電験3種（第三種電気主任技術者試験）の機械科目では、変圧器の用途や種類に関する論説問題もよく出題されます。本記事では、令和4年度上期 A問題9で問われた「いろいろな変圧器」——単巻変圧器・V結線・スコット結線・計器用変成器・変流器——の特徴から誤っているものを選ぶ問題を解説します。
カギはスコット結線。スコット結線は三相を二相に変換する結線で、二次側に得られる二つの単相電源の位相差は90°です。問題文ではこれを「180°」としており、ここが誤りになります。
出題のポイント：スコット結線は「位相差90°の二相」
各変圧器の用途と特徴を一通り押さえることが大切ですが、本問の判別点はスコット結線の位相差です。スコット結線（M変圧器＋T変圧器）は三相交流を位相差90°の二相交流に変換し、電気鉄道の給電などに使われます。「180°」ではなく「90°」が正しい、と覚えておきましょう。
令和4年度上期 機械科目 A問題9：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】 令和4年度上期 A問題9
いろいろな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) 単巻変圧器は、一つの巻線の一部から端子が出ており、巻線の共通部分を分路巻線、共通でない部分を直列巻線という。三相結線にして電力系統の電圧変成などに用いられる。
(2) 単相変圧器3台をΔ-Δ結線として三相給電しているとき、故障等により1台を取り除いて残りの2台で同じ電圧のまま給電する方式をV結線方式という。V結線にすると変圧器の利用率はおよそ0.866倍に減少する。
(3) スコット結線変圧器は、M変圧器、T変圧器と呼ばれる単相変圧器2台を用いる。…二次側端子からは位相差180度の二つの単相電源が得られる。この変圧器は、電気鉄道の給電などに用いられる。
(4) 計器用変成器は、送配電系統等の高電圧・大電流を低電圧・小電流に変成して指示計器にて計測するためなどに用いられる。…
(5) 計器用変成器のうち、変流器は、一次巻線の巻数が少なく…二次側を開放したまま一次電流を流すと…二次端子には高電圧が発生するので、短絡状態で使用する必要がある。
問題の解説：各記述を一つずつ確認する
スコット結線の図をもとに、(1)〜(5)の正誤を確認します。誤りは(3)で、二相出力の位相差は180°ではなく90°です。
(1) 単巻変圧器 — 正しい
単巻変圧器は一つの巻線の一部から端子を出し、共通部分を分路巻線、共通でない部分を直列巻線と呼びます。三相結線にして電圧変成などに用いられます（(1) 正）。
(2) V結線 — 正しい
Δ-Δ結線から1台を取り除き2台で三相給電する方式がV結線です。利用率は約0.866倍（√3/2）に低下します（(2) 正）。
(3) スコット結線 — 誤り
スコット結線はM変圧器（中央タップ付き）とT変圧器の単相変圧器2台で三相を二相に変換し、二次側に位相差90°の二つの単相電源を得ます。問題文の「位相差180度」が誤りで、正しくは90°です。電気鉄道の給電などに用いられます（(3) 誤）。
(4)(5) 計器用変成器・変流器 — 正しい
計器用変成器（VT・CT）は高電圧・大電流を計測用に変成します（(4) 正）。変流器(CT)は二次側を開放すると高電圧が発生して危険なため、点検時は二次側を短絡して扱います（(5) 正）。
したがって、誤っているものは (3) です。
ポイント解説：各種変圧器の要点
1. スコット結線＝三相→二相（位相差90°）
スコット結線の最重要ポイントは「三相を位相差90°の二相に変換する」こと。電気鉄道の饋電（き電）に使われます。位相差を「180°」と取り違えさせる出題は頻出なので、90°と即答できるようにしましょう。
2. V結線の利用率は約0.866
Δ-Δから1台抜いて2台で三相を供給するのがV結線。出力は単相2台分ですが、利用率は √3/2 ≒ 0.866 に下がります。「V結線＝0.866」はセットで暗記しておくと得点源になります。
3. 変流器(CT)は二次開放厳禁
CTは通電中に二次側を開放すると、一次電流が全て励磁電流となって鉄心の磁束密度が急増し、二次端子に高電圧が発生して危険です。点検時は必ず二次側を短絡してから作業します。
まとめ：各記述の正誤
| 記述 | 内容 | 正誤 |
|---|---|---|
| (1) | 単巻変圧器：分路巻線・直列巻線 | 正 |
| (2) | V結線：利用率約0.866倍 | 正 |
| (3) | スコット結線の二相出力は位相差180° | 誤（正しくは90°） |
| (4) | 計器用変成器（VT・CT） | 正 |
| (5) | 変流器(CT)は二次開放厳禁 | 正 |
各種変圧器の論説は、スコット結線（位相差90°）・V結線（利用率0.866）・CTの二次開放厳禁を押さえれば確実に得点できます。同じく各種変圧器を扱う変圧器40（磁気漏れ変圧器ほか）や、三相変圧器の変圧器41（並行運転）もあわせて確認しておきましょう。
コメント