UPS配電系統設計

現代建筑電氣MAE電氣設計●No.12 VoL5 (Serial No.60) 2014UPS配電系統設計吳校軍(廣東省城鄉規劃設計研究院，廣東廣州510290)摘要:分析了不間斷電源( UPS)的供電特點(diǎn),介紹了UPS容量及輸入、輸出配電系統的相關(guān)計算方法。指出UPS在選擇負載時(shí),需考慮功率因數匹配的問(wèn)題，再根據負荷性質(zhì)和供電要求確定uPs容量及工作方式,以保證設備安全、穩定運行。吳校軍(1970-),男，高級工程師,從事建關(guān)鍵詞:不間斷電源;配電系統;功率因數;有功功率筑電氣設計方面的研:中圖分類(lèi)號: TU 852文獻標志碼: A文章編號: 1674-8417(2014)12-0015-04究。電流要求。在這種情況下,需要考慮增加供電設0引言備的容量,從而提高電流沖擊能力。通常計算機不間斷電源( Uninterruptible Power Supply,負載在開(kāi)機時(shí)會(huì )產(chǎn)生超出平常多倍的大沖擊電UPS)是針對計算機、通信設備控制系統等精密設流,因此在選擇UPS容量時(shí)需要考慮負載波動(dòng)及備而設計制造的可靠電源系統,適用于用電設備沖擊余量,可適當增大UPS容量以抵御負載的波要求連續供電的場(chǎng)合。因其UPS供電設備的工作動(dòng),UPS容量(VA數):計算機負載容量(VA數)性質(zhì)均為重要負荷,影響重大，所以對UPS配電系比值為1:0.7。統的設備選擇和系統配置就顯得尤為重要。對于某些特殊負載(如小型控制電機等),在配電系統設計首先需確定負荷是否適合以起動(dòng)或工作過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生很強的沖擊電流,負載UPS作為保證電源,其次根據負荷性質(zhì)和供電要容量瞬間升高數倍(高達6倍)。UPS裝機容量求來(lái)確定UPS的容量和工作方式。在上述基礎上還應進(jìn)一步加大,以防止UPS自保本文針對UPS的工作特點(diǎn),分析其容量的選退出,影響負荷工作。擇和配電開(kāi)關(guān)及導體的計算選型。不同負載的主要特性如表1所示。綜合考慮設備性能、經(jīng)濟等因素,UPS一般1 UPS 的基本概念和工作特性不應帶空調、激光打印機、復印機、日光燈、電動(dòng)1.1峰值 因數的概念機等起動(dòng)沖擊電流較大的負載。峰值因數是指UPS輸出電流的瞬時(shí)值峰值1.2UPS功率因數匹配與其有效值的比值,用來(lái)描述沖擊電流的強度,UPS功率因數包括輸人、輸出兩個(gè)參數值。是UPS的一一個(gè)特性參數。如果供電設備的峰值UPS輸人功率因數的大小取決于UPS輸人因數越高,表明設備抗沖擊能力越強。通常UPS中國煤化工式。目前,大容量uPS的峰值因數為3:1,適合非線(xiàn)性負載在正常工作THCNMH G#,部分高端產(chǎn)品采用中的峰值因數要求。但當沖擊能力較大時(shí),UPSDelta變換式輸人功率因數校正電路,其輸人功率供電設備的3倍電流容量還不滿(mǎn)足負載的瞬間|因數可以達到0.98以上。MAE現代建筑電氣No.12 VolL.5 (Serial No.60) 2014●電氣設計表1不同負 載的主要特性負載類(lèi)型沖擊電流電流失真功率因數峰值因數線(xiàn)性阻性負載及功率因數已補償負載中等1.01.4帶有電解電容的非線(xiàn)性高約0.72.0~2.8整流濾波型負載(計算機)線(xiàn)性感性負載(電機、空調)約0.8約1.4 .線(xiàn)性容性負載<1.0 .約1.4.UPS輸出功率因數和所帶設備的負載功率目前,市場(chǎng)上的UPS多為單值輸出功率因因數是兩個(gè)不同的參數。UPS輸出功率因數表數UPS。示適應不同性質(zhì)負載的能力,負載的功率因數變大多數傳統的計算機、通信設備、控制系統化對UPS輸人功率因數不產(chǎn)生影響(與一般的配等精密設備均采用開(kāi)關(guān)電源作為主電源。根據電系統的容量計算不同)。UPS輸出功率因數大負載性質(zhì)的分析,計算機設備的輸人功率因數為小取決于UPS逆變輸出電路和等效電容器的大0.7。因此，多數UPS設計均采用輸出功率因數小。傳統UPS向非線(xiàn)性負載的供電原理圖如匹配為0.7~0.8的參數,從而最大限度地發(fā)揮圖1所示。UPS的帶載能力。在功率因數匹配的情況下,即計算機負載的輸人功率因數為0.7,而UPS標定-- 有功功事P的輸出功率因數也為0.7時(shí),負載的VA數與整流器[逆變器. 輸出視在功率S無(wú)功功率QUPS的VA數比值為1:1。也就是說(shuō),1 VA容量的UPS在不考慮沖擊、增容等余量因素時(shí)可帶圖1傳統UPS向非線(xiàn)性負載的供電原理圖1 VA的此類(lèi)負載。逆變器后的等效電容值C出廠(chǎng)已確定,無(wú)功需要指出的是,部分UPS廠(chǎng)家宣稱(chēng)UPS輸出功率因數為0~1,實(shí)際上這是片面的,例如交互功率為式UPS以及帶有在線(xiàn)補償功能的三端口式UPS,Q = 2πfCUUPS輸出功率因數為cosq = P/S。