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発電機の自動切替（ATS）とは？

停電時に人の操作なしで発電機へ電源を切り替えるATSの仕組みと、導入・点検のポイントを解説します。

大型施設が停電対策を急ぐべき理由

令和元年9月の台風15号では、千葉県を中心に東京電力管内で最大約93万戸が停電しました。すべての停電が解消したのは9月24日で、復旧までに約2週間を要しています。翌10月の台風19号でも、最大約52万戸が停電しました。

鉄塔や電柱が倒れるなど設備の被害が大きいと、停電は数日から数週間に及ぶことがあります。病院・工場・商業施設など多くの人や設備を抱える大型施設ほど、停電が長引いたときの安全面や事業継続への影響は大きくなります。停電は起こりうるものと考え、平時のうちに電源を確保する手段を整えておくことが大切です。

参照元：経済産業省「令和元年に発生した災害の概要と対応」［※PDF］（https://www.meti.go.jp/shingikai/sankoshin/hoan_shohi/denryoku_anzen/pdf/021_01_00.pdf）

発電機の自動切替（ATS）とは？

ATSの役割と基本構成

ATS（Automatic Transfer Switch：自動切替器）は、停電や電圧異常を検知すると、商用電源から非常用電源へ自動でで切り替える装置です。ATS自体は発電しません。電気をつくるのは発電機で、ATSの役割は「どちらの電源から負荷へ電気を送るか」を切り替えることです。主な構成要素は次の3つです。

検知回路：商用電源の電圧や状態を監視する
制御回路：切替のタイミングや復帰の条件を判断する
切替機構：双投型切替器（DT）が、商用電源と非常用電源のどちらか一方だけを負荷へつなぐ

双投型切替器は2つの電源が同時につながらない構造になっているため、安全に電源を切り替えられます。

停電から送電、復電までの流れ

一般的な自動切替システムは、次の順番で動作します。

商用電源の停電や電圧異常を検出する
発電機へ始動信号を送る
発電機の電圧と周波数が安定するまで待つ
商用電源側を切り離してから発電機側へ切り替え、送電する
商用電源の復旧を一定時間確認し、元の電源へ戻す
発電機を冷却運転したあとに停止する

所要時間の一例として、設置型の非常用ガス発電機と自動切替システムを組み合わせたある製品では、停電から給電までが約10〜40秒、復電後に商用電源へ戻るまでが約5秒です。その後、約1分のクーリング運転を経て自動で停止します。

実際の切替時間は、発電機の始動性能・ATSの設定・予熱の有無・負荷条件などで変わります。機種や設置条件ごとに確認しましょう。

参照元：発電機.jp（https://hatsudenki.jp/column/column-1371/）

参照元：イプロスものづくり（株式会社EMD）（https://pr.mono.ipros.com/emdes/product/detail/2001507057/）

手動切替との違い

手動切替器は人が操作して切り替える仕組みで、構造がシンプルなぶんコストを抑えやすいのが利点です。ただし、担当者が駆けつけて操作するまで電気は戻りません。ATSは停電を検知して自動で切り替えるため、夜間や無人の時間帯でも対応でき、慌ただしい状況での操作ミスも防げます。どちらを選ぶかは、設備が止まることをどこまで許容できるかを基準に判断します。

参照元：高田製作所（https://www.takadass.co.jp/Products/about-switch/ats.html）

消防法が求める「停電から40秒以内」の自動送電

消防用設備等の非常電源として使う自家発電設備は、「自家発電設備の基準」（昭和48年消防庁告示第1号）に適合している必要があります。この告示では、常用電源が停電した場合に、自動的に電圧確立・投入・送電が行われることを原則としています。停電から電圧確立と投入までの所要時間は、40秒以内でなければなりません。

ただし、例外もあります。運転と保守の管理ができる者が常駐し、停電時にすぐ操作できる場所に設ける場合は、電圧確立を自動、投入を手動にできます。この場合、投入操作にかかる時間は40秒に含めません。また、停電から40秒が過ぎてから電圧確立・投入までの間を、基準に適合する蓄電池設備で電力供給する場合も、例外として扱われます。

