- 「コロナ放電」と聞いて、何となく放電なのはわかるけど、なぜ送電線で問題になるのかわからない
- Peekの式が出てきて、記号の意味がまったく頭に入らない
- 「多導体方式はコロナ対策」と覚えたけど、なぜ電線を束ねるとコロナが減るのか説明できない
- コロナ放電が「なぜ」起きるのか――電線表面の電界集中のメカニズム
- Peekの式の各記号の意味と、計算問題への対応法
- コロナ放電の影響（コロナ損・雑音・腐食）と対策（多導体方式など）
コロナ放電は、電験三種・電力科目の送電分野で正誤問題と計算問題の両方で出題されるテーマです。正誤問題では「発生条件」と「対策」の入れ替えが狙われ、計算問題ではPeekの式を使った臨界電圧の計算が出ます。
この記事では、まず「コロナ放電とは何か」をイメージで掴んでから、Peekの式を分解し、最後に試験で狙われるパターンを整理します。
目次
コロナ放電とは？｜電線のまわりで空気が「壊れる」現象
結論：電線表面の電界が強すぎて、空気の絶縁が部分的に破壊される現象
送電線に高い電圧をかけると、電線の表面に強い電界（電気の力の場）が発生します。この電界があるレベルを超えると、電線のまわりの空気の絶縁が部分的に破壊されて、薄紫色の光を伴う放電が起きます。これがコロナ放電です。
送電線の導体表面の電位の傾き（電界強度）が空気の絶縁耐力を超えたときに、導体周辺で発生する部分的な放電現象
コロナ放電は「完全な短絡（スパーク）」ではなく、電線のすぐ近くだけで起きる「部分的な」放電です。電線と大地の間で火花が飛ぶわけではありません。電線のまわりの空気だけが「チリチリ」と放電している状態です。暗闇で見ると薄紫色の光が電線を取り巻くように見え、「コロナ（corona＝王冠）」の名前はこの光の見た目に由来します。
ポチップ
なぜ電線の表面で電界が強くなるのか？
「細い導体」に電圧をかけると電界が集中する
同じ電圧がかかっていても、導体が細いほど表面の電界は強くなります。これは「先端効果」と呼ばれる現象で、避雷針の原理と同じです。
水道管にたとえると、同じ水圧でもノズルを細くすると水が勢いよく出るのと同じです。電界も、導体の半径が小さいほど表面に「ギュッと集中」します。
→ コロナ発生しにくい ✅
→ コロナ発生しやすい ⚡
r が小さいほど E が大きくなることがこの式からわかります。
つまり、コロナ放電は「電圧が高い」かつ「導体が細い」ほど発生しやすいということです。これがコロナ対策の出発点になります。
コロナの臨界電圧｜Peekの式を分解して理解する
臨界電圧＝コロナが発生し始める電圧
コロナ放電が発生し始める電圧をコロナ臨界電圧と呼びます。送電線の電圧がこの値を超えるとコロナ放電が始まります。Peek（ピーク）が導いた実験式で計算できます。
各記号の意味｜1つずつ分解する
| 記号 | 名前 | 意味・影響 |
|---|---|---|
| 24.3 | 定数 | 空気の絶縁破壊強度（約30kV/cm）を基にした定数 |
| m₁ | 電線の表面状態係数 | 電線の表面が滑らか→1.0、撚線→0.8～0.9、汚れ・傷→さらに低下。 m₁が小さい＝コロナが発生しやすい |
| m₂ | 天候係数 | 晴天→1.0、雨天→0.8程度。 雨の日はコロナが発生しやすい |
| δ | 相対空気密度 | 標準状態（20℃, 1013hPa）で1.0。高地（気圧低い）や高温→δ低下。 δが小さい＝空気が薄い＝絶縁耐力が低い＝コロナが発生しやすい |
| r | 導体の半径 [cm] | r が大きい（太い導体）ほど E₀ が大きくなる＝コロナが発生しにくい |
| D | 線間距離 [cm] | D が大きい（線間が離れている）ほど E₀ が大きくなる |
