三相交流19【電験3種 理論】Y結線平衡三相回路の基本式の正誤を判定する!平成22年度 A問題9 完全解説

電験3種 理論科目【電磁気(三相交流)】平成22年度 A問題9 Y結線:V_ℓ=√3V_p、I_ℓ=I_p、P=3V_p I_p=√3V_ℓ I_ℓ

今回は平成22年度 理論科目 A問題9を解説します。Y結線の対称三相電源にY結線の平衡三相抵抗負荷を接続した回路について、線間電圧V_ℓ・線電流I_ℓ・相電圧V_p・相電流I_p・各相抵抗R・消費電力Pの関係式のうち、誤っているものを選ぶ問題です。

Y結線の基本関係を押さえれば解けます。線間電圧=√3×相電圧、線電流=相電流、消費電力P=3×相電圧×相電流=√3×線間電圧×線電流。この電力の式で係数(3と√3)を取り違えた選択肢が誤りになります。

出題のポイント

目次

平成22年度 理論科目 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 理論科目 三相交流 平成22年度 A問題9 問題文
平成22年度 理論科目 A問題9 問題文

電験3種 理論科目 【電気回路(三相交流)】 平成22年度 A問題9

 Y結線の対称三相交流電源にY結線の平衡三相抵抗負荷を接続した場合を考える。負荷側における線間電圧をV_ℓ〔V〕、線電流をI_ℓ〔A〕、相電圧をV_p〔V〕、相電流をI_p〔A〕、各相の抵抗をR〔Ω〕、三相負荷の消費電力をP〔W〕とする。

このとき、誤っているのは次のうちどれか。

(1)V_ℓ=√3V_p が成り立つ。
(2)I_ℓ=I_p が成り立つ。
(3)I_ℓ=V_p/R が成り立つ。
(4)P=√3V_p I_p が成り立つ。
(5)電源と負荷の中性点を中性線で接続しても、中性線に電流は流れない。

ポイント解説:Y結線の基本、P=3V_p I_p=√3V_ℓ I_ℓ(3と√3を混同しない)

Y結線では、線間電圧V_ℓ=√3×相電圧V_p、線電流I_ℓ=相電流I_p。各相は抵抗Rなので相電流I_p=V_p/R、よってI_ℓ=V_p/R。平衡負荷なら中性線電流は0。ここまでは(1)(2)(3)(5)で正しい。

消費電力Pがポイント。1相分がV_p×I_pなので三相ではP=3V_p I_p。線間電圧・線電流で表すと、V_ℓ=√3V_p・I_ℓ=I_pよりP=√3V_ℓ I_ℓ。したがって(4)の『P=√3V_p I_p』は係数が誤り(正しくは3V_p I_p)。

問題の解説

STEP1 (1)(2)(3)の確認

Y結線なのでV_ℓ=√3V_p((1)正)、I_ℓ=I_p((2)正)。相電流I_p=V_p/RでI_ℓ=I_pだからI_ℓ=V_p/R((3)正)。

STEP2 (4)の判定

三相の消費電力はP=3V_p I_p(1相V_p I_p×3相)。線間・線電流ではP=√3V_ℓ I_ℓ。(4)の『P=√3V_p I_p』は誤り。

STEP3 (5)の確認

平衡負荷では各相電流の和が0なので、中性線に電流は流れない((5)正)。よって誤りは(4)

答え:(4)

💡 覚え方
Y結線:V_ℓ=√3V_p、I_ℓ=I_p。三相電力P=3V_p I_p=√3V_ℓ I_ℓ。『相』で表すと3倍、『線間・線』で表すと√3倍。

⚠️ よくある間違い
電力の式で3と√3を混同しない。P=√3V_p I_p(相電圧・相電流に√3)は誤り。√3が付くのは線間電圧・線電流のとき。

まとめ

V_ℓ√3V_p …(1)正
I_ℓI_p=V_p/R …(2)(3)正
P3V_p I_p=√3V_ℓ I_ℓ
誤り(4)P=√3V_p I_p

▼あわせて解きたい関連問題
・三相電力の基本式:【理論】平成29年度B問題16

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