電気と設備のノウハウ｜なんとなく設備がわかる実践ガイド | 変圧器容量の選定方法

「空調機を増設したいんだけど、今のトランスで容量足りる？」——設備管理で一番よく受ける相談のひとつです。

そして実務の答えを先に言うと、図面上の合計kWをいくら眺めても判断はつきません。計測が全てです。この記事では、変圧器容量の基本（kVAとkWの違い・力率・需要率）から、簡易計算機、そして実際の増設判断・無負荷損対策・パラ運転などの現場ノウハウまで解説します。

この記事でわかること

kVAとkWの違いと換算式（自動計算機つき）
需要率・80%運用の考え方と、消防負荷2.14倍の話
「空調を増設できるか」を実際にどう判断しているか【実録】
無負荷損を減らす運用（休日遮断・トランス統合・パラ運転）
容量変更時に忘れがちなサーマルリレー設定の話

🔹 kVAとkWの違い——変圧器の容量はなぜkVAなのか

変圧器の容量はkVA（皮相電力）、負荷はkW（有効電力）で表されるのが混乱のもとです。関係式はこうです。

kVA ＝ kW ÷ 力率（逆に kW ＝ kVA × 力率）

電力には3種類あります。

有効電力（kW）：実際に仕事をする電力
無効電力（kvar）：モーターやコイルの磁界を作るのに必要な電力
皮相電力（kVA）：電源から供給される見かけの電力（上2つの合成）

変圧器は無効電力の分まで電流を流すので、容量はkVAで表します。モーターの多い工場ほど無効電力が増え、同じkWでも必要なkVAは大きくなります。

力率が悪いとどうなる？

100kWの負荷でも、力率95%なら約105kVA、力率80%なら125kVA必要です。力率低下は電流増加・発熱・電圧降下・電気料金増につながるため、高圧設備では進相コンデンサで力率改善するのが一般的です。

🔗 関連：APFC（自動力率調整器）とは？

🔹 変圧器容量簡易計算機

変圧器容量簡易計算機

設備容量の合計（kW）

接続する機器の銘板kW（消費電力）の合計

力率（0.5〜1.0）

目安：モーター多め0.8／一般0.9／コンデンサ改善済み0.95

需要率（0.1〜1.0）

目安：工場の動力0.5〜0.6／事務所0.6〜0.7／全台同時運転なら1.0

運転余裕

※需要率は用途で大きく変わります。実測データ（デマンド・負荷電流の記録）がある場合はそちらを優先してください。

計算式：最大需要電力（kVA）＝設備容量kW×需要率÷力率、必要容量＝最大需要電力÷運転余裕。結果は標準容量（50〜2,000kVA）の直近上位で提示します。

🔹 なぜ80%以内の運転が望ましいのか

変圧器は一時的になら定格を超えて運転できます。しかし油入変圧器の場合、過負荷で油温が上がると絶縁劣化が早まるうえ、一度上がった油温を冷ますには時間がかかります。過負荷と冷却を繰り返すような運用は寿命を確実に削るため、「短時間なら耐えられる」と「連続で使ってよい」はまったく別の話です。

温度が約10℃上がると絶縁物の寿命は約半分と言われるため、通常運転は容量の80%以内が目安です（300kVAなら240kVA程度まで）。夏場は周囲温度が高く油温が下がりにくいので特に注意してください。

逆に「非常時だけの負荷」は過負荷を見込める——消火栓ポンプの2.14倍

80%ルールとは逆方向の話もあります。消火栓ポンプなどの消防負荷は、火災時にしか運転しない短時間負荷です。このため、消防法関係の非常電源（専用受電設備）の基準では、非常電源を受け持つ変圧器の負荷は定格容量の2.14倍以内とされており、短時間の過負荷を前提にした設計が認められています。

「常用は80%以内に守り、非常用は2.14倍まで見込める」——同じ変圧器でも、負荷の性質（連続か短時間か）で見方が変わるのが容量設計の面白いところです。※適用条件があるので、実際の設計では最新の基準・認定条件とメーカーの過負荷耐量を確認してください。

🔹 最大需要電力と需要率

全設備が同時にフル稼働することはないため、需要率（一般に60%程度）を使って見積もります。

最大需要電力＝設備容量 ÷ 力率 × 需要率

例：設備容量300kW・力率0.95・需要率0.6 → 約190kVA。合計kWだけで選ぶと過大な変圧器になります。

需要率＝最大需要電力÷設備容量
負荷率＝平均電力÷最大需要電力
不等率＝各負荷最大値の合計÷合成最大需要電力

🔹 【実録】「空調を増設できるか」はどう判断するか

冒頭の相談への、実際の進め方です。

まずクランプやデマンドデータで現状の負荷を計測します。図面上の接続容量ではなく、実際に流れている電流・電力を見るのです。その結果、

空き容量に収まる範囲で、入れられる最大の空調機を選定したこともあれば、
希望の空調機を優先して、トランスを増設したこともあります。

どちらに転ぶかは計測してみないとわからない——「計測しないと判断がつかない」がこの仕事の結論です。逆に言えば、日頃からデマンドや負荷電流の記録を取っている設備は、増設判断が一瞬で終わります。

🔗 関連：電力量計の正しい接続方法（計測の基本）

🔹 現場の運用ノウハウ：無負荷損との戦い

変圧器は無負荷でも鉄損（無負荷損）で電気を消費し続けます。電気代に直結するので、現場ではこんな工夫をしています。

① 工場停止日は一部のトランスを遮断する
休日に使わない動力系のトランスをLBSで解列し、無負荷損を削減します。

🔗 関連：LBS（高圧負荷開閉器）とは？（休日解列の開閉点）

② トランスの統合
負荷率の低いトランスが複数あるなら、統合して台数を減らすことで無負荷損をまとめて削減できます。更新のタイミングで実施した経験がありますが、効果は電気代に直接現れます。

③ パラ（並列）運転で大容量に
500kVA＋500kVAを並列接続して1,000kVA分として使う「パラ運転」という使い方もあります。ただし並列運転には条件があり、電圧比・結線（角変位）・％インピーダンスがそろっていることが前提です。異なる変圧器を安易にパラると循環電流が流れるので、必ず仕様を確認してください。

なお、単相変圧器を組み合わせて三相を作るV結線という柔軟な使い方もあります。詳しくは別記事で。

🔗 関連：単相変圧器を3台使って動力用に使う話〜V結線のメリットと注意点〜

🔹 【注意】容量を変えたらサーマルリレーの設定も見直す

変圧器の過負荷保護として、二次側にサーマルリレー（温度・過負荷検出）を設けて警報を出す構成があります。設定値の考え方は「二次側定格電流×CT比」です。

ここで実際にあった話ですが、変圧器の容量を変えたのに、サーマルの設定が旧容量のままになっていることがあります。容量を上げたのに警報値が昔のままなら誤報だらけになり、下げたのに昔のままなら過負荷を見逃します。変圧器を更新・増減容量したら、サーマルリレー・保護継電器の設定とCT比の見直しをセットで行ってください。