交流電力 換算ツール kW ⇔ kVA ⇔ A ⇔ 力率

銘板の「3.7kW」を信じて電線を選んだら、1サイズ細かった

三相200Vの汎用モーターを1台増設する。銘板には3.7kW、力率は0.85としておこう。そこまで決まれば電流はすぐ出る。

I = 3.7 × 1000 ÷ (√3 × 200 × 0.85) = 12.57 A

12.57Aなら余裕を見ても20Aの回路で足りる。そう判断して図面を引いた。

ところが実際に回すと、クランプメータの針が14A台を指す。計算より2A近く多い。

原因は単純だった。銘板の3.7kWは軸から出てくる出力であって、電源から取り込む電力ではない。効率87%の機械なら、電気側で消費するのは 3.7 ÷ 0.87 = 4.25 kW だ。ここから電流を出し直すと14.44Aになる。最初の12.57Aより15%大きい。許容電流の段は細かいので、この15%だけで電線が1サイズ変わることがある。

kW・kVA・A・力率は、同じ1つの負荷を別の角度から見た値でしかない。それなのに行き来のたびに√3を付け忘れたり、効率を飛ばしたり、単相200Vと三相200Vを取り違えたりする。数字が同じ「200」なので、図面を開かないと気づけない。このツールは、その行き来を1画面で完結させるために作った。

なぜこの換算ツールを作ったのか

kVAとkWを換算するページは検索すれば山ほど出てくる。ただ、使ってみるとどれも「決められた2つを入れて、決められた1つを出す」専用フォームだった。手元にあるのがkWと力率の日もあれば、クランプメータで測った電流と力率しかない日もあり、変圧器の銘板kVAと力率だけの日もある。そのたびに別のページを探して、入力欄の並びを読み直すことになる。同じ1つの負荷を見ているのに、どこから入るかでツールを乗り換えさせられるのが煩わしかった。

もう1つ、どうしても見つからなかったのがモーターの効率を入れる欄だ。冒頭の失敗がまさにこれで、銘板のkWは軸出力なのに、換算ツールはその値を電気側の消費電力としてそのまま扱う。結果、電流が実際より1割以上小さく出て、電線もブレーカも1サイズ細く選ばれる。効率を掛けるのか割るのかは頭では分かっていても、別の検討に気を取られていると素通りする。ツール側が「そのkWは軸出力か、消費電力か」を聞いてこない限り、この取り違えは繰り返す。

3つ目は単相3線式の扱い。多くのツールは「単相」の一語で片付けてしまうが、住宅や小規模店舗で実際に設計するのは、外線間200Vと、中性線を挟んだ100V回路2本という構成だ。主幹40Aから全体のkVAが出ても、片側の100V回路にいくら振れるかが出なければ分電盤の検討には使えない。

そこでこのツールは3つの方針で作った。4つの量（有効電力・皮相電力・電流・力率）のどの2つからでも入れること、効率で軸出力と入力電力を分けること、そして換算して終わりにせず、その数字を次の設計判断（電線・ブレーカ・変圧器・力率改善）へ送る導線を持つこと。この3点がこのツールの中身のほぼすべてだ。

皮相電力・有効電力・無効電力とは何か——√3はどこから来るのか

皮相電力 有効電力 違い——電線が運ぶ量と、仕事をする量

電圧と電流を掛けた値を皮相電力という。単位はkVA。名前のとおり「見かけ上の電力」で、電線と変圧器とブレーカが背負う量はこちらだ。

一方、その電力のうち実際にモーターを回したりヒーターを温めたりする分が有効電力（kW）。差分にあたるのが無効電力（kvar）で、こちらは負荷まで行って、仕事をせずに電源へ帰ってくる。

水道にたとえると分かりやすい。ポンプから送った水のうち、蛇口で汲めた分が有効電力、配管の中を行ったり来たりしているだけの分が無効電力だ。汲めていなくても配管の中を通っている以上、配管の太さは往復する量で決めなければならない。電線が皮相電力で決まるのは、これとまったく同じ理由による。

力率 とは——電圧と電流の波のズレ

交流では電圧も電流も波として変化する。この2つの波の山が同じタイミングで来れば、電圧×電流はいつも正の値になり、送った電力はすべて仕事になる。ところがモーターやトランスのようにコイルを持つ負荷では、電流の波が電圧より遅れて立ち上がる。このズレの角度が位相角 φで、その余弦 cosφ が力率だ。

