内視鏡トロリのUPSが停止する原因と代替電源の選び方｜突入電流と接続条件

内視鏡の電源が切れた・画面が消えた――最初にすること

「内視鏡の電源が切れた」「内視鏡検査中に画面が消えた」「内視鏡モニターが真っ暗になった」。医療現場では、「内視鏡システムが突然停止する」「内視鏡装置の電源が入らない」という問題も発生します。これらは電源供給、機器本体、映像信号など、異なる原因から生じる現象です。

検査・処置中に優先するのは、故障原因の特定ではなく患者の安全確保です。 医療者が患者の状態を確認し、対象機器の取扱説明書と院内の緊急時手順に従って、処置の中断や内視鏡の安全な抜去など必要な対応を行います。その場で電源コードやUPSを差し替え、故障機の起動試験を繰り返すことはしません。

内視鏡メーカーも、不測の故障や画像消失に備えた予備・代替機器の準備を求めています。例えば富士フイルムの電子内視鏡取扱説明書では、使用前の予備機器の準備、使用中の異常時の安全対応、必要に応じた代替機器の使用を説明しています。安全な中断・終了の手順を確保したうえで、準備済みの代替システムへ移行する。 故障機の原因調査はその後に行います。（参照：富士フイルム 電子内視鏡 EB-710P 取扱説明書・第6.0版、1.6節・1.12.3節・6.2節）

ここでいうN+1は、使用中の内視鏡システム（N）とは別に、必要時に使える代替システム（+1）をあらかじめ用意しておく考え方です。UPSだけを二重化しても、ビデオプロセッサーやモニター自体の故障には対応できません。 代替機器だけでなく、安全に使用できる電源・接続条件まで含めて準備します。

故障機の調査は、患者の安全を確保した後の工程です。そこで初めて、電源喪失なのか、UPSの保護停止なのか、機器本体や映像系の故障なのかを切り分け、修理・更新や代替電源の選定につなげます。

内視鏡トロリとは何か――移動できるシステムの電源はどうなっているのか

内視鏡トロリ（内視鏡トロリー、内視鏡システムカート、モービルワークステーション）は、ビデオシステムセンター、光源装置、カラーモニター、画像記録装置などをまとめて搭載する移動式の専用架台です。キャスターによって内視鏡室や処置室、手術室などへ移動でき、機器間のケーブル、電源分配部、スコープホルダーなどを一体化した構成もあります。

内視鏡トロリは複数の機器を、すぐに使用できる状態で移動できることが最大の利点です。一方で、機器一式を移動できても、移動先のコンセントや電気設備がすべて同じ条件とは限りません。

トロリ上では一つのシステムに見えても、電気的には異なる特性を持つ複数の負荷の集合です。機器ごとの定格電流を確認できても、一つの電源コードへ集約されたときの合計負荷や、起動時の突入電流（インラッシュカレント）は、それだけでは分かりません。

内視鏡トロリの突入電流がもたらす主なリスク

特に問題となるのは、「壁コンセントでは正常に動くのに、UPSを間に入れると起動しない、または停止する」という現象です。

壁コンセントでは動くのに、UPSでは停止する理由

内視鏡トロリに搭載された医療機器のAC/DC電源では、電源投入時に入力コンデンサの充電などによって突入電流が発生します。これは負荷機器側の電気的特性であり、壁コンセントに直接接続した場合にも発生します。複数の機器を一斉に起動すれば、それぞれの突入電流が共通の電源経路に重なります。

建物側の分岐遮断器は、過負荷や短絡による配線の損傷を防ぐための保護装置です。電流の大きさと継続時間に応じて動作するため、短時間の突入電流が流れても遮断に至らず、医療機器は正常に起動することがあります。

一方、UPSは接続機器への給電を継続する装置ですが、インバーターや内部回路を保護するため、許容できる出力電流と過負荷時間に制限があります。トロリの起動電流がUPSの瞬時過負荷耐量を超えると、電流制限や過負荷保護によって出力が停止する場合があります。

壁コンセントでは動くのにUPSでは停止する。この違いは、同じ負荷に対して、電源側の電流供給能力と保護動作の条件が異なることで生じます。 したがって、代替UPSの選定では、通常運転時の消費電力だけでなく、トロリ全体の突入電流、UPSの瞬時過負荷耐量、給電方式ごとの動作条件を確認する必要があります。UPSの切替時間と給電方式も、起動時の電流供給能力とは分けて評価します。

