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ワット対VA：現代の電気システムを左右する隠れた電力計算

ワット（W）とボルトアンペア（VA）の違いを理解することは、電気システムやソーラーシステムを設計・設置する際に不可欠です。専門家はしばしば、ワットとVAを互換性があるものとして扱いますが、これはサイズの小さいインバーター、導体の過熱、迷惑なトリップ、予期せぬ出費につながる間違いです。この記事では、計算方法を説明し、実用的な例を示し、現場で検証された経験則を示します。

実電力、皮相電力、力率 - その要点

  • ワット (W) 小節 リアル パワー - 有益な仕事（熱、運動、光）に変換されるエネルギー。

  • ボルトアンペア（VA） 小節 明白 電力 - 電圧と回路内の電流の積。その電流が有用な仕事を生み出すかどうかは問わない。

  • 力率（PF） は、皮相電力に対する実質電力の比率である：PF = W / VA。0から1の範囲である。抵抗負荷（ヒーター、白熱灯）は1に近い。誘導負荷（モーター、変圧器）は0.6～0.95であることが多い。スイッチモード電源（LEDドライバ、可変速ドライブ）を備えた多くの電子機器は、適切に設計されていれば、PFが0.9程度かそれ以上です。

インバーター、変圧器、主電源保護装置の定格はVA（またはkVA）であるため、機器のサイズを決める際にはワットをVAに変換する必要があります：
VA = W / PF
あるいは、電圧と電流を直接扱う場合： VA = V × A (単相）または va = √3 × v_l × a (三相、ライン電圧）。

明確な実例 - 単相

1,200Wを使用する負荷があり、負荷の力率は0.8です。必要なVA容量は？

ステップ1：式を書く
VA = W / PF

ステップ2：数字を代入する
VA = 1,200 ÷ 0.8

ステップ3：計算
1,200 ÷ 0.8 = 1,500

つまり、見かけのパワーは 1,500 VA (1.5kVA）。つまり、定格1.2kW（1,200W）でも1.2kVAしかないインバーターやUPSはサイズ不足ということになります。

三相の例 - ライン電流の求め方

PF=0.9の400V三相電源に10,000W（10kW）のポンプがあるとします。導体と保護装置のサイズを決めるために、ライン電流を知りたいとします。

方法：三相の電流式を使用する：
i = p / (√3 × v × pf)

ステップ1：√3×V×PFの計算
√3 ≈ 1.732
1.732 × 400 = 692.8
692.8 × 0.9 = 623.52

ステップ2：Pをその積で割る
i = 10,000 ÷ 623.52 ≒ 16.04 a

つまり、負荷は ラインあたり≈16.0 A.ケーブルのサイズと上流側の保護デバイスを選択する際にこれを使用し、周囲温度とグループ化に対して必要なディレーティング係数を追加することを忘れないでください。

ソーラー＋バッテリーシステムでVAのサイジングが重要な理由

ソーラー・インバータやバッテリー・インバータは通常、kW（連続実電力）とkVA（皮相電力）で規定されている。ワット数だけでインバーターのサイズを決めると、PF < 1のときにその通電能力に過負荷がかかる危険性がある。現実的な意味合い

  • インバーター： AC出力時に皮相電力を供給する必要がある。PFが悪いと、定格ワット数に達する前にインバータの電流制限に達する可能性がある。

  • バッテリー： DC側の電流はインバーター電力に連動しており、AC側の皮相電力が高いほど、効率を考慮した後のバッテリー電流は高くなる。

  • ケーブル＆プロテクション： これらは皮相電力に対応する実電流を流す必要があり、サイズが小さいと電圧降下と発熱を引き起こす。

  • サージとモーター始動： モーターやコンプレッサーは、起動時に定格運転電流の数倍の電流を流すことがあります。インバータのサージ能力（数サイクルのkVA）が重要です。

ソーラー/バッテリー設置業者向けの実用的なサイジングフロー：

  1. すべての連続実負荷をワット単位で合計する。

  2. 各負荷のPFを見積もる（抵抗～1.0、LED/SMPS～0.9、モーター～0.6～0.85）。

  3. VA = W / PFでそれぞれをVAに変換し、VAを合計する。

  4. マージンを追加する(将来の拡張と限界付近での動作を避けるために、一般的に20-30%)。

  5. インバータの効率を考慮する(例えば、インバータの効率が96%の場合、それに応じてDC側の電力を増加させる)。

  6. モータまたはインパルス負荷のインバータサージ定格を確認してください。

力率改善 - 役に立つ場合

PFを改善することで、与えられたWに対してVAを減らすことができ、必要な変圧器やインバータのサイズを小さくすることができる。産業環境では、コンデンサを追加することで、PFを0.8から0.95に押し上げることができ、機器のサイズだけでなく、請求される需要料金も大幅に削減することができます。小規模な住宅用太陽光発電設備では、PF補正はあまり一般的ではありませんが、最近のインバータは設計上ほぼ均一なPFを提供し、必要に応じて無効電力制御をサポートすることがよくあります。

実践的な落とし穴とその回避方法

  • すべての負荷でPF=1.0と仮定。 多くのモーターおよび電子負荷は、PF＜1である。常にメーカーの仕様を確認するか、真の実効電力計でその場で測定してください。

  • サージ要件の無視。 モーター、ポンプ、冷蔵庫は、短時間kVA定格に余裕のあるインバーターを必要とする。

  • インバーターの効率を忘れる。 変換ロスを常に考慮する：必要なDC入力＝AC負荷／インバータ効率。

  • ハーモニクスの見落とし。 非線形負荷は、加熱と有効電流を増加させる可能性のある高調波を発生させます。予想される高調波歪みに対して定格された機器を選択してください。

  • 周囲温度ディレーティングの無視。 インバータとトランスは高温で容量を失います。高温のエンクロージャに設置する場合は、ディレーティング曲線を参照してください。

フィールド・サイジングのための簡単なチェックリスト

  1. すべての負荷とそのワット数をリストアップしてください。

  2. 現実的なPF値を割り当てる（または測定する）。

  3. 負荷ごとのVAを計算し、合計する。

  4. 20-30% の安全マージンを追加する。

  5. 連続kVA≥最終VAおよび始動負荷のサージ容量を持つインバータ/トランスを選択する。

  6. インバータの効率とバッテリのDC側電流を考慮する。

  7. 計算された電流とディレーティング係数を使用して、ケーブルと保護のサイズを決定します。

  8. 高調波を確認し、必要に応じて非正弦波電流に定格された機器を選択する。

クロージング・ノート

ワットとVAの変換をマスターすることで、理論的な負荷計算と堅牢で長寿命の設備とのギャップを埋めることができます。住宅用インバーター、商業用変圧器、太陽電池プラントのいずれのサイジングにおいても、VA（および力率）を主要なサイジング指標として使用することで、仕様不足を防ぎ、信頼性を向上させることができます。疑問がある場合は、測定してください。携帯型トゥルー・パワー・メーターとクランプ電流計が、現場で本当のことを教えてくれます。専門家による機器の選定では、kVA定格が明確で、十分なサージ耐量を持ち、ディレーティング曲線が公表されているコンポーネントを選択します。

VA計算
投稿日: 2025年12月29日