3つの電力は直角三角形の関係になる。有効電力Pを水平、無効電力Qを垂直に取ると、斜辺が皮相電力Sになる。

S[kVA] = 三相: √3 × V × I ÷ 1000 ／ 単相: V × I ÷ 1000
P[kW]  = S × cosφ
Q[kvar]= S × √(1 − cos²φ)
S²     = P² + Q²          // 三平方の定理そのもの
φ[°]   = acos(cosφ)

力率1.00はQ=0、つまり三角形が水平線に潰れた状態。力率0.70なら φ は45.6°で、斜辺が水平から大きく寝る。このツールが結果の下に電力の三角形を描いているのは、力率という数字が図形の「角度」でしかないことを一目で見せるためだ。より厳密な定義は皮相電力（Wikipedia）に整理されている。

なお S = V·I も P = S·cosφ も、正弦波・平衡負荷における定義そのものであって、実測から当てはめた経験式ではない。だから係数に幅がなく、誰が計算しても同じ値になる。

三相 √3 なぜ——3本なのに3倍ではない理由

三相交流は、120°ずつ位相をずらした3つの電圧を3本の線で送る方式だ（三相交流（Wikipedia））。ここで混乱の元になるのが、**線と線の間で測る電圧（線間電圧）**と、**1相あたりの電圧（相電圧）**が違うことだ。

3つの波が120°ずれているため、2本の線の電位差はそのまま2倍にはならない。ベクトルで足すと 線間電圧 = √3 × 相電圧 になる。三相200Vというときの200Vは線間電圧で、相電圧は 200 ÷ √3 = 115.5 V だ。

電力は「相電圧 × 相電流」を3相分足すので P = 3 × 相電圧 × I。ここに 相電圧 = 線間電圧/√3 を入れると 3/√3 = √3 となり、線間電圧で書いたときに √3 が現れる。3本あるから3倍、ではなく、線間電圧という測り方を選んだから√3になる、というのが正しい理解だ。

だからこのツールに入れる電圧は必ず線間電圧になる。うっかり相電圧の115.5Vを入れると、皮相電力も電流も√3倍ずれる。

単相3線式は「100Vが2回路」——中性線に電流が流れない仕組み

日本の住宅で一般的な単相3線式は、外線2本と中性線1本の計3本を引き込む。外線どうしなら200V、外線と中性線なら100Vが取れる。

計算式は単相2線と同じで√3は付かない（S = V × I ÷ 1000）。違うのは、電圧を外線間の200Vで見ることと、負荷を両側に均等に振ったとき中性線に電流が流れないことだ。左右の100V回路に同じ電流が流れると、中性線では互いに打ち消し合ってゼロになる。逆に言えば、偏らせると差分がそのまま中性線に流れる。片側容量を出す意味はここにある。

この換算を間違えるとどうなるか

銘板のkWをそのまま使うと、電線が1サイズ細くなる

冒頭の例をもう一度数字で置く。三相200V・力率0.85のモーターで、3.7kWを電気側の消費電力だと解釈すると12.57A。軸出力として効率87%で割り戻すと14.44A。**差は15%**だ。

許容電流表は2mm²・3.5mm²・5.5mm²と段が細かく、周囲温度や布設方法の補正も掛かる。15%の過小評価は、境界付近なら確実に1サイズの差になる。しかもこの誤りは計算が破綻しないので、検算しても気づけない。実運転で温度が上がって初めて分かる種類の間違いだ。

相種別の取り違えは73%の誤差になる

単相200Vと三相200Vは電圧の数字が同じなので、系統図を見ないと区別できない。同じ200V・40Aでも、単相なら 200 × 40 ÷ 1000 = 8.00 kVA、三相なら √3 × 200 × 40 ÷ 1000 = 13.86 kVA。√3倍＝73%の差が出る。変圧器の容量計算でこれをやると、致命的に足りないか、無駄に大きいかのどちらかになる。

力率を1.0と仮定すると、kVA表記の機器が足りなくなる

変圧器・発電機・UPSの容量は、ほぼ例外なくkVA表記だ。一方、負荷側の資料はkW表記が多い。ここで力率を1.0と置いてしまうと、必要な皮相電力を力率の分だけ小さく見積もることになる。力率0.80の負荷なら S = P / 0.80 で25%増しが本来の必要量で、kWのまま選ぶと2割以上不足する。「容量は足りているはずなのに過負荷が出る」という相談の相当数がこれだ。