所以，當有市電供電時(shí)可直接將負載通過(guò)變壓器供電或通過(guò)補償匹配UPS負載,此時(shí)可以匹配其他功UPS安裝完畢,其輸出功率因數也就確定了。對于單值輸出功率因數UPS,當其所帶設備率因數的負載;而當市電停電時(shí),UPS失去補償的負載功率因數和輸出功率因數匹配時(shí),UPS輸功能,UPS輸出功率因數匹配只能是一個(gè)數值,出最大容量;當其不匹配時(shí),由于無(wú)功電流的影絕大多數廠(chǎng)家將該匹配點(diǎn)選在0.7左右。如果此時(shí)所帶負載功率因數超出UPS帶載能力范圍，響, UPS實(shí)際輸出有功功率將減小。當單值輸出功率因數UPS所帶設備為線(xiàn)性UPS將過(guò)載停機或出現更加嚴重的故障。因此，負載時(shí),其輸出有功功率會(huì )減少得更多。傳統UPS在負載選擇上需要考慮功率因數匹配的問(wèn)題。UPS向線(xiàn)性負載的供電原理圖如圖2所示。2UPS容量選擇逆變器輸出有功功率中國煤化工逆變器.負載得到,應根據其自身特性考無(wú)功功率有功功率MHCNMHG慮貝何件山汞里、切軍囚效匹配所需裕量等,同時(shí)根據所帶負荷的運行要求適當考慮備用余量，圖2傳統UPS向線(xiàn)性負載的供電原理圖其一般為應需裝機容量的1.2~1.3倍。對于阻現代建筑電氣MAE電氣設計●No.12 VoL5 (Serial No.60) 2014性或感性的負載,應適當增大UPS容量。導線(xiàn)選擇WL-YJY-4x35 +1 x16電纜;輸出導線(xiàn)選擇WL-YJY4x25 +1 x16電纜。3UPS裝置配電容量確定UPS電源引人端應在UPS配電間內設置專(zhuān)對于配電系統,UPS裝置配電線(xiàn)路的功率因用雙電源自投配電箱,其負載側應單獨設置UPS數為UPS自身的輸人功率因數,- - 般為0.80 ~專(zhuān)用配電盤(pán),以方便對UPS及其保護的負載集0.99。在實(shí)際工程設計中，配電容量一般根據負中、可靠地進(jìn)行控制。其出線(xiàn)斷路器均采用三相荷總容量計算，應考慮UPS的功率因數匹配特四極、單相二極。性效率、備用余量等因素。5 UPS 工作方式4計算實(shí)例UPS工作方式一般分為后備式、在線(xiàn)式和在某計算機設備安裝總容量為10 kW , cosp =線(xiàn)互動(dòng)式。一般采用UPS配電的設備對供電連0.7,UPS的輸人功率因數為0.9,輸出功率因數續性均有很高的要求。在線(xiàn)式UPS的價(jià)格和運為0.7。按匹配特性,UPS容量為行維護費用雖然較高,但仍然是設計主選。S=10/0.7=14.286 kVA對于重要的負荷,應采用多臺UPS主從并聯(lián)考慮UPS效率取0.85,備用余量取1.2,則熱備份方式。從UPS的輸出連接到主UPS的靜UPS容量為態(tài)旁路開(kāi)關(guān),正常情況下主UPS承擔100%負載,S = 10x1.2/(0.7 x0.85) = 20.17 kVA當主UPS故障或市電停電且電池放完時(shí),自動(dòng)切UPS輸出電流為換到從UPS。該方式供電可靠、系統構成簡(jiǎn)單、I2 =S/√3U =20. 17/1.32 x0.38 = 30.65 A維護方便,缺點(diǎn)是主、從UPS須定期輪換使用,一所以，UPS交流輸出(380V)斷路器電流可次投資額較大。選取40 A或50 A。6UPS電源電池容量的選擇UPS輸入電流1=(1.3~1.5)2,可取I =1.35/2=1.35 x30.65=41 AUPS電池容量、放電時(shí)間可根據設備的使用因此,UPS交流輸人(380V)斷路器電流可需要合理確定。一般業(yè)主直接對供貨商提出具選取50 A或63 A。體參數要求，由供貨商配套,且參數均大于相關(guān)因UPS所帶負載(計算機開(kāi)關(guān)電源是整流型規范的要求。負載)為微感性的負載,其起動(dòng)電流較大,所以斷7復值輸出功率因數UPS的發(fā)展路器的脫扣曲線(xiàn)應選擇D類(lèi)(10 ~ 20倍額定電流脫扣) ,其極數為四極。如果使用負荷隔離開(kāi)隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展、環(huán)境保護法的逐步推關(guān)或帶熔斷器的負荷隔離開(kāi)關(guān),在選取開(kāi)關(guān)和熔廣,非線(xiàn)性的負載將逐步向線(xiàn)性化發(fā)展。單值輸斷器時(shí),其額定電流也要大于最大輸人電流和最出功率因數UPS適應負載特性的能力差,用戶(hù)很大輸出電流。為消除共模干擾,UPS內部中性難做到負載與UPS的匹配。復值輸出功率因數線(xiàn)相線(xiàn)對地之間都增加了濾波電容,開(kāi)機時(shí)電UPS解決這一問(wèn)題。