【問題】
【難易度】★★★☆☆（普通）
次の文章は，変圧器の移行電圧に関する記述である。文中の\( \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ \)に当てはまる語句又は式を解答群の中から選び，その記号をマークシートに記入しなさい。
変圧器の高圧巻線にサージ電圧を印加すると，高圧巻線と低圧巻線間の静電的及び電磁的結合によって，低圧巻線にも電圧が誘起される。これが移行電圧で，静電的移行電圧と電磁的移行電圧に大別され，条件によっては低圧巻線及びこれに接続している機器の絶縁を脅かすほどの大きさになることもある。
静電的移行電圧は，サージ電圧が急しゅんで時間の短いものであれば，\( \ \fbox { （１） } \ \)静電容量と低圧巻線の対地静電容量の比でほぼ決定され，両巻線の巻数比に\( \ \fbox { （２） } \ \)となる。高圧－低圧巻線間の静電容量を\( \ C_{HL} \ \)，低圧巻線の対地静電容量を\( \ C_{LE} \ \)とすると，低圧巻線側に現れる静電的移行電圧は，式\( \ \fbox { （３） } \ \)に比例した値となる。したがって，低圧巻線の端子と対地間にコンデンサを接続することで，低圧巻線への移行電圧を抑制することができる。また，この移行電圧は巻線間の接地遮へい，すなわち\( \ \fbox { （４） } \ \)を設けることでも抑制が可能である。
電磁的移行電圧は，サージが印加された巻線に準定常分電流により磁束を生じ，それが他の巻線と鎖交した各ターンに電圧を誘導することで発生する。静電的移行電圧と異なり，低圧巻線端子にコンデンサを接続しても，振動周波数が変わるだけで\( \ \fbox { （５） } \ \)はそれほど低減されない。
実際の運用では，静電的移行分と電磁的移行分が合成された電圧の波形で低圧側に移行し，さらに低圧巻線の固有振動による電圧分も加わって複雑な様相を示す。
〔問2の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）& 過渡回復電圧 &（ロ）& 巻線間 &（ハ）& 逆比例 \\[ 5pt ]
&（ニ）& \frac {C_{LE}-C_{HL}}{C_{HL}+C_{LE}} &（ホ）& 波高値 &（ヘ）& ギャップ \\[ 5pt ]
&（ト）& 電 源 &（チ）& 混触防止板 &（リ）& 比 例 \\[ 5pt ]
&（ヌ）& \frac {C_{HL}}{C_{HL}+C_{LE}} &（ル）& 時定数 &（ヲ）& 無関係 \\[ 5pt ]
&（ワ）& 避雷器 &（カ）& 高圧巻線対地 &（ヨ）& \frac {C_{LE}}{C_{HL}+C_{LE}} \\[ 5pt ]
\end{eqnarray}
\]
【ワンポイント解説】
変圧器の移行電圧に関する問題です。
原理を知っていれば難なく解ける内容ですが，専門書以外ではあまり扱わない内容であるため，受験生にとっては厳しい問題であったかと思います。
ただし，問題文をしっかりと読んでいるとヒントとなる内容が多く含まれているため，諦めずに解いていくことが重要です。
1.変圧器の移行電圧
変圧器の高圧巻線に雷等によりサージ電圧が印加されたとき，巻線の電位振動によって低圧巻線にも電圧が誘起される現象です。静電的移行電圧と電磁的移行電圧に分けて考えられます。
①静電的移行電圧
巻線間の静電容量を介して，低圧側に電圧が誘起される移行電圧です。巻線間の静電容量\( \ C_{\mathrm {w}} \ \)，低圧側の対地静電容量\( \ C_{\mathrm {g}} \ \)とし，高圧側にサージ電圧\( \ E \ \)が印加されたとき，低圧側に現れる移行電圧\( \ V_{\mathrm {L}} \ \)は，
\[
\begin{eqnarray}
