六ヶ所再処理工場における蓄電池点検の高度化への取組み
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カテゴリ: 第11回
1.緒言
六ヶ所再処理工場の電気設備には、外部電源喪失時 や所内停電時などに備え、バックアップ電源として蓄 電池設備が設置されている。蓄電池設備は、健全性維 持のため、外観確認、比重および内部抵抗の測定など を定期的に実施しており予防保全がなされている。 また、必要に応じて蓄電池設備から数個の蓄電池を 抜取り、蓄電池メーカで容量試験(以下、「メーカ容量 試験」)を実施することで、定期点検では測定すること が出来ない蓄電池の残存容量値を測定し、設備の健全 性を確認している。 蓄電池の残存容量値を知ることは、設備の健全性維 持の為に非常に重要である。しかし、メーカ容量試験 を実施する際には、設備から蓄電池を切離す作業が必 要となる。蓄電池は常に負荷へ接続した状態であり、 電源隔離および直流設備の停止は運用上容易で無く、 メーカ容量試験の実施には、検討の余地がある。 本稿は、設備から切離すことなく蓄電池の残存容量 値を全数測定できる「短時間放電電圧測定」を導入し た蓄電池点検の高度化について紹介する。 2.2.2.2.再処理工場 再処理工場における蓄電池 再処理工場 再処理工場 における蓄電池設備の概要 における蓄電池 における蓄電池 設備の概要 設備の概要 設備の概要 2.1 電源設備の構成 電源設備 電源設備 電源設備 の構成 の構成 の構成 再処理工場内の機器は、安全上重要な施設の安全機 能確保のため電源が必要な機器(以下、「安全上重要な 負荷」)と、その他の機器で電源が必要な機器に区分し、 それぞれ非常用母線、常用母線または運転予備用母線 に接続されている。また、安全上重要な負荷は、非常 用母線の単一故障があっても、安全機能が損なうこと が無いよう多重性をもたせ、系統ごとに独立して非常 用母線に接続されている。 また、常に確実なる電源を必要とする負荷に給電す るための所内電源の一つとして、充電器および蓄電池 で構成される直流電源設備がある(図1参照)。蓄電池は、 非常用母線および運転予備用母線からの電源供給が停 連絡先:平内 彰良 止するなどの非常時に備えバックアップ電源として設 〒039-3212 青森県上北郡六ヶ所村尾駮字沖付 4-91 置されており、設備の安全を確保している。 株式会社ジェイテック 電気・計装保修部 電気グループ J-BEST チーム e-mail: aNira-hiranai@j-tech66.co.jp
- 447 - 照)。このため、ベント形蓄電池では、総電圧、蓄電池 通常時 給電元 充電器 給電 給電先 単体の浮動電圧のほか比重計を用いた比重の測定を行 う(図3参照)。 充電 蓄電池 非常時 給電元 充電器 給電給電先 放電 蓄電池 電圧・比重 低 下 図1 直流直流直流直流電源設備の構成 電源設備の構成 電源設備の構成 電源設備の構成 自己放電 2.2 蓄電池設備について 蓄電池 蓄電池 蓄電池 設備について 設備について 設備について 増 加 再処理工場には、約 8000 個の蓄電池が設置されてお り、使用されている蓄電池形式は、ベント形蓄電池(CS 形、HS 形、AHH 形など)や制御弁式蓄電池(MSE 形な ど)がある。点検は、1ヶ月毎の日常点検と6か月毎の 定期点検を実施している。 蓄電池の期待寿命は、蓄電池形式により異なる(表 1 参照)。また、同じ形式の蓄電池でも環境条件(温度、湿 度、気圧、雰囲気など)、使用条件および保守条件など により寿命は大きく左右されることから蓄電池の寿命 は、一律に決めることができない。そこで、これらの 更新計画は、期待寿命値、定期点検時の測定値および メーカ容量試験値を考慮したうえで立案されている。 表1 各蓄電池の期待寿命について 各蓄電池の期待寿命 各蓄電池の期待寿命 各蓄電池の期待寿命 について について について 蓄電池形式 期待寿命 ※ ベント形 CS 形 10~14 年 HS 形 5~7年 AHH 形 12~15 年 制御弁式 MSE 形 7~9年 ※端子電圧1~2Vの蓄電池期待寿命 3.3.3.3.蓄電池設備 蓄電池設備の保守管理 蓄電池設備 蓄電池設備 の保守管理 の保守管理 の保守管理 3.1 3.1 3.1 3.1 従来の蓄電池点検について 従来の蓄電池点検 従来の蓄電池点検 従来の蓄電池点検 について について について ベント形蓄電池は、使用すると正極板の格子または 心金が徐々に腐食される。このとき、格子または心金 中のアンチモンが負極板へ析出する。