電験3種（第三種電気主任技術者試験）の機械科目で頻出の、三相電源に接続する変圧器の論説問題。本記事では、平成27年度 A問題7で問われた第3次高調波・Δ結線の循環電流・角変位・三相鉄心形・スコット結線に関する記述から誤っているものを選ぶ問題を解説します。
カギは角変位（位相変位）。Δ-Y結線・Y-Δ結線では、一次電圧と二次電圧の間に30°（π/6）の位相差が生じます。問題文(3)はこれを「45°」としており、ここが誤りになります。
出題のポイント：異種結線の角変位は30°
一次と二次が同じ結線（Δ-Δ・Y-Y・V-V）なら角変位は0°、異種結線（Δ-Y・Y-Δ）なら30°です。Δ-Yは二次が30°進み、Y-Δは二次が30°遅れ。「45°」という値は出てこない、と覚えておきましょう。第3次高調波・スコット結線も頻出なので、あわせて押さえます。
平成27年度 機械科目 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。
電験3種 機械科目 【変圧器】 平成27年度 A問題7
三相電源に接続する変圧器に関する記述として、誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
(1) 変圧器鉄心の磁気飽和現象やヒステリシス現象は、励磁電流高調波の発生要因となる。変圧器のΔ結線は、励磁電流の第3次高調波を、巻線内を循環電流として流す働きを担っている。
(2) Δ結線がないY-Y結線の変圧器は、第3次高調波の流れる回路がないため、相電圧波形がひずみ、これが原因となって、近くの通信線に雑音などの障害を与える。
(3) Δ-Y結線又はY-Δ結線は、一次電圧と二次電圧との間に角変位又は位相変位と呼ばれる位相差45°がある。
(4) 三相内鉄形変圧器は、単相変圧器3台に比べて据付け面積の縮小と軽量化が可能である。
(5) スコット結線変圧器は、三相3線式の電源を二つの単相（二相）に変換し、大容量の単相負荷に電力を供給する場合に用いる。三相を二相に位相数変換して二相側の負荷を平衡させると、三相側の不平衡を緩和できる。
問題の解説：各記述を一つずつ確認する
角変位の図をもとに、(1)〜(5)の正誤を確認します。誤りは(3)で、位相差は45°ではなく30°です。
(1)(2) 第3次高調波とΔ結線 — 正しい
鉄心の磁気飽和・ヒステリシスにより励磁電流に第3次高調波が生じます。Δ結線は第3次高調波を巻線内に循環電流として流す働きがあります（(1) 正）。Δ結線のないY-Y結線では第3次高調波の回路がなく、相電圧がひずんで通信障害の原因になります（(2) 正）。
(3) 角変位 — 誤り
Δ-Y結線・Y-Δ結線では、一次電圧と二次電圧の間に角変位（位相変位）が生じますが、その大きさは30°（π/6）です。問題文の「位相差45°」が誤りで、正しくは30°。Δ-Yは二次が30°進み、Y-Δは二次が30°遅れになります（(3) 誤）。
(4)(5) 三相鉄心形・スコット結線 — 正しい
三相内鉄形変圧器は鉄心を共用するため、単相変圧器3台より据付け面積が小さく軽量です（(4) 正）。スコット結線は三相を二相（位相差90°）に変換し、単相負荷の不平衡を緩和します（(5) 正）。
したがって、誤っているものは (3) です。
ポイント解説：三相変圧器の要点
1. 角変位は0°か30°（45°はない）
同種結線（Δ-Δ・Y-Y・V-V）は0°、異種結線（Δ-Y・Y-Δ）は30°。この2値だけです。「45°」のような中途半端な値を見たら誤りと判断できます。
2. Δ結線は第3次高調波の逃げ道
Δ結線は第3次高調波を循環電流として流し、電圧波形のひずみを抑えます。Y-Y結線だけだと第3次高調波の回路がなく波形がひずむため、安定巻線（Δ）を設けるのが定石です。
3. スコット結線は三相→二相
スコット結線は三相を位相差90°の二相に変換し、電気鉄道の給電などに使われます。単相負荷による三相側の不平衡を緩和できるのが特徴です。
まとめ：各記述の正誤
| 記述 | 内容 | 正誤 |
|---|---|---|
| (1) | Δ結線は第3次高調波を循環電流として流す | 正 |
| (2) | ΔのないY-Yは波形ひずみ・通信障害 | 正 |
| (3) | Δ-Y/Y-Δの角変位は45° | 誤（正しくは30°） |
| (4) | 三相内鉄形は単相3台より小型・軽量 | 正 |
| (5) | スコット結線で三相→二相、不平衡緩和 | 正 |
角変位は「同種0°・異種30°」を押さえれば確実に得点できます。角変位を扱う【機械】平成29年度A問題7、【機械】平成23年度A問題8、スコット結線の【機械】令和4年度上期A問題9もあわせて確認しておきましょう。
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