非常用電源システム
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非常用電源システム（ひじょうようでんげんシステム、英: emergency power system）とは、常用電源の喪失時に重要な電気システムを支える独立した電力供給源のことである。非常用電源システムには、非常用発電機、蓄電池、およびその他の装置が含まれることがある。非常用電源システムは、常用電力の喪失による影響から生命や財産を守るために設置される。これは継続的電力供給システムの一種である。
これらは、家庭から病院、科学研究所、データセンター、[1] 電気通信[2]設備、船舶に至るまで、幅広い環境で使用されている。非常用電源システムは、発電機、ディープサイクルバッテリー、フライホイールエネルギー貯蔵、[3]または燃料電池[4][5]を利用することができる。
歴史
非常用電源システムは、早くも第二次世界大戦時の軍艦で使用されていた。戦闘において、艦船は船内発電機用の蒸気タービンを駆動するボイラーの機能を失う可能性がある。そのような場合、1つまたは複数のディーゼルエンジンがバックアップ発電機の駆動に使用される。初期の切替スイッチは手動操作に頼っていた。2つのスイッチが水平に並べて配置され、「オン」の位置が互いに向かい合うように設置され、その間にロッドが置かれた。スイッチを操作するには、一方の電源を切り、ロッドを反対側に動かしてから、もう一方の電源を入れる必要があった。
建物内での運用
商用電源は、電線の切断、変電所の故障、悪天候、計画的な計画停電、あるいは極端な場合には電力系統全体の崩壊によって喪失することがある。近代的な建物において、ほとんどの非常用電源システムはこれまでも、そして現在も発電機に基づいている。通常、これらの発電機はディーゼルエンジン駆動であるが、小規模な建物ではガソリンエンジン駆動の発電機が使用されることもある。
一部の大規模な建物ではガスタービンを備えているが、電力を発生させるまでに5分から最大30分かかる場合がある。[6]
最近では、ディープサイクルバッテリーや、フライホイールエネルギー貯蔵、燃料電池といった他の技術の利用が増えている。後者のシステムは汚染ガスを排出しないため、建物内への設置が可能である。また、第2の利点として、燃料貯蔵のために別の小屋を建てる必要がないという点も挙げられる。[7]
通常の発電機では、非常用電源を接続するために自動切替開閉器（ATS）が使用される。一方の側は常用電源フィードと非常用電源フィードの両方に接続され、もう一方の側は非常用として指定された負荷に接続される。常用側から電気が供給されない場合、切替スイッチはソレノイドを使用して3極双投スイッチを作動させる。これにより、供給源が常用から非常用へと切り替わる。常用電源の喪失は、自動車のバッテリーを使ってエンジンを始動させるのと同様に、バッテリー駆動のスターターシステムを作動させて発電機を始動させるトリガーにもなる。切替スイッチが切り替わり、発電機が始動すると、建物の非常用電源が復旧する（常用電源が喪失した際に一度切れた後）。
非常灯とは異なり、非常用照明は特定の照明器具のタイプを指すのではない。それは、安全な出口への経路を確保したり、機械室や電気室などのサービスエリアを照らしたりするために配置された、建物の通常の照明の一種である。誘導灯（バックアップバッテリーがないもの）、火災報知器、およびスプリンクラー設備用の電動ポンプは、ほぼ常に非常用電源に接続されている。非常用電源に接続されるその他の機器には、防煙ダンパー、排煙ファン、エレベーター、障害者用ドア、サービスエリアのコンセントなどが含まれる。病院では、生命維持装置や監視装置に電力を供給するために非常用電源コンセントを使用する。一部の建物では、"en:The show must go on" という原則に従い、劇場が興行用機材に電力を供給するために使用するなど、通常業務の一環として非常用電源を利用することもある。
航空分野での運用
航空分野における非常用電源システムの利用は、航空機内または地上のいずれかで行われる。
民間機および軍用機において、緊急時に必須システムへの電力を維持することは極めて重要である。これは、ラムエア・タービンやバッテリーによる非常用電源装置を通じて行われ、パイロットは無線連絡を維持し、MFD、GPS、VORレシーバー、または方向ジャイロを使用して航法を継続することができる。
ローカライザー、グライドパス、およびその他の計器着陸補助装置（マイクロ波送信機など）は、消費電力が大きく、かつミッションクリティカルであるため、短時間であってもバッテリー電源で信頼性の高い運用を行うことはできない。したがって、絶対的な信頼性が要求される場合（空港でカテゴリー3の運用が行われている場合など）は、通常、ディーゼル発電機で作動させ、発電機が故障した場合には商用電源に自動的に切り替えるようにする。これにより、発電機が稼働速度に達するまでの間の送信中断を避けることができる。
これは、バックアップ発電機が商用電源に対して二次的なものと見なされる一般的な非常用電源システムの概念とは対照的である。