析出したアンチ モンは負極板の自己放電を増加させ、自己放電の増加 は、端子電圧および電解液比重を低下させる (図2参 格子又は 正 極 板 心金腐食 (二酸化鉛) 容量低下 寿 命 蓄 電 池 充電電流 増 加 負 極 板 水素過電圧 アンチモン (海綿状態) 低 下 析 出 サルフェーション 図2 ベント形蓄電池の基本劣化パターン ベント形蓄電池の基本劣化パターン ベント形蓄電池の基本劣化パターン ベント形蓄電池の基本劣化パターン 図3 比重計測定方法 比重計測定方法 比重計測定方法 比重計測定方法 制御弁式蓄電池は、使用すると浮動充電電流で正極 板の格子が徐々に腐食され、格子が伸びるにつれ活物 質との密着性が低下することから、内部抵抗が増大し 容量低下が生じる(図4参照)。このため、制御弁式蓄電 池では、総電圧、蓄電池単体の浮動電圧のほか内部抵 抗の測定を行う。 2- 448 - 図4 制御弁式蓄電池の基本劣化パターン 制御弁式蓄電池の基本劣化パターン 制御弁式蓄電池の基本劣化パターン 制御弁式蓄電池の基本劣化パターン 日常点検では、主に外観点検や指示値などの確認を している。また、定期点検では、日常点検項目に加え 各種測定を行っている(表2参照)。各種測定は、浮動充 電状態にて行われ、測定値は、判定値(メーカ推奨値) から外れていないことを確認している。 表2 定期点検の主な点検内容 定期点検の主な点検内容 定期点検の主な点検内容 定期点検の主な点検内容 形式 定期点検内容 ベント形 総電圧 浮動 電圧 比重 電解液 温度 外観 制御弁式 総電圧 浮動 電圧 内部 抵抗値 蓄電池 温度 外観 3.2 3.2 3.2 3.2 メーカ容量試験について メーカ容量試験 メーカ容量試験 メーカ容量試験 について について について メーカ容量試験は、蓄電池メーカにて試験機を用い て蓄電池単体の残存容量値を測定する試験である。残 存容量値は、蓄電池に可変抵抗を接続し一定電流で規 定の放電終止電圧に達するまで放電させ、放電終止電 圧までの持続時間から求める。 メーカ容量試験を行う場合、以下の課題がある。 1 蓄電池設備を停止し蓄電池を切離し、蓄電池メー カへ輸送しなければならない。 2 蓄電池の選定は、蓄電池メーカ推奨により数個を 設備から抜取る。この方法は、設備から抜き取っ ていない蓄電池の評価はできないため、劣化した 蓄電池を見逃す可能性がある。 正 極 板 (二酸化鉛) 格子の腐食 蓄 電 池 負 極 板 (海綿状態) 電 解 液 減 液 まれに起る故障モード 格子の伸び 格子のやせ 内部抵抗の増大 サルフェーション 通常の使用状態で起る故障モード 有効活物質の減少 導電性低下 容量低下 寿命 4. 短時間放電電圧測定の取組み 短時間放電電圧測定の 短時間放電電圧測定の 短時間放電電圧測定の 取組み 取組み 取組み 4.1 4.1 4.1 4.1 短時間放電電圧測定測定測定測定の導入 短時間放電電圧 短時間放電電圧 短時間放電電圧 の導入 の導入 の導入 そこで当社では、設備から切離すことなく蓄電池の 残存容量値を全数測定できる、短時間放電電圧測定装 置を用いた点検に取組むこととした。この点検方法は 以下の特長がある (表3参照)。 表3 短時間放電電圧測定とメーカ容量試験の比較 短時間放電電圧測定とメーカ容量試験の比較 短時間放電電圧測定とメーカ容量試験の比較 短時間放電電圧測定とメーカ容量試験の比較 短時間放電電圧 測定 メーカ容量試験 電源隔離 不要 (オンライン) 必要 (オフライン) 蓄電池の 切離し 不要 必要 蓄電池の輸送 不要 必要 蓄電池の選定 全数 メーカ推奨 (数個) 残存容量値の 確認 当日 メーカによる 4.2 短時間放電電圧測定装置の原理 短時間放電電圧 短時間放電電圧 短時間放電電圧 測定装置の原理 測定装置の原理 測定装置の原理 短時間放電電圧測定装置の原理は、浮動充電中の蓄 電池単体に対して測定装置を並列に接続し設定した放 電電流で短時間放電させ、その時の蓄電池単体の端子 電圧から残存容量値を求めるものである(図5、図6参 照)。 蓄電池 電流検出器 A 電子負荷 ER IdIdIdId 電圧 検出器 V CPU RS232C E:起電力 R:内部抵抗値 Ic:充電電流 Id:放電電流 図5 短時間放電電圧測定装置の原理 短時間放電電圧測定装置の原理 短時間放電電圧測定装置の原理 短時間放電電圧測定装置の原理 3 - 449 - IcIcIcIc USB変換ケーブル 図6 短時間放電電圧測定時の写真 短時間放電電圧測定時の写真 短時間放電電圧測定時の写真 短時間放電電圧測定時の写真 測定する際の放電電流は、蓄電池の容量により異な り、数十(A)~数千(A)の電流値で設定される。放電時 の端子電圧の変動は、浮動充電時の端子電圧 VB=E+ (IC ×R)、放電時の端子電圧 VB1=E-(Id ×R)、放電後 の回復電圧 VB2=E となる(図7参照)。