今回は平成29年度 電力科目 A問題7、変圧器のY-Y結線方式の特徴に関する空欄補充問題です。中性点接地の利点と、第三調波という弱点、そしてそれをΔ三次巻線で解消する——Y-Y結線の要点が一問に詰まっています。
覚える骨格は2つ。利点は一次・二次とも中性点を接地できること（異常電圧の抑制・絶縁低減・保護リレーの確実動作）。弱点は相電圧が第三調波を含むひずみ波形になること。これをΔ結線の三次巻線で第三調波を還流させて解消します。
平成29年度 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「平成29年度 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】 平成29年度 A問題7
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。
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。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
(ア)(イ) 中性点接地の2つの利点
Y結線には中性点があります——そこを接地できることが最大の利点です。
| 利点 | 内容 |
| ★異常電圧の抑制 | ★1線地絡時に健全相の電位上昇を抑える |
| ★絶縁レベルの低減 | ★対地電圧が上がらないので絶縁を弱くできる |
| ★保護リレーの確実な動作 | ★地絡電流が流れるので検出できる |
非接地なら1線地絡でも運転を続けられます——けれども健全相の対地電圧が√3倍に上がるのです。
だから接地して電位を固定する——それが(ア)の異常電圧の抑制になります。
接地していれば地絡電流が流れるので、検出できる——だから(イ)は保護リレーです。
「避雷器」は過電圧を逃がす装置で、故障を検出しません——問題文が「確実な動作による保護」と書いているのはリレーの話。
(ウ)(エ) Y-Y結線の弱点
利点の裏返しが、そのまま欠点になります。
| 順 | 起きること |
| ① | ★鉄心が磁気飽和し、励磁電流に第三調波が含まれる |
| ★② | ★Y-Yには第三調波の逃げ場がない |
| ★③ | ★相電圧が第三調波を含むひずみ波になる |
| ★④ | ★中性点を接地すると、線路の静電容量を介して大地へ流れる |
| ★⑤ | ★近接する通信線に電磁誘導障害を起こす |
第三調波は3相とも同位相（零相）——打ち消し合わずに合流します。
大地へ流れる零相電流が、近くの通信線に誘導を起こす——電流が作る磁界による誘導なので電磁誘導です。
「静電誘導」は電圧（電位）による誘導——問題文が「電流が流れる」と書いているので電磁誘導になります。
2つの誘導障害を区別する
| ★静電誘導 | ★電磁誘導 | |
| ★原因 | ★電線の電位（電圧） | ★電線を流れる電流 |
| ★媒介 | ★静電容量 | ★相互インダクタンス |
| ★起きるとき | ★常時も（不平衡があれば） | ★地絡など大電流が流れたとき |
電圧なら静電、電流なら電磁——これで区別できます。
(オ) 三次巻線をΔにする
Δ巻線を1つ加えれば、第三調波の逃げ場ができます。
| 結線 | 第三調波 | 評価 |
| ★Y-Y | ★逃げ場がなく外へ流れる | ★実際には使わない |
| ★Y-Y-Δ | ★三次のΔ内を環流する | ★大容量送電用の標準 |
三次巻線は「安定巻線」とも呼ばれます——波形を安定させるからです。
そのうえで、調相設備の接続や所内電源にも使えます——一石二鳥になります。
「Y結線」では逃げ場になりません——閉ループがないと環流できないのです。
⚠️ よくある間違い
(ア)を「異常電流」としてしまう——選択肢(1)(5)がそれです。中性点接地が抑えるのは電圧。
(イ)を「避雷器」としてしまう——選択肢(1)(4)。地絡故障を検出して動作するのは保護リレーです。
(ウ)を「第二調波」としてしまう——選択肢(1)(5)。零相になるのは3の倍数次。
(エ)を「静電誘導」としてしまう——選択肢(1)(5)。電流が流れることによる誘導なので電磁誘導。
(オ)を「Y結線」としてしまう——選択肢(2)(5)。閉ループがないと環流できません。