復值輸出功率因數UPS供容的充電電流較大且直通大地，中性線(xiàn)、相線(xiàn)對電原理圖如圖3所示。地都有電流。所以,UPS前級及負載回路均不設逆變器輸出功率剩余電流保護斷路器。中國煤化工{逆變器一一負載斷路器的額定運行分斷能力需求:--般小型MHCNM HG功功半UPS為6kA或10 kA,大、中型UPS在30kA以上。UPS輸人、輸出導線(xiàn)的選取應考慮設備中圖3復 值輸出功率因數UPS供電原理圖3次諧波電流的影響,均采用五芯電纜,其中輸人|MAE現代建筑電氣No.12 VolL.5 (Serial No.60) 2014●電氣設計圖3中,逆變器作為電流通道,不但通過(guò)有功電流也通過(guò)無(wú)功電流。只要逆變器輸人端有足夠的無(wú)功容量,就可滿(mǎn)足有功功率為有效功率的輸出要求,能極好地適應負載的變化,匹配負參考文獻1載特性。復值輸出功率因數UPS的輸出功率因數為0.6~1.0。[1] 王其英,何春華. UPS供電系統綜合解決方案[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.8結語(yǔ)2]修志剛,張慧康,李海林,等.UPS電池容量計算方法[J].現代建筑電氣,2013 ,4(11):4-7.UPS帶用電設備多屬重要負荷,其故障影響[3] 陳德斌.地鐵行業(yè)UPs供電系統解決方案[J].電非常大。對UPS及其配電設備的相關(guān)計算和選源世界,2009(6) :52-55.擇應考慮多種因素的影響,這樣才能保證設備的收稿日期: 2014-11 -07.安全、穩定運行。Design of UPS Power Distribution SystemWU Xiaojun( Guangdong Urban & Rural Planning and Design Institute, Guangzhou 510290, China )Abstract: This paper analyzed the power supply characteristics of UPS. The related calculation methods of UPScapacity and input and output currents of power distribution system were introduced. It is pointed out that the matchingproblem of power factor is considered when the loads are selected , and according to the load character and power supplyrequirement , the UPS capacity and operating modes are determined to ensure the safe and steady state operation ofdevices.Key words: uninterruptible power supply ( UPS); power distribution system; power factor; active power(.上接第6頁(yè))Electrical Design of Technology Center of Radio and Television Building( Guangdong Urban & Rural Planning and Design Institute，Guangzhou 510290, China)Abstract: The radio and television building which has the characteristics of complex functions , strong professionand expensive equipments , has the higher requirements of relevant electrical design. Combined with the technology centerof radio and television building，this paper analyzed the main electrical design problems of power supply and distributionsystem, lighting system , lightning protection system , grounding system, automatic fire alarm system, and weak currentsystem. It could provide references for electrical designers.中國煤化工，Key words: radio and television building; power supplyanding system; weakcurrent systemMYHCNMHG8●