三相Y結線とΔ結線：設計、解析、信頼性

三相Y（ワイ）結線

三相電力システムは、3つの電圧源を共通点で接続することで構築できます。これが古典的なY（またはスター）結線です。

この配置では、各電圧源の一端が共有ノードに配置され、もう一端が負荷に放射状に延びます（下図）。

三相Y結線：共通点を共有する3電圧源

各電圧源をコイル（オルタネータまたはトランス巻線）として視覚化すると、Yレイアウトは明確になります（図参照）。

4線式Y結線：中性線（共通）第4導体が3巻線を結ぶ

巻線から負荷へ電流を運ぶ導体を線、巻線自体を相と呼びます。

接合点に中性線がある場合とない場合があります。含まれる場合（下図）、1相の開放故障から保護するパスを提供します。

3線式Y結線：中性線なし

三相システムの電圧と電流値

三相システムで測定する際、基準点を明確にすることが重要です。

• 線電圧 - 任意の2線導体間電圧。上記回路では約208 V
• 相電圧 - 単一コンポーネント（電源巻線または負荷）両端電圧。同回路では120 V
• 線電流 - 任意の1線導体を流れる電流
• 相電流 - 単一コンポーネントを流れる電流

平衡Y結線では、線電圧は相電圧の√3倍、線電流は相電流と等しくなります：

三相Δ（デルタ）結線

三角形幾何学に因んで名付けられたデルタレイアウトは、共通中性点なしで3つの電圧源を端対端で接続します（下図）。

三相Δ結線：共通中性点なし

一見、3電源をループ接続すると短絡のように見えますが、位相角が循環電流を防ぎます。

デルタ結線におけるキルヒホッフの電圧法則

簡単なKVLチェックで、3ベクトル電圧の和がゼロ、すなわちループ周りに正味駆動力がないことを確認できます。

例えば、上部巻線から反時計回りに開始：

あるいは、1つの接合点でループを切断し、切断点電圧がゼロであることを確認：

開放Δでの電圧はゼロ - 循環電流なし

Δ接続電源が完成すると、線電圧は相電圧と等しく、線電流は2相電流のベクトル和になります。したがって：

デルタ結線例回路解析

以下のΔ負荷電源を考えます（下図）。各負荷抵抗は対応する電源巻線から120 Vを受け、相電流83.33 Aを生成します。

Δ電源の負荷もΔ結線

したがって、各線電流は144.34 Aとなり、Y接続ケースより顕著に高いですが、同じ30 kWを120 V導体間で供給するには依然として効率的です。

三相デルタシステムの利点

• デルタシステムは中性線を不要とし、ケーブル束を簡素化し材料コストを削減
• 優れた耐障害性：1巻線が開放故障しても、残り2巻線が線電圧と負荷電圧を維持、相電流のみわずかに増加
• デルタの高い線電流はより太い導体を必要とするが、同等単相システムより総銅重量は低い
• Yシステムは二重電圧（例：120/208 V）や低い線電流が必要な場合に好まれる

電源巻線故障時、Δ構成はフル負荷電圧を維持します。Y接続電源では、故障により2負荷電圧が半減し、第3負荷は完全に電力喪失します。

Δ電源：開放巻線でも線電圧120 Vと相電圧は変化なし

Y電源：開放巻線で2負荷電圧半減、第3負荷電力喪失

まとめ

• 線は電源または負荷の3点を接続する導体
• 相はシステムを構成する個別コンポーネント（巻線またはインピーダンス）
• 線電圧 = 任意の2線間電圧
• 相電圧 = 単一コンポーネント両端電圧
• 線電流 = 線を流れる電流；相電流 = コンポーネントを流れる電流
• 平衡Y：線電圧 = √3 × 相電圧；線電流 = 相電流
• 平衡Δ：線電圧 = 相電圧；線電流 = √3 × 相電流
• Δ電源は巻線故障時により高い信頼性、Y電源は同電力で線電流を低減

関連ワークシート

• デルタとワイ3相回路ワークシート