UPS（無停電電源装置）とは？
瞬断を許さないサーバー等を守る無停電電源装置（UPS）

1. 基本概要

そもそも何か

UPS（UninterruptiblePowerSupply）は、日本語で「無停電電源装置」と呼ばれます。
商用電源が停電や瞬時電圧低下を起こした際に、内蔵または外付けの蓄電池から即座に電力を
供給し、接続された機器を無瞬断で運転継続させる電源設備です。

サーバー室やデータセンター、病院の医療機器、工場の生産設備など「一瞬たりとも電気が
途切れてはならない」機器の上流側に設置されます。

なぜ必要なのか

コンピューターやサーバーは、たった数ミリ秒（1/1000秒）の停電でもデータの消失やOS破損を
引き起こすことがあります。非常用発電機は停電から起動まで10〜40秒程度かかるため、その
空白時間を埋めるのがUPSの役割です。

また、雷サージや電圧変動からも機器を保護する機能を持ち、電源品質を安定させる
コンディショナーとしても機能します。
非常用発電機と組み合わせることで、長時間の停電にも無瞬断で対応できる信頼性の高い
システムを構築できます。

2. 構造や原理

UPSの基本構成

UPSは主に以下の4つの要素で構成されています。

• 整流器（コンバーター）:商用電源のAC（交流）をDC（直流）に変換して蓄電池を充電し、同時に
  インバーターへDC電力を供給します。
• 蓄電池:エネルギーを蓄えるバッテリー。
  鉛蓄電池が主流ですが、近年はリチウムイオン電池の採用も増えています。
  一般的な保持時間（バックアップ時間）は5〜15分程度です。
• インバーター:蓄電池からのDC電力を高品質なAC電力に変換し、負荷機器に供給します。
  サイン波（正弦波）出力が基本です。
• バイパス回路:UPS本体のメンテナンスや故障時に、商用電源から負荷に直接給電するための
  迂回回路です。

給電方式の種類

UPSにはの主な給電方式として以下の3種類があります。

• 常時インバーター給電方式（オンライン方式）:常に整流器→インバーターを通して給電する
  最高品質の方式。
  停電時も切替え時間ゼロで蓄電池給電に移行します。
  データセンターや大規模サーバー室に採用されます。
• ラインインタラクティブ方式:通常は商用電源を直接供給し、電圧変動時はトランスで補正、
  停電時にインバーターに切り替える方式です。
  切替え時間は数ミリ秒で、中規模のサーバーに適しています。
• 常時商用給電方式（オフライン方式）:通常は商用電源をそのまま通過させ、停電時のみ
  蓄電池→インバーターに切り替える最もシンプルな方式。
  切替え時間が10ms程度あり、デスクトップPC等に使われます。

3. 素材・形状・規格

外観形状と素材

容量によって形態が大きく異なります。

• タワー型（0.5〜3kVA級）:デスクの横やサーバーラックの脇に置く据置型。
  PC1台やNAS程度を保護する小型タイプです。
• ラックマウント型（1〜10kVA級）:19インチサーバーラックに収納する薄型。
  サーバー室で最も多く見られるタイプです。
• 自立型（10〜500kVA級）:電気室に設置する大型キャビネット。
  ビル全体のサーバー室や工場のクリーンルーム等に使われます。

種類や関連規格

JISC4411-3「無停電電源装置（UPS）」に性能・試験方法が規定されています。
IEC62040シリーズが国際規格で、JISはこれに準拠しています。
容量はVA（ボルトアンペア）またはkW（キロワット）で表記されます。
力率0.9〜1.0の場合、概算として10kVA≒8〜10kWとなります。

4. 主に使用されている場所

使用される施設

• データセンター・サーバー室
• 病院（ICU、手術室、医療情報システム）
• 金融機関（銀行ATM、証券取引システム）
• 通信基地局・放送局
• 工場の生産管理システム・クリーンルーム
• 官公庁・防災拠点の情報通信設備
• 一般オフィスのサーバー・NAS

具体的な設置位置

小型のUPSはサーバーラック内またはデスク横に設置されます。
中〜大型のUPSは電気室やサーバー室の専用エリアに設置し、分電盤の負荷側に接続されます。
大規模施設ではキュービクル式高圧受変電設備の二次側（低圧側）にUPS盤が設置されるケースが
一般的です。

5. メリット・デメリット

メリット（長所）

• 無瞬断給電:常時インバーター方式なら0秒、他の方式でも数ms以内で蓄電池給電に切り替わり、
  接続機器を保護します。
• 電源品質の安定化:電圧変動・周波数変動・ノイズを除去し、高品質な正弦波電源を負荷に
  供給します。
• 発電機との連携:発電機が起動するまでの空白時間をカバーし、長時間停電にも無瞬断で対応する
  冗長システムを構築できます。
• サージ保護:雷サージなどの過渡的な過電圧から接続機器を保護する効果もあります。

デメリット（短所・弱点）

• 蓄電池の寿命と交換コスト:鉛蓄電池の寿命は3〜5年のため定期的な交換が必要で、大型UPSの
  場合は数十万〜数百万円の費用がかかります。
• 発熱と設置スペース:蓄電池は温度管理が必要で、空調設備のある専用室が必要になる場合が
  あります。
  設置面積もかかります。
• バックアップ時間は有限:UPS単体でのバックアップ時間は一般的に5〜15分程度。
  長時間の停電には発電機との組み合わせが必須です。
• 変換効率によるエネルギー損失:常時インバーター方式では電力変換ロスが3〜10%程度発生し、
  大容量になるほどランニングコストが増加します。

6. コスト・価格の目安

導入や更新にかかる費用

7. 更新周期と注意点・絶対にやってはいけない悪い使用方法

更新周期（推奨交換時期）

UPS本体の推奨更新周期は10〜15年です。
蓄電池は鉛蓄電池で3〜5年、リチウムイオン電池で8〜10年が交換目安です。
インバーター等の電子部品の経年劣化やファンの摩耗もあるため、本体は蓄電池の2〜3回目の
交換時期に合わせて更新を検討してください。

絶対にやってはいけない悪い使用方法

悪い使用方法をするとどうなるか（末路）

蓄電池を交換しないまま使用すると、いざ停電が起きた際にバックアップ時間が数秒しかなく、
サーバーが即座にシャットダウンします。
RAID構成のストレージでもデータ破損が発生し、復旧に数日〜数週間を要する深刻な
システム障害に至ります。

最悪の場合、劣化した鉛蓄電池は内部短絡により膨張・液漏れを起こし、火災の原因に
なることもあります。
蓄電池からは充電時に水素ガスが発生するため、換気不足の環境では重大な安全上の
リスクとなります。

8. 関連機器・材料の紹介

UPSと密接に連携する関連機器を紹介します。

• 蓄電池（バッテリー）:UPSのエネルギー源。
  鉛蓄電池またはリチウムイオン電池が使われ、寿命管理がUPS運用の最重要課題です。
  ▶詳細記事はこちら
• 非常用発電機:長時間停電時の電力バックアップを担う設備。
  UPSが「瞬間」を守り、発電機が「長時間」を守る組み合わせです。▶詳細記事はこちら
• キュービクル式高圧受変電設備:高圧電力を低圧に変換する設備。
  大型UPSはキュービクルの二次側に接続されるのが一般的です。▶詳細記事はこちら

9. 多角的なQ&A（20連発）