●第1章 どんなものが電線材料となっているのか

合は、多数の金属イオンが空間内で規則正しく分布価電子を自由電子と呼びます。このように、金属結にも公平に所属した形になっています。このようなその原子が結合した結晶全体に広がり、どのイオンすが、価電子の一部は特定の原子には局在せずに、有結合と同様に価電子を共有した形で結合していま造をとっています。また、金属結合の面からは、共金属を組成で見ると、面心立法構造などの基本構使われるものであるため、価格が安いことが重要ななります。一方、電線は社会の中で広くかつ多量に素と衝突する確率は上がりますので、抵抗値は高く属元素の振動が激しくなりますから、電子が金属元ものを左頁に示します。なお、温度が上がると、金０℃における抵抗値が小さいものから順に表にしたその抵抗値が低いものが適しています。金属元素で、の抵抗値を持っています。電線に使う場合には、当然、が電気抵抗になります。ですから、金属元素は特有電力損失を少なく安く送る条件し、その中を自由電子が自由に動き回れるようにな条件となります。一般的に、地球上に多く存在して＋−− 電子

金属元素の電気抵抗（0℃）●電線材料は低抵抗（高導電率）でなければならない●電線材料は廉価でなければならない

電気を長距離に大量に送るためにった結合をいいます。
この金属材料に電圧をかけると、頁に代表的な金属元素のクラーク数を示します。

いる金属元素であれば価格は安くなりますので、左２０２０年の金属の１キログラム当たりの価格を

自由電子はマイナス極からプラス極に向かって移動を電子が動いていきますが、金属格子を形成する金調査すると、金は５百万円程度ですが、銀は４万円

13＋BOXします。その際に、導体を形成する金属格子のなか属イオンはただじっとしているわけではなく振動し11.5注）
クラーク数：地球表層部に存在する元素の割合を質量％で表したもの

程度、銅は５百円程度、アルミニウムは２百円程度

スズ

5 ×10－717

金8.9

1 ×10－5鉄銀25

1.5×10－36.2鉛
ニッケル

4 ×10－328

スズ
5.5

4 ×10－3亜鉛

亜鉛
620.012.500.01
アルミニウム

銅76

ニッケル
2.050.09
金0.46100

マンガン1.55

チタン
銅

1.931054.701.47

鉄
銀

クラーク数7.56
導電率*1（％）

元素

体積抵抗率（10－8Ω・m）

アルミニウム元素

主な金属元素のクラーク数ています。ですから、移動している電子は金属イオ

11−＋要点10となっていますので、銅やアルミニウムが電線材料

aの候補となります。

＋ 金属イオン

げられますので、電子の流れが阻害されます。それ

拡大図ンと衝突してしまいます。衝突した電子は進行が妨

aa＋＋＋＋＋＋＋＋

導体
電流の流れ

−−
電子の流れ

＋

電子と金属イオンの衝突
多い
抵抗大＋＋＋
衝突＋＋

マグネシウム*1：銅の導電率を100％としたときの比率1電気の流れと電子の流れ
面心立法構造●第1章 どんなものが電線材料となっているのか

電線材料が持つべき特性れを可能とするためには、細線加工に耐えられる粘長い線状になるための条件は？

電線には、離れた場所に電力や情報を送るという架空に張られた電線やケーブルは、架設された場性も求められます。

かつ長く加工できなければなりません。また、電線所の自然環境にさらされますので、風雨、積雪、太基本的な目的があります。そのため、線材は、細くやケーブルを布設する場合には、長手方向に引っ張耐久性が求められます。具体的には、海岸付近に架設される電線には、潮風による塩害に耐えられるだ陽光、温度変化などの自然環境に適用できるだけの強度も求められます。さらに、ケーブルとして地中けの対候性が求められます。また、温度についても、自重による引張力も働きますので、引張力に対するに埋設される場合には、条件によって、径方向から地域によっては、季節や昼夜の温度差が大きな場所●加工性に優れていること●機械的強度が大きいこと●線膨張率が小さいこと

