電験三種 機械 問6：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年度上期 問9）。正答は(3)です。

変圧器の試験と損失の問題。無負荷試験→鉄損Pi（一定損）と励磁アドミタンスを測定。短絡試験→銅損Pc（可変損）と%インピーダンスを測定。

最大効率条件: 鉄損Pi＝銅損Pc（Pi＝Pc）のとき効率最大。各試験の目的と測定量、最大効率条件を正確に覚える。

【電気機器（変圧器の試験・損失・効率）の解法】（令和7年度上期 問9）

【無負荷試験（開路試験）】

• 一次側に定格電圧印加、二次側開放
• 測定量: 無負荷損（≒鉄損Pi）、励磁電流I₀、励磁アドミタンスYm=g₀-jb₀
• Pi: 電源電圧・周波数が一定ならば負荷に無関係に一定（固定損）

【短絡試験（インピーダンス試験）】

• 二次側短絡、一次電流が定格になるよう電圧調整
• 測定量: 短絡損（≒銅損Pc）、%インピーダンス%Z=V_s/V_n×100[%]
• Pc: 負荷電流I²に比例（可変損）

【効率と最大効率条件】

η = (S×cosφ) / (S×cosφ + Pi + Pc×(I/In)²)

最大効率条件: Pi = Pc×m² （m: 負荷率）

→ m = √(Pi/Pc_full)（全負荷銅損Pc_fullに対して）

【正答(3)の根拠】

選択肢の中で変圧器試験の目的・測定量・効率式を正確に述べているものが(3)。

【電気機器（変圧器の試験・損失特性・等価回路）の深層解析】（令和7年度上期 問9）

【正答(3)の根拠】

変圧器の等価回路から損失特性・試験法・効率を統一的に理解することが電験三種合格の鍵。

【等価回路（T形）の各素子と試験の対応】

一次巻線抵抗r₁、漏れリアクタンスx₁（直列）

励磁コンダクタンスg₀（並列）: P_iron = g₀V²（鉄損）

励磁サセプタンスb₀（並列）: 無効電力（磁化電流）

二次巻線抵抗r₂'、漏れリアクタンスx₂'（直列）

無負荷試験: 励磁回路定数（g₀, b₀）→ Ym=√(g₀²+b₀²)

短絡試験: 直列インピーダンス（r₁+r₂', x₁+x₂'）→ z_eq=√(r_eq²+x_eq²)

%インピーダンス: %Z = z_eq×In/Vn×100[%]

【効率の定量計算】

定格容量Sn[kVA]、力率cosφ、負荷率m（0〜1）

η = m×Sn×cosφ / (m×Sn×cosφ + Pi + m²×Pc_full) × 100[%]

最大効率点の負荷率: m_opt = √(Pi/Pc_full)

最大効率: η_max = Sn×cosφ / (Sn×cosφ + 2Pi) × 100[%]（m=m_optのとき）

【並行運転条件（重要）】

(a) 変圧比が等しい

(b) %インピーダンス降下が等しい（負荷分担が容量比になる）

(c) 角変位（位相変位）が等しい（Y-Δ結線が混在するとNG）

【三相変圧器の結線と特性】

Δ-Δ: 第3高調波電流をΔ内で環流させ外部に出さない

Y-Δ（または逆）: 30°の位相差が生じる（並行運転では注意）

V結線: Δ-Δから1台を取り除いた構成、利用率≈57.7%、出力は√3/2倍

【電験二種・実務への接続】

電験二種: 大型変圧器の過渡現象（励磁突入電流≈最大10〜20倍）、LTC（負荷時タップ切換）制御

実務: 変電所の変圧器定期点検では絶縁油分析（酸価・水分・PCB）、絶縁抵抗測定、タンク温度管理が電気主任技術者の責務。