電験三種 令和5年度下期 電力 問6｜変電（変圧器・変電所・保護）

電験三種「電力」の変圧器Y-Y結線に関する空欄補充問題（令和5年度下期 問6）。正答は(3)です。

Y-Y結線は中性点を接地できるため、1線地絡時の異常電圧を抑え、地絡時に保護リレーを確実に動作させられる利点があります。一方、Y結線の相電圧には第三調波が含まれるため、中性点を接地すると第三調波電流が線路の静電容量を通じて大地に流れ、通信線に電磁誘導障害を与えるという欠点があります。これを解消するため、Δ結線の三次巻線を設けます。よって(ｱ)異常電圧(ｲ)保護リレー(ｳ)第三調波(ｴ)電磁誘導(ｵ)Δ結線となり、正答は(3)です。

【Y-Y結線の利点・欠点と三次巻線の役割】（令和5年度下期 問6）

(ｱ)(ｲ) Y-Y結線は一次・二次側の中性点を接地できるため、1線地絡などの故障時に発生する「異常電圧」（健全相の対地電圧上昇）を抑制でき、地絡電流を確実に検出して「保護リレー」を確実に動作させられます。中性点を接地できないΔ結線ではこれらの利点が得られません。

(ｳ)(ｴ) 一方、変圧器の励磁電流に含まれる「第三調波」成分は、各相の相電圧にひずみ波形として現れます。Y結線で中性点を接地すると、この第三調波電流が線路の静電容量を介して大地に還流する経路ができ、近接する通信線に「電磁誘導」障害（誘導電圧）を与える原因になります。

(ｵ) この欠点を解消するために、変圧器の巻線にΔ結線の三次巻線（安定巻線）を追加します。三次巻線内で第三調波電流が環流（循環）することで、一次・二次巻線の相電圧のひずみと中性点への第三調波流出を抑えることができます。

したがって(ｱ)異常電圧(ｲ)保護リレー(ｳ)第三調波(ｴ)電磁誘導(ｵ)Δ結線の組合せである(3)が正答です。

【中性点接地方式と三次巻線（Y-Y-Δ結線）の実務的意義】（令和5年度下期 問6）

変圧器の結線方式は、一次側・二次側にそれぞれY結線またはΔ結線を選べるため、Y-Y、Y-Δ、Δ-Y、Δ-Δの4通りの組合せがあります。このうちY-Y結線は中性点を接地できる点が最大の特長で、中性点接地によって1線地絡時の健全相の対地電圧上昇（非接地系では√3倍まで上昇しうる）を抑制し、地絡電流を零相電流として検出して地絡保護リレー（地絡過電流継電器・地絡方向継電器）を確実に動作させられます。超高圧・特別高圧の送変電系統では、この絶縁レベル低減と保護確実性のメリットが大きいため、中性点直接接地方式が広く採用されています。

一方でY結線の相電圧波形には、鉄心の磁気飽和特性に起因する第三調波成分が重畳します。Δ結線であれば、この第三調波電流は各相巻線内を環流するだけで外部には現れませんが、Y-Y結線で両側の中性点を接地すると、第三調波電流が線路の対地静電容量と大地を経由する閉回路を流れます。第三調波は三相とも同位相（零相分）なので三相分が打ち消し合わずに大地に流れ、並行する通信線に電磁誘導による雑音電圧を生じさせます。誤答の「静電誘導」は電線の電圧（電位）によって生じる誘導で、本文のように「電流が大地に流れる」ことによる誘導は電磁誘導です。また、変圧器の励磁電流は鉄心の飽和のため奇数次の高調波を含み、第二調波のような偶数次ではなく第三調波が主成分になる、という点も(1)(5)を外す根拠になります。

そこで標準的な超高圧変圧器には、一次・二次のY結線に加えて、Δ結線の三次巻線（安定巻線）を設けるY-Y-Δ結線が採用されます。三次巻線は外部に電力を取り出さない場合でも、内部で第三調波電流を環流させることで一次・二次相電圧の波形をほぼ正弦波に保ち、電磁誘導障害を抑制する役割を果たします。この三次巻線は、所内電源の供給や、電力用コンデンサ・分路リアクトルなどの調相設備の接続にも利用されます。(ｵ)を「Y結線」とした(2)(5)は、第三調波電流を巻線内で環流させるというΔ結線の役割を取り違えた誤答です。