Peekの式は「臨界電圧E₀を上げたければ、式の中の値を大きくすればいい」と読めます。m₁↑（表面を滑らかに）、m₂↑（晴天）、δ↑（低地・低温）、r↑（太い導体）→ すべてE₀を上げる方向 → コロナが起きにくくなる。
コロナが発生しやすい条件｜6つの要因を整理
Peekの式から読み取れる「コロナが発生しやすくなる条件」を整理します。正誤問題ではこの条件の○✕が直接問われます。
| コロナが発生しやすい条件 | 理由（Peekの式との対応） |
|---|---|
| ⚡ 電圧が高い | 送電電圧が臨界電圧E₀を超えやすくなる |
| 📏 導体の半径 r が小さい | E₀が下がる。表面の電界集中が強くなる |
| 🌧️ 雨天・霧・雪 | 天候係数m₂が低下 → E₀が下がる |
| 🏔️ 高地（気圧が低い） | 相対空気密度δが低下 → 空気の絶縁耐力低下 → E₀が下がる |
| 🌡️ 高温 | 空気密度δが低下 → E₀が下がる |
| 🔩 電線の表面が粗い | 表面状態係数m₁が低下 → E₀が下がる。傷・汚れ・撚線構造で悪化 |
上の表の反対 ── 電圧が低い、導体が太い、晴天、低地（気圧が高い）、低温、表面が滑らか ── です。正誤問題では条件の逆転が狙われるので、「Peekの式の各要素が大きくなればE₀が上がり、コロナが起きにくくなる」と覚えてください。
コロナ放電の影響｜なぜ問題なのか
コロナ放電が起きると、送電に以下の悪影響が生じます。
① コロナ損（電力損失）
空気中の放電にエネルギーが消費される。これをコロナ損と呼ぶ。送電効率が低下する。雨天時に特に増大。
② コロナ雑音（電波障害）
放電に伴い高周波の電磁波（ノイズ）が発生。近くのラジオ・テレビに雑音障害を与える。通信線にも誘導障害。
③ 騒音
「ジジジ」「ブーン」という可聴音が発生。送電線の近隣住民にとって騒音問題になることがある。
④ 電線の腐食
コロナ放電でオゾン(O₃)や窒素酸化物が生成。これが電線の表面を化学的に腐食し、寿命を縮める。
⑤ 高調波の発生
コロナ放電は非線形現象であるため、第3高調波などの高調波電流が発生する。
コロナの影響で最も出題されるのは①コロナ損と②コロナ雑音です。「コロナ放電により電力損失が発生し、通信線への誘導障害の原因となる」→ ○。この2つは確実に押さえてください。
コロナ放電の対策｜「電線を太くする」の最適解
Peekの式から、コロナ臨界電圧E₀を上げる（＝コロナを発生しにくくする）ための対策が導けます。
対策①：多導体方式（最も重要！）
1相あたり1本の太い電線を使う代わりに、2本～4本の細い電線を束ねて1相として使う方式です。超高圧送電線（275kV以上）で広く採用されています。
→ 表面の電界が集中
→ コロナが発生しやすい
→ 見かけの半径が大きくなる
→ コロナが発生しにくい
→ さらに電界が分散
→ コロナ抑制効果◎
① コロナ臨界電圧の上昇（等価半径が大きくなる＝見かけ上「太い電線」になる）
② インダクタンスの減少（送電容量の増大につながる）
③ 静電容量の増加（充電電流は増えるが、送電特性の改善効果のほうが大きい）
試験では①が最も問われますが、②もときどき出題されます。
その他のコロナ対策
| 対策 | Peekの式との対応 |
|---|---|
| 太い導体を使う | 半径 r を大きくする → E₀が上がる |
| 多導体方式を採用する | 等価半径が大きくなる → E₀が上がる（最も効果的） |
| 電線の表面を滑らかにする | m₁を大きくする → E₀が上がる |
| 線間距離を広くする | D を大きくする → E₀が上がる |
ポチップ
計算問題への対応｜Peekの式の使い方
計算例：コロナ臨界電圧を求める
三相3線式送電線の仕様が以下のとき、コロナ臨界電圧（線間電圧）を求めよ。
・導体の半径：r = 1.5 cm
・線間距離：D = 500 cm
・電線の表面状態係数：m₁ = 0.85