図7のグラフは、 縦軸に端子電圧、横軸に放電時間とする。グラフは、 蓄電池単体を放電させた時の放電開始、放電終了およ び放電後の端子電圧をプロットした放電特性グラフで ある。 図7 放電電圧 放電電圧 放電電圧 放電電圧(Sample Sample Sample Sample) 短時間放電電圧測定装置では、浮動電圧値、放電電 圧値および内部抵抗値を測定し、比重値は演算で求め られる。残存容量値は、放電時の端子電圧 VB1 の値か ら求められる。 4.3.3.3.3 短時間放電電圧測定 短時間放電電圧測定 短時間放電電圧測定 短時間放電電圧測定の判定基準 の判定基準 の判定基準 の判定基準 残存容量値の判定基準は、測定器メーカが設定した ・良好:残存容量値 80%以上 ・要注意:残存容量値 80%未満~50%以上 ・容量低下:残存容量値 50%未満 とした。以下に事例を示す。 図8は、良好な蓄電池と劣化が見られる蓄電池の放 電特性グラフである。良好な蓄電池であれば放電電圧 VB1が要注意ラインより上を示し、劣化が見られる蓄電 池であれば要注意ラインを下回る。 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン 容量低下ライン 容量低下 容量低下 容量低下 ライン ライン ライン 図8 放電特性(Sample 放電特性 放電特性 放電特性 Sample) Sample Sample 図9は、10 個の蓄電池の内部抵抗値および比重値を グラフ化したものである。この図では、No.6蓄電池で 内部抵抗値が高く比重値は低いことがわかり、他の蓄 電池と比較し劣化が見られる蓄電池と判断できる。 図9 内部抵抗値(Sample 内部抵抗値 内部抵抗値 内部抵抗値 Sample)と電解液比重 Sample Sample 電解液比重(Sample 電解液比重 電解液比重 Sample) Sample Sample 短時間放電電圧測定では放電特性が確認できること から、主に残存容量値に着目し、蓄電池の劣化傾向を 観察することができる。 VB1 4- 450 - 5. 短時間放電電圧測定 短時間放電電圧測定 短時間放電電圧測定 短時間放電電圧測定の取組み の取組み の取組み の取組み 5.1 短時間放電電圧測定の実績 短時間放電電圧測定の実績 短時間放電電圧測定の実績 短時間放電電圧測定の実績 当社は、短時間放電電圧測定装置を用いた蓄電池点 検の業務委託を請負い、12 ヶ月に1度測定している。 初回測定結果を基に以降の測定値を比較し、蓄電池 全数の経年劣化傾向の確認に取組んでいる。経年劣化 傾向としては、主に以下の3パターンが見られた。 1 連続で良好な蓄電池 2 良好から要注意となった蓄電池 3 連続で要注意な蓄電池 パターン別の端子電圧グラフを図 10~図 14 に示す。 グラフは、縦軸を端子電圧とし横軸を蓄電池番号とす る。蓄電池単体の浮動電圧 VB と放電電圧 VB1および 回復電圧 VB2をプロットし、最新の測定値と前回測定 値を比較したグラフである。 パターン1では、浮動電圧、放電電圧および回復電 圧に前回測定値から大きな変動が見られず、現状では 良好な蓄電池であると判断できる。今後も測定値の比 較を継続し経年劣化の傾向を観察する(図 10 参照)。 図 10101010 端子電圧 端子電圧 端子電圧 端子電圧 前回との比較パターン1 前回との比較パターン1 前回との比較パターン1 前回との比較パターン1 パターン2では、残存容量値は前回測定値と異なり 要注意となったものの、残存容量値は判定基準とした 80%付近で推移していることを確認した(図 11 参照)。 これは、蓄電池単体の容量低下も考えられるが、残存 容量値が若干変動することは、測定環境などによる蓄 電池内部の変化も要因の一つと考えられるため、今後 も継続して測定値を比較し、経過観察が必要である。 VB VB2 VB1 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン 容量低下 容量低下 容量低下 容量低下ライン ライン ライン ライン 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン 容量低下ライン 容量低下 容量低下 容量低下 ライン ライン ライン 図 11111111 端子電圧 端子電圧 端子電圧 端子電圧 前回との比較パターン2 前回との比較パターン2 前回との比較パターン2 前回との比較パターン2 パターン3では、残存容量値が前回測定値と同じく 連続で要注意となったことから、劣化が見られる蓄電 池と考えられる(図 12 参照)。