変圧器の結線方式

変圧器の結線方式とは、三相変圧器の一次巻線と二次巻線をそれぞれスター結線（Y結線）とデルタ結線（Δ結線）のどちらで接続するかの組合せを指す。結線の組合せによって、一次側と二次側の線間電圧の位相関係、中性点の接地の可否、第三高調波の取扱い、並列運転の可否が決まる。そのため、変電所の設計と運用において基礎となる知識である。

結線の種類と組合せ

Y結線は、三相の各巻線の一端を共通の中性点に接続し、他端を線路に接続する結線である。Δ結線は、三相の巻線を環状に順次接続し、各接続点から線路を引き出す結線である。変圧器の結線は一次側と二次側の組合せで表され、Y-Y、Δ-Δ、Y-Δ、Δ-Yの四種類が基本となる。Y結線は中性点を取り出せるため中性点を接地できるが、Δ結線は中性点を持たないため中性点を接地できない。この違いは、中性点接地を必要とする系統で結線を選ぶときの判断材料となる。

Y結線とΔ結線の電圧・電流の関係

Y結線では、線間電圧は相電圧の√3倍となり、線電流は相電流と等しい。Δ結線では、線間電圧は相電圧と等しく、線電流は相電流の√3倍となる。両者は同じ三相電力を扱っても、巻線に加わる電圧と流れる電流の大きさが異なるため、巻線の絶縁の設計に差が生じる。

式は次のとおりである。

Y結線：線間電圧＝√3×相電圧、線電流＝相電流

Δ結線：線間電圧＝相電圧、線電流＝√3×相電流

第三高調波と第三巻線

変圧器の励磁電流には第三高調波が含まれる。Y-Y結線で中性点が接地されない場合、第三高調波の励磁電流は流れる経路がないため、磁束が正弦波からひずみ、相電圧に第三高調波が現れる。この問題に対し、Δ結線の巻線は第三高調波の電流を環状に循環させるため、磁束のひずみと相電圧の第三高調波を抑える役割を果たす。

この役割を果たすため、Y-Y結線の変圧器には、Δ結線となる第三巻線（三次巻線）を設けることが多い。第三巻線は第三高調波の循環路となるほか、調相設備を接続する用途にも用いられる。第三巻線の有無は、結線の組合せに応じて設計者が選ぶ要素であり、Y-Y結線とΔ-Δ結線の違いは第三巻線の扱いにも表れる。