電力ガイド：ワット、VA、力率と回路容量決定
電力の種類
- 有効電力（P）：実際に仕事をする電力。単位：ワット（W）。P = V × I × PF
- 無効電力（Q）：インダクタンス/キャパシタンスに蓄え・放出されるエネルギー。単位：バール（VAR）。Q = V × I × sin(θ)
- 皮相電力（S）：電源から供給される総電力。単位：ボルトアンペア（VA）。S = V × I
力率三角形：S² = P² + Q²
力率：PF = P / S = cos(θ)。0から1.0の範囲。PF = 1.0は全電力が有効（純抵抗）を意味します。モータは通常PF 0.6〜0.9です。
電力公式
| 回路タイプ | 有効電力（W） | 皮相電力（VA） | 電流（A） |
|---|---|---|---|
| 単相 | P = V × I × PF | S = V × I | I = S / V |
| 三相（線間電圧） | P = V線間 × I × PF × √3 | S = V線間 × I × √3 | I = S / (V線間 × √3) |
| 三相（相電圧） | P = 3 × V相 × I × PF | S = 3 × V相 × I | I = S / (3 × V相) |
負荷タイプ別の典型的な力率
| 負荷タイプ | 典型的PF | 容量決定への影響 |
|---|---|---|
| 白熱電球 | 1.0 | W = VA |
| LEDドライバ | 0.9–0.95 | 最小限の補正で済む |
| 蛍光灯（PFCなし） | 0.5–0.6 | コンデンサ補正が必要 |
| 誘導電動機（負荷運転） | 0.75–0.85 | HVACで一般的 |
| 誘導電動機（軽負荷） | 0.3–0.5 | 非常に低い力率 |
| インバータ（VFD） | 0.95–0.98 | 入力リアクトルで良好 |
| 溶接変圧器 | 0.3–0.5 | 深刻な力率割引 |
なぜ力率が重要か
低い力率は、同じ有効仕事に対してより大きな電流を意味します。これにより以下が増加します：
- 電線サイズ：VA（電流）で容量決定し、ワットではありません
- 変圧器負荷：100kVA変圧器がPF 0.7の場合、有効電力は70kWしか供給できません
- 力率割引：多くの電力会社がPF 0.85〜0.90以下で割引を課します
- 電圧降下：大きな電流が導体でより多くの電圧降下を引き起こします
三相交流
三相交流は120°ずれた3つの交流電流を使用します。高出力負荷に効率的です：
利点：
- 一定の電力供給（ゼロクロスなし）
- 同じ電力でより細い電線（3本の導体 vs 単相の2本）
- モータの自己始動（回転磁界）
| 系統 | 電圧 | 用途 |
|---|---|---|
| 単相3線式 200/100V | 線間200V、単相100V | 家庭用、小規模商業 |
| 三相3線式 200V | 線間200V | 商業ビル、工場 |
| 三相3線式 400V | 線間400V | 大型工場 |
| 三相4線式 400/230V | 線間400V、相電圧230V | 国際規格（IEC） |
よくあるミス
- ワットとVAの混同：1,000VA、PF 0.7のUPSは700Wしか供給できません。常に両方の定格を確認してください。
- PFを無視した電線容量決定：電線は電流（アンペア）で容量決定し、ワットではありません。100V、PF 0.8の800Wモータは8Aを消費し、6.7Aではありません。
- 三相に単相公式を使用：√3係数の見落とし。三相電流 = VA / (V線間 × √3)。
基準参考
- 電気設備技術基準 — 経済産業省
- 内線規程（JEAC 8001）— 日本電気協会
- JIS C 4034 — 回転電機
- JEAC 9701 — 高圧受電設備規程
よくある質問
ワットとVAの違いは？
ワット（W）は有効電力——実際に仕事をする電力です。VA（ボルトアンペア）は皮相電力——供給される総電力です。抵抗負荷（ヒーター、電球）ではW = VAです。リアクティブ負荷（モータ）では力率のためVA > Wです。960W、PF 0.8のモータの皮相電力は1,200VAです。
三相電力はどのように計算しますか？
三相：P = V線間 × I × PF × √3。例：200V、30A、PF 0.85：P = 200 × 30 × 0.85 × 1.732 = 8,833W ≈ 8.8kW。√3係数は120°の位相関係を表します。
良い力率とは？
力率が0.90以上であれば良好とされます。ほとんどの電力会社はPF 0.85以上を要求し、それ以下では割引が課されます。モータは低力率の最も一般的な原因で、通常0.75〜0.85で運転されます。力率改善コンデンサでPFを0.95以上に改善できます。
低力率は電気代を増加させますか？
はい、2つの方法があります。第一に、同じ仕事に対して配線により多くの電流が流れ、I²R損失が増加します。第二に、多くの商業用電力でPFが0.85〜0.90を下回ると力率割引が課されます。家庭用電力顧客は通常、力率の割引は課されません。
装置用のUPS容量はどう選定しますか？
すべての装置のVA定格（ワットではありません）を合計し、20%の余裕を加えます。300W、PF 0.6のパソコンは500VAです。パソコン3台：1,500VA + 20% = 最低1,800VAのUPSが必要です。UPSのVAとワット定格の両方を確認してください——両方が負荷を上回る必要があります。