は、強磁性体です。
鉄心に向く材料（磁心材料）は、保磁力と残留磁気が小さく、透磁率と飽和磁束密度が大きいものです。渦電流を抑えるため、抵抗率も大きいほうがよい材料です。
永久磁石に向く材料（磁石材料）は逆で、保磁力と残留磁気が大きいものです。
鉄にけい素を加えると、抵抗率と透磁率が上がり、保磁力と飽和磁束密度は下がります。けい素が多すぎると、加工性と機械的な強さが落ちます。
純鉄や炭素の少ない鋼は、磁気の性質はよいのですが、抵抗が小さく渦電流損が大きいので、交流の鉄心には向きません。
渦電流は磁束を囲んで回るので、板の面を磁束に沿わせると、板と板の間の絶縁で輪が切れます。同じ体積なら、薄い板を重ねてもヒステリシス損はほとんど変わらず、減るのは渦電流損です。
ヒステリシス損と渦電流損を合わせて鉄損といい、交流の磁界で鉄心が熱を持つ原因です。ヒステリシス損は周波数に比例し、渦電流損は周波数の2乗に比例します。
アモルファス合金は、溶けた状態から急に冷やして作る薄い帯です。巻鉄心にして、柱上変圧器などに使います。

絶縁材料 ── 誘電正接は小さいほどよく、気体のすき間に電界が集まる

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絶縁材料は、誘電正接 tanδ が小さいほどよい材料です。電圧を加えると、充電電流のほかに、熱になる損失分の電流も少し流れます。損失分と充電電流の比が tanδ で、小さいほど誘電損（熱）が小さくなります。

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固体絶縁体の中の気体のすき間（ボイド）には、電界が集まり、先に部分放電が起きます。電界の強さは誘電率に反比例し、気体は固体より誘電率が小さいためです。気体は絶縁破壊の強さも低いので、固体がまだ耐えている電圧でも、すき間の中だけが放電します。

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耐熱クラスは、絶縁材料が使える温度の上限を区分したものです。Y種90℃、A種105℃、E種120℃、B種130℃、F種155℃、H種180℃の順に上がり、上限を超えて使うと絶縁耐力が下がり、劣化が進みます。

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よくある誤り	正しくは
ボイドで電界が強まるのは、気体の抵抗率と誘電率がどちらも低いから	理由は誘電率が低いこと。気体の抵抗率は、液体や固体よりむしろ高い
SF₆ガスは、オゾン層を壊す影響が大きい	オゾン層への影響は無視できる。大きいのは地球温暖化への影響
SF₆ガスを使うと、遮断のときにアークが出ない	アークは出る。SF₆は、出たアークをすばやく消す（消弧能力が高い）
絶縁油は、冷却のために粘度が高いほうがよい	対流で熱を運ぶので、粘度は低いほうがよい

気体・液体・固体の絶縁材料

形	おもな材料	性質
気体	乾燥空気・窒素・水素・SF₆など	抵抗率は高いが、絶縁破壊の強さは低い。圧力を上げるか、真空にすると強くなる。一時的に放電しても絶縁が自然に戻る
液体	絶縁油（鉱油・合成油・植物油）	絶縁と冷却を兼ねる。圧力をかけても絶縁耐力はほとんど変わらない
固体	架橋ポリエチレン・油浸紙・ビニル・ゴム・磁器など	絶縁耐力の高いものが多い。熱・電気・機械・化学の原因で劣化する

絶縁材料には、絶縁抵抗が大きいこと、絶縁耐力と耐熱性が高いこと、誘電損が小さいことが求められます。液体と固体は、劣化しにくく放熱がよいこと、液体はさらに粘度が低いことも求められます。
絶縁耐力は、絶縁破壊を起こさずに耐えられる限界の電圧や電界の強さです。材料に含まれる水分が少ないほど高くなります。
絶縁材料が使える温度の上限を許容最高温度といい、その区分を耐熱クラス（Y種90 ℃、A種105 ℃など）といいます。
多くの絶縁材料は、温度が高く使う時間が長いほど、絶縁耐力が下がり、誘電損が増えます。
劣化の原因には、熱・電気・機械的な力のほか、化学薬品・放射線・紫外線・水分もあります。

