【そうだったのか小ネタ⑩】変圧器はkVA、電動機はkW ― 理由は115年前の規則に書いてあった

変圧器はkVA、電動機はkW、進相コンデンサはkvar。ひとつのキュービクルの中に、単位が三つ並んでいます。前回の続きとして、この使い分けを追いかけました。今回は、これまでの9回とは違う結末になりました。

前回、kVAのkが小文字である理由を探して、結局どこにも書かれていないという結末になりました。そのとき「なぜ変圧器はkVAなのか」も規格には書かれていないと触れました。今回はそこを掘ります。

結果を先に言うと、現代の規格には、やはり何も書かれていませんでした。そのかわり、思いがけない場所で見つかりました。

ペン太

変圧器がkVAなのは、力率が分からないからですよね。よく聞きます。

ハリタ

私もそう覚えていました。でも、その説明の出どころが見つからないんです。

ペン太

えっ。じゃあ本当の理由は分からずじまいですか。

ハリタ

それが今回は、書いてある資料が出てきました。1911年のものですが。

同じ規格の同じ箇条に、4つの単位が並んでいる

まず、どこに書いてあるかから。回転機の定格を定めているのはJIS C 4034-1です。その定格出力の箇条を開くと、機種ごとに単位が書き分けられています。

変圧器はここには出てきません。別の規格です。JIS C 4304（配電用6kV油入変圧器）の定格容量は、こう定められています。

ここまでは、調べれば出てきます。問題はこの先です。

ひとつ、面白い対比があります。同じJIS C 4304の対比表で、定格容量の「値」については理由が書いてあります。日本で一般に普及している容量を採用した、という趣旨です。

値を選んだ理由は書くのに、単位を選んだ理由は書かない。この連載で何度も見た構図が、ここにも出てきました。

電動機のkWは、軸から取り出す機械的出力

ここは実務で最も間違えやすいところなので、規格の言葉を正確に押さえておきます。

JIS C 4210（一般用低圧三相かご形誘導電動機）は、定格出力を「軸において連続して使用可能な機械的出力」と定義し、キロワットで表すとしています。JIS C 4213（トップランナーモータ）も同じ書き方です。

つまり、銘板の3.7kWは、電気を何kW食うかではありません。軸から取り出せる機械の力です。

この二段階の割り算が、受電設備の容量計算では効いてきます。電動機のkWをそのまま足していくと、必ず足りなくなります。

なお、この「軸出力である」という定義は、日本独自のものではありません。国際規格でも電動機の定格出力は軸で取り出せる機械的動力とされていて、発電機が端子での電気的出力であるのと明確に対になっています。

「発電機はkW」という言い方は、どこから来たのか

ここでひとつ、実務の言い回しを整理しておきます。「この発電機、何kW？」——現場でよく交わされる会話です。ところが規格上、交流発電機の定格はkVAです。

では「発電機はkW」はどこから出てきたのか。調べると、間違いではなく、別のものを指した言い方が混ざったものでした。出どころは三つあります。

だから「発電機は何kW？」と聞いてエンジン側の数字が返ってくることがあるのは、当然といえば当然でした。300kVAの発電装置なら、力率0.8で240kW。どちらの数字も正しく、指しているものが違うだけです。

理由は、115年前の規則に書いてあった

ここからが今回の本題です。

現行のJISにもIECにも理由がない。それなら古い資料まで戻ろう、と考えました。行き着いたのがアメリカ電気学会が1911年に出した標準化規則です。著作権が切れていて、全文が公開されています。

そこに、探していた一文がありました。

さらに同じ規則の第65条には、もっと根本的な原則があります。すべての電気機器は、入力ではなく出力で定格を表すべきである、と。

この二つを組み合わせると、機種ごとの単位がきれいに説明できます。

そして1914年版になると、機種別の条文がそのまま並びます。直流発電機は端子でのキロワット、交流発電機と変圧器は端子でのキロボルトアンペア（力率を指定して）、電動機は軸でのキロワット。

現行のJIS C 4034-1と、ほぼ同じ構造です。115年前に決まった枠組みが、そのまま今のJISに残っていることになります。

ついでに、もうひとつ見つかりました。1914年版の交流発電機の条には、「対応するキロワットも併記することが望ましい」という一文が添えられています。発電装置がkVAとkWを併記する慣習は、この頃から始まっていたことになります。

kWをkVAに直す、公開されている唯一の計算規格

理由が分かったところで、実務の話に戻ります。電動機のkWを、電源側のkVAにどう直すか。

じつはここ、日本の規格の中で扱いがそろっていません。

JIS C 4620（キュービクル式高圧受電設備）にも、有名な一行があります。高圧電動機は、定格出力（kW）をもって機器容量（kVA）とする。

規格の全文を検索しましたが、この換算の理由は、本文にも附属書にも書かれていません。効率で割って力率で割ると1.05倍あたりに落ち着くから丸めている、という説明は実務で流通していますが、規格はそう言っていません。「そうする」とだけ書いてあります。

そんな中で、換算をきちんと式にしている公開資料がひとつあります。日本内燃力発電設備協会が無償公開している自家発電設備の出力算定法です。

この資料には、機器ごとに「負荷表への入力単位」を指定した一覧表もあります。日本の規格で、機器別の単位を一枚にまとめたものは、私の知る限りここだけです。

現場では、どこで間違えるか

最後に、単位の取り違えが起きやすい場所を挙げておきます。

1. 電動機のkWを、そのまま消費電力として足す——いちばん多い間違いです。銘板のkWは軸出力。電源側では1.4倍前後になります。
2. エアコンの「能力」と「消費電力」を混同する——JIS B 8615-1は、冷房能力も暖房能力も総合消費電力も、すべてWで表記すると定めています。規格が単位で区別していないので、紛らわしいのは読み手のせいではありません。
3. UPSのkVAだけ見て容量を決める——JIS C 4411-1は、定格出力の有効電力（W）と皮相電力（VA）の両方を表示せよと要求しています。併記は慣習ではなく規格の要求です。両方見てください。
4. 変圧器の力率を気にしすぎる——JIS C 4304の定格力率は100%（cosφ＝1）と定められています。定格点では数値としてkVAとkWが一致します。

もうひとつ、知っておくと得をする話を。同じkVAでも、国際規格と日本の規格で指しているところが違います。

今回は、この連載では初めて「なぜ」に答えが出た回になりました。ただし答えがあったのは115年前の文書で、現行の規格はやはり黙ったままです。

決めた理由は、決めた直後にしか書かれない。そういうものなのかもしれません。

この記事を書いた人：ハリタ

電気設備設計の実務者。内線規程・電気工事士資格・住宅の電気設備を「設計者の視点」で解説しています。プロフィール詳細