UPS容量選擇及配電設(shè)計

1、ups容量選擇及配電設(shè)計華科四維（北京）工程咨詢有限公司摘要：木文主要針對ups容量選擇及配電設(shè)計展開了探討，詳細闡述了 ups的 基木概念和工作特性等方面，并對ups容量及輸入、輸出配電系統(tǒng)的相關(guān)計算 方法作了系統(tǒng)分析，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。關(guān)鍵詞：ups；容量選擇；設(shè)計0引言所謂的 ups （uninterruptible power system 八jninterruptible power supply）,即不間斷電源，是將蓄電池與主機相連接，通過主機逆變器等模塊電路將直流電 轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備。而由于ups供電設(shè)備的工作性質(zhì)均為重要負荷，影響 重大，所以我們必須要做好

2、ups容量選擇及配電設(shè)計的工作?；诖耍疚木?ups容量選擇及配電設(shè)計進行了探討，相信對有關(guān)方面的需要能有一定的幫助。1 ups的基木概念和工作特性1.1峰值因數(shù)的概念峰值因數(shù)是指ups輸出電流的瞬時值峰值與其有效值的比值，用來描 述沖擊電流的強度，是ups的一個特性參數(shù)。如果供電設(shè)備的峰值因數(shù)越高， 表明設(shè)備抗沖擊能力越強。對于某些特殊負載（如小型控制電機等），在起動或工作過程中會產(chǎn)生 很強的沖擊電流，負載容量瞬間升高數(shù)倍（高達6倍）。ups裝機容量在上述基 礎(chǔ)上還應(yīng)進一步加大，以防止ups自保退出，影響負荷工作。不同負載的主要特性如表1所示。表1不同負載的主要特性逆變器后的等效電容值c出

3、廠已確定，無功功率為q=2πfcu2ups輸出功率因數(shù)為cosφ=p/s。所以，ups安裝完畢，其輸出功率 因數(shù)也就確定了。對于單值輸出功率因數(shù)ups,當(dāng)其所帶設(shè)備的負載功率因數(shù)和輸出功率 因數(shù)匹配吋，ups輸出最大容量；當(dāng)其不匹配吋，由于無功電流的影響，ups實 際輸出有功功率將減小。當(dāng)單值輸出功率因數(shù)ups所帶設(shè)備為線性負載吋，其輸出冇功功率會 減少得更多。傳統(tǒng)ups向線性負載的供電原理圖如圖2所示。0前，市場上的ups多為單值輸出功率因數(shù)ups。大多數(shù)傳統(tǒng)的計算機、通信設(shè)備、控制系統(tǒng)等精密設(shè)備均采用開關(guān)電源 作為主電源。根據(jù)負載性質(zhì)的分析，計算機設(shè)備的輸入功

4、率因數(shù)為0.7。因此， 多數(shù)ups設(shè)計均采用輸出功率因數(shù)匹配為0.70.8的參數(shù)，從而最大限度地發(fā) 揮ups的帶載能力。在功率因數(shù)匹配的情況下，即計算機負載的輸入功率因數(shù) 為0.7,而ups標定的輸出功率因數(shù)也為0.7吋，負載的va數(shù)與ups的va數(shù)比 值為1: 1。也就是說，1va容量的ups在不考慮沖擊、增容等余量因素吋可帶 1va的此類負載。需要指出的是，部分ups廠家宣稱ups輸出功率因數(shù)為01,實際上 這是片面的，例如交互式ups以及帶有在線補償功能的三端口式ups,當(dāng)有市電 供電時可直接將負載通過變壓器供電或通過補償匹配ups負載，此吋可以匹配 其他功率因數(shù)的負載；而當(dāng)市電停電吋，

5、ups失去補償功能，ups輸出功率因數(shù) 匹配只能是一個數(shù)值，絕大多數(shù)廠家將該匹配點選在0.7左右。如果此吋所帶負 載功率因數(shù)超出ups帶載能力范圍，ups將過載停機或出現(xiàn)更加嚴重的故障。因 此，ups在負載選擇上需要考慮功率因數(shù)匹配的問題。2 ups容量選擇計算ups裝機容量吋，應(yīng)根據(jù)其自身特性考慮負荷沖擊余量、功率因 數(shù)匹配所需裕量等，同時根據(jù)所帶負荷的運行要求適當(dāng)考慮備用余量，蘇一般為 應(yīng)需裝機容量的1.21.3倍。對于阻性或感性的負載，應(yīng)適當(dāng)增大ups容量。3 ups裝置配電容量確定對于配電系統(tǒng)，ups裝置配電線路的功率因數(shù)為ups自身的輸入功率因 數(shù)，-般為0.800.99。在實際工程