このような、要注意の割 合が低い設備に対しては蓄電池単体の交換を推奨し、 要注意の割合が高い設備に対しては蓄電池設備更新計 画を推奨した。 VB VB2 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン VB1 容量低下ライン 容量低下 容量低下 容量低下 ライン ライン ライン 図 12121212 端子電圧 端子電圧 端子電圧 端子電圧 前回との比較パターン3 前回との比較パターン3 前回との比較パターン3 前回との比較パターン3 5.2 5.2 5.2 5.2 短時間放電電圧測定の事例1 短時間放電電圧測定の事例1 短時間放電電圧測定の事例1 短時間放電電圧測定の事例1 事例1では、計画的な蓄電池設備更新をした蓄電池 (新しい蓄電池)に対して短時間放電電圧測定を実施し たところ、蓄電池全数で良好であり、初期不良蓄電池 が無いことを確認できた(図 13 参照)。 VB VB2 VB1 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン 容量低下ライン 容量低下 容量低下 容量低下 ライン ライン ライン 図 13131313 初期不良蓄電池が無いことことことことを確認 初期不良蓄電池が無い 初期不良蓄電池が無い 初期不良蓄電池が無い を確認できた例 を確認 を確認 できた例 できた例 できた例 5 - 451 - VB VB2 VB1 5.3 5.3 5.3 5.3 短時間放電電圧測定の事例2 短時間放電電圧測定の事例2 短時間放電電圧測定の事例2 短時間放電電圧測定の事例2 事例2では、前述のパターン1良好と判断した設備 の中で、ほとんどの蓄電池は残存容量値 100%程度で あったが、数個で残存容量値 80%台の蓄電池があった (図 14 参照)。定期点検で測定した内部抵抗値は、判定 基準内であり他の蓄電池と比較しても同等であった。 このことから蓄電池の劣化傾向は、内部抵抗測定だけ では見つけにくいが、放電特性を見ることにより確認 することができた。 図 14141414 設備内で劣化傾向が見ら 設備内で劣化傾向が見ら 設備内で劣化傾向が見ら 設備内で劣化傾向が見られる蓄電池が れる蓄電池が れる蓄電池が れる蓄電池が確認出来た例 確認出来た例 確認出来た例 確認出来た例 5.4 5.4 5.4 5.4 短時間放電電圧測定の 短時間放電電圧測定の 短時間放電電圧測定の 短時間放電電圧測定の成果成果成果成果 取組みの成果として、蓄電池全数の残存容量値、内 部抵抗値および比重値の測定データを蓄積することが できた。さらに、蓄積した残存容量値の比較から経年 劣化傾向をパターン別に分類する事により、蓄電池単 体の交換や蓄電池設備更新を提案することができた。 これは、設備の健全性の維持・向上に繋がる有用な成 果と考える。 6. まとめ まとめ まとめ まとめ 短時間放電電圧測定の導入により、以下の通り蓄電 池点検の高度化が図れた。 1 従来ではメーカ容量試験を実施しなければ測定 出来なかった残存容量値を設備から切離すこと なく算出できた。 2 抜取りでは無く蓄電池全数の測定が可能なこと から、劣化した蓄電池を見逃す確率が極めて低 い。 3 従来の定期点検で測定している浮動電圧値、内 部抵抗値および比重値も求めることができた。 4 求められた測定値は、パソコンに転送して一元 管理ができるため、適切な記録報告が可能とな った。 VB VB2 VB1 今後、蓄積した測定データの比較により、経年劣化 傾向の確認ができ、これまでよりも高度な予防保全が 可能になる。引き続き当社は、短時間放電電圧測定を 用いた設備の健全性の維持・向上に取組んでいく。 参考文献 参考文献 参考文献 参考文献 [1] 蓄電池設備整備資格者講習テキスト 一般社団法人 電池工業会 [2] 一般社団法人 電池工業会 各指針 SBA G 0605 蓄電池設備の定期点検項目および点 検周期に関する指針 SBA G 0606 蓄電池設備-劣化診断の技術指針 SBA G 0303 ベント形据置鉛蓄電池 保守・取扱い の技術指針 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン SBA G 0304 制御弁式据置鉛蓄電池の保守・取扱い に関する技術指針 容量低下ライン 容量低下 容量低下 容量低下 ライン ライン ライン SBA S 0601 据置蓄電池の容量算出法 SBA R 0602 据置蓄電池の短絡電流について 6- 452 -“ “六ヶ所再処理工場における蓄電池点検の高度化への取組み“ “平内 彰良,ANira HIRANAI,佐々木 崇文,TaNahumi SASAKI,奥島 一洋,Kazuhiro OKUSHIMA,加藤 大樹,Daiju KATOU
