変圧器46【電験3種 機械】変圧器の保護継電器（比率差動継電器）とは？平成20年度 A問題8 完全解説

電験3種（第三種電気主任技術者試験）の機械科目で出題される、変圧器の保護継電器。本記事では、平成20年度 A問題8で問われた、油入変圧器を保護・監視する電気的・機械的・熱的な3種類の継電器に関する穴埋め問題を解説します。

カギは電気的保護＝比率差動継電器（差電流で動作）。一次側と二次側の変流器(CT)の電流差で内部故障を検出します。機械的保護は油圧・ガス圧継電器と放圧装置、熱的保護は油温・巻線温度の監視です。

平成20年度 機械科目 A問題8：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20年度 A問題8

変圧器の異常を検出し、油入変圧器を保護・監視する装置としては、大別して電気的、機械的及び熱的な3種類の継電器（リレー）が使用される。

電気的保護装置としては、 (ア) 継電器を用いるのが一般的である。この継電器の動作コイルは、変圧器の一次巻線側と二次巻線側に設置されたそれぞれの変流器の二次側の (イ) で動作するように接続される。

機械的保護装置としては、変圧器内部の油圧変化率、ガス圧変化率、油流変化率で動作する継電器が用いられる。また、変圧器内部の圧力の過大な上昇を緩和するために、 (ウ) が取り付けられている。

熱的保護・監視装置としては、 (エ) 温度や巻線温度を監視・測定するために、ダイヤル温度計や (オ) 装置が用いられる。

空白箇所(ア)〜(オ)に当てはまる語句の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)	過電圧	和電流	放圧装置	油	絶縁監視
(2)	比率差動	差電流	放圧装置	油	巻線温度指示
(3)	過電圧	差電流	コンサベータ	鉄心	巻線温度指示
(4)	比率差動	和電流	コンサベータ	鉄心	絶縁監視
(5)	電流平衡	和電流	放圧装置	鉄心	巻線温度指示

出題のポイント：電気・機械・熱を検出対象で分ける

油入変圧器の保護は、電気的・機械的・熱的の3種類に分けて整理します。電気的保護は比率差動継電器が差電流で内部故障を検出し、機械的保護は油圧・ガス・油流の変化と放圧装置、熱的保護は油温・巻線温度の監視を担当します。

ポイント解説：比率差動は換算後の差電流で判定する

1. 比率差動継電器は「差電流」で動作

正常時は一次・二次のCT電流が打ち消し合い差電流は0。内部故障時のみ差電流が流れて動作します。外部故障での誤動作を防ぐため抑制コイルを設け、差電流が一定比率を超えたときに動作するのが「比率差動」です。

2. 機械的保護＝圧力・ガスで検出

内部故障で発生するガスや油流・油圧の変化を検出するのが機械的保護（ブッフホルツ継電器など）。圧力の過大上昇には放圧装置で対応します。「コンサベータ」は油の呼吸作用対策で、保護継電器ではない点に注意です。

3. 熱的保護＝温度監視

油温・巻線温度をダイヤル温度計や巻線温度指示装置で監視します。過大な温度上昇時に警報・引き外しを行い、絶縁劣化を防ぎます。

問題の解説：保護方式と機器名を一対一で対応させる

比率差動継電器の図をもとに、(ア)〜(オ)を一つずつ判別します。

(ア)(イ) 電気的保護 → 比率差動・差電流

電気的保護の代表が(ア) 比率差動継電器です。一次側・二次側のCTの二次電流の(イ) 差電流（\( i_d = i_1 – i_2 \)）で動作コイルが動きます。内部故障時のみ差電流が流れるため、選択的に変圧器を保護できます。

(ウ) 機械的保護 → 放圧装置

機械的保護は油圧・ガス圧・油流の変化で動作する継電器（ブッフホルツ継電器など）。さらに内部圧力の過大上昇を緩和するために(ウ) 放圧装置が取り付けられています。

(エ)(オ) 熱的保護 → 油温・巻線温度指示

熱的保護は(エ) 油温や巻線温度を監視・測定するもので、ダイヤル温度計や(オ) 巻線温度指示装置が用いられます。

以上より、(ア)比率差動・(イ)差電流・(ウ)放圧装置・(エ)油・(オ)巻線温度指示 となり、正解は (2) です。

まとめ：各空欄に入る語句

空欄	入る語	保護の種類
(ア)	比率差動	電気的
(イ)	差電流	電気的
(ウ)	放圧装置	機械的
(エ)	油（温度）	熱的
(オ)	巻線温度指示	熱的

保護継電器は「電気的＝比率差動、機械的＝圧力・ガス、熱的＝温度」の3本柱で整理すれば確実に得点できます。変圧器の構造を扱う【機械】令和2年度A問題8もあわせて確認しておきましょう。