高圧側は低圧の感覚が通用しない

同じ300kVAでも、6600Vで受ければ電流は26.24A。これを低圧200Vで受けると866.03Aになる。約33倍の差だ。キュービクルの一次側で26Aという数字を見て「たいしたことない」と感じるのは低圧の感覚が残っているからで、実際にはその回路は300kVAを扱っている。CT比の選定や保護協調でも桁を間違えやすい。

電圧の種別（低圧・高圧・特別高圧）は電気設備に関する技術基準を定める省令 第2条（e-Gov法令検索）で、交流600V以下が低圧、600V超7000V以下が高圧、7000V超が特別高圧と定められている。600Vちょうどは低圧側に入る。

免責として書いておく。 ここで扱う値はすべて正弦波・平衡負荷を前提とした理論値だ。インバータや整流器を含む負荷では高調波電流が重畳し、実際の電流は計算値より大きくなる。中性線やケーブルの選定では、その分の余裕を別途見込む必要がある。

こんな場面で使う

モーターを増設して電線とブレーカを決めるとき。 銘板から軸出力・力率・効率を拾って入れれば、電気側の入力電力と実際に流れる電流が同時に出る。そのまま許容電流の検討へ渡せる。

変圧器や発電機の容量を見積もるとき。 手元にあるのは負荷のkW、選ぶ機器はkVA表記——という食い違いを、力率を挟んで埋める。皮相電力が出れば「変圧器容量選定ツール」側の入力にそのまま載る。

クランプメータで測った電流から消費電力を逆算するとき。 現場で測れるのは電流だけということが多い。電圧と力率（分からなければ仮置き）を添えれば、皮相電力と有効電力が出る。実測の電力と電流の両方がある場合は、力率そのものを逆算できる。

高圧受電の受電点電流を出してCT比を決めるとき。 契約電力や設備容量をkVAで置き、6600Vを入れれば一次側電流が出る。低圧換算との対比も同じ画面で確認できるので、桁の間違いに気づきやすい。

力率が低い設備の現状を把握したいとき。 有効電力と皮相電力の実測値を入れると力率が逆算され、無効電力がkvarで出る。改善量の検討は力率改善コンデンサ計算機が引き受ける。

基本の使い方は「2つ入れる」だけ

① 相種別と電圧を選ぶ。 三相3線・単相2線・単相3線の3択。選んだ相での式（三相なら S = √3·V·I/1000）がその場に表示されるので、√3が付いているかどうかを目で確認できる。よく使う電圧（100・200・400・3300・6600V）はワンタップで入り、直接入力もできる。三相は線間電圧を入れる。

② 分かっている値を2つ入れる。 有効電力[kW]・皮相電力[kVA]・電流[A]・力率の4つの欄のうち、手元にある2つを埋めるだけでいい。どの2つでもかまわない。力率が分からなければ空欄にして、有効電力と皮相電力、または有効電力と電流を入れれば逆算される。力率はスライダーでも動かせる。

③ 残りが埋まる。 有効電力・皮相電力・無効電力・電流・力率・位相角の6つが出て、電力の三角形が描かれる。どの2つを採用したかも併記されるので、後から見て数字の出どころが追える。

モーターを扱うときは、これに**効率[%]**を足す。効率を入れた瞬間、有効電力の欄は「軸出力（銘板出力）」として扱われ、電気側の入力電力と損失が別々に出る。実測した消費電力を入れたいときは効率を空欄のままにしておけばいい。

なお電圧は必須ではない。有効電力と皮相電力の2つだけでも力率・無効電力・位相角までは求まる。その場合、電流だけが空欄のまま残る。

具体的な使用例（7ケース）

以下の7ケースは、すべて実装済みのツールに同じ入力を与えて出力を確認した値だ。

ケース1: 三相200V・3.7kW・力率0.85（基本形）

入力 三相3線 / 200V / 有効電力 3.7kW / 力率 0.85

結果 皮相電力 4.352941 kVA、無効電力 2.293054 kvar、電流 12.565859 A、位相角 31.788331°

解釈 もっとも基本的な使い方。有効電力と力率から皮相電力を出し、そこから電流を展開している。この12.57Aは電気側の消費電力が3.7kWである場合の値であって、モーターの銘板3.7kWをそのまま入れた場合には当てはまらない。次のケースと必ず見比べてほしい。

ケース2: 同じ条件に効率87%を足す（この記事の山場）

入力 三相3線 / 200V / 軸出力 3.7kW / 力率 0.85 / 効率 87%

結果 入力電力 4.252874 kW、皮相電力 5.003381 kVA、電流 14.443516 A、損失 0.552874 kW

解釈 ケース1に効率を1つ足しただけで、電流が12.565859A → 14.443516Aへ、**+14.94%**動いた。増えた0.55kWは軸に出ずに熱として捨てられる分で、電源側から見れば確実に流れている電流だ。銘板のkWを電気側の消費電力だと誤解すると、この15%がまるごと抜け落ちる。効率を空欄にするか入れるかで意味が変わるので、銘板を見て入力しているなら効率は必ず入れる。