六ヶ所再処理工場の電気設備には、外部電源喪失時 や所内停電時などに備え、バックアップ電源として蓄 電池設備が設置されている。蓄電池設備は、健全性維 持のため、外観確認、比重および内部抵抗の測定など を定期的に実施しており予防保全がなされている。 また、必要に応じて蓄電池設備から数個の蓄電池を 抜取り、蓄電池メーカで容量試験(以下、「メーカ容量 試験」)を実施することで、定期点検では測定すること が出来ない蓄電池の残存容量値を測定し、設備の健全 性を確認している。 蓄電池の残存容量値を知ることは、設備の健全性維 持の為に非常に重要である。しかし、メーカ容量試験 を実施する際には、設備から蓄電池を切離す作業が必 要となる。蓄電池は常に負荷へ接続した状態であり、 電源隔離および直流設備の停止は運用上容易で無く、 メーカ容量試験の実施には、検討の余地がある。 本稿は、設備から切離すことなく蓄電池の残存容量 値を全数測定できる「短時間放電電圧測定」を導入し た蓄電池点検の高度化について紹介する。 2.2.2.2.再処理工場 再処理工場における蓄電池 再処理工場 再処理工場 における蓄電池設備の概要 における蓄電池 における蓄電池 設備の概要 設備の概要 設備の概要 2.1 電源設備の構成 電源設備 電源設備 電源設備 の構成 の構成 の構成 再処理工場内の機器は、安全上重要な施設の安全機 能確保のため電源が必要な機器(以下、「安全上重要な 負荷」)と、その他の機器で電源が必要な機器に区分し、 それぞれ非常用母線、常用母線または運転予備用母線 に接続されている。また、安全上重要な負荷は、非常 用母線の単一故障があっても、安全機能が損なうこと が無いよう多重性をもたせ、系統ごとに独立して非常 用母線に接続されている。 また、常に確実なる電源を必要とする負荷に給電す るための所内電源の一つとして、充電器および蓄電池 で構成される直流電源設備がある(図1参照)。蓄電池は、 非常用母線および運転予備用母線からの電源供給が停 連絡先:平内 彰良 止するなどの非常時に備えバックアップ電源として設 〒039-3212 青森県上北郡六ヶ所村尾駮字沖付 4-91 置されており、設備の安全を確保している。 株式会社ジェイテック 電気・計装保修部 電気グループ J-BEST チーム e-mail: aNira-hiranai@j-tech66.co.jp
- 447 - 照)。このため、ベント形蓄電池では、総電圧、蓄電池 通常時 給電元 充電器 給電 給電先 単体の浮動電圧のほか比重計を用いた比重の測定を行 う(図3参照)。 充電 蓄電池 非常時 給電元 充電器 給電給電先 放電 蓄電池 電圧・比重 低 下 図1 直流直流直流直流電源設備の構成 電源設備の構成 電源設備の構成 電源設備の構成 自己放電 2.2 蓄電池設備について 蓄電池 蓄電池 蓄電池 設備について 設備について 設備について 増 加 再処理工場には、約 8000 個の蓄電池が設置されてお り、使用されている蓄電池形式は、ベント形蓄電池(CS 形、HS 形、AHH 形など)や制御弁式蓄電池(MSE 形な ど)がある。点検は、1ヶ月毎の日常点検と6か月毎の 定期点検を実施している。 蓄電池の期待寿命は、蓄電池形式により異なる(表 1 参照)。また、同じ形式の蓄電池でも環境条件(温度、湿 度、気圧、雰囲気など)、使用条件および保守条件など により寿命は大きく左右されることから蓄電池の寿命 は、一律に決めることができない。そこで、これらの 更新計画は、期待寿命値、定期点検時の測定値および メーカ容量試験値を考慮したうえで立案されている。 表1 各蓄電池の期待寿命について 各蓄電池の期待寿命 各蓄電池の期待寿命 各蓄電池の期待寿命 について について について 蓄電池形式 期待寿命 ※ ベント形 CS 形 10~14 年 HS 形 5~7年 AHH 形 12~15 年 制御弁式 MSE 形 7~9年 ※端子電圧1~2Vの蓄電池期待寿命 3.3.3.3.蓄電池設備 蓄電池設備の保守管理 蓄電池設備 蓄電池設備 の保守管理 の保守管理 の保守管理 3.1 3.1 3.1 3.1 従来の蓄電池点検について 従来の蓄電池点検 従来の蓄電池点検 従来の蓄電池点検 について について について ベント形蓄電池は、使用すると正極板の格子または 心金が徐々に腐食される。このとき、格子または心金 中のアンチモンが負極板へ析出する。