V_{\mathrm {L}} &=& \frac {\displaystyle \frac {1}{\mathrm {j}\omega C_{\mathrm {g}}}}{\displaystyle \frac {1}{\mathrm {j}\omega C_{\mathrm {w}}}+\frac {1}{\mathrm {j}\omega C_{\mathrm {g}}}} E \\[ 5pt ]
&=& \frac {1}{\displaystyle \frac {C_{\mathrm {g}}}{ C_{\mathrm {w}}}+1} E \\[ 5pt ]
&=& \frac {1}{\displaystyle \frac {C_{\mathrm {g}}+C_{\mathrm {w}}}{ C_{\mathrm {w}}}} E \\[ 5pt ]
&=& \frac { C_{\mathrm {w}}}{C_{\mathrm {g}}+C_{\mathrm {w}}} E \\[ 5pt ]
\end{eqnarray}
\]
となります。これより，静電的移行電圧を低減するためには，低圧側の対地静電容量\( \ C_{\mathrm {g}} \ \)を巻線間の静電容量\( \ C_{\mathrm {w}} \ \)よりも十分に大きくすれば良いことがわかります。また，巻線間に混触防止版を設置することでも低減することが可能です。
②電磁的移行電圧
巻線間の結合リアクタンスを介して，低圧側に電圧が誘起される現象です。具体的には，変圧器の高圧側巻線に侵入したサージ電圧によって生じる磁束が低圧側巻線を通過し，ファラデーの電磁誘導の法則により電圧が誘起されます。静電的移行電圧と異なり，低圧巻線端子にコンデンサを接続しても，振動周波数が変わるだけで電圧波高値はそれほど低減されないことから，低圧側の相間絶縁を強化する，各相対地間に避雷器を挿入する，等の対策が取られます。
【解答】
(1)解答：ロ
題意より解答候補は，（ロ）巻線間，（ヘ）ギャップ，（カ）高圧巻線対地，になると思います。
ワンポイント解説「1.変圧器の移行電圧」の通り，静電的移行電圧は，巻線間静電容量と低圧巻線の対地静電容量の比でほぼ決定されます。次の文章で「高圧－低圧巻線間の静電容量を\( \ C_{HL} \ \)，低圧巻線の対地静電容量を\( \ C_{LE} \ \)とする」と与えられているのがヒントとなっています。
(2)解答：ヲ
題意より解答候補は，（ハ）逆比例，（リ）比例，（ヲ）無関係，になると思います。
ワンポイント解説「1.変圧器の移行電圧」の通り，静電的移行電圧は，両巻線の巻数比に無関係となります。直前の文章で「ほぼ決定され」となっていることから，無関係であることの想定がつくかと思います。
(3)解答：ヌ
題意より解答候補は，（ニ）\( \ \displaystyle \frac {C_{LE}-C_{HL}}{C_{HL}+C_{LE}} \ \)，（ヌ）\( \ \displaystyle \frac {C_{HL}}{C_{HL}+C_{LE}} \ \)，（ヨ）\( \ \displaystyle \frac {C_{LE}}{C_{HL}+C_{LE}} \ \)，になると思います。
ワンポイント解説「1.変圧器の移行電圧」の通り，高圧－低圧巻線間の静電容量を\( \ C_{HL} \ \)，低圧巻線の対地静電容量を\( \ C_{LE} \ \)とすれば，静電的移行電圧は\( \ \displaystyle \frac {C_{HL}}{C_{HL}+C_{LE}} \ \)に比例した値となります。
(4)解答：チ
題意より解答候補は，（ヘ）ギャップ，（ト）電源，（チ）混触防止板，（ワ）避雷器，になると思います。
ワンポイント解説「1.変圧器の移行電圧」の通り，静電的移行電圧は混触防止板を設けることで抑制が可能です。直前の文章の「巻線間の接地遮へい」が大きなヒントとなっています。
(5)解答：ホ
題意より解答候補は，（イ）過渡回復電圧，（ホ）波高値，（ル）時定数，になると思います。
ワンポイント解説「1.変圧器の移行電圧」の通り，電磁的移行電圧は，低圧巻線端子にコンデンサを接続しても，波高値はそれほど低減されません。
愛知県出身 愛称たけちゃん