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  • 2023.12.17(最終更新日:2023.12.17)

    電源設備とは何か?電源設備の種類と特徴について解説

    電源設備とは

    「電源設備」とは電力会社等より供給された電気を停電や緊急時にバックアップすることで機器・システム等の負荷を保護し安定稼働させる役割をもっています。 主な装置として、無停電電源装置(UPS)、直流電源装置などが挙げられます。工場、病院、学校、水処理施設など、万が一の停電も許されない環境に設置されています。

    エンジン発電装置

    ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの各種のエンジンを原動機にした発電機のこと。

    ディーゼル機関発電装置

    ・電気点火装置や気化器が不要
    ・騒音や振動が大きいが燃料が安く発電効率が高い
    ・ガスタービン機関と比較して、燃料消費量が少ない

    ガソリン機関発電装置

    ・往復運動内燃機関(ピストン往復)であり、ディーゼル機関に比べて複雑で故障率が高い
    ・消費電力の高い機器に対応でき騒音が少ないため、可搬型の予備電源として活用される

    ガスタービン発電装置

    ・回転運動内燃機関であり、運転に必要な空気量が多い
    ・ディーゼル機関に比べ排気ガス中に含まれる硫化物質濃度が低い
    ・構造が簡単で保守が容易、冷却水が不要

    ※まとめると、ディーゼルは音がうるさいがガスタービンより燃料費が安く、ガソリンはディーゼルより壊れにくく、ガスタービンはディーゼルより排気ガスがきれいで冷却水が不要

    自家用発電設備

    電気の消費者が発電設備を用いて自ら発電を行うための設備のこと。事業用電気通信設備の停電対策として、自家用発電機の設置などが求められている。

    常用発電機

    通常利用される発電機のこと。電力会社からの電力供給が難しい場所や契約電力の削減を目的とする場合、一般的に常用の自家用発電設備が用いられる。

    発電設備と負荷設備を、商用側の電源系統と連係する方式を「系統連系運転方式」といい、逆に切り離して単独で運転する方式を「自立運転方式」という。系統連系運動方式の方が、急激な負荷変動に対する電力品質が安定している。

    非常用発電機

    停電時に利用される発電機のこと。防災目的の「防災用発電機」と業務継続のための「保安用発電機」に分類される。非常用エレベーター屋内消火栓用の非常用電源として、商用電源からの給電が停止した場合は、防災用の自家発電設備が使用される。

    変圧器(トランス)

    電力会社から供給される高電圧の電力を、ユーザーの建物内で使用する電圧に変換する機能のこと。

    変圧器の分類 特徴
    内鉄型変圧器 鉄心の周りに低圧巻線、その周りに高圧巻線が配置され、単一の磁器回路を有している。鉄損は小さく銅損は大きくなる。確実に絶縁できるため主に高電圧用に使用される。
    外鉄型変圧器 鉄心の周りに低圧巻線と高圧巻線が交互に配置されている。鉄損が大きく銅損が小さくなる。絶縁に限界があるため主に定電圧用に使用される。
    油入変圧器 巻線の絶縁と来客に絶縁油を使用している。長時間使用すると酸化し、絶縁性能が低下する。
    モールド変圧器 巻線の絶縁材料にエポキシ樹脂が使用され、耐燃性が高いため防災に適している。
    単相変圧器 単相交流を変圧する送電方法で、故障時に縮退運動が可能であるため信頼性が高い。
    三相変圧器 三相交流を1台で変圧する伝送方式で、単位容量当たりの床面積を小さく重量を節約できる。
    電力開閉装置

    電力の開閉には開閉器と遮断器が使用される。

    開閉器

    低圧回路の自動切換え用に「電磁開閉器」、高圧回路用に「気中負荷開閉器」、「ガス負荷開閉器」などがある。

    遮断器

    異常時の過電流遮断時にも使用される。遮断器では、迅速にアーク放電を消滅させることが必要である。

    電力変換装置

    整流装置

    交流(AC)を直流(DC)に変換する機械(部品)のこと。通信用電源には、リプル(リップル、電流の脈流)が小さい全波整流回路が使用される。

    整流装置の種類 特徴
    ダイオード整流器 出力直流電圧を制御する機能がなく、出力電圧が変動する。安定化のためにDC-DCコンバータ回路等を付加することがある。
    サイリスタ整流装置 定電圧制御と定電流制御の機能を持つ。
    高周波スイッチング整流装置 交流(AC)を直流(DC)へ返還した電流を高速スイッチングによりパルス波へ変換→変換器(トランス)で所要の電圧へ変換→整流・平滑を行い所要の力流電圧を得る。
    PWM(パルス幅変調)方式:
    出力電圧が上昇しようとするとパルスの幅を減少させ、低下しようとするとパルスの幅(※パルスの振幅ではない)を増加させ出力電圧を安定化させる。
    直流電源装置

    直流電源装置は、変圧器、整流器、出力側フィルタ、整流器制御回路により構成されている(入力側フィルタは含まない)。直流電源装置は2つの方式で安定した出力電圧を得ています。
    ①スイッチングレギュレータ
    入力の直流(DC)電圧を所望の直流(DC)電圧に「電圧変換」して出力することができます。 電子機器等において、バッテリなどから出力される電源電圧から、後続システムに必要な電圧をつくり出し「出力電力の安定化」の図ること。

    スイッチング素子を用いて入力電圧を断続することにより電圧変換を行い、スイッチング素子のオン時間とオフ時間の比を調整して、出力電圧の安定化を図る。

    ②自励コンバータ型整流方式
    電圧を、パワートランジスタ等で高周波のパルス波形に変換し、パルスの幅をPWM方式で制御して安定した出力電圧を得る方式のこと。

    UPS(無停電電源装置)

    UPSは整流装置、蓄電池、インバータなどで構成されています。UPSの出力として要求される電圧波形は「正弦波形」に合わせて、インバータ回路では次の二つの方式で正弦波形化している。UPSの保守期間中でも、商用電力を負荷装置に直接供給できるようにするため、バイパス回路を具備した構成のものもある。

    多重化インバータ方式

    複数のインバータユニットの出力回路を並列に接続し、かつ、各インバータユニットの出力電圧に位相差を持たせて重畳することにより、インバータの総合出力電圧波形を正弦波に近づける方式であり、構成するインバータユニットの数が多いほど総合出力電圧波形は正弦波に近づく。

    PWMインバータ方式

    多重パルス幅変調制御を用いたインバータで、振幅と周期が一定の複数のパルス列を作成し、パルス幅を変えることによって出力電圧を制御する。