析出したアンチ モンは負極板の自己放電を増加させ、自己放電の増加 は、端子電圧および電解液比重を低下させる (図2参 格子又は 正 極 板 心金腐食 (二酸化鉛) 容量低下 寿 命 蓄 電 池 充電電流 増 加 負 極 板 水素過電圧 アンチモン (海綿状態) 低 下 析 出 サルフェーション 図2 ベント形蓄電池の基本劣化パターン ベント形蓄電池の基本劣化パターン ベント形蓄電池の基本劣化パターン ベント形蓄電池の基本劣化パターン 図3 比重計測定方法 比重計測定方法 比重計測定方法 比重計測定方法 制御弁式蓄電池は、使用すると浮動充電電流で正極 板の格子が徐々に腐食され、格子が伸びるにつれ活物 質との密着性が低下することから、内部抵抗が増大し 容量低下が生じる(図4参照)。このため、制御弁式蓄電 池では、総電圧、蓄電池単体の浮動電圧のほか内部抵 抗の測定を行う。 2- 448 - 図4 制御弁式蓄電池の基本劣化パターン 制御弁式蓄電池の基本劣化パターン 制御弁式蓄電池の基本劣化パターン 制御弁式蓄電池の基本劣化パターン 日常点検では、主に外観点検や指示値などの確認を している。また、定期点検では、日常点検項目に加え 各種測定を行っている(表2参照)。各種測定は、浮動充 電状態にて行われ、測定値は、判定値(メーカ推奨値) から外れていないことを確認している。 表2 定期点検の主な点検内容 定期点検の主な点検内容 定期点検の主な点検内容 定期点検の主な点検内容 形式 定期点検内容 ベント形 総電圧 浮動 電圧 比重 電解液 温度 外観 制御弁式 総電圧 浮動 電圧 内部 抵抗値 蓄電池 温度 外観 3.2 3.2 3.2 3.2 メーカ容量試験について メーカ容量試験 メーカ容量試験 メーカ容量試験 について について について メーカ容量試験は、蓄電池メーカにて試験機を用い て蓄電池単体の残存容量値を測定する試験である。残 存容量値は、蓄電池に可変抵抗を接続し一定電流で規 定の放電終止電圧に達するまで放電させ、放電終止電 圧までの持続時間から求める。 メーカ容量試験を行う場合、以下の課題がある。 1 蓄電池設備を停止し蓄電池を切離し、蓄電池メー カへ輸送しなければならない。 2 蓄電池の選定は、蓄電池メーカ推奨により数個を 設備から抜取る。この方法は、設備から抜き取っ ていない蓄電池の評価はできないため、劣化した 蓄電池を見逃す可能性がある。 正 極 板 (二酸化鉛) 格子の腐食 蓄 電 池 負 極 板 (海綿状態) 電 解 液 減 液 まれに起る故障モード 格子の伸び 格子のやせ 内部抵抗の増大 サルフェーション 通常の使用状態で起る故障モード 有効活物質の減少 導電性低下 容量低下 寿命 4. 短時間放電電圧測定の取組み 短時間放電電圧測定の 短時間放電電圧測定の 短時間放電電圧測定の 取組み 取組み 取組み 4.1 4.1 4.1 4.1 短時間放電電圧測定測定測定測定の導入 短時間放電電圧 短時間放電電圧 短時間放電電圧 の導入 の導入 の導入 そこで当社では、設備から切離すことなく蓄電池の 残存容量値を全数測定できる、短時間放電電圧測定装 置を用いた点検に取組むこととした。この点検方法は 以下の特長がある (表3参照)。 表3 短時間放電電圧測定とメーカ容量試験の比較 短時間放電電圧測定とメーカ容量試験の比較 短時間放電電圧測定とメーカ容量試験の比較 短時間放電電圧測定とメーカ容量試験の比較 短時間放電電圧 測定 メーカ容量試験 電源隔離 不要 (オンライン) 必要 (オフライン) 蓄電池の 切離し 不要 必要 蓄電池の輸送 不要 必要 蓄電池の選定 全数 メーカ推奨 (数個) 残存容量値の 確認 当日 メーカによる 4.2 短時間放電電圧測定装置の原理 短時間放電電圧 短時間放電電圧 短時間放電電圧 測定装置の原理 測定装置の原理 測定装置の原理 短時間放電電圧測定装置の原理は、浮動充電中の蓄 電池単体に対して測定装置を並列に接続し設定した放 電電流で短時間放電させ、その時の蓄電池単体の端子 電圧から残存容量値を求めるものである(図5、図6参 照)。 蓄電池 電流検出器 A 電子負荷 ER IdIdIdId 電圧 検出器 V CPU RS232C E:起電力 R:内部抵抗値 Ic:充電電流 Id:放電電流 図5 短時間放電電圧測定装置の原理 短時間放電電圧測定装置の原理 短時間放電電圧測定装置の原理 短時間放電電圧測定装置の原理 3 - 449 - IcIcIcIc USB変換ケーブル 図6 短時間放電電圧測定時の写真 短時間放電電圧測定時の写真 短時間放電電圧測定時の写真 短時間放電電圧測定時の写真 測定する際の放電電流は、蓄電池の容量により異な り、数十(A)~数千(A)の電流値で設定される。放電時 の端子電圧の変動は、浮動充電時の端子電圧 VB=E+ (IC ×R)、放電時の端子電圧 VB1=E-(Id ×R)、放電後 の回復電圧 VB2=E となる(図7参照)。