電子機器の保護
コンピュータ、通信ネットワーク、およびその他の現代的な電子機器は、単に電力を必要とするだけでなく、動作を継続するために安定した電力の流れを必要とする。供給電圧が大幅に低下したり完全に途絶えたりすると、たとえその電力喪失が1秒に満たない短時間であっても、これらのデバイスは故障する。このため、始動時間を要する発電機のバックアップだけでは、十分な保護を提供できない。
より包括的な損失保護を実現するために、サージ防護機器、インバータ、あるいは完全な無停電電源装置（UPS）などの追加機材が使用される。UPSシステムは、局所的（1つのデバイスまたは1つのコンセント用）なものもあれば、建物全体に及ぶものもある。局所的なUPSは、デスクや通信ラックの下に収まる小さな箱であり、少数のデバイスに電力を供給する。建物全体のUPSは、用途に応じていくつかの異なる形態をとることがある。これは、UPSフィードとして指定されたコンセントの系統に直接給電し、多数のデバイスに電力を供給することができる。
電話交換機は直流（DC）を使用するため、建物の蓄電池室は一般に消費機器に直接配線されており、通常は商用電源から整流された直流を供給する整流器の出力上に常に浮遊（フロート充電）した状態にある。商用電源が故障しても、バッテリーは切り替えを必要とせずに負荷を担う。この単純だがやや高価なシステムにより、一部の交換局では1920年代以来、一瞬たりとも電力を失ったことがない。
発電所における構造と運用
近年、電力会社の発電所の大型ユニットは、通常、ボイラー、タービン発電機ユニット、およびその電力（昇圧）用およびユニット（補助）用変圧器が必要な装置として1つのユニットとして強固に接続される「ユニットシステム」に基づいて設計されている。あまり一般的ではない構成として、1つの共通のステーション補助設備を持つ2つのユニットがグループ化されたものがある。各タービン発電機ユニットには独自のユニット補助変圧器が付随しているため、回路に自動的に接続される。ユニットの始動時には、補助設備には別のユニット（補助）変圧器またはステーション補助変圧器によって電力が供給される。最初のユニット変圧器から次のユニットへの切り替え期間は、非常用電源システムが必要になった際に、自動かつ瞬時に動作するように設計されている。発電所のシャットダウン（すべての常用ユニットが一時的に停止する「ブラックアウト」として知られる事象）の際にも、ユニットの補助設備への電力が途絶えないことが不可欠である。代わりに、シャットダウン中も電力系統（グリッド）は運用可能な状態を維持することが期待される。問題が発生する場合、その多くは深刻な系統の乱れによる系統回線上の逆電力リレーや周波数動作リレーが原因である。このような状況下では、機器の損傷を避け、発電機からの水素ガスの外部放出などの危険な事態を防ぐために、非常用ステーション供給が作動しなければならない。
非常用電源システムの制御
208 VACの非常用供給システムでは、長い供給配線を避けるために、発電所の建物内に設置された自動制御付きの中央バッテリーシステムが使用される。この中央バッテリーシステムは、12または24 VDCシステムを構成するための鉛蓄電池ユニット、および待機用セルで構成され、それぞれに独自のバッテリー充電ユニットが備わっている。また、208 VACを受信できる電圧感知ユニットと、208 VACのステーション供給が故障した場合に非常用供給回路に信号を送り活性化させることができる自動システムも必要である。
参考文献
- ^ “Fuel cell in the data center Munich”. 2008年9月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年9月20日閲覧。
- ^ “India orders 10.000 fuel cell emergency power systems”. 2008年9月20日閲覧。[リンク切れ]
- ^ Dorf, Richard C. (14 December 2018). The Electrical Engineering Handbook - Six Volume Set. CRC Press. ISBN 978-1-4200-4975-6 2018年12月14日閲覧。
- ^ “Fuel Cells in Backup Power Applications”. 2026年3月15日閲覧。
- ^ “DOE Fuel Cells for Backup Power”. 2026年3月15日閲覧。
- ^ Soares, Claire M.. “Gas Turbines In Simple Cycle & Combined Cycle Applications”. 2026年3月15日閲覧。
- ^ “Advantages of deep-cycle batteries over generators” (2000年4月). 2026年3月15日閲覧。
外部リンク
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