電験三種 機械 問19：電気機器（変圧器）

電験三種「機械」の「電気機器（変圧器）」からの出題（令和7年度下期 問9）。正答は(3)です。

三相変圧器の結線に関する問題。主要な結線：Y-Y（中性点接地可・第3高調波問題あり）、Δ-Δ（高調波環流）、Y-Δ（30°位相差・昇圧/降圧に適す）、V結線（1台故障時のバックアップ）。

各結線の特徴（電圧・電流比・高調波・中性点接地）を正確に把握して選択肢を判定する。

【電気機器（三相変圧器の結線）の解法】（令和7年度下期 問9）

【主な三相結線の特徴】

Y結線（星形）:

• 線間電圧=相電圧×√3、線電流=相電流
• 中性点が出せる→接地可能
• 高調波電流をデルタ回路がないため系統に流出させる危険

Δ結線（デルタ形）:

• 線間電圧=相電圧、線電流=相電流×√3
• 第3高調波電流をΔ内で環流→系統に出さない
• 中性点なし→接地不可

Y-Δ結線（またはΔ-Y）:

• 一次・二次間に30°の位相差（角変位）が生じる
• 高圧→低圧の降圧変圧器や、発電機出力変圧器（Δ側で高調波環流）

V結線:

• Δ結線から1台撤去→三相給電継続
• 変圧器利用率: 出力/設備容量=√3/2≈0.866

【正答(3)の根拠】

三相変圧器の結線特性を正確に記述しているものが(3)。

【電気機器（三相変圧器の結線・高調波・接地）の深層解析】（令和7年度下期 問9）

【正答(3)の根拠：変圧器結線の電気系統設計への影響】

【Y-Y結線の第3高調波問題（重要）】

鉄心の飽和特性により励磁電流に第3高調波が含まれる。

Y-Y結線で中性点を接地しない場合: 第3高調波電流が流れる経路がない→磁束に第3高調波が発生→起電力波形が歪む（第3高調波電圧が外部に現れる）。

対策: (a)Y-Y-Δ三巻線変圧器（Δ巻線で第3高調波を環流）、(b)Y-Y結線+中性点接地（ただし接地電流に高調波）

【Δ結線の高調波環流効果】

Δ回路内での第3高調波電流の経路が閉じている→外部に出さない。

電力系統で配電変圧器のΔ巻線は高調波対策として重要。

【角変位（Vector Group）の国際規格（IEC 76）】

Yd1: Y一次・d二次、角変位-30°（二次が30°遅れ）

Dy11: D一次・y二次、角変位+30°（二次が30°進み）

Dd0: D一次・d二次、角変位0°

並行運転: 同じベクトルグループ同士のみ可（Yd1とDy11は30°差で不可）

【V結線の詳細】

出力: PV = √3 × P_1台（単相変圧器1台の定格容量）

3台のΔ結線に対する出力比: PV/PΔ = √3P/(3P) = 1/√3 ≈ 0.577

変圧器利用率: √3P/(2P) = √3/2 ≈ 0.866

（1台当たりの実使用電流は定格電流だが、利用できる総容量は86.6%）

【スコット結線（3相→2相変換）】

M変圧器: 3相の1線間にフルタップ接続

T変圧器: 残り2線間に√3/2のタップで接続

→二次側から90°位相差の2つの単相電源を得る

電気鉄道（JR・私鉄）のき電トランス（3相系統→単相架線電源）として広く使用

【電験二種・実務への接続】

電験二種: 変圧器の等価回路（T形）から結線による電圧・電流計算、百分率インピーダンス

実務: 変電所の主変圧器点検（絶縁油採取・ガス分析・TDHMによるオンライン監視）、LTC（負荷時タップ切換）の点検