ブレーカーが守るものと、UPSが守るものは同じではない

施設の遮断器やヒューズは、配線・設備の過負荷や短絡などに対応します。保護協調は、上位・下位の保護装置の動作を整合させ、故障した回路を適切に遮断し、影響を必要な範囲に抑えるための考え方です。

UPSは、指定された負荷条件の下で給電を継続する装置です。同時に、UPS自身の内部回路を守る必要があり、条件を超えれば給電を制限・停止することがあります。設備を安全に遮断する設計と、負荷への給電を維持する設計は、目的も判断条件も異なります。 （参照：医療機器の電源・接地トラブル事例）

例えば、入力13Aの電子レンジと9Aのヒーターを同じ20A分岐回路で使えば合計22Aとなり、継続時間によっては遮断器が動作します。これは定常的な合計負荷の例です。数ミリ秒程度の突入電流とは、電流が増える仕組みも保護装置の応答も異なります。

また、100V・15Aコンセントは、瞬間電流を15A以下に制限する装置ではありません。ただし、定格を超えて使用してよいという意味でもありません。 接続器、分配部、コード、建物側の回路には、それぞれ守るべき定格があります。

なぜ内視鏡トロリでは起動電流が分かりにくいのか

内視鏡トロリには複数の電気機器が載っています。外付けACアダプターや機器内蔵のAC/DC電源が個別に安全規格などの要求に適合していても、それらを一つの電源分配部へ接続したシステム全体の起動電流まで自動的に保証されるわけではありません。なお、PSEの対象となる電気用品と、医用電気機器・システムに適用される規格は、対象と目的を区別する必要があります。

AC/DC電源の入力部で起きること

ビデオシステムセンターやモニターなどの電源には、交流を整流し直流へ変換する回路が使われます。入力側に平滑コンデンサがある構成では、電源投入直後の充電によって通常運転時より大きな電流が短時間流れる場合があります。

突入電流の大きさは、コンデンサの残留電圧、交流投入時の位相、配線インピーダンス、PFC（力率改善回路）、NTCサーミスタやプリチャージ回路などの設計によって異なります。冷えた状態からの起動と、停止直後の再投入とで挙動が変わることもあります。

複数機器の一斉起動で電流が重なる

トロリの主電源を一括投入すると、複数のAC/DC電源がほぼ同時に起動し、各機器の突入電流が共通経路で重なる場合があります。ただし、個々の最大ピーク値を単純に足した数値が、必ず実際の最大電流になるわけではありません。機器内部の起動タイミングも異なるためです。

また、トロリ内にモーター駆動のポンプなどがあれば、別の始動電流も考慮します。電動機では古くからスターデルタ始動など、始動電流を負荷側で抑える方法が使われてきました。AC/DC電源のコンデンサ充電とは発生原理が異なりますが、電源側へ無制限の始動電流を要求せず、負荷側の起動方式を整えるという考え方は共通しています。

「複数の機器を一つにつなぐ」ことの安全性

トロリ内の専用電源分配部と、市販のマルチタップを任意に増設する行為は同じではありません。複数の機器を接続すると、合計電流だけでなく、医用接地、接触電流、JIS T 0601-1に関わる医用電気システムとしての接続条件も確認が必要です。医療機器の個別適合と、システム全体の安全性、さらに施設の医用電源設備の適合性は、それぞれ別の評価です。

平時に行う予防対策と、避けるべき対応

検査・処置が始まる前の予防策の一つは、メーカーが認める範囲での時間差起動（シーケンシャル起動）です。一括投入を避け、指定された順序で機器を起動すれば、突入電流の重なりを抑えられる場合があります。「モニター→プロセッサー→光源装置」のような順序を一般的な正解として固定せず、実際の製品マニュアルとシステム構成に従います。

ただし、時間差起動は個別機器の突入電流そのものを消す方法ではありません。また、停電からの復帰時や、UPSの蓄電池運転中に機器を再始動する場合にも成立するとは限りません。

原因が不明なまま、遮断器を大きな定格へ交換する、保護装置を迂回する、医用接地を外す、未承認の突入電流抑制器を挿入する、といった対応は避けます。診療中の負荷を使って通電・停電試験を繰り返すことも適切ではありません。

根本的な解決――内視鏡トロリに適した代替UPSを選ぶ

内視鏡トロリの電源問題を解決するには、トロリ全体の電気定格と起動特性に適合したUPSを選定することが基本です。通常運転時の消費電力だけでなく、複数機器の同時起動で発生する突入電流と、停電時に必要な給電時間を選定条件に含めます。

