キュービクルの負荷容量の計算方法・更新時の注意点

負荷容量とは、施設内の照明・空調・OA機器などの電気機器が、どれだけ電気を使うかを表す量です。キュービクルの容量はこの量をもとに決めるため、更新や増設を検討するときの出発点になります。

単位にはkWとkVAがあります。kWは機器を動かす仕事に使われた「有効電力」、kVAは電圧×電流で表す、回路全体に流れる「皮相電力」です。モーターなどを動かすと仕事に使われない無効電力も生じるため、変圧器の能力はkVAで表します。

同じ100kVAでも、力率が0.8か0.95かによって実際に使える電力は大きく変わります。

負荷容量が「施設側で必要な電気の量」であるのに対し、トランス容量は「変圧器が供給できる電気の上限」です。キュービクル内の変圧器は、電力会社から届く高圧6,600Vの電気を100V・200Vに下げる設備です。変圧器に刻印された定格容量（例：100kVA）が、そのキュービクルで使える負荷容量の限界値になります。

実務では、まず負荷容量を計算し、将来の増設などに備えた余裕を上乗せします。そのうえで、その値を満たすトランス容量を選ぶという流れです。

最初に、施設内にあるすべての電気機器の定格容量（kWまたはkVA）を一覧にして合計します。電灯系（照明、コンセント、OA機器など）と動力系（空調、エレベーター、ポンプ、生産設備のモーターなど）に分けて整理すると、漏れを防げます。

ただし、この合計は理論上の最大値にすぎません。モーターなどは始動時に瞬間的に大きな電力を使うため、合算値だけでは必要な容量を正しく判断できません。次のステップで補正します。

すべての機器が同時に最大出力で動くことはほとんどありません。そのため、設備容量の合計に需要率を掛けて「最大需要電力」を求めます。

【計算式】最大需要電力（kWまたはkVA）＝設備容量の合計×需要率

• オフィスビル：60〜80%
• 工場（単一シフト）：50〜70%
• マンション・集合住宅：30〜40%

需要率は業種や運用の仕方によって変わります。複数のモーターを持つ設備では、起動特性に応じて同時使用率を0.2〜0.8程度に設定する例もあります。過去の使用実績や稼働パターンをもとに、実態に近い数値を設定することが大切です。

計算値ぎりぎりで変圧器を選ぶと、機器を追加したときに対応できません。通常は15〜20%程度の安全余裕を見込んで最終容量を決めます。あわせて、進相コンデンサを設置して力率を改善するのが一般的です。

力率が低い設備では、必要なkVAが想定より大きくなります。実務では「必要kVA＝Σ（機器kW×同時使用率）／力率」のように、有効電力（kW）を力率で割ってkVAに換算します。

照明30kW、空調40kW、OA機器10kWの小規模オフィスの場合、単純合算では80kWです。同時使用率を0.8、力率を0.9で見積もると、必要kVAは約(80/0.9)×0.8＝約71kVAとなります。ここに安全余裕15%を加えると、妥当なキュービクル容量は約82kVAとなります。

容量が不足すると、遮断器が頻繁にトリップしたり、変圧器が過熱したりします。最悪の場合は設備故障や停電につながります。

過負荷が続くと絶縁劣化が起き、変圧器の寿命（通常20〜30年）が半分以下に縮まることがあります。焼損事故や、周辺一帯を停電させる波及事故を招く恐れもあります。

「大きめにしておけば安心」とは限りません。キュービクル本体や変圧器は容量が大きいほど価格が上がり、使われない容量はむだなコストになります。

容量は損失にも影響します。変圧器の損失は、負荷率に関係なく生じる無負荷損と、負荷率の2乗に比例する負荷損からなります。同じ負荷でも、変圧器の容量によって全損失は変わります。

変圧器は、おおむね負荷率40～50%程度で最高効率になるよう設計されています。全更新か部分更新かにかかわらず、更新の際は今の負荷に見合った容量へ見直すことが大切です。

照明のLED化や空調の高効率機への更新などが重なり、最大需要電力が以前よりかなり低くなっている施設があります。設置当時の容量のまま更新するのではなく、今の使い方で計算し直すと容量を変えられる場合があります。設備の削減などで契約電力が50kWを下回る見込みであれば、低圧に戻す選択肢も検討できます。ただし低圧の契約電力は設備容量や主開閉器の容量で決まるため、最大需要電力だけで判断せず、業者や電力会社に確認しましょう。

参照元：セレクトラ（https://selectra.jp/pro/energy/knowledge/teiatsu-kara-koatsu）

照明・空調・エレベーターなど、今ある設備の種類と台数を一覧にして業者へ伝えましょう。それぞれを使う時間帯（平日・休日、昼・夜、季節ごとの違い）もあわせて伝えると、需要率や同時使用率を実態に近い形で見込めます。

たとえば照明やOA機器は稼働時間が重なりやすい一方、空調は時間帯によってピークが変わります。エレベーターのようにモーターを使う動力機器は、始動時に瞬間的に大きな電力を使う点も考慮が必要です。実測データが不足している場合は、業者に短期間の電力ログを取ってもらう方法もあります。

大型の空調や生産設備、EV充電設備など、今後導入する予定の設備があれば事前に伝えてください。予定を織り込まずに現状ぴったりの容量で更新すると、数年後に容量不足に陥るおそれがあります。

段階的な増設を考えている場合は、基礎や母線の容量、ケーブルダクトに余裕を持たせる設計を相談しましょう。初期工事で余裕を確保しておけば、追加工事のコストを大きく抑えられます。

電気料金の請求書から、直近12か月の契約電力・最大需要電力・使用電力量を拾い出しておきましょう。これらの数字がないと、業者は正確な見積もりを出せません。

電気設備の点検記録も用意しておくと、変圧器の容量や負荷電流を推計する根拠になります。

キュービクルの負荷容量は、設備容量の合計に需要率を掛け、力率と将来の余裕を見込んで算出します。容量が足りなければ過負荷のリスクがあり、大きすぎれば費用と損失がむだになります。LED化などで使用電力が下がっている場合もあるため、更新前に容量を見直しましょう。そのためには、今の設備と稼働時間帯、増設の予定、請求書や点検記録を業者に伝えることが大切です。