図7のグラフは、 縦軸に端子電圧、横軸に放電時間とする。グラフは、 蓄電池単体を放電させた時の放電開始、放電終了およ び放電後の端子電圧をプロットした放電特性グラフで ある。 図7 放電電圧 放電電圧 放電電圧 放電電圧(Sample Sample Sample Sample) 短時間放電電圧測定装置では、浮動電圧値、放電電 圧値および内部抵抗値を測定し、比重値は演算で求め られる。残存容量値は、放電時の端子電圧 VB1 の値か ら求められる。 4.3.3.3.3 短時間放電電圧測定 短時間放電電圧測定 短時間放電電圧測定 短時間放電電圧測定の判定基準 の判定基準 の判定基準 の判定基準 残存容量値の判定基準は、測定器メーカが設定した ・良好:残存容量値 80%以上 ・要注意:残存容量値 80%未満~50%以上 ・容量低下:残存容量値 50%未満 とした。以下に事例を示す。 図8は、良好な蓄電池と劣化が見られる蓄電池の放 電特性グラフである。良好な蓄電池であれば放電電圧 VB1が要注意ラインより上を示し、劣化が見られる蓄電 池であれば要注意ラインを下回る。 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン 容量低下ライン 容量低下 容量低下 容量低下 ライン ライン ライン 図8 放電特性(Sample 放電特性 放電特性 放電特性 Sample) Sample Sample 図9は、10 個の蓄電池の内部抵抗値および比重値を グラフ化したものである。この図では、No.6蓄電池で 内部抵抗値が高く比重値は低いことがわかり、他の蓄 電池と比較し劣化が見られる蓄電池と判断できる。 図9 内部抵抗値(Sample 内部抵抗値 内部抵抗値 内部抵抗値 Sample)と電解液比重 Sample Sample 電解液比重(Sample 電解液比重 電解液比重 Sample) Sample Sample 短時間放電電圧測定では放電特性が確認できること から、主に残存容量値に着目し、蓄電池の劣化傾向を 観察することができる。 VB1 4- 450 - 5. 短時間放電電圧測定 短時間放電電圧測定 短時間放電電圧測定 短時間放電電圧測定の取組み の取組み の取組み の取組み 5.1 短時間放電電圧測定の実績 短時間放電電圧測定の実績 短時間放電電圧測定の実績 短時間放電電圧測定の実績 当社は、短時間放電電圧測定装置を用いた蓄電池点 検の業務委託を請負い、12 ヶ月に1度測定している。 初回測定結果を基に以降の測定値を比較し、蓄電池 全数の経年劣化傾向の確認に取組んでいる。経年劣化 傾向としては、主に以下の3パターンが見られた。 1 連続で良好な蓄電池 2 良好から要注意となった蓄電池 3 連続で要注意な蓄電池 パターン別の端子電圧グラフを図 10~図 14 に示す。 グラフは、縦軸を端子電圧とし横軸を蓄電池番号とす る。蓄電池単体の浮動電圧 VB と放電電圧 VB1および 回復電圧 VB2をプロットし、最新の測定値と前回測定 値を比較したグラフである。 パターン1では、浮動電圧、放電電圧および回復電 圧に前回測定値から大きな変動が見られず、現状では 良好な蓄電池であると判断できる。今後も測定値の比 較を継続し経年劣化の傾向を観察する(図 10 参照)。 図 10101010 端子電圧 端子電圧 端子電圧 端子電圧 前回との比較パターン1 前回との比較パターン1 前回との比較パターン1 前回との比較パターン1 パターン2では、残存容量値は前回測定値と異なり 要注意となったものの、残存容量値は判定基準とした 80%付近で推移していることを確認した(図 11 参照)。 これは、蓄電池単体の容量低下も考えられるが、残存 容量値が若干変動することは、測定環境などによる蓄 電池内部の変化も要因の一つと考えられるため、今後 も継続して測定値を比較し、経過観察が必要である。 VB VB2 VB1 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン 容量低下 容量低下 容量低下 容量低下ライン ライン ライン ライン 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン 容量低下ライン 容量低下 容量低下 容量低下 ライン ライン ライン 図 11111111 端子電圧 端子電圧 端子電圧 端子電圧 前回との比較パターン2 前回との比較パターン2 前回との比較パターン2 前回との比較パターン2 パターン3では、残存容量値が前回測定値と同じく 連続で要注意となったことから、劣化が見られる蓄電 池と考えられる(図 12 参照)。このような、要注意の割 合が低い設備に対しては蓄電池単体の交換を推奨し、 要注意の割合が高い設備に対しては蓄電池設備更新計 画を推奨した。 