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。
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「令和4年度上期 第三種電気主任技術者試験」機械科目 A問題9
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90°、180°ではない
スコット結線は三相を二相に変換する結線です。「二相」とは、位相が90°ずれた2つの単相のこと——180°では単に逆向きなだけで、二相にはなりません。
180°ずれた2つの電圧は、実質的に1つの単相と同じです。正負が入れ替わるだけで、独立した2つの電源にはならない——だから「二相」と呼ぶには90°でなければなりません。
| M変圧器（主座） | T変圧器（T座） | |
| 一次側の接続 | 三相電源の2端子に接続 | M変圧器の中央タップと、残る1端子に接続 |
| 一次巻線の巻数比 | 1（基準） | √3/2（M変圧器の86.6 %） |
| 二次電圧の位相 | 基準 | 90°ずれる |
T変圧器の一次巻数を √3/2 にするのが要点です。三相の線間電圧に対して、中央タップから見た電圧は √3/2 倍——その分だけ巻数を減らすことで、二次側の2つの電圧の大きさがそろいます。そして向きは互いに直角になります。
正しい4つの記述を確認する
(1) 単巻変圧器：分路巻線と直列巻線
共通部分が分路巻線、共通でない部分が直列巻線——これは定義そのものです。三相結線にして系統の電圧変成に使われるのも事実で、275 kV と500 kV を結ぶような、電圧比が1に近い用途で威力を発揮します。
(2) V結線：利用率は0.866
Δ-Δ結線から1台を取り除いた形がV結線です。2台で三相を送れるのですが、2台の容量をフルには使えません。
0.866 と0.577 のどちらを聞かれているかを取り違えないことが重要です。「利用率」なら残った2台に対する割合で0.866、「出力比」なら元の3台に対する割合で0.577——2つの値をセットで覚えておきましょう。
(4) 計器用変圧器（VT）の二次定格
VT の二次定格電圧は110 V が標準で、三相回路で相電圧を扱う場合は 110/√3 Vとされます。変圧比が1より大きい（降圧）のも、高電圧を測るための当然の性質です。
(5) 変流器（CT）の貫通形と二次開放の危険
一次巻線が1回（導体を鉄心に通すだけ）の貫通形は、大電流回路でよく使われる形式です。二次側を開放すると一次電流のすべてが励磁電流となり、高電圧が発生して危険——だから電流計を外すときは二次側を短絡してから、が鉄則です。
V結線の0.866 と0.577 を自分で導く
V結線の利用率0.866 と出力比0.577 は、丸暗記しなくても導けます。変圧器1台の容量を P とおいて、順に計算するだけです。
Δ-Δ結線では変圧器3台を使い、合計容量は 3P。これが三相出力としてそのまま使えます。ではV結線で2台にしたとき、三相出力はいくらになるでしょうか。
線間電圧と線電流から
Δと違って √3 倍にならない
変圧器1台の容量 P＝VpIp
ここが要点です。Δ結線なら線電流は相電流の √3 倍になりますが、V結線では1相分が欠けているので、線電流と変圧器の電流が一致します。その結果、三相出力は √3 P にとどまります。
| 使う台数 | 設備容量 | 三相出力 | 比 | |
| Δ-Δ結線 | 3台 | 3P | 3P | — |
| V結線 | 2台 | 2P | √3 P≒1.732P | — |
| 利用率 | — | √3 P ÷ 2P | — | 0.866 |
| 出力比 | — | √3 P ÷ 3P | — | 0.577 |
利用率は「置いてある2台をどれだけ使い切れているか」——2台分の容量2P のうち √3 P しか出せないので86.6 %。13.4 %は遊んでいることになります。
出力比は「元の3台構成に比べてどれだけ送れるか」——3P に対して √3 P なので57.7 %。1台が故障して取り除かれると、送れる電力はおよそ6割に落ちるという意味です。
2つの値は分母が違うだけで、どちらも分子は √3 P。「2台で割れば利用率、3台で割れば出力比」と覚えておけば、取り違えません。問題文が「利用率」と書いているか「出力」と書いているかを、必ず確認してください。
⏱️ 本番での進め方
①「二相」＝90°ずれた2つの単相。180°は二相ではない。
② V結線は利用率0.866、出力比0.577。2つの値を区別する。
③ CT二次開放の危険、VT二次定格110 V は毎年のように問われる。
④ 論説の誤り探しは数値の書き換えが定番。角度・比率に線を引いて読む。
💡 覚え方
「スコットは三相を90°ずれた二相に、T座の巻数は √3/2」——90°と √3/2 の2つの数字が要点です。電気鉄道の給電で、2つの単相負荷を均等にすれば三相側が平衡する——用途とセットで覚えると忘れません。
関連問題：同じテーマが繰り返し出ている
単巻変圧器・スコット結線・計器用変成器は、組合せを変えて何度も出題されています（変圧器40：各種変圧器と磁気漏れ変圧器（定電流変圧器）／変圧器45：三相電源に接続する変圧器（第3調波・角変位・スコット結線））。
本問はスコット結線の位相差、H28は磁気漏れ変圧器の特性、H27は角変位の数値——誤りにされる箇所は毎回違います。だからこそ、どの記述も正しく言えるようにしておくのが結局は近道です。
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