SF₆ガス

項目	性質
色・におい・毒・燃えやすさ	無色・無臭・無毒・不燃。特有のにおいは無い
重さ	空気より重い（比重は空気の約5倍）
絶縁の強さ	同じ圧力の空気より高い（平等電界で約3倍）。圧力を上げるとさらに高くなる
消弧能力	空気より優れる。出たアークを速く消す
化学的な性質	安定で、ほかの物と反応しにくい
誘電率・誘電正接	どちらも小さく、誘電損が小さい
環境への影響	オゾン層への影響は無視できる。温暖化への影響は、同じ質量の二酸化炭素よりはるかに大きい
使い道	ガス遮断器、ガス絶縁開閉装置（GIS）、ガス絶縁変圧器。変電所を小さくできる

絶縁油

性質	よいもの	理由
誘電正接	小さい（変圧器・ケーブル・コンデンサのどれでも）	誘電損が少なく、油の中の発熱を抑えられる
粘度・熱膨張率	小さい	よく流れて熱を運ぶ
比熱・熱伝導率	大きい	熱を受け取り、伝えやすい

絶縁油の絶縁破壊電圧は、同じ圧力の空気より高くなります。誘電正接が小さい油を使うと、油の中の発熱を抑えられます。
絶縁油は、変圧器・コンデンサ・電力ケーブル（OF）に使い、機器の中を絶縁するとともに、流れて熱を外へ運びます。
電力用の絶縁油には、古くから石油からつくる鉱油が使われてきました。鉱油は、水分の混入や酸化で劣化し、燃えやすいのが弱点です。
難燃性や低損失性、信頼性がより求められる所には、鉱油の欠点を改善した合成油を使います。環境への配慮から、植物油も使われています。
水分や不純物が入ると絶縁性能が大きく落ち、部分放電で分解ガスが出ることがあります。採った油の水分量やガスを調べると、劣化や機器の異常が分かります。

ボイドと部分放電

絶縁物	比誘電率のおよその値
気体（空気・水素・SF₆）	ほぼ1
架橋ポリエチレン（CVの絶縁体）	約2.3
絶縁紙（OFの絶縁体）	約3.4〜3.7

ボイド（空げき）は、固体の絶縁体の中にできた小さなすき間で、中は気体です。
電界の強さは誘電率に反比例します。電界の向きに層が重なると、誘電率の小さい層に電界が集まります。気体は固体より誘電率が小さいので、ボイドの電界が強くなります。
気体は固体より絶縁破壊の強さが低いので、固体がまだ耐えている電圧でも、ボイドの中だけが先に放電します。これが部分放電（ボイド放電）です。
部分放電は、すぐに絶縁破壊を起こさなくても、長い間くり返すと絶縁破壊に至ることがあります。
熱や電界、機械的な力が長く加わると、固体の中に新しく小さなボイドができ、部分放電の元になることがあります。表面の部分放電が内部へ進むこともあります。

あわせて知っておくこと（絶縁材料）

架橋ポリエチレンは、ポリエチレンの分子を架橋反応で立体の網目状につないだ絶縁体で、ポリエチレンのよい絶縁特性に、熱で変形しにくい性質（耐熱変形性）を加えています。OFの油浸紙は、大気圧より高い油圧で絶縁破壊の強さを保ちます。
がいしは、磁器・ガラス・ポリマの3種類があり、日本では磁器が主流です。軽く衝撃に強いポリマがいし（ガラス繊維強化プラスチックの芯を、笠の付いたポリマの外被で包む）も増えています。

まとめ

地中のケーブルは熱がこもりやすく、管路式は条数が増えると許容電流が下がります。損失はどれも熱になり、充電容量は電圧の2乗に比例します。
故障点までの距離は、地絡ならマーレーループ法、断線なら静電容量測定法、どちらでもパルスレーダ法で出します。劣化は漏れ電流・部分放電・誘電正接で見ます。
軟銅は導電率が高く、鉄心は薄い板を磁束に沿って重ねます。絶縁材料は誘電正接が小さいほどよく、誘電率の小さいボイドに電界が集まります。

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参考文献

『みんなが欲しかった！電験三種電力の教科書＆問題集』TAC出版 CH08 地中電線路の章（ケーブルの種類、布設方式、ケーブルの損失、地中電線路の診断）、CH09 電気材料の章（導電材料、磁性材料、絶縁材料）、送電線路の無負荷充電電流の節
『電験3種過去問マスタ電力の20年間』2026年版電気書院地中送電、電気材料（導電材料・磁性材料・絶縁材料）
第三種電気主任技術者試験電力問題（電気技術者試験センター）平成28年度・平成29年度・平成30年度・令和元年度・令和2年度・令和3年度・令和4年度上期・令和4年度下期・令和5年度上期・令和5年度下期・令和6年度上期・令和6年度下期・令和7年度上期・令和7年度下期・令和8年度上期

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