変電12【電験3種 電力】Δ-Yは昇圧・Y-Δは降圧！結線方式4パターンの使い分け 令和4年度下期 A問題7 完全解説

今回は令和4年度下期 電力科目 A問題7、変圧器の結線方式4パターン（Δ-Δ／Y-Y／Δ-Y／Y-Δ）の使い分けを問う空欄補充問題です。第3高調波の環流と中性点接地という2軸で整理できれば、機械科目にもそのまま効く知識になります。

整理のコツ：Δがあれば第3高調波を環流できる／Yがあれば中性点を接地できる。両方欲しいから実務ではΔとYを組み合わせ、Δ-Y＝昇圧用（発電所）・Y-Δ＝降圧用（受電側）。Y-Yだけの弱点はΔの三次巻線（Y-Y-Δ）で補います。

令和4年度下期 電力科目 A問題7：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。

出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「令和4年度下期 第三種電気主任技術者試験」電力科目 A問題7

電験3種 電力科目 【変電】 令和4年度下期 A問題7

　次の文章は、変圧器の結線方式に関する記述である。

　変圧器の一次側、二次側の結線にY結線及びΔ結線を用いる方式は、結線の組合せにより四つのパターンがある。このうち、(ア)結線はひずみ波の原因となる励磁電流の第3高調波が環流し、吸収される効果が得られるが、一方で中性点の接地が必要となる場合は適さない。(イ)結線は一次側、二次側とも中性点接地が可能という特徴を有する。(ウ)結線及び(エ)結線は第3高調波の環流回路があり、一次側若しくは二次側の中性点接地が可能である。(ウ)結線は昇圧用に、(エ)結線は降圧用に用いられることが多い。

　特別高圧系統では変圧器中性点を各種の方法で接地することから、(イ)結線の変圧器が用いられるが、第3高調波の環流の効果を得る狙いから(オ)結線を用いた三次巻線を採用していることが多い。

　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。ただし、(ア)〜(エ)の左側は一次側、右側は二次側の結線を表す。

	(ア)	(イ)	(ウ)	(エ)	(オ)
(1)	Y-Y	Δ-Δ	Y-Δ	Δ-Y	Δ
(2)	Δ-Δ	Y-Y	Δ-Y	Y-Δ	Δ
(3)	Δ-Δ	Y-Y	Y-Δ	Δ-Y	Δ
(4)	Y-Δ	Δ-Y	Δ-Δ	Y-Y	Y
(5)	Δ-Δ	Y-Y	Δ-Y	Y-Δ	Y

出題のポイント：Δの環流路とYの中性点で結線を判定する

Δ結線には第3高調波電流が流れる閉ループがありますが中性点はありません。Y結線は中性点を取り出して接地できます。この2軸から、(ア)Δ-Δ、(イ)Y-Y、(ウ)Δ-Y、(エ)Y-Δ、(オ)Δと判定します。

4つの結線を1枚で整理する

本問は結線方式の総まとめ——2つの軸で分類できます。

結線	第3調波の環流	中性点接地	主な用途
★Δ-Δ	★できる	★できない	★配電用（V結線に移行できる）
★Y-Y	★できない	★一次・二次とも可能	★単独では使わない
★Δ-Y	★できる	★二次側で可能	★昇圧用
★Y-Δ	★できる	★一次側で可能	★降圧用

判断の軸は2つだけ——Δがあるか（第3調波）、Yがあるか（中性点）です。

空欄	問題文の手がかり	答え
★(ア)	★第3高調波が環流するが中性点接地に適さない	★Δ-Δ
★(イ)	★一次側・二次側とも中性点接地が可能	★Y-Y
★(ウ)	★昇圧用	★Δ-Y
★(エ)	★降圧用	★Y-Δ
★(オ)	★三次巻線で第3調波を環流させる	★Δ

(ウ)(エ) なぜ昇圧はΔ-Y、降圧はY-Δなのか

二次側がYなら、線間電圧が相電圧の√3倍になります。

	★Δ-Y（昇圧用）	★Y-Δ（降圧用）
★一次巻線にかかる電圧	★線間電圧そのまま	★線間電圧の1/√3
★二次で得られる線間電圧	★相電圧の√3倍	★相電圧そのまま
★同じ巻数比なら	★√3倍の昇圧効果	★1/√3の降圧効果

