2019年度 第一種電気工事士 筆記試験 問10 解説 Y-Δ始動法

Y-Δ始動法の基本性質で判断する

この問題は、Y-Δ始動における「始動電流」と「始動トルク」の特性を理解しているかを問うています。判断の根拠は、Y-Δ始動を行うと、Δ結線で直接始動（全電圧始動）する場合に比べて、始動電流と始動トルクがともに$1/3$になるという性質です。選択肢ロは「同じである」と述べているため、これが誤りであると即座に判断できます。

Y-Δ始動の仕組みと電圧の関係

Y-Δ始動は、電動機の始動時に固定子巻線をY結線（スター結線）にして電圧を下げて始動し、加速した後にΔ結線（デルタ結線）に切り替えて定格運転を行う方法です。

まず、電圧の関係に着目します。Δ結線の時の相電圧は線間電圧$V$と等しいですが、Y結線に切り替えると、各相の巻線に加わる電圧は$V/\sqrt{3}$となります。つまり、始動時には定格電圧の$1/\sqrt{3}$倍の電圧が巻線にかかっていることになります。これが選択肢ニの解説です。

なぜ始動トルクと電流が減少するのか

誘導電動機の特性として、発生するトルクは印加電圧の2乗に比例するという法則があります。

始動時の電圧が定格の$1/\sqrt{3}$倍になると、発生するトルクは以下のようになります。 $(1/\sqrt{3})^2 = 1/3$

このように、始動トルクはΔ結線で直接始動する場合の$1/3$に低下します。同様に、Y結線では電圧が低いため電流も抑えられ、回路全体としての線電流もΔ結線の$1/3$になります。この「電流を抑えつつ、トルクも小さくなる」というトレードオフの関係が、Y-Δ始動の最大の特徴です。

始動電流制限の教育的意義

第一種電気工事士試験において、なぜこの知識が重要視されるのでしょうか。それは、大容量の電動機をいきなり全電圧で始動させると、非常に大きな突入電流（始動電流）が流れ、配電系統の電圧降下や、他の機器への悪影響を引き起こす可能性があるからです。

実務において、Y-Δ始動は比較的安価に始動電流を抑えられるため、ファンやポンプなど、始動時に大きなトルクを必要としない負荷に対して広く利用されています。この問題を解くことは、単なる暗記ではなく、機器の保護と系統への影響を考慮した電気設備設計の基礎を問うていると言えます。

参考リンク

• 電動機の始動方式｜電気工事士試験の解説
• 誘導電動機のY-Δ始動をシミュレーションしてみた
• 三相誘導電動機のトルク特性と始動法（電気学会）