変電7【電験3種 電力】Y-Y結線の弱点は第三調波——Δ三次巻線で解消！令和5年度下期 A問題6 完全解説

今回は令和5年度下期 電力科目 A問題6、変圧器のY-Y結線方式に関する空欄補充問題です。中性点接地の利点と、第三調波という宿命的な弱点、それを解消するΔ結線の三次巻線——送電用変圧器がY-Y-Δ結線である理由がまるごと問われています。

ストーリーで覚えましょう。中性点を接地できる→異常電圧の抑制・絶縁レベル低減・保護リレーの確実動作という利点。しかし相電圧に第三調波が乗る→接地すると第三調波電流が大地に流れ通信線に電磁誘導障害→だからΔ結線の三次巻線で第三調波を還流させて解消、です。

出題のポイント

令和5年度下期 電力科目 A問題6：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 電力科目 【変電】 令和5年度下期 A問題6

　次の文章は、変圧器のY-Y結線方式の特徴に関する記述である。

　一般に、変圧器のY-Y結線は、一次、二次側の中性点を接地でき、1線地絡などの故障に伴い発生する(ア)の抑制、電線路及び機器の絶縁レベルの低減、地絡故障時の(イ)の確実な動作による電線路や機器の保護等、多くの利点がある。

　一方、相電圧は(ウ)を含むひずみ波形となるため、中性点を接地すると、(ウ)電流が線路の静電容量を介して大地に流れることから、通信線への(エ)障害の原因となる等の欠点がある。このため、(オ)による三次巻線を設けて、これらの欠点を解消する必要がある。

　上記の記述中の空白箇所(ア)〜(オ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

	(ア)	(イ)	(ウ)	(エ)	(オ)
(1)	異常電流	避雷器	第二調波	静電誘導	Δ結線
(2)	異常電圧	保護リレー	第三調波	電磁誘導	Y結線
(3)	異常電圧	保護リレー	第三調波	電磁誘導	Δ結線
(4)	異常電圧	避雷器	第三調波	電磁誘導	Δ結線
(5)	異常電流	保護リレー	第二調波	静電誘導	Y結線

ポイント解説：中性点接地の利点3つと、第三調波→Δ三次巻線の流れ

(ア)＝異常電圧／(イ)＝保護リレー：Y-Y結線は一次・二次とも中性点を接地できるのが最大の特長。中性点を接地しておくと、1線地絡時に健全相の対地電圧が異常に上昇するのを抑えられる——つまり異常電圧の抑制ができ、その分絶縁レベルを低減（段絶縁）できて経済的。さらに地絡電流の帰路が確保されるので、地絡故障時に保護リレー（継電器）が確実に動作して故障区間を切り離せる。避雷器は雷サージ用の機器で、地絡故障時の動作の話ではない。

(ウ)＝第三調波／(エ)＝電磁誘導／(オ)＝Δ結線：変圧器の励磁電流には鉄心の磁気飽和により第三調波が含まれ、Y結線では第三調波電流の通り道がないため相電圧が第三調波を含むひずみ波形になる。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を介して大地に流れ、その電流が通信線に電磁誘導障害を引き起こす。そこでΔ結線の三次巻線（Y-Y-Δの安定巻線）を設けると、第三調波電流がΔの中をぐるぐる還流できるようになり、波形ひずみも誘導障害も解消される。よって(3)。

問題の解説

STEP1　(ア)(イ)を判定

中性点接地の利点＝1線地絡時の異常電圧を抑制（健全相の対地電圧上昇を抑える）＋保護リレーの確実動作。「異常電流の抑制」は逆（接地するとむしろ地絡電流は流れる）→(ア)＝異常電圧で(1)(5)が消え、(イ)＝保護リレーで(4)の避雷器も消える。

STEP2　(ウ)を判定

磁気飽和による励磁電流のひずみ＝第三調波（3の倍数調波は三相で同相になり、Yでは行き場がない）→(ウ)＝第三調波。

STEP3　(エ)(オ)を確認

第三調波電流が大地に流れると通信線への電磁誘導障害の原因に。対策はΔ結線の三次巻線で第三調波を還流させること（Y結線の三次では意味がない）→(エ)＝電磁誘導、(オ)＝Δ結線。よって答えは(3)。

答え：(3)

まとめ

(ア)異常電圧	中性点接地で1線地絡時の健全相電圧上昇を抑制
(イ)保護リレー	地絡電流の帰路確保で継電器が確実に動作
(ウ)第三調波	磁気飽和による励磁電流のひずみ成分
(エ)電磁誘導	第三調波電流が大地に流れ通信線に障害
(オ)Δ結線	三次巻線で第三調波を還流→Y-Y-Δ→答えは(3)

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