変圧器の無負荷損と負荷損とは？負荷率で変わる省エネ効果を比較

無負荷損は鉄心、負荷損は主に巻線で生じる

無負荷損の中心は、鉄心を磁化するときのヒステリシス損と渦電流損です。負荷電流にほぼ関係なく、一次側へ電圧を加えている間に発生するため、夜間や休日も受電設備を通電したままなら積み上がります。

負荷損の中心は巻線の抵抗損で、電流が大きいほど増えます。経済産業省のトップランナー検討資料では、全損失を『無負荷損＋基準負荷率の二乗×定格負荷損』で扱っています。実機では温度、波形、高調波なども影響するため、簡易式だけで保証値を作らないことが重要です。

負荷損は負荷率の二乗で概算する

定格負荷損が4,000Wの変圧器を例にすると、負荷率50％の簡易計算は4,000×0.5²＝1,000W、負荷率25％なら4,000×0.25²＝250Wです。負荷率が半分になると負荷損は4分の1になります。これは仕組みを理解するための例で、特定製品の性能値ではありません。

全損失を比べるときは、この負荷損へ無負荷損を加えます。低負荷の時間が長い設備では無負荷損の比重が上がり、高負荷運転が多い設備では負荷損の差が効きやすくなります。平均負荷率だけではピークと停止時間が消えるため、可能なら30分値や時間帯別データを使います。

カタログ値は同じ負荷条件で比べる

トップランナー変圧器のエネルギー消費効率は全損失Wで示されます。基準負荷率は500kVA以下が40％、500kVAを超えるものが50％です。これは製品区分の評価条件であり、自社工場が常に40％または50％で運転するという意味ではありません。

候補機種を比較するときは、容量、相数、周波数、一次・二次電圧、油入・モールド、標準・準標準仕様をそろえ、無負荷損、負荷損、計算負荷率を並べます。『効率99％台』だけでは小数点以下の差が見えにくいため、損失Wと年間kWhで比較します。

年間損失は通電時間と負荷の変化を反映する

年間電力量へ換算するには、無負荷損へ年間通電時間を掛け、負荷損は負荷率ごとの時間帯に分けて積算します。平日昼、平日夜、休日など少なくとも複数の運転帯に分けると、単一の平均値より実態に近づきます。

太陽光を導入すると昼間の受電側負荷は下がることがありますが、変圧器の接続位置や逆潮流の有無で電流の流れは変わります。太陽光容量だけから変圧器損失を差し引かず、単線結線図と計測点を確認します。

• ✓変圧器ごとの30分値・負荷電流と年間通電時間
• ✓休日・夜間に停止できる系統と常時通電が必要な系統
• ✓将来の設備増設、太陽光・蓄電池、EV充電の計画
• ✓不平衡、高調波、周囲温度、換気など定格低減の条件
• ✓既設盤への収まり、搬出入、停電工程、仮設電源

更新見積では損失表と計算根拠を受け取る

見積書には、候補型式、無負荷損、負荷損、計算負荷率、年間通電時間、想定年間損失電力量を記載してもらいます。複数台をまとめるか分けるか、夜間停止できるかも比較条件です。容量を大きくすれば安心とは限らず、低負荷運転が長くなれば無負荷損の影響が残ります。

省エネ効果は、既設機器の実測値や銘板・試験成績書が不足すると精度が落ちます。推定値は推定と明記し、電気料金の削減額だけでなく、停電・搬入・盤改造・処分を含む総額と保安上の更新必要性を分けて判断します。