ケース3: 単相100Vのエアコン 1.5kW・力率0.95

入力 単相2線 / 100V / 有効電力 1.5kW / 力率 0.95

結果 皮相電力 1.578947 kVA、無効電力 0.493026 kvar、電流 15.789474 A

解釈 単相なので√3は付かず、1000 × 1.578947 ÷ 100 がそのまま電流になる。15.8Aは20Aの専用回路でちょうど収まる範囲だが、100V回路は電圧が低い分だけ同じ電力でも電流が倍になることがこの数字から分かる。同じ1.5kWを200Vで取れば電流は半分で済む。

ケース4: 住宅の単相3線200V・主幹40A・力率0.95

入力 単相3線 / 200V / 電流 40A / 力率 0.95

結果 皮相電力 8.000000 kVA、有効電力 7.600000 kW、無効電力 2.497999 kvar、片側（100V回路）容量 4.000000 kVA、中性線電流 0 A

解釈 電流と力率の2つから入った例。全体で8kVAのうち、平衡配分すれば片側の100V回路に振れるのは4kVA——つまり100V換算で40A相当になる。分電盤で回路を左右に割り振るときの上限がここで見える。中性線電流0Aは完全に平衡している場合の値で、偏れば差分がそのまま中性線に流れる。

ちなみに同じ入力で相種別を単相2線に変えると、皮相電力・有効電力・電流はまったく同じ値になり、片側容量と中性線電流だけが出なくなる。単相3線を選ぶ意味はこの2項目にある。

ケース5: キュービクル受電 6600V・300kVA・力率0.95

入力 三相3線 / 6600V / 皮相電力 300kVA / 力率 0.95

結果 有効電力 285.0 kW、無効電力 93.674970 kvar、電流 26.243194 A

解釈 高圧受電の一次側電流。300kVAという規模に対して26Aしか流れない。同じ300kVAを低圧200Vで受けると866.025404 Aになるので、その差は約33倍だ。高圧で受電する理由の一つがこの電流の小ささで、電線も開閉器も小さくて済む。逆に、低圧の感覚のまま26Aという数字を見ると規模を見誤る。

ケース6: 溶接機の実測 14kW / 20kVA（力率を逆算する）

入力 三相3線 / 200V / 有効電力 14kW / 皮相電力 20kVA（力率は空欄）

結果 力率 0.700、無効電力 14.282857 kvar、位相角 45.572996°、電流 57.735027 A

解釈 力率を入れずに、電力計の読みだけから力率を逆算した例。0.70という値は溶接機のように力率の低い負荷では珍しくない。注目すべきは無効電力14.28kvarで、有効電力14kWとほぼ同じ大きさになっている。位相角45.6°は電力の三角形がほぼ45度に寝ている状態で、電線は仕事をしない分を有効電力とほぼ同量運んでいることになる。

ケース7: 4つ全部を入れて矛盾させる

入力 三相3線 / 200V / 有効電力 10kW / 皮相電力 20kVA / 力率 0.8 / 電流 30A

結果 採用されたのは有効電力と皮相電力の2つ。力率 0.500、無効電力 17.320508 kvar、電流 57.735027 A。照合として、入力の力率0.8は計算値0.5より**+60.0%大きい、入力の電流30Aは計算値57.735027Aより−48.0%**小さい、と2件表示される。

解釈 入力が過剰なとき、どれを信じたかが分からないのがいちばん怖い。このツールは優先順位（有効電力 > 皮相電力 > 力率 > 電流）で2つを採用したうえで、採用しなかった入力を捨てずに差分として並べる。60%と48%という乖離は明らかに入力ミスか測定条件の違いを示していて、どの欄を疑うべきかがその場で分かる。結果自体は消さずに出し続けるので、入力を直しながら差が縮まるのを見ていける。

仕組み——4つの量の換算を (S, cosφ) に畳む

18本の式を並べるか、2つに正規化するか

有効電力・皮相電力・電流・力率の4量から2つを選ぶ組合せは6通りある。素直に実装するなら、6通りそれぞれについて残り3つを求める式を書くことになり、18本の式が並ぶ。この形は書いている最中は動いているように見えるが、どこか1つの組合せを書き落としても他のケースが正しく動くので、抜けが表に出るのがずっと後になる。