・天候係数：m₂ = 1.0（晴天）
・相対空気密度：δ = 1.0
Peekの式に各値を代入して相電圧の臨界電圧 E₀ を求める
= 24.3 × 0.85 × 1.0 × 1.0 × 1.5 × ln(500/1.5)
= 24.3 × 0.85 × 1.5 × ln(333.3)
= 24.3 × 0.85 × 1.5 × 5.81
= 180.1 [kV]（相電圧）
線間電圧に変換する（三相なので √3 倍）
① Peekの式で求まるE₀は相電圧（対地電圧）です。問題が線間電圧を聞いている場合は√3倍を忘れずに。
② ln（自然対数）の計算が必要。ln(333) ≒ 5.81 のような値は問題文で与えられるか、選択肢から逆算できることが多い。
③ 単位に注意。r と D は同じ単位（cm）で揃えること。
電験三種で狙われる正誤問題パターン6選
パターン①：発生条件の逆転（超頻出）
問題文：「コロナ放電は、導体の半径が大きいほど発生しやすい」
→ ✕：導体の半径が大きいほど表面の電界が分散し、コロナは発生しにくい。発生しやすいのは半径が小さいとき。
パターン②：天候・気圧の影響
問題文：「コロナ放電は、雨天時や気圧が低い高地で発生しやすい」
→ ○：雨天→m₂低下、高地→δ低下。どちらもE₀を下げるのでコロナが発生しやすくなる。
パターン③：多導体方式の効果
問題文：「多導体方式は、等価的な導体半径を大きくすることでコロナ臨界電圧を高め、コロナ放電を抑制する」
→ ○：多導体の最大のメリット。これがコロナ対策の定番。
パターン④：コロナの影響
問題文：「コロナ放電により電力損失（コロナ損）が発生し、通信線への雑音障害の原因にもなる」
→ ○：コロナ損と雑音障害はコロナの代表的な影響。
パターン⑤：コロナと送電電圧の関係
問題文：「コロナ放電は主に低電圧の送電線で問題となる」
→ ✕：コロナは電圧が高いほど発生しやすい。主に超高圧送電線（154kV以上）で問題になる。6.6kVなどの低圧系統ではほぼ発生しない。
パターン⑥：多導体方式とインダクタンス
問題文：「多導体方式は、コロナ対策だけでなく、送電線のインダクタンスを減少させて送電容量を増大させる効果もある」
→ ○：多導体にするとインダクタンスLが減少し、同じ電圧でより多くの電力を送れる。500kV系統で4導体を採用する理由の一つ。
STEP 1：「コロナが発生しやすい/しにくい」→ Peekの式のパラメータが大きい→E₀上がる→発生しにくい
STEP 2：「多導体方式」→ 等価半径↑ → コロナ抑制○ / インダクタンス↓ → 送電容量↑○
STEP 3：コロナの影響 → コロナ損（電力損失）＋雑音（電波障害）＋腐食（オゾン）
まとめ｜この記事の要点を30秒で振り返る
| コロナ放電とは？ | 導体表面の電界が空気の絶縁耐力を超えて起きる部分的な放電 |
| 発生しやすい条件 | 高電圧、細い導体、雨天、高地（気圧低い）、高温、表面が粗い |
| Peekの式 | E₀ = 24.3 × m₁ × m₂ × δ × r × ln(D/r) 各パラメータが大きいほどE₀↑ |
| 影響 | コロナ損（電力損失）/ コロナ雑音（電波障害）/ 騒音 / 電線腐食（オゾン） |
| 対策 | 多導体方式（最も重要）/ 太い導体 / 表面を滑らかに / 線間距離を広く |
| 多導体の副次効果 | インダクタンスの減少 → 送電容量の増大 |
コロナ放電は、Peekの式を「各パラメータが大きい→E₀が上がる→コロナ起きにくい」と読めるようになれば、正誤問題はほぼ対応できます。計算問題では式に代入してlnを計算し、相電圧→線間電圧の変換を忘れなければ得点源にできます。
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