りますし、架空電線などとして使われる場合には、の圧縮力を受ける場合があります。そういった外部がありますので、長年の温度差の繰り返し変化によ金属は温度によって熱膨張をします。そのため、長って劣化が進まない強靭さも求められます。なお、からの力に対する機械的強度も求められます。
なお、多くの電力を送れるようにするためには、尺方向の線膨張によって、架空電線は昼夜や季節で鉄塔BOX

電線の径を太くする必要があります。太くすれば、当然、単位長さ当たりの重量は重くなりますので、長さが変化します。大きな変化をした場合には、他

7.1325℃

ニッケル

8.90

25℃

鉄

7.87

20℃

スズ

7.31

白色／正方晶

22.0
亜鉛

スズ
20℃

11.82.70

鉄
アルミニウム

13.4
20℃

ニッケル
19.32

30.2
金

亜鉛
20℃

23.1
8.96

アルミニウム
銅14.2
20℃

金
10.50

16.5
銀18.9
状態

銅
密度（103kg／m3）

銀元素線膨張率（10－6 ／K）

条件として比重（密度）が小さいものが求められます。

金属の密度元素の構造物や電線間との距離が変わりますので、電線金属の線膨張率（20℃時）

しかし、単に太くすると柔軟性がなくなりますので、太線化の方法張率が小さいことが望まれます。

鉄塔の短絡や接触などの問題が生じないためには、線膨地面との離隔太線化の方法の１つとして、細い線を束ね、柔軟性自重を確保しながら全体を太くする方法もあります。そ

低温時

要点

12

より線による太線化
単線による太線化

13

引張力
高温時
引張力

線膨張率：20℃時の長さに対する1K当たりの膨張率
K：絶対温度2
架空線の気温変化による伸縮変化

●第1章 どんなものが電線材料となっているのかので、電流の角速度の平方根に反比例して表皮厚さ表皮効果による効率低下への対策

電線を使って電気や情報が送られますが、常に電は小さくなります。なお、f は周波数ですので、言電線断面を有効に利用するには線の断面全部を使って伝送できるとは限りません。
い換えると、周波数が高くなると伝送に使える断面情報伝送量を増やすために用いる周波数を高くしまないのですが、通信や放送、制御などの情報伝送では、ますので、周波数の影響による伝送領域の減退は少般の電源周波数の場合には低周波帯が用いられていく、高周波電流を用いる電気機器や通信機器は最近方法が用いられます。通信や制御の分野だけではな

方法によって、伝送できる電線の断面積を確保する

は、細い線を作り、それらを絶縁してより合わせる

そのため、高周波電流を効率良く伝送するために積が小さくなります。

、東日本で日本の電力網の場合には、西日本での周波数が用いられています。このように、一す。そういった高周波電流伝送の場合には、表皮効増えていますので、機器の内部配線としてエナメル●周波数が高いと伝送領域が狭くなる●細い線を絶縁して束ねる方法によって広い伝送領域を確保する=BOX果という現象が発生します。
線が用いられています。エナメル線は、熱硬化樹脂：電流の向きを導体に焼き付けた電線になります。そういったエ

近接効果

表皮効果とは、高周波電流の伝送範囲が導体の表エナメル面に局限されてしまい、内部まで入らない現象をい（拡大）ナメル線を分割導体として複数より合わせたものを銅います。伝送に使われる領域を表皮厚さ（δ）といいエナメル線とリッツ線

リッツ線といいます。リッツとは、ドイツ語で
「撚る」

f：周波数

ますが、表皮厚さは左頁に示す式のとおり、導体のω：電流の角速度（ω=2πf ）という意味の「ＬＩＺ」を語源としています。なお、

リッツ線
エナメル線

1πfσμ
＝2ωσμ

要点

14μ：導体の透碵率15σ：導体の電気伝導率
導体の断面

δ：表皮厚さ透磁率（μ）、電気伝導率（σ）
、電流の角速度（ω ２

表皮厚さ計算生じて導体抵抗は増加します。

低異方向電流同方向電流60Hz

並行する導体が近接している場合には、近接効果が電流が流れる領域使っている電線では透磁率と電気伝導率は一定です

周波数δ≡δ

高広周波数
伝送領域

狭π f）の積の平方根に反比例します。均質な材料を：電流が流れる領域

350Hz
周波数と電流が流れる領域