同期機36【電験3種 機械】並行運転の条件・操作で誤りは？平成29年 A問題4 完全解説

今回は平成29年度 機械科目 A問題4を解説します。同期発電機を並列接続するための条件・操作について、誤りを1つ選ぶ論説問題です。

端子電圧の波形（大きさ）は励磁電流で決まります。励磁電流を変えずに励磁電圧だけ調整しても波形は一致しません。

問題文と選択肢

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」機械科目 A問題4

既に同期発電機Aが母線に接続されて運転しているとき，同じ母線に同期発電機Bを並列に接続するために必要な条件又は操作として，誤っているものを一つ選べ。

(1)　母線電圧と同期発電機Bの端子電圧の相回転方向が一致していること。同期発電機Bの設置後又は改修後の最初の運転時に相回転方向の一致を確認すれば、その後は母線への並列のたびに相回転方向を確認する必要はない。

(2)　母線電圧と同期発電機Bの端子電圧の位相を合わせるために、同期発電機Bの駆動機の回転速度を調整する。

(3)　母線電圧と同期発電機Bの端子電圧の大きさを等しくするために、同期発電機Bの励磁電流の大きさを調整する。

(4)　母線電圧と同期発電機Bの端子電圧の波形をほぼ等しくするために、同期発電機Bの励磁電流の大きさを変えずに励磁電圧の大きさを調整する。

(5)　母線電圧と同期発電機Bの端子電圧の位相の一致を検出するために、同期検定器を使用するのが一般的であり、位相が一致したところで母線に並列する遮断器を閉路する。

出題のポイント：調整する量と操作する対象を対応させる

並列投入の問題では「何を合わせるために、何を操作するか」が繰り返し問われます。この対応が頭に入っていれば、記述の正誤はすぐ判定できます。

合わせるもの	操作する対象	理由
端子電圧の大きさ	励磁電流（界磁電流）	E＝4.44fNφ で、磁束は界磁電流が作る
位相・周波数	原動機の回転速度	f＝pN/120
相回転	配線（設置時に確認）	配線を変えない限り変わらない
位相の一致確認	同期検定器	電圧計・電流計では分からない

5つの記述を判定する

記述	内容	判定	根拠
(1)	相回転の確認は最初の運転時だけでよい	正しい	配線で決まるので、変えない限り変わらない
(2)	位相は原動機の回転速度で調整	正しい	回転子の位置を進める／遅らせる
(3)	電圧の大きさは励磁電流で調整	正しい	磁束を変えれば起電力が変わる
(4)	励磁電流を変えずに励磁電圧で波形を調整	誤り ✗	励磁電流が変わらなければ磁束も起電力も変わらない
(5)	位相の一致は同期検定器で確認	正しい	位相差を見られる唯一の計器

(4)のどこが誤りなのか

「励磁電圧」と「励磁電流」は別のものです。この2語の区別が、本問の唯一にして最大の分かれ目になります。

	励磁電圧	励磁電流
何か	界磁巻線に加える電圧	界磁巻線に流れる電流
関係	If＝Vf/Rf	—
磁束を決めるのは	間接的	直接（φ∝If）

実際には、励磁電圧を変えれば励磁電流も変わります（オームの法則）。ところが(4)は「励磁電流の大きさを変えずに励磁電圧の大きさを調整する」と書いています——これは物理的に成立しない操作です。

仮に成立したとしても、励磁電流が変わらないなら磁束も変わらず、起電力も変わりません。端子電圧を合わせるという目的が達成できない——どちらの意味でも誤りです。

さらに細かく言えば、「波形」という言葉も少し引っかかります。並列条件で合わせるのは電圧の「大きさ」であって、厳密な意味での波形（高調波の含み方）は機械の作りで決まってしまうものです。ここでは「大きさ」の意味で読むのが自然でしょう。

(1)はなぜ正しいのか——相回転だけが特別

「相回転は最初の運転時に確認すれば、その後は毎回確認しなくてよい」——一見すると手抜きに見えますが、これは正しい記述です。

条件	何で決まるか	運転のたびに変わるか	毎回確認が必要か
電圧の大きさ	励磁電流	変わる	必要
周波数	回転速度	変わる	必要
位相	回転子の位置	刻々変わる	必要
相回転	配線の接続順	変わらない	不要（初回と改修後のみ）

相回転は「三相の線をどの順につないだか」で決まります。配線を変えない限り、運転のたびに変わることはありません——だから初回に一度確認すれば十分です。

逆に、改修や配線工事のあとは必ず確認しなければなりません。問題文が「設置後又は改修後の最初の運転時に」と書いているのは、この点を正確に押さえた表現です。

相回転が違ったまま投入すると、2台の電圧が常に大きく食い違い、ほぼ短絡に近い状態になります——他の3条件のような「自然に揃う」働きはまったくありません。確認の頻度は少なくてよいが、間違えたときの被害は最大という条件です。

条件を満たさずに投入すると、実際に何が起きるか

「並列と同時にじょう乱が発生する」と言われても、具体的な姿が見えにくいかもしれません。条件ごとに、どれくらい危険かを整理しておきましょう。

ずれているもの	流れる電流の目安	被害	危険度
電圧が数 % 違う	小さな無効横流	巻線がやや加熱	低い
位相が数十度ずれている	大きな有効横流	軸に衝撃トルク・機械的損傷	中〜高
位相が180°ずれている	起電力の差が2倍になり、ほぼ短絡と同じ	巻線焼損・軸の破損	極めて高い
相回転が逆	常に大きな差が生じ続ける	重大事故	最悪

位相が180°ずれた状態は「起電力が真逆を向いている」ということです。2台の起電力が足し合わさって回路に加わる——短絡よりも厳しい条件になり得ます。

だから同期検定器で位相を確認するのです。電圧計では大きさしか分からず、位相が真逆でも「両方200 V」としか読めません——位相を見られる計器でなければ意味がないという(5)の記述は、この事情を述べています。

相回転の確認は「一度だけ、しかし必ず」

(1)は「初回だけ確認すればよい」と述べており、これは正しい記述です。ただし「確認しなくてよい」という意味ではありません。

場面	相回転の確認	理由
設置後の初回運転	必須	配線が正しいか未確認
改修・配線工事の後	必須	接続が変わった可能性がある
通常の並列投入	不要	配線は変わっていない

相回転は配線の接続順で決まる「静的な」条件です。電圧・周波数・位相のように運転のたびに変わるものではありません——だから確認の頻度が違うのです。

逆に言えば、配線に手を入れたら必ず確認しなければなりません。三相のうち2本を入れ替えただけで相回転は逆になる——点検や更新工事のあとが、いちばん危ない場面です。

「頻度は少ないが、間違えたときの被害は最大」——相回転はそういう条件だと理解しておいてください。問題文が「設置後又は改修後の最初の運転時に」と、確認すべき場面を正確に限定しているのも、この性質を反映した表現です。

まとめ

誤り選択肢	(4)
理由	波形（大きさ）は励磁電流で決まるため
正しい確認	同期検定器で位相一致
答え	(4)

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