電験三種 電力 問58：変電（変圧器・変電所・保護）

電験三種「電力」の「変電（変圧器・変電所・保護）」に関する問題（令和5年度下期 問13）。正答は(2)です。

これは数値計算問題です。①問題文の条件を整理②公式を選択③単位確認④代入計算⑤選択肢と照合の順で解く。

【基本公式・定義】変圧比a=N₁/N₂=V₁/V₂。%Z=Zs/Zn×100。短絡電流Is=In×100/%Z。力率改善Qc=P(tanφ₁-tanφ₂)

【正答(2)の根拠】変圧器B 105.9——変圧器の損失：鉄損（無負荷損・一定）と銅損（負荷損・電流の2乗に比例）。最大効率条件：鉄損＝銅損。%インピーダンスは短絡電流計算の基本：%Z大→短絡電流小。GIS（ガス絶縁開閉装置）はSF₆ガス（大気圧以上）で充填され気中絶縁変電所より大幅小型化。

電験三種は各科目60点以上で合格（科目合格制・3年以内に4科目合格で免状交付）。「変電（変圧器・変電所・保護）」は電力科目の頻出論点で確実に押さえましょう。

【変電（変圧器・変電所・保護）の解法と要点】（令和5年度下期 問13）

【基本公式・定義】

変圧比a=N₁/N₂=V₁/V₂。%Z=Zs/Zn×100。短絡電流Is=In×100/%Z。力率改善Qc=P(tanφ₁-tanφ₂)

【問題本文の概要】

一次側定格電圧と二次側定格電圧がそれぞれ等しい変圧器A と変圧器B が ある。変圧器A は，定格容量SA=5 000 kV･A，パーセントインピーダンス％ ZA=9.0 ％(自己容量ベース)，変圧器B…

【解法ステップ】

① 問題文の数値・条件を整理（単位に注意）

② 適用する公式を選択

③ 単位をSI系に統一して代入

④ 計算結果を選択肢と照合（最も近い値を選ぶ）

【核心知識】

変圧器並行運転条件：①巻線比が等しい②%Zが等しい③位相変位が等しい④極性が正しい。Y-Y結線は中性点接地可能だが第3高調波が各相電圧に重畳→第3高調波吸収のためΔ三次巻線が必要。SF₆ガスの特性：消弧能力空気の100倍・絶縁破壊電圧空気の2〜3倍・地球温暖化係数23900（回収必須）。保護継電器：差動継電器（変圧器内部故障検出）・比率差動継電器（励磁突入電流誤動作防止）。

【正答(2)根拠】

「変圧器B 105.9」——上記の原理・公式を適用すると正答は(2)と確定できる。他の選択肢はいずれも定義の正確な記述であり、誤りを含まない（または計算値が一致しない）。

【出題傾向】

「変電（変圧器・変電所・保護）」は電験三種A問題の頻出論点。公式の暗記だけでなく物理的意味の理解が合否を分ける。

【変電（変圧器・変電所・保護）の深層解析と電験三種合格戦略】（令和5年度下期 問13）

【核心論点と正答根拠】

本問は電験三種「電力」科目の「変電（変圧器・変電所・保護）」を問う。正答(2)「変圧器B 105.9」。

電験三種：第三種電気主任技術者試験（国家試験・経済産業大臣指定）。4科目各60点以上→免状交付→50kV未満・最大5000kW未満の事業用電気工作物の保安監督権限を有する。

【変電（変圧器・変電所・保護）の基本理論（電験三種レベル）】

【公式】変圧比a=N₁/N₂=V₁/V₂。%Z=Zs/Zn×100。短絡電流Is=In×100/%Z。力率改善Qc=P(tanφ₁-tanφ₂)

【基礎知識】変圧器の損失：鉄損（無負荷損・一定）と銅損（負荷損・電流の2乗に比例）。最大効率条件：鉄損＝銅損。%インピーダンスは短絡電流計算の基本：%Z大→短絡電流小。GIS（ガス絶縁開閉装置）はSF₆ガス（大気圧以上）で充填され気中絶縁変電所より大幅小型化。

【応用・計算テクニック】変圧器並行運転条件：①巻線比が等しい②%Zが等しい③位相変位が等しい④極性が正しい。Y-Y結線は中性点接地可能だが第3高調波が各相電圧に重畳→第3高調波吸収のためΔ三次巻線が必要。SF₆ガスの特性：消弧能力空気の100倍・絶縁破壊電圧空気の2〜3倍・地球温暖化係数23900（回収必須）。保護継電器：差動継電器（変圧器内部故障検出）・比率差動継電器（励磁突入電流誤動作防止）。

【正答選択肢の詳細検討】

正答(2)「変圧器B 105.9」について：

この選択肢が誤りである理由を論点ベースで説明すると——アモルファス鉄心変圧器：非結晶（アモルファス）磁性材料→ヒステリシス損が珪素鋼の約1/10→無負荷損大幅削減。欠点は磁束密度が低く体積が増加・加工性が悪い・高価。GIS技術動向：SF₆フリー化（CO₂・N₂混合ガス・乾燥空気）が欧州主導で進

他の選択肢との区別：問題文の数値・定義・物理的メカニズムを正確に把握することで正答を確定できる。

【電験三種A問題対策】

A問題（14問×5点=70点）で高得点を取ることが合格の鍵。「変電（変圧器・変電所・保護）」は複数年度にわたり出題される重要論点。本問の令和5年度下期以外にも過去問を横断学習することで出題パターンを掴む。

【最新技術動向と上位資格への接続】

アモルファス鉄心変圧器：非結晶（アモルファス）磁性材料→ヒステリシス損が珪素鋼の約1/10→無負荷損大幅削減。欠点は磁束密度が低く体積が増加・加工性が悪い・高価。GIS技術動向：SF₆フリー化（CO₂・N₂混合ガス・乾燥空気）が欧州主導で進行。%インピーダンス法による短絡電流計算：並行変圧器の合成%Z=（%Z₁×%Z₂）/（%Z₁+%Z₂）（共通容量ベースに換算後）。電験二種では保護継電器の協調計算・変圧器過渡特性・励磁突入電流解析が頻出。

【電験二種・電験一種・実務への展開】

電験三種→電験二種（二次試験あり・170kV未満設備の保安監督）→電験一種（電圧制限なし）の体系。電験二種の「電力」二次試験では「変電（変圧器・変電所・保護）」の論点がさらに深く問われ、証明・設計・保護協調計算まで要求される。実務では電気主任技術者として本問の知識を活かした定期点検・保安規程策定・事故原因分析・設備更新計画が求められる。