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2021.01

蓄電池設備の逆変換装置はなぜ半導体を用いた静止形と決まっているのか｜発振周波数の許容範囲と直交変換装置との違いを解説

蓄電池設備というと、バッテリー本体の容量や配置ばかりに目が行きがちです。
実は逆変換装置にも、構造から発振周波数まで細かい基準があります。
半導体を用いた静止形であることや、出力波形の歪みまで告示で定められています。
この記事では蓄電池設備の逆変換装置の基準を条文に沿って解説します。

うちの蓄電池設備には、逆変換装置というものが付いていると聞きました。
これにも基準があるのでしょうか。

はい逆変換装置の構造や性能にも告示で基準があります。
今日は逆変換装置を中心に見ていきましょう。

直流を交流に変える装置というくらいしか知りません。

いいえ周波数や波形の許容範囲まで細かく決まっています。
まずは基準の入口から見ていきます。

この記事の結論

逆変換装置の基準は蓄電池設備の基準（昭和48年消防庁告示第２号）第二・四にあります。
逆変換装置は半導体を用いた静止形とし、放電回路の中に組み込みます。
出力点検スイッチと出力保護装置を設け、使用する部品は良質のものとします。
発振周波数は蓄電池の端子電圧がプラスマイナス10パーセント変動しても、定格周波数のプラスマイナス５パーセント以内に収めます。
直交変換装置の基準は、充電装置と逆変換装置の規定の例によります。

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蓄電池設備の逆変換装置基準を静止形構造点検スイッチ周波数基準波形基準の４段階でまとめた図解

逆変換装置とは何を指すのか

蓄電池設備は、電池だけがあれば動くわけではありません。
蓄電池が持つ直流の電気を、消防用設備が使う交流に変える装置が必要です。

蓄電池設備の基準（昭和48年消防庁告示第２号）第二　四（一）　逆変換装置は、半導体を用いた静止形とし、放電回路の中に組み込むこと。

逆変換装置は、蓄電池の直流を交流に変える装置です。
可動部を持つ回転形ではなく、半導体を用いた静止形に限定されているのが特徴です。
モーターのように回転する部分が無いため、振動や摩耗による故障が起きにくくなります。
別置きの機器としてではなく、放電回路の中に組み込む形で設置することも決められています。
点検のときは、まず自分の設備の逆変換装置がどこに組み込まれているかを確認しましょう。

回転する部分が無いというのは、モーターとは違うのですね。

はい半導体だけで変換する仕組みです。
次は逆変換装置に設けるべき装置です。

逆変換装置には何を設けなければならないのか

逆変換装置は、ただ変換できればよいわけではありません。
動作を確かめたり、異常から守ったりする仕組みも必要です。

蓄電池設備の基準（昭和48年消防庁告示第２号）第二　四（二）　逆変換装置には、出力点検スイッチ及び出力保護装置を設けること。同（三）　逆変換装置に使用する部品は、良質のものを用いること。

逆変換装置には出力点検スイッチと出力保護装置の両方が必要です。
出力点検スイッチで動作を確かめ、出力保護装置で異常時に回路を守ります。
使用する部品も良質のものに限られており、粗悪な部品での代替は認められません。
点検のときは、点検スイッチが実際に操作できる状態にあるかも確認しましょう。

点検スイッチが固くて動かしにくいのですが、これも問題でしょうか。

はい実際に操作できる状態であることが前提です。
次は発振周波数の許容範囲です。

発振周波数はどこまでのブレが許されるのか

交流に変換したあとの周波数が大きくずれると、接続した設備の動作に影響します。
そこで発振周波数には、変動条件つきの許容範囲が決められています。

蓄電池設備の基準（昭和48年消防庁告示第２号）第二　四（四）　発振周波数は、無負荷から定格負荷まで変動した場合及び蓄電池の端子電圧がプラスマイナス10パーセントの範囲内で変動した場合において、定格周波数のプラスマイナス５パーセントの範囲内であること。

発振周波数は、２つの変動条件を重ねても定格周波数のプラスマイナス５パーセント以内でなければなりません。
条件の１つ目は無負荷から定格負荷までの変動、２つ目は蓄電池の端子電圧がプラスマイナス10パーセント変動することです。
どちらの条件下でも、周波数のブレは定格周波数のプラスマイナス５パーセント以内に収まっている必要があります。
負荷や電圧が変わるたびに周波数が大きく揺れるようでは、この基準を満たしません。
点検では、負荷を変えたときに周波数計の指針がどこまで動くかも確認しておきましょう。

負荷が変わるたびに周波数計の針が動くのを見たことがあります。

はいプラスマイナス５パーセント以内に収まっていれば問題ありません。
次は出力波形です。

出力波形の歪みがなぜ問題になるのか

周波数が範囲内に収まっていても、波形そのものが乱れていては安心できません。
出力波形にも、歪みについての基準があります。

蓄電池設備の基準（昭和48年消防庁告示第２号）第二　四（五）　逆変換装置の出力波形は、無負荷から定格負荷まで変動した場合において有害な歪みを生じないものであること。

出力波形は、無負荷から定格負荷まで変動しても有害な歪みを生じてはいけません。
波形が大きく歪むと、接続されたモーターや制御回路が正しく動かなくなるおそれがあります。
発振周波数の基準と違い、波形の歪みには具体的な数値ではなく「有害な歪みを生じない」という性能規定になっています。
現場での確認は難しいため、メーカーの試験成績書で波形の品質を確認するのが実務的です。
負荷を変えたときに異音や発熱が生じていないかも、あわせて見ておきましょう。

波形の歪みは、現場で目で見て分かるものなのでしょうか。

いいえ試験成績書での確認が現実的です。
次は直交変換装置との違いです。

直交変換装置は逆変換装置と何が違うのか

蓄電池設備には、逆変換装置のほかに直交変換装置と呼ばれる方式もあります。
この装置には、専用の条文が用意されているわけではありません。

蓄電池設備の基準（昭和48年消防庁告示第２号）第二　五　蓄電池設備の直交変換装置の構造及び性能は、第三号及び前号の規定の例による。

直交変換装置の基準は、充電装置と逆変換装置の規定をそのまま準用する形になっています。
「第三号」は充電装置の構造及び性能、「前号」はここまで見てきた逆変換装置の構造及び性能を指します。
つまり直交変換装置でも、静止形であることや出力点検スイッチ、発振周波数の許容範囲、出力波形の歪みの基準はそのまま当てはまります。
装置の名称が違うだけで、確認すべき項目は変わりません。
点検のときに見るべき順番を整理しておきます。