変圧器容量選定計算機ガイド

なぜ変圧器選定が重要か

変圧器は電力をある電圧レベルから別の電圧レベルへ変換し、周波数を一定に保ちます。480Vを208Vに降圧して商業ビルの空調システムに供給する場合でも、240Vを480Vに昇圧して産業用モーターに供給する場合でも、変圧器は接続された負荷を熱的限界値を超えることなく処理できる定格でなければなりません。

変圧器はkVA（キロボルトアンペア）で定格表示され、kWではありません。これは定格値が有効電力（kW）と無効電力（kVAR）の両方を考慮する必要があるためです。kVA定格は、変圧器が定格電圧で温度上昇限界を超えることなく連続供給できる皮相電力を表します。乾式変圧器（220°C絶縁等級）では標準的な温度上昇が150°C、油入変圧器（JIS C 4304）では65°Cです。

容量不足は運転温度の過上昇、絶縁劣化の加速、そして壊滅的な故障につながります。容量过大は変圧器自体のコストを浪費し、負荷に関係なく24時間稼働する無負荷損失を増加させます。

主要選定計算式

基本選定計算式は、電圧と電流から皮相電力（kVA）を算出します：

単相変圧器

Vは相対中性点電圧（または単相系統の線間電圧）、Iは満負荷電流（アンペア）です。

例：単相負荷が240Vで40Aを消費する場合。kVA = (240 × 40) / 1,000 = 9.6 kVA。次の標準サイズを選定：10 kVA。

三相変圧器

Vは線間電圧、Iは線電流、√3 ≈ 1.732は平衡三相系統における位相関係を表します。

例：三相負荷が480Vで100Aを消費する場合。kVA = (480 × 100 × 1.732) / 1,000 = 83.1 kVA。次の標準サイズを選定：112.5 kVA。

kVAから電流を算出

計算式を変形して、所定の変圧器定格に対する満負荷電流を求めることもできます：

段階的選定手順

ステップ1：負荷の特定

変圧器が給電するすべての機器をリストアップします。各機器について、銘板または電気設備技術基準のモーター表から電圧要件と満負荷電流（FLC）を記録します。負荷を電圧レベル別に分類します——変圧器は通常、単一の二次電圧の負荷に給電します。

ステップ2：総接続負荷の計算

すべての接続負荷のkVAまたはVAを合計します。負荷がワット（kW）で表示されている場合は、力率を使用して変換します：

kVA = kW / 力率 (PF)

一般的な力率の範囲は、モーター負荷で0.80、抵抗負荷で0.95です。正確な力率が不明な場合は、混合商業負荷に対して0.85を保守的なデフォルト値として使用してください。

ステップ3：需要率の適用

すべての負荷が同時にフル容量で運転するわけではありません。電気設備技術基準は用途別の需要率を規定しています。商業ビルでは、負荷構成に応じて総接続負荷に対して通常75〜80%の需要率を適用できます。産業用途では、実際の予想運転負荷を使用してください。

ステップ4：予備容量の追加

ベストプラクティスとして、将来の負荷増加に対応するため20〜25%の予備容量を追加します。この余裕により、変圧器の早期交換を回避でき、電力負荷が時間とともに増加する建物（データセンター、研究所、製造工場）で特に重要です。

必要kVA = (接続kVA × 需要率) × 1.25

ステップ5：標準kVA定格の選定

次の標準変圧器kVA定格まで切り上げます。標準サイズはJISおよび関連規格で公開されています。一般的な三相サイズ：3、6、9、15、30、45、75、112.5、150、225、300、500、750、1,000、1,500、2,000、2,500 kVA。

ステップ6：電圧とインピーダンスの検証

変圧器の一次電圧が電源と一致し、二次電圧が負荷要件と一致することを確認します。変圧器インピーダンス（配電用変圧器では通常5〜6%）が、利用可能な短絡電流および下流の過電流保護と互換性があることを確認してください（電気設備技術基準に基づく）。

計算例：商業ビル空調用変圧器

商業ビルに480Vから208Y/120Vへの変圧器が必要で、以下の三相負荷に給電します：

需要率80%を適用：68.2 × 0.80 = 54.6 kVA。予備容量25%を追加：54.6 × 1.25 = 68.2 kVA。次の標準サイズを選定：75 kVA三相変圧器。

検証：208V三相での満負荷電流 = (75,000) / (208 × 1.732) = 208A。接続負荷189.6Aを十分上回り、適切な余裕があります。

変圧器保護要件（電気設備技術基準）

電気設備技術基準では変圧器への過電流保護を義務付けています。一次側過電流保護のみの場合：

• 一次側保護：ヒューズの場合は変圧器一次側満負荷電流の125%、遮断器の場合は150%で選定（一次電流が9A以上の場合）。
• 二次側保護：二次側過電流保護を設ける場合は、二次側満負荷電流の125%で選定。
• 一次側・二次側組合せ保護：二次側保護も設ける場合は、より大きな一次側保護が許容されます。

よくある誤り

• √3係数の見落とし：三相変圧器に単相計算式を使用するのはよくある誤りで、実際の必要容量の57%の定格の変圧器を選定することになります。
• 力率の無視：kWからkVAへの変換時に力率を考慮しないと、容量不足の変圧器になります。常にkWをPFで割ってkVAを求めてください。
• 予備容量なし：現在の負荷のみで変圧器を選定すると、成長の余地がなく、変圧器がほぼ100%負荷で運転され、使用寿命が短縮します。
• 電圧等級の誤り：変圧器の電圧等級が電源系統と一致することを確認してください。480Vデルタ一次側を480Y/277V電源に接続すると、系統の接地方式が予想と異なる場合に問題が生じる可能性があります。
• 電気設備技術基準の保護要件の無視：一次側と二次側の両方に適切な過電流保護を設けないと、規格違反や安全でない状態になる可能性があります。

規格一覧

よくある質問