そこで採ったのが、すべての組合せをいったん (皮相電力 S, 力率 cosφ) の2つに正規化してから展開する設計だ。この2つさえ確定すれば、残りの量はすべて同じ式で機械的に出る。分岐は「(S, cosφ) をどう作るか」の5通りだけになり、展開部分は分岐なしの1本道になる。組合せの漏れが構造的に起きなくなるのが利点だ。

// 1. 効率が入っていれば、有効電力の欄を「軸出力」とみなして電気側に直す
P_elec = etaGiven ? P_input / (η / 100) : P_input

// 2. 値が入っている量を既知として集める（P・S・cosφ・I の4つ）
known = [P, S, PF, I].filter(値が入っている)
if (known.length < 2) → エラー（あと何個必要かを返す）

// 3. 優先順位 P > S > cosφ > I で上位2つを採用する
usedPair = known.sortBy(PRIORITY).slice(0, 2)
if (usedPair === {S, I}) → エラー（同じ式で結ばれていて解けない）

// 4. 採用した2つを (S, cosφ) に畳む ← 分岐はこの5通りだけ
{P, S}    : cosφ = P_elec / S
{P, cosφ} : S = P_elec / cosφ
{P, I}    : S = k·V·I/1000 のあと cosφ = P_elec / S   // V が要る
{S, cosφ} : そのまま
{cosφ, I} : S = k·V·I/1000                            // V が要る

// 5. (S, cosφ) から残りを展開する ← ここには分岐が無い
P = S × cosφ
Q = S × √(1 − cosφ²)
I = 1000 × S ÷ (k × V)        // V が空なら null（電流だけ出さない）
φ = acos(cosφ) × 180 / π

k は相種別で決まる係数で、三相なら Math.sqrt(3)、単相2線・単相3線ならどちらも1になる。

皮相電力と電流の2つだけでは解けない理由

6通りの組合せのうち、{皮相電力, 電流} だけは原理的に解けない。理由は、この2つが S = k·V·I/1000 という同じ1本の式で結ばれているからだ。電圧が分かっていれば皮相電力から電流が、電流から皮相電力が一意に出てしまう。つまり2つ入れたつもりでも独立した情報は1つ分しかなく、残る未知数（有効電力と力率）に対して式が足りない。

ここで理由を書かずに結果だけ消すと、単なる入力ミスと誤解される。そこでツールは同じ式で結ばれていることを理由として示し、力率か有効電力を足すよう促す形にしてある。

3つ以上入れたときに何を優先するか

既知が3つ以上あるときは、必ずどれかを捨てて2つを選ぶことになる。この順序を仕様として固定しておかないと、実装のたびに挙動が変わる。採ったのは 有効電力 > 皮相電力 > 力率 > 電流 の順で、理由は2つある。

1つ目は確度。有効電力や皮相電力は銘板・契約容量・電力計の読みから来ることが多く、クランプメータで測った電流より素性がはっきりしている。2つ目は構造上の安全性で、この順序なら上位2つが解けない {皮相電力, 電流} の組になることがありえない。その組が上位に来るのは有効電力も力率も無い場合だけで、それは既知がちょうど2つのケースとして別途エラーにしてある。

採用しなかった入力は捨てずに、「入力値 / 計算値 / 差[%]」の形で並べる。差が1%を超えたら矛盾ありとして扱う。1%という線は指示電気計器の階級（クラス0.5〜1.0）と同程度で、これ未満は測定誤差の範囲として流す。

計算例——三相200V・軸出力3.7kW・力率0.85・効率87%

入力: 三相3線 / V = 200 V / 軸出力 3.7 kW / 力率 0.85 / 効率 87%

k       = √3 = 1.7320508
P_elec  = 3.7 ÷ 0.87                          = 4.252874 kW   ← 電気側の有効電力
S       = 4.252874 ÷ 0.85                     = 5.003381 kVA
Q       = 5.003381 × √(1 − 0.85²)             = 2.635694 kvar
I       = 1000 × 5.003381 ÷ (1.7320508 × 200) = 14.443516 A
φ       = acos(0.85)                          = 31.788331°
損失    = 4.252874 − 3.7                       = 0.552874 kW

