これだけは知っておきたい電気設備の基礎知識をご紹介します。このページでは「電力を測定する計器」について、維持管理や保全などを行う電気技術者の方が、知っておくとためになる電気の基礎知識を解説しています。
電力の種類と測定法のあらまし
負荷の端子電圧および負荷電流をそれぞれ $E$〔V〕,$I$〔A〕,電力を $P$〔W〕とすると、
直流電力 … $P=EI$〔W〕
単相電力 有効電力 … $P=EIcosθ$〔W〕
無効電力 … $P=EIsinθ$〔Var〕
皮相電力 … $P_r=EI$〔VA〕
三相電力 有効電力 … $P=\sqrt{3}EIcosθ$〔W〕
無効電力 … $P=\sqrt{3}EIsinθ$〔Var〕
皮相電力 … $P_r=\sqrt{3}EI$〔VA〕
ここで交流の場合 $E,I$ は実効値をとり、$θ$ は電圧、電流間の位相差です。$cosθ$ を力率、$sinθ$ を無効率といいます。電力の測定は上式の左辺を電力計で測定する直接測定法と右辺の各量をそれぞれ個別に測って計算から求める間接測定とに分けられますが、普通は直接測定法による場合が多いです。
間接測定法
間接測定法は小電力を測定する場合など測定条件に適した電力計がない場合に用いられますが、あまり現場実務向きではありません。しかし、電力の意味を知るうえで興味あるので一二例を掲げます。
単相電力の測定
第1図は3電流計法の結線図です。第1図(a)の3個の電圧計の指示を、それぞれ $I_1,I_2,I_3$〔A〕とすると、電力 $P$ は、
$P=\displaystyle\frac{R_p}{2}(I_3^2-I_2^2-I_1^2)$〔W〕
となります。なお、図(c)は3電圧計法であすが、それぞれ $E_1,E_2,E_3$〔V〕とすると、電力 $P$ は、
$P=\displaystyle\frac{1}{2R_s}(V_3^2-V_2^2-V_1^2)$〔W〕
で、与えられます。
三相電力の測定
三相3線式回路の電力は2個の単相電力計を用いて測定することができます。第2図は、その接続を示したものです。この測定で、電力計 $W_1,W_2$ の指示がそれぞれ $P_1,P_2$〔W〕であったとすると、三相電力 $P$ は、つぎのようになります。
$P=P_1+P_2$〔W〕
この方法は、回路の平衡、不平衡に関係なく適用できる特徴があります。
直接測定用計器
電力または電力量の直接測定用計器には誘導形、電流力計形などがありますが、誘導形は構造が簡単で丈夫であるため配電盤計器に多く用いられています。
第3図は、最も広く用いられている単相2線式電力量計の構造を示します。回転子としてアルミ円板(1)、成層鉄心入り電圧コイル(2)、電流コイル(3)、制動磁石(6)、計量装置(7)などが主な構成要素です。
電圧コイルと電流コィルによって生じる磁束を合成して移動束を作リアルミ円板を回転させます。この回転速度が電力に比例するような構造となっているので、電力量はアルミ円板の回転数で測ることができます。
電力計、電力量計の取扱い上の注意
単独計器は、接続図どおり接続されていれば、負荷力率の変化や三相計器では相順の相違などで誤計量することはありません。変成器は電力量計も基本的には単独計器と同じように結線図どおり接続されていれば誤計量することはありません。しかし、計器用変成器の端子記号と電力量計の端子記号が異なり、さらに単独計器より接続が複雑なため、誤りやすいので注意が必要です。第4図は実体配線図の例です。
携帯用電力計の取扱い方
一般事項
現場で負荷電力を精密に測定する場合、一般に 0.5級で電流力計形のワットメータが使用されます(第5図)。使用にあたっては零点調整を行い、水平にして使うことと、電流や電圧が定格値をこえるときは CT,PT を用いて適当な値に変成する必要があります。特に携帯用の場合電力は定格内であっても電流か電圧のいずれかが過大であれば、電力計としては使えないことも忘れてはなりません。
電力計のレンジ切換時の注意
第1表からわかるように電圧レンジは 2倍定格比、電流レンジは 5倍定格比になっています。測定にあたって、電圧端子は回路電圧に近いレンジを使用し、負荷電流が未知の場合は最初大電流側端子に接続して電源を入れます。また、電流回路が第5図のように変流器の二次側に接続されている場合には、その二次側が開路にならないように注意しなければなりません。変流器によっては二次巻線短絡鍵のついたものもありますので、この場合は、まずこれを閉じてからレンジ切換えを行い、短絡鍵のない場合は、電源を切るか、取りはずされるべき配線をそのままにしておき、必電とする電流端子にわたりをとったのち不要な端子の接続をとくようにして二次側が開放されないようにします。
自己消費VAの補償
電力計の指示は、負荷の電力と電力計自身の消費電力との和となっています。したがって、負荷電力を精密に測定したい場合や定格電力が小さい場合は電力計自身の消費電力を測定値から差引かなければなりません。第1表に三相電力計の定格消費VAの一例が示されています。同表からわかるように消費電力は一般に非常に小さいです。