(ア)と(オ)の2欄で(3)に確定できます。
⏱️ 本番での進め方
①★中性点接地が抑えるのは異常電圧。電流ではない。
②★地絡を検出するのは保護リレー。避雷器ではない。
③★第三調波は零相。Δがないと外へ出る。
④★電流による誘導なので電磁誘導。三次巻線はΔ。
💡 覚え方
「Yは接地できるが第三調波が逃げられない」——利点と欠点が表裏一体です。だから三次巻線をΔにする——それがY-Y-Δになります。
Δ-Y結線の利点は平成22年度 A問題7（変電：主変圧器の結線）にあります。そちらは一次Δなので第三調波の問題が起きません。
中性点接地方式の比較
(ア)の異常電圧抑制を、方式ごとに見ましょう。
| 方式 | 地絡電流 | 健全相の電位上昇 | 採用 |
| ★非接地 | ★小さい | ★√3倍に上がる | ★6.6 kV 配電系統 |
| ★直接接地 | ★大きい | ★ほとんど上がらない | ★187 kV 以上 |
| ★抵抗接地 | ★中程度 | ★やや上がる | ★22〜154 kV |
| 消弧リアクトル接地 | ほぼゼロ | √3倍 | 特殊な場合 |
高電圧の系統ほど直接接地にします——絶縁を弱くできる効果が大きいからです。
問題文の「絶縁レベルの低減」がその利点——500 kV 系統では絶縁費用が支配的になります。
段絶縁という設計
中性点を接地すると、中性点側の電位が低くなります。
だから巻線の中性点側は絶縁を薄くできる——それが段絶縁です。
非接地なら全体を線間電圧に耐える絶縁にする必要がある——費用も大きさも増します。
Y結線で中性点接地できることが、そのまま経済性につながる——本問が「多くの利点」と書く理由です。
要点をもう一度
Y-Y結線の利点と欠点が、5つの空欄に収まっています。
| 空欄 | 答え | 位置づけ |
| (ア) | ★異常電圧 | ★利点：中性点接地で抑制 |
| (イ) | ★保護リレー | ★利点：地絡を検出できる |
| (ウ) | ★第三調波 | ★欠点：逃げ場がない |
| (エ) | ★電磁誘導 | ★欠点：通信線への障害 |
| (オ) | ★Δ結線 | ★対策：三次巻線 |
前半が利点、後半が欠点、最後が対策——構成が明快です。
(ア)と(オ)の2欄で(3)に確定できます。
三次巻線のもう1つの用途
| 用途 | 内容 |
| ★第三調波の環流 | ★波形のひずみを抑える（安定巻線） |
| ★調相設備の接続 | ★電力用コンデンサや分路リアクトルをつなぐ |
| ★所内電源 | ★変電所内の機器へ電力を供給する |
1つの巻線が3つの役目を果たします——だから大容量変圧器では標準的に備えられるのです。
三次電圧は通常10〜30 kV 程度——調相設備をつなぐのに扱いやすい電圧になります。
誘導障害の対策
(エ)の電磁誘導障害には、いくつかの手立てがあります。
| 対策 | 内容 | 効果 |
| ★三次巻線をΔにする | ★第三調波を環流させる | ★根本対策 |
| ★遮へい線 | ★通信線に沿って接地線を張る | ★誘導を打ち消す |
| ★離隔距離 | ★送電線と通信線を離す | ★相互インダクタンスを減らす |
| ★遮断時間の短縮 | ★地絡を速く切る | ★誘導の継続時間を減らす |
誘導電圧は相互インダクタンスと電流の積で決まります——どちらかを減らせばよいのです。
三次巻線をΔにするのは、電流そのものを外へ出さない方法——だから最も確実です。
問題文が「これらの欠点を解消する」と書いている——三次巻線が根本対策だという意味になります。
なぜ静電容量を介して流れるのか
第三調波は零相なので、大地へ帰る経路を探します。
送電線と大地の間には静電容量があります——そこを通って大地へ流れるのです。
中性点が接地されていれば、その電流が回路を作れる——非接地なら流れようがありません。
接地の利点が、そのまま第三調波の弱点になる——問題文の構成がそれを示しています。
まとめ
| (ア) | 1線地絡時の異常電圧を抑制 |
| (イ) | 地絡時に保護リレーが確実動作 |
| (ウ) | 相電圧は第三調波を含むひずみ波形 |
| (エ) | 第三調波電流で通信線に電磁誘導障害 |
| (オ) | Δ結線の三次巻線で解消→(3) |
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