効率が入っているので、最初の1行で入力欄の3.7kWを軸出力と解釈して電気側へ直している。ここを飛ばすと以降のすべてが1/0.87倍小さく出る。

割り算で作った力率が1を超える問題

{有効電力, 皮相電力} と {有効電力, 電流} の2通りでは、力率を cosφ = P/S の割り算で作る。このとき、有効電力と皮相電力がほぼ等しい負荷（力率がほぼ1の負荷）では、浮動小数点の丸めで結果が 1.00000000000001 のような値になる（三相200Vで有効電力10kW・電流28.867513459481Aを入れると実際にこうなる）。acos はこれを受け取るとNaNを返し、√(1 − cos²φ) も負の平方根になって壊れる。

対処は3段階にしてある。(1) はみ出しが1%を超えたら、単位の取り違え（kWとkVA）か入力ミスとみなしてエラーにする。(2) 1%以内なら実測値どうしのわずかな不整合とみなし、力率を1.00に丸める。(3) 丸めたかどうかをboolean 1つに集約し、警告も表示の但し書きもすべてそのフィールドだけを見るようにする。各所で P > S を書き直すと、許容誤差を入れた場所と入れ忘れた場所で挙動が食い違うからだ。

丸めが起きた場合、有効電力は入力値ではなく皮相電力と同じ値になる（P = S × 1.00）。これは黙って行うと結果の由来が追えなくなるので、警告として明示している。

なお許容を機械的な微小値（1e-9程度）にすると、丸めが成立する範囲が事実上存在せず一度も発火しない死んだコードになる。1%という幅は、有効電力10kWと電流28.6Aのように実測値どうしがわずかに食い違う現実的なケースを拾うために選んだ。

なぜ効率表を持たないのか、基準力率0.85はどこから来るのか

このツールはモーターの効率表・力率表を内蔵していない。誘導電動機の効率は極数・周波数・出力・メーカー・適用する効率区分で値が割れ、どこかの表を写せば必ずどれかの機械と合わなくなる。だから効率も力率もユーザーが銘板から入れる任意入力とし、プリセットに入っている値も「一般的な4極機の目安」として置いてある。銘板が手元にあるなら、その値に差し替えるのが常に正しい。

力率が低いと警告が出る基準の0.85は、法令ではなく電力会社の契約約款に由来する。高圧・特別高圧の約款では基本料金の割引・割増の分かれ目に力率が使われ、その基準として0.85が置かれていることが多い。ただし率も適用条件も約款ごとに違うので、このツールは「下回っている」という事実だけを出し、金額には踏み込まない。

式の解釈が正しいことをどう確かめたか

S = √3·V·I/1000 も P = S·cosφ も定義なので、式そのものに疑う余地はない。危ういのは効率と力率のどちらで割り、どちらを掛けるかという解釈のほうだ。ここは取り違えても計算が破綻しないので、検算では見つからない。

そこで公表値と突き合わせた。三相200V・4極・3.7kWの誘導電動機に、効率87%・力率0.81を入れると電流は 15.156776 A。これはメーカーカタログに載っている同クラスの定格電流約15Aとほぼ一致する。効率と力率をカタログ相当の帯（効率86〜88%・力率0.80〜0.84）で振っても14.8〜15.5Aに収まるので、一致は偶然ではない。

現場でよく使われる暗算則「三相200Vのモーターはおおよそ kW×4 が電流」（3.7×4 = 14.8A）とも整合する。この2つの裏取りが取れているので、√3・効率・力率の掛かり方は正しいと判断した。プリセットの「3.7kWモーター」はこの組合せに合わせてある。

他の kVA 換算ツールと何が違うのか

kW と kVA を行き来するページ自体は珍しくない。前半で触れたとおり、問題はどれも入口が1つしかないことだった。このツールが実際に持っている機能は5つ。

1. 4つの量のどの2つからでも入れる。 有効電力[kW]・皮相電力[kVA]・電流[A]・力率のうち、手元にあるものを2つ埋めれば残り3つと無効電力・位相角が埋まる。「kW から A」「kVA から kW」と入口ごとにページを探し直す必要がない。

2. 効率でモーターの軸出力と入力電力を分ける。 効率の欄に数字を入れると、有効電力の欄はその瞬間から「モーターの軸出力（銘板出力）」として扱われる。電気側の入力電力と、熱になって消える損失が別々の行で出る。効率欄が無いツールでは、銘板の kW がそのまま電気側の消費電力として計算されてしまう。

3. 単相3線式を単相2線と別扱いにしている。 係数だけ見れば単相2線も単相3線も同じ1だが、単相3線を選んだときだけ片側100V回路あたりの容量と中性線電流が出る。分電盤で両側にどう振り分けるかを考えるときに、この2つが要る。

