導電材料と絶縁材料について

本項では、電気機器や電路に使用する材料、導電材料絶縁材料を取り上げます。

導電材料とは電気を通すために用いる材料で、一般的には以下の点を満たしているものが用いられています。

  • 導電率が大きい
  • 機械的強度が大きい
  • 容易に加工できる
  • 低コスト

導電率とは電気の通しやすさを表す数値で、抵抗率の逆数です。
導電率の高い一般的な材料は金属で、主な金属の導電率は下記のような順になります。

銀→銅→金→アルミニウム→マグネシウム→タングステン→亜鉛→ニッケル→鉄→すず→鉛

参考までに主な金属の導電率は下記の通りです。

銀・金は電気を通しやすい金属ですが、導電率の大きさ以外の強度や加工しやすさコストを考慮して、主に導電材料として使用されるのは銅やアルミニウムです。
銅には硬銅線と軟銅線があり、どちらが優秀と言うことはありませんが、強度や加工しやすさを考慮し使用する機器や場所によって使い分けられています。
アルミニウムは銅の半分近い重さなので、導電率は銅に劣りますがその特徴が必要とされる場所で使用されます。

次に絶縁材料について取り上げます。
絶縁材料は電気を絶縁するために使用されもので、下記の性質が要求されます。

  • 絶縁耐力が高い(高電圧でも絶縁状態を保てる)
  • 絶縁抵抗が大きい
  • 誘電体損が少ない(絶縁体のなかで消費される電力が小さい)
  • 比熱、熱伝導率が大きい

特に電気機器の絶縁材料としては、上記の性質に加え耐熱性が優れていることも重要な要素と言えるでしょう。

絶縁材料には気体・液体・固体と様々な材料があり、主なものは下記の通りです。

それぞれの特徴を少し説明します。
気体の絶縁材料は以下のメリットがあります。

  • 軽量
  • 圧力をあげると絶縁耐力も上がる
  • 真空状態を作ると絶縁耐力とアークの消弧性能が高くなる

しかし固体や液体と比較すると、絶縁耐力や冷却性能が劣るというデメリットもあります。

気体の絶縁材料では特に六フッ化硫黄ガスは覚えておくようにしましょう。
六フッ化硫黄ガスは不燃性で安定しており、圧力をあげて使用すると高い絶縁耐力があります。この特徴を生かして、電気機器でも重要なガス遮断機やガス絶縁開閉装置に用いられています。

液体の絶縁材料としては鉱油が用いられます。特徴は絶縁と冷却で兼用されることが多いと言うことです。

固体の絶縁材料のなかでは、架橋ポリエチレンは電力ケーブルや絶縁電線に使用されることが多く、エポキシ樹脂は変圧器やCTで使用されることが多くあります。この二つの材料は電気機器に使用されることが多いので覚えておきましょう。

導電材料と絶縁材料は、働きは逆ですがどちらも電気を使用し安全に管理するには重要かつ基本的な材料です。
次項の磁性材料も合わせた材料の中から出題されているので、よく覚えるようにしましょう。




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