参照元：総務省消防庁「自家発電設備の基準」（https://www.fdma.go.jp/laws/kokuji/post58/）

自動切替付き発電機を導入するときのポイント

発電機とATSはセットで容量・仕様を選ぶ

発電機の容量は、負荷機器の消費電力を合計するだけでは決められません。モーターやポンプ、コンプレッサー、空調機などは、始動するときに大きな電流が流れます。始動電流や同時使用率、負荷を投入する順序まで考えておかないと、切替後に電圧や周波数が下がったり、保護装置が働いて発電機が止まったりするおそれがあります。導入前には、次の点を確認しましょう。

発電機：kW・kVA、力率、始動電流、負荷を投入する順序
ATS：定格電流（A）・電圧・相数。発電機のkVAだけを見て決めない
切替時間と復帰条件、発電機の遠隔始動機能、始動・停止信号の仕様がATSと合っているか

参照元：発電機.jp（https://hatsudenki.jp/column/column-1371/）

参照元：高田製作所（https://www.takadass.co.jp/Products/about-switch/ats.html）

ATSがあっても「無停電」にはならない

ATSを導入しても、電気がまったく止まらないわけではありません。停電してから発電機が始動し、送電できる状態になるまでの数秒〜数十秒は、電気が途切れます。サーバーや通信装置、制御用コンピューター、医療機器など一瞬の停電も許されない機器には、UPS（無停電電源装置）や蓄電池設備を組み合わせましょう。発電機から送電が始まるまでの間を、UPSなどでつなぐ構成にするのが基本です。

参照元：発電機.jp（https://hatsudenki.jp/column/column-1371/）

自動定期運転や遠隔監視の機能も確認する

非常用発電機は普段動かさないため、いざという時に始動しないリスクがあります。対策として、設定した頻度で短時間のセルフチェック運転を自動で行う「エクササイズ運転（自動定期運転）」に対応した機種もあります。スマートフォンのアプリなどで稼働状態やログを確認できる機種もあり、運転の記録を確認できれば、異常に早く気づいて対応できます。

参照元：イプロスものづくり（株式会社EMD）（https://pr.mono.ipros.com/emdes/product/detail/2001507057/）

停電時に確実に切り替わるための点検・試験

2011年の東日本大震災では、非常用発電システムを設置した施設のうち33％が動かなかったという集計があります。そのうち約3割は、メンテナンス不足による不始動や停止が原因でした。

消防法では、外観や簡単な操作で確認する機器点検を6か月に1回、実際に作動させて機能を確かめる総合点検を1年に1回行うことが定められています。点検の結果は、病院や商業施設などの特定防火対象物は1年に1回、工場や事務所などそれ以外の防火対象物は3年に1回、所轄の消防長または消防署長へ報告します。

法定点検に加えて、停電を想定した切替試験も行いましょう。発電機の始動、ATSの切替、商用電源が戻ったあとの戻し動作、冷却運転から停止までの一連の流れを確認しておくことが大切です。無負荷では正常に動いていても、モーターを始動した途端に電圧が下がることがあります。可能な範囲で、実際の負荷や負荷試験装置を使って確認してください。

参照元：ヤンマー（https://www.yanmar.com/jp/energy/maintenance/emergency_generator/inspection.html）

参照元：発電機.jp（https://hatsudenki.jp/column/column-1371/）

まとめ

ATSは、停電を検知して発電機側へ自動で電源を切り替える装置です。電気をつくる発電機とセットで計画することが前提になります。消防用設備の非常電源では、停電から40秒以内に電圧確立・投入することが原則です。容量と仕様の選定、UPSとの組み合わせ、定期運転や遠隔監視の機能、切替・戻し動作まで含めた点検を押さえ、停電に確実に備えましょう。

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