4. 入力が多すぎるときに、どれを採用したかを表示する。 3つ以上埋めると優先順位で2つが採用され、採用しなかった値は「入力値／計算値／差」として並ぶ。黙って1つを無視するのではなく、食い違いの大きさを数字で見せる。

5. 電圧が分からなくても途中まで出す。 有効電力と皮相電力さえあれば力率と無効電力は求まる。電圧は電流を出すときだけ使うので、空欄なら電流だけが空になる。

役割分担もはっきりさせてある。力率改善コンデンサ計算機は「何 kvar 入れれば力率がいくつになるか」を出す後段で、こちらはその手前の現状把握。出た電流はケーブル許容電流 早見・計算ツールとブレーカー・電線サイズ一括選定にそのまま渡せる。皮相電力は変圧器容量選定ツールへ、効率を入れて軸出力を扱ったなら次は電動機始動電流シミュレーターへ、という流れになる。

200V は本当に200V なのか——電圧をめぐる法令の話

100V 許容範囲は法令に書いてある

換算式では電圧を1つの数字として扱うが、コンセントの電圧は実際には揺れている。どこまで揺れてよいかは電気事業法施行規則第38条に書かれていて、標準電圧100V は「百一ボルトの上下六ボルトを超えない値」、200V は「二百二ボルトの上下二十ボルトを超えない値」と定められている。つまり100V系は95〜107V、200V系は182〜222V の帯の中に入っていればよい。

面白いのは中心値だ。100V なのに101V、200V なのに202V。100V を中心に上下6V と書けば94〜106V になるところを、条文はわざわざ帯を1V 上へずらしている。200V も同じで、帯の真ん中は200V ではなく202V にある。配電線は末端へ行くほど電圧が下がるので、供給側が公称値ちょうどに置いてしまうと末端で下限を割る。半端な中心値は「少し高めに送り出しておく」という配電の設計思想がそのまま条文になった痕跡、と読める。

相対的な幅で見ると、100V系は中心に対して約6%、200V系は約10%。この幅はそのまま電流に効く。計算で200V ちょうどを使って出した電流は、実際の受電電圧しだいで1割前後ずれうる。だから換算結果は「電圧が公称値だったときの理論値」として扱い、電線やブレーカを決めるときには段の余裕を残しておく。

低圧と高圧の境目が交流600V・直流750V である理由

電圧の種別は電気設備に関する技術基準を定める省令第2条で決まっている。低圧は直流750V 以下・交流600V 以下、高圧は交流なら600V を超えて7000V 以下、それより上が特別高圧。よく見ると交流と直流で数字が揃っていない。

理由を考えると分かりやすい。交流の600V は実効値であって、瞬間ごとの電圧の山はそれよりかなり高いところまで届く。絶縁の破れや感電の危険は平均ではなく瞬間の電圧で決まるから、交流のほうを低い値で線引きしておかないと釣り合わない——と考えると筋が通る。このツールで電圧を入れると低圧・高圧・特別高圧のどれに当たるかが表示されるが、その区分はこの条文をそのまま使っている。

力率 電気料金 なぜ効くのか

無効電力は仕事をしないのに、発電所と負荷のあいだを往復し続けている。往復する分だけ電線にも変圧器にも電流が流れ、そこで熱になる。電力会社から見れば、同じ有効電力を届けるために余分な設備を用意させられている状態だ。だから基本料金に力率を織り込む約款が一般的になっている。

ただし基準となる力率も、割引・割増の刻み方も、電力会社と契約種別ごとに違う。ここで具体的な率を書いても自分の契約には当てはまらないので、実際の金額は電気代計算ツールと手元の契約約款で確かめてほしい。このツールが出す無効電力[kvar]は、その話をするときの出発点になる。

現場で効く小ワザ

三相200V は暗算則を持っておく。 I[A] ≒ kW × 2.89 ÷ 力率 が三相200V の換算そのもので、力率0.85 なら kW × 3.4、効率87% のモーターまで含めるなら kW × 3.9 になる。現場でよく言われる「三相200V のモーターは kW×4 が電流」はここから来ていて、3.7kW なら14.8A。ツールに銘板値と効率を入れると15.157A なので、桁のあたりを付けるには十分だ。暗算で見当を付け、確定値はツールで出す、という使い分けがいい。

クランプメータで電流だけ測ったなら、力率は仮置きでいい。 力率を0.8 と見るか1.0 と見るかで有効電力は25% も変わるが、電流と皮相電力は力率に左右されない。電線やブレーカを選びたいだけなら電流の値で足りる。力率を詰める必要があるのは、消費電力や電気料金の話をするときだけ。

