令和7年度下期電力問14

磁性材料と鉄損（ヒステリシス損と渦電流損の区別）

電力A問題配点 5点

出典：一般財団法人電気技術者試験センター令和7年度下期第三種電気主任技術者試験電力科目問題（問題文・選択肢は改変せず、公開PDFの該当ページをそのまま掲載しています）

正解

(3)

正解の出典：同センターが公表している解答

解説

誤っているのは(3)。**磁束の周りに起電力が生じて損失になるのは「渦電流損」**であって、ヒステリシス損ではない。

鉄損は2つに分かれる。

**ヒステリシス損** 強磁性体の中の磁区（小さな磁石の集まり）が、交番磁界に合わせて向きを変えるときに生じる損失。向きを変えるのに逆らう力があるので、その分がエネルギーとして失われる。磁界と磁束密度の関係を描いたヒステリシス曲線（B-H曲線）の**囲む面積**が1周あたりの損失で、それに周波数を掛けたものが単位時間あたりの損失になる。

**渦電流損** 変化する磁束が鉄心の中に起電力を生み、鉄心自体が導体なので渦を巻く電流が流れ、抵抗で熱になる。これを減らすには、鉄心を薄い板にして表面を絶縁し、**磁束の方向と平行に積層**する。こうすると渦電流の通り道が細く分断され、損失が減る。

(3)は「磁束の周りに起電力が生じる」という渦電流損の説明に、ヒステリシス損という名前を当てているので誤り。

ほかの記述: (1) 正しい。鉄・ニッケル・コバルトとその合金が代表的な強磁性体。 (2) 正しい。鉄損はヒステリシス損と渦電流損の合計。 (4) 正しい。ヒステリシス損はB-H曲線の囲む面積と周波数に比例する。 (5) 正しい。薄板を絶縁して磁束方向に平行に積層するのが渦電流損の対策。

選択肢ごとの理由

(1)正しい記述。鉄・ニッケル・コバルトとその合金は強磁性体。
(2)正しい記述。鉄損＝ヒステリシス損＋渦電流損。
(3)これが誤り。磁束の周りに起電力が生じて流れるのは渦電流で、これによる損失は渦電流損。
(4)正しい記述。ヒステリシス曲線の面積と周波数に比例する。
(5)正しい記述。薄板を絶縁して磁束方向に平行に積層すると渦電流損が減る。

この論点は、データセンターの現場でこう出てくる

鉄損は、データセンターの電気代に24時間365日効き続ける損失。変圧器の損失は2種類ある。負荷に比例して増える**銅損**（巻線の抵抗損）と、負荷がゼロでも通電しているだけで出る**鉄損（無負荷損）**。DCの変圧器は止めることがないので、鉄損は**年間8,760時間ぶん**そのまま電気代になる。しかも損失は熱なので、その熱を冷やすための空調電力まで追加でかかる。だから変圧器の選定では、購入価格ではなく**生涯コスト（購入費＋損失の電気代）**で比べる。省エネ法のトップランナー基準を満たす高効率変圧器や、鉄心にアモルファス金属（結晶構造を持たない合金）を使った変圧器は、鉄損が従来の数分の1になる。初期費用は高いが、DCのような連続運転の施設では回収できることが多い。もう一つ、**負荷率が低い変圧器は効率が悪い**。DCは将来の増設を見込んで大きめの変圧器を入れがちだが、埋まるまでの数年は鉄損だけが出続ける。段階的に変圧器を増設していく設計にするか、最初から大きく入れるかは、この鉄損と工事費のトレードオフで決める。 PUE（電力使用効率）を改善する施策として、冷却の話ばかりが取り上げられるが、受変電の損失もそこに含まれている。

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