内視鏡トロリは、必要な場所へ移動して使用する医療システムです。その利便性を維持するには、UPSにも移動性が求められます。 電源を含めたシステム全体を一体として運用できる可搬型UPSは、内視鏡トロリに適した電源構成です。

代替UPSの選定基準

代替UPSの選定では、次の4点を確認します。

15Aコンセントと2kW級UPSの関係

一般的なAC100V・15Aコンセントの定格容量は1,500VAです。一方、2,000Wの負荷をAC100Vで供給する場合、力率1でも20Aの出力電流が必要です。15Aコンセント一口から2kWを連続して供給することはできません。

可搬型UPSには、商用電源と蓄電池を組み合わせて給電する方式があります。商用入力の定格とUPSの出力能力は、それぞれ異なる仕様です。 電源選定では、入力回路と出力端子の定格、商用運転・蓄電池運転時の出力能力、蓄電池容量を区別して評価します。

トロリの移動性を維持する可搬型UPS

内視鏡トロリの利点は、複数の医療機器を組み合わせた状態で、必要な場所へ移動できることです。電源を固定設備だけに依存すると、移動先のコンセントや非常電源設備によって使用条件が変わります。

トロリとともに電源を移動できる可搬型UPSは、この問題を解決するための合理的な構成です。 内視鏡システムに適合する電源を一式として管理することで、接続機器とUPSの組み合わせを維持しながら運用できます。医療現場におけるこの考え方は、動くコンセントインフラにもつながります。

電源容量、突入電流耐量、給電保持時間に加えて、医用電気システムとしての接続・接地条件を設計に反映することで、移動性と電気的安全性を両立させます。

代替UPSの調達に必要な情報

代替UPSを検討する際、医療機関側で用意する基本情報は次の4項目です。

これらの情報をもとに、電源メーカー側で合計負荷、起動電流、UPSの瞬時過負荷耐量、商用・蓄電池運転時の動作条件を評価し、代替電源の仕様を具体化します。

内視鏡トロリの代替UPSは、定格容量だけで選ぶものではありません。接続機器の起動特性に対応し、必要な給電時間と移動性を確保できる電源を選ぶことが、根本的な解決につながります。

当社可搬型UPSと代替電源の技術相談

慧通信技術工業株式会社の可搬型UPS「HPPHBB0101」は、電動工具、ICT機器、ヒートポンプ、コンプレッサーなど、起動電流や負荷変動の大きい機器への給電を想定して開発した電源です。0ms無瞬断、商用運転時最大3,000W、蓄電池運転時2,000Wの出力能力を備え、24時間365日の遠隔状態監視と保守体制を組み合わせて提供しています。

新型コロナウイルス感染症への対応では、V-V ECMO装置本体への給電にも使用された実績があります。内視鏡トロリについても、複数機器の起動特性、必要な給電時間、移動先の電源条件を踏まえ、移動性と電源の安定供給を両立する代替UPSの構成を検討します。

既設医用UPSの更新・保守終了、起動時の保護停止、内視鏡トロリに対応する代替電源の調達について、接続機器の構成に基づいた技術相談を受け付けています。

代替UPSの技術相談： 内視鏡システムの電源構成・代替UPSについて相談する

内視鏡の停止に備えるN+1と、適合する可搬型UPS

検査中に電源や映像が失われたときは、準備した代替システムによる安全確保を優先し、停止機器の原因調査はその後に行います。予備機器と安全な給電系を一式で備えるN+1が、検査の継続または安全な終了を支える基本です。

内視鏡トロリは、複数の医療機器を一体化した移動式システムです。通常運転時の消費電力が定格内でも、一括起動時には各機器の突入電流が重なります。壁コンセントでは正常に起動しても、UPSでは過電流保護によって停止する原因となります。

時間差起動は突入電流の集中を抑える対策ですが、根本的な解決はトロリ全体の電気定格と起動特性を把握し、連続出力容量、突入電流耐量、必要保持時間に適合するUPSを選定することです。既設UPSの更新でも、単に同じ容量の製品へ交換するのではなく、接続負荷との適合性を評価する必要があります。

さらに、内視鏡トロリ本来の利点である移動性を維持するには、電源も一緒に移動できることが重要です。必要な給電性能と医用電気システムとしての安全条件を備えた可搬型UPSが、内視鏡トロリの電源問題と移動性を両立する最適な解決策です。

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