VB VB2 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン VB1 容量低下ライン 容量低下 容量低下 容量低下 ライン ライン ライン 図 12121212 端子電圧 端子電圧 端子電圧 端子電圧 前回との比較パターン3 前回との比較パターン3 前回との比較パターン3 前回との比較パターン3 5.2 5.2 5.2 5.2 短時間放電電圧測定の事例1 短時間放電電圧測定の事例1 短時間放電電圧測定の事例1 短時間放電電圧測定の事例1 事例1では、計画的な蓄電池設備更新をした蓄電池 (新しい蓄電池)に対して短時間放電電圧測定を実施し たところ、蓄電池全数で良好であり、初期不良蓄電池 が無いことを確認できた(図 13 参照)。 VB VB2 VB1 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン 容量低下ライン 容量低下 容量低下 容量低下 ライン ライン ライン 図 13131313 初期不良蓄電池が無いことことことことを確認 初期不良蓄電池が無い 初期不良蓄電池が無い 初期不良蓄電池が無い を確認できた例 を確認 を確認 できた例 できた例 できた例 5 - 451 - VB VB2 VB1 5.3 5.3 5.3 5.3 短時間放電電圧測定の事例2 短時間放電電圧測定の事例2 短時間放電電圧測定の事例2 短時間放電電圧測定の事例2 事例2では、前述のパターン1良好と判断した設備 の中で、ほとんどの蓄電池は残存容量値 100%程度で あったが、数個で残存容量値 80%台の蓄電池があった (図 14 参照)。定期点検で測定した内部抵抗値は、判定 基準内であり他の蓄電池と比較しても同等であった。 このことから蓄電池の劣化傾向は、内部抵抗測定だけ では見つけにくいが、放電特性を見ることにより確認 することができた。 図 14141414 設備内で劣化傾向が見ら 設備内で劣化傾向が見ら 設備内で劣化傾向が見ら 設備内で劣化傾向が見られる蓄電池が れる蓄電池が れる蓄電池が れる蓄電池が確認出来た例 確認出来た例 確認出来た例 確認出来た例 5.4 5.4 5.4 5.4 短時間放電電圧測定の 短時間放電電圧測定の 短時間放電電圧測定の 短時間放電電圧測定の成果成果成果成果 取組みの成果として、蓄電池全数の残存容量値、内 部抵抗値および比重値の測定データを蓄積することが できた。さらに、蓄積した残存容量値の比較から経年 劣化傾向をパターン別に分類する事により、蓄電池単 体の交換や蓄電池設備更新を提案することができた。 これは、設備の健全性の維持・向上に繋がる有用な成 果と考える。 6. まとめ まとめ まとめ まとめ 短時間放電電圧測定の導入により、以下の通り蓄電 池点検の高度化が図れた。 1 従来ではメーカ容量試験を実施しなければ測定 出来なかった残存容量値を設備から切離すこと なく算出できた。 2 抜取りでは無く蓄電池全数の測定が可能なこと から、劣化した蓄電池を見逃す確率が極めて低 い。 3 従来の定期点検で測定している浮動電圧値、内 部抵抗値および比重値も求めることができた。 4 求められた測定値は、パソコンに転送して一元 管理ができるため、適切な記録報告が可能とな った。 VB VB2 VB1 今後、蓄積した測定データの比較により、経年劣化 傾向の確認ができ、これまでよりも高度な予防保全が 可能になる。引き続き当社は、短時間放電電圧測定を 用いた設備の健全性の維持・向上に取組んでいく。 参考文献 参考文献 参考文献 参考文献 [1] 蓄電池設備整備資格者講習テキスト 一般社団法人 電池工業会 [2] 一般社団法人 電池工業会 各指針 SBA G 0605 蓄電池設備の定期点検項目および点 検周期に関する指針 SBA G 0606 蓄電池設備-劣化診断の技術指針 SBA G 0303 ベント形据置鉛蓄電池 保守・取扱い の技術指針 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン 要注意ライン SBA G 0304 制御弁式据置鉛蓄電池の保守・取扱い に関する技術指針 容量低下ライン 容量低下 容量低下 容量低下 ライン ライン ライン SBA S 0601 据置蓄電池の容量算出法 SBA R 0602 据置蓄電池の短絡電流について 6- 452 -“ “六ヶ所再処理工場における蓄電池点検の高度化への取組み“ “平内 彰良,ANira HIRANAI,佐々木 崇文,TaNahumi SASAKI,奥島 一洋,Kazuhiro OKUSHIMA,加藤 大樹,Daiju KATOU