効率が分からないときは空欄のままにする。 仮の数字を入れてしまうと、どこまでが実測でどこからが仮定なのかが後から追えなくなる。空欄でも計算は止まらない（欄の扱いは前半の使い方の節で触れたとおり）。

力率改善の効き目は電流ではなく kvar で見る。 力率0.80 から0.95 へ改善しても電流は約16% しか減らない。一方で無効電力は 0.75·P から 0.33·P へ、約56% 減る。電流の減り方だけ見ていると「コンデンサを入れてもこの程度か」と誤解するので、コンデンサの検討は無効電力の行を見ながら進める。

よくある質問

kW と kVA、どちらを入れればいいのか

手元にあるほうを入れればいい。どちらか片方と、力率か電流がもう1つあれば計算は成立する。目安として、変圧器・発電機・UPS のカタログ値は kVA、機械や家電の銘板・仕様書は kW で書かれていることが多い。両方の数字が手元にあるなら両方入れてよく、その場合は力率のほうが逆算される。力率の実測値を持っていないときは、この使い方がいちばん精度が高い。

皮相電力と電流の2つだけ入れたのに、結果が出ないのはなぜか

この2つが同じ1本の式で結ばれていて独立した情報が1つ分しかないから——理由は前半の仕組みの節で説明したとおりだ。ここでは手の打ち方だけ書いておく。力率か有効電力のどちらかをもう1つ足せば、そこから先は一気に埋まる。力率が分からないなら、電力計の有効電力を足すのが早い。力率のほうが逆算されるので、仮置きの数字を入れずに済む。4つの量の組合せのうち、詰まるのはこの1通りだけなので、他の欄で困ることはない。

モーターの効率はどこに書いてあるのか。分からないときは

まず銘板を見る。「効率」「η」「EFF」といった表記で載っていることが多い。銘板に無ければメーカーのカタログや技術資料に、出力と極数の組合せごとの値が載っている。このツールが効率の代表値を表として持っていない理由は前半の仕組みの節で説明したとおりで、極数・周波数・メーカーによって値が割れるためだ。どうしても分からなければ空欄のままでいい。その場合、有効電力の欄は電気側の消費電力として扱われ、軸出力と損失の行は出ない。後から銘板を確認できたときに効率を入れれば、同じ入力のまま電流がどれだけ増えるかを見られる。

単相3線式のとき、電圧は100と200のどちらを入れるのか

外線間の200V を入れる。単相3線式は外線2本のあいだが200V で、中性線を挟んだ片側ずつが100V という構成だから、全体の容量を見るときの基準は外線間電圧になる。100V と入力しても、その値が黙って200V に書き換えられることはない。入力したとおり100V で計算したうえで、外線間電圧を使うよう促す注記が表示される。100V 回路のほうだけを見たい場合は、相種別を単相2線にして100V を入れるのが正しい使い方だ。

力率の欄に85と入れたらエラーになった

力率は0.85 のように小数で入れる。力率は定義上1を超えないので、85 という値はそのまま範囲外として弾かれる。%で入れる欄はモーター効率のほうだけで、こちらは87 のように整数で入れる。同じ画面に小数入力と%入力が並んでいるので、入れ違えたときにどちらの欄の話かがすぐ分かるよう、範囲外のときは理由を添えたメッセージが出るようにしてある。力率そのものが分からないときは、この欄を空にして有効電力と皮相電力、または有効電力と電流を入れれば逆算できる。

入力した数値はどこかに送られるのか

送られない。相種別・電圧・電力・電流・力率・効率のすべては、ブラウザの中だけで計算している。入力値も結果もサーバーへ送信しておらず、保存もしていない。ページを閉じれば何も残らないので、銘板の値や現場で測った実測値をそのまま入れて構わない。結果をコピーするボタンを押したときも、テキストが自分の端末のクリップボードに入るだけで外部へは出ない。

まとめ

有効電力・皮相電力・電流・力率のうち、手元にある2つを入れれば残りが埋まる。モーターなら効率も入れて、銘板の軸出力と電気側の入力電力を分ける。出てきた電流と皮相電力は、そのまま次の判断材料になる。負荷をまとめて集計するなら分電盤負荷集計シミュレーター、契約電力の見積りなら需要率・契約電力計算ツール、非常時の容量なら非常用発電機 容量選定シミュレーターとUPS容量計算シミュレーターへ続けてほしい。

計算が合わない、この相種別も扱ってほしい、といった要望があればお問い合わせページから教えてほしい。