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。
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。M変圧器の中央タップに片端子を接続したT変圧器の他端子とM変圧器の両端子を三相電源の一次側入力端子とすると、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。このうち、計器用変圧器は、変圧比が1より大きく、定格二次電圧は一般に、110Vは110/√3 Vに統一されている。
(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、1本の導体を鉄心に貫通させた貫通形と呼ばれるものがある。二次側を開放したまま一次電流を流すと一次電流が全て励磁電流となり、二次端子には高電圧が発生するので、電流計を接続させると短絡状態で使用する必要がある。
出題のポイント：スコット結線は三相を90°差の二相へ変換する
各種変圧器では、V結線は開放Δの二辺を単相変圧器2台で構成し、利用率は \(\sqrt{3}/2\approx0.866\) です。スコット結線はM変圧器とT変圧器で三相を二相へ変換し、二つの二次電圧は等しい大きさで90°の位相差をもちます。CTは通電中の二次開放が危険です。
ポイント解説：M変圧器とT変圧器で二相をつくる
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。
問題の解説：180°とした（3）が誤り
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。
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【機械】平成28年度A問題7や、三相変圧器の【機械】令和5年度上期A問題8もあわせて確認しておきましょう。
コメント