同じ巻数比でも、結線の向きで√3倍の差がつきます——だから用途が分かれるのです。

発電機の端子電圧20 kV を500 kV へ上げるなら、少しでも有利な結線を選びます——それがΔ-Y。

逆に配電用変電所は66 kV から6.6 kV へ下げる——だからY-Δになります。

中性点接地の観点でも合理的——高圧側にYを置けば接地できるからです。

(ア)(イ)(オ) それぞれの立ち位置

(ア) Δ-Δが接地に適さない理由

三角形には中性点がありません——接地する点そのものが存在しないのです。

どうしても接地したいなら、接地変圧器を別に設けます——手間がかかることになります。

その代わり、1台故障してもV結線で運転を続けられる——配電用で使われる利点です。

(イ)(オ) Y-Yに三次Δを足す

Y-Yは中性点接地ができる代わりに、第3調波の逃げ場がありません。

だから三次巻線をΔにして、環流させます——それがY-Y-Δです。

特別高圧系統では中性点接地が必須——だからY-Yを基本にせざるを得ないのです。

問題文の「(オ)結線を用いた三次巻線」がその答え——Δ以外に選択肢はありません。

Y-Y-Δの詳細は平成25年度 A問題6（変電：Y-Y-Δ結線）、Δ-Yの計算は平成22年度 A問題7（変電：主変圧器の結線）にあります。

結線を選ぶ実際の順序

実務では、次の順に条件を確かめて決めます。

順	確かめること	結論
★①	★中性点接地が必要か	★必要ならYを含める
★②	★第3調波の逃げ場があるか	★なければΔを足す
★③	★昇圧か降圧か	★昇圧ならΔ-Y、降圧ならY-Δ
★④	★既設との角変位が合うか	★並行運転には必須

①と②の両方が必要ならY-Y-Δ——特別高圧系統の標準形です。

①が不要ならΔ-Δでもよい——配電用がその例になります。

④は見落とされがちですが、増設のとき問題になります——角変位が違うと並べられないのです。

角変位が違うとどうなるか

二次電圧に30度の位相差が生じます。

その差が両変圧器の間に循環電流を流します——負荷がなくても巻線が焼けるのです。

だから角変位が同じ組合せしか並行運転できません——Δ-YとY-Δは並べられる（どちらも30度）。

要点をもう一度

2つの軸だけで、5つの空欄が決まります。

空欄	答え	決め手
(ア)	★Δ-Δ	★環流するが中性点がない
(イ)	★Y-Y	★一次・二次とも中性点がある
(ウ)	★Δ-Y	★二次がYなので昇圧
(エ)	★Y-Δ	★二次がΔなので降圧
(オ)	★Δ	★閉ループが要る

(オ)だけで(1)(2)(3)に絞れます——あとは(ウ)で確定です。

Δがあれば調波が回り、Yがあれば中性点が出る——この2つだけです。

V結線という第5のパターン

問題文は4パターンと書いていますが、実務にはもう1つあります。

Δ結線の1台を取り除いた形がV結線——2台で三相が得られます。

出力はΔの1/√3、利用率は√3/2——効率は落ちますが継続できるのです。

だからΔ-Δは配電用で好まれます——故障時の保険になるから。

第3調波が問題になる理由

(ア)と(オ)に共通する論点を整理します。

次数	3相の関係	3相を足すと
★3・9・15…	★同位相（零相）	★★打ち消されない
5・11…	逆相	打ち消される
7・13…	正相	打ち消される

3の倍数次だけが零相になります——だから特別扱いが要るのです。

変圧器の鉄心は磁気飽和するので、励磁電流に第3調波が生じます——避けられない現象です。

Δがあれば輪の中を回るだけ——外へ出ないので波形が整います。

Δがなければ相電圧がひずみ、大地へ流れて誘導障害を起こす——だからΔを1つは持たせるのです。

まとめ

(ア)Δ-Δ	第3高調波を環流・吸収／中性点接地には不向き
(イ)Y-Y	一次・二次とも中性点接地が可能
(ウ)Δ-Y	環流路＋片側接地・昇圧用（発電所）
(エ)Y-Δ	環流路＋片側接地・降圧用（受電側）
(オ)Δ	Y-Yの三次巻線はΔで第3高調波を環流→答えは(2)

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