非常用電源システム

非常用電源システムは、通常の電力供給が失われた場合に重要な電気システムをサポートする独立した電源です。 予備電源システムには、予備発電機、バッテリー、その他の装置が含まれる場合があります。 非常用電源システムは、主電源の供給が失われた場合の影響から生命と財産を保護するために設置されます。 これは、常時電源システムの一種です。

家庭から病院、科学研究所、データセンター^[1] 、通信機器^[2] 、船舶まで、さまざまな場所で使用されています。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ストレージ^[3]、または燃料電池に依存します。^{[4] [5]}

非常用電源システムは、第二次世界大戦の頃から海軍艦艇で使用されていました。戦闘中、艦艇は、艦艇の発電機の蒸気タービンに動力を供給するボイラーの機能を失うことがあります。そのような場合、1 台以上のディーゼル エンジンを使用してバックアップ発電機を駆動します。初期の転送スイッチは手動操作に依存しており、2 つのスイッチが水平に一列に並び、オンの位置が互いに向かい合うように配置されていました。その間にロッドが配置されていました。スイッチを操作するには、1 つの電源をオフにし、ロッドを反対側に移動して、もう 1 つの電源をオンにする必要があります。

主電源は、電線のダウン、変電所の故障、悪天候、計画停電、または極端な場合には送電網全体の故障により失われることがあります。現代の建物では、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をベースにしています。通常、これらの発電機はディーゼルエンジンで駆動されますが、小規模な建物ではガソリンエンジンで駆動される発電機が使用されることもあります。

大きな建物の中にはガスタービンを備えているものもありますが、発電には5分から30分ほどかかることがあります。^[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ストレージ、燃料電池などの技術がより多く利用されるようになっています。これらのシステムは汚染ガスを発生しないため、建物内に設置することができます。また、2つ目の利点として、燃料貯蔵のために別の小屋を建てる必要がありません。^[7]

通常の発電機では、自動転送スイッチを使用して非常用電源を接続します。片側は通常の電源供給と非常用電源供給の両方に接続され、もう片側は非常用として指定された負荷に接続されます。通常側に電気が供給されない場合、転送スイッチはソレノイドを使用して三極双投スイッチを投入します。これにより、供給が通常電源から非常用電源に切り替わります。通常電源が失われると、バッテリー駆動のスターター システムが起動して発電機が始動します。これは、車のバッテリーを使用してエンジンを始動するのと同様です。転送スイッチが切り替えられ、発電機が始動すると、建物の非常用電源が (通常電源が失われたときにオフになった後) 再びオンになります。

非常灯とは異なり、非常照明は照明器具の一種ではありません。建物の通常の照明のパターンであり、安全な出口を確保するための光の経路を提供したり、機械室や電気室などのサービスエリアを照らしたりします。出口標識、火災警報システム（バックアップバッテリーを使用していないもの）、および消火スプリンクラーの電動モーターポンプは、ほぼ常に非常用電源に接続されています。 非常用電源に接続されているその他の機器には、煙遮断ダンパー、煙排出ファン、エレベーター、身体障害者用ドア、サービスエリアのコンセントなどがあります。 病院では、生命維持システムや監視機器に電力を供給するために非常用電源コンセントを使用しています。 一部の建物では、劇場が「ショーは続けなければならない」という原則に従ってショー機器に電力を供給するために非常用電源を使用するなど、通常業務の一環として非常用電源を使用する場合もあります。

航空における緊急電源システムは、航空機内でも地上でも使用できます。

民間航空機や軍用航空機では、緊急時に重要なシステムへの電力供給を維持することが重要です。これは、ラムエアタービンまたはバッテリー緊急電源を介して実行でき、パイロットは無線連絡を維持し、MFD、GPS、VOR 受信機、または方向性ジャイロを使用して 1 時間以上航行を継続できます。

ローカライザー、グライドスロープ、その他の計器着陸補助装置 (マイクロ波送信機など) は、電力消費量が多く、ミッションクリティカルであるため、たとえ短時間であっても、バッテリー電源で確実に動作させることはできません。したがって、絶対的な信頼性が必要な場合 (空港でカテゴリ 3 の運用が実施されている場合など)、通常はディーゼル発電機でシステムを稼働させ、発電機が故障した場合には自動的に主電源に切り替わるようにします。これにより、発電機が動作速度に達するまで送信が中断されることがなくなります。

これは、バックアップ発電機が主電源の二次的なものとして見られる緊急電源システムの一般的な考え方とは対照的です。

コンピュータ、通信ネットワーク、その他の最新の電子機器は、動作を継続するために電力だけでなく、安定した電力供給も必要とします。電源電圧が大幅に低下したり、完全に低下したりすると、たとえ電力損失がほんの一瞬であっても、これらの機器は故障します。そのため、起動に時間がかかるため、発電機によるバックアップでも保護は提供されません。

より包括的な損失保護を実現するには、サージ プロテクター、インバータ、または完全な無停電電源装置(UPS) などの追加機器が使用されます。UPS システムは、ローカル (1 つのデバイスまたは 1 つの電源コ​​ンセント) にすることも、建物全体に拡張することもできます。ローカル UPS は、机や通信ラックの下に収まる小さなボックスで、少数のデバイスに電力を供給します。建物全体の UPS は、アプリケーションに応じて、いくつかの異なる形式のいずれかになります。UPS フィードとして指定されたコンセントのシステムに直接電力を供給し、多数のデバイスに電力を供給できます。

電話交換機は直流を使用するため、建物のバッテリー室は通常、消費機器に直接配線され、通常は公共電力から整流された直流を供給する整流器の出力で常時浮遊しています。公共電力が停止すると、バッテリーが負荷を担い、切り替える必要はありません。このシンプルですがやや高価なシステムにより、1920 年代から一度も停電したことがない交換機もあります。

近年、公益事業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、その電源（昇圧）およびユニット（補助）変圧器などの必要なデバイスが 1 つのユニットとしてしっかりと接続されたユニット システム ベースで設計されています。あまり一般的ではない構成では、1 つの共通のステーション補助装置とともに 2 つのユニットがグループ化されています。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属しているため、回路に自動的に接続されます。ユニットを起動するために、補助装置には別のユニット（補助）変圧器またはステーション補助変圧器から電力が供給されます。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、緊急電力システムの起動が必要なときに自動的に瞬時に操作できるように設計されています。ステーションのシャットダウン中（すべての通常ユニットが一時的に停止するブラックアウトと呼ばれる発生）にユニット補助装置への電源が失われないようにすることが不可欠です。代わりに、シャットダウン中もグリッドは動作し続けることが期待されます。問題が発生する場合、それは通常、深刻な送電網の乱れによる送電網ライン上の逆電力リレーや周波数作動リレーが原因です。このような状況では、機器の損傷を防ぎ、発電機から水素ガスが周辺環境に放出されるなどの危険な状況を防ぐために、緊急ステーション電源を作動させる必要があります。

208 VAC 緊急供給システムでは、長い電源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の中央バッテリー システムが使用されます。この中央バッテリー システムは、12 VDC または 24 VDC システムを構成する鉛蓄電池セル ユニットと、それぞれにバッテリー充電ユニットを備えたスタンバイ セルで構成されています。また、208 VAC を受信できる電圧検知ユニットと、208 VAC ステーション電源に障害が発生した場合に緊急供給回路に信号を送り、回路をアクティブにできる自動システムも必要です。

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• 車のバッテリーとディープサイクルバッテリーの違い