6、設(shè)計中，配電容量一般根據(jù)負荷總?cè)萘坑嬎悖?應(yīng)考慮ups的功率因數(shù)匹配特性、效率、備用余量等因素。4計算實例某計算機設(shè)備安裝總?cè)萘繛?0kw, cosφ=0.7, ups的輸入功率因數(shù) 為0.9,輸出功率因數(shù)為0.7。按匹配特性，ups容量為 s=10/0.7=14.286kva考慮ups效率取0.85，備用余量取1.2，則ups容量為s=10×1.2/ (0.7×0.85) =20.17kvaups輸出電流為i2=s/錯誤！未找到引用源。u=20.17/1.32×0.38=30.65a所以，ups交流輸出(380v)斷

7、路器電流可選取40a或50a。ups輸入電流11= (1.31.5) 12，可取ll=1.35l2=1.35×30.65=41a因此，ups交流輸入(380v)斷路器電流可選取50a或63a。因ups所帶負載(計算機幵關(guān)電源是整流型負載)為微感性的負載，其起動電流較大，所以斷路器的脫扣曲線應(yīng)選擇d類(1020倍額定電流脫扣)， 其極數(shù)為四極。如果使用負荷隔離開關(guān)或帶熔斷器的負荷隔離開關(guān)，在選取開關(guān) 和熔斷器時，其額定電流也要大于最大輸入電流和最大輸出電流。為消除共模干 擾，ups內(nèi)部中性線、相線對地之間都增加了濾波電容，開機吋電容的充電電流 較大ii直通大地，中性線、相線對

8、地都有電流。所以，ups前級及負載冋路均不 設(shè)剩余電流保護斷路器。斷路器的額定運行分斷能力需求：一般小型ups為6ka或10ka，大、中型ups 在30ka以上。ups輸入、輸出導(dǎo)線的選取應(yīng)考慮設(shè)備中3次諧波電流的影響，均采用 五芯電纜，其中輸入導(dǎo)線選擇wl-yj丫-4×35+l×16電纜；輸出導(dǎo)線選 擇wl-yjy-4×25+l×16電纜。ups電源引入端應(yīng)在ups配電間內(nèi)設(shè)置專用雙電源自投配電箱，其負載側(cè)應(yīng)單獨設(shè)置ups專用配電盤，以方便對ups 及其保護的負載集中、可靠地進行控制。其出線斷路器均采用三相四極、

9、單相二 極。5 ups工作方式ups工作方式一般分為后備式、在線式和在線互動式。一般采用ups 配電的設(shè)備對供電連續(xù)性均冇很高的要求。在線式ups的價格和運行維護費用 雖然較高，但仍然是設(shè)計主選。對于重要的負荷，應(yīng)采用多臺ups主從并聯(lián)熱備份方式。從ups的輸 出連接到主ups的靜態(tài)旁路開關(guān)，正常情況下主ups承捫100%負載，當(dāng)主ups 故障或市電停電il電池放完吋，自動切換到從ups。該方式供電可靠、系統(tǒng)構(gòu)成 簡單、維護方便，缺點是主、從ups須定期輪換使用，一次投資額較大。6 ups電源電池容量的選擇ups電池容量、放電吋間可根據(jù)設(shè)備的使用需要合理確定。一般業(yè)主直 接對供貨商提出具體參數(shù)

10、要求，由供貨商配套，且參數(shù)均大于相關(guān)規(guī)范的要求。 7復(fù)值輸出功率因數(shù)ups的發(fā)展隨著電子技術(shù)的發(fā)展、環(huán)境保護法的逐步推廣，非線性的負載將逐步向 線性化發(fā)展。單值輸出功率因數(shù)ups適應(yīng)負載特性的能力差，用戶很難做到負 載與ups的匹配。復(fù)值輸出功率因數(shù)ups解決這一問題。復(fù)值輸出功率因數(shù)ups 供電原理圖如圖3所示。圖3中，逆變器作為電流通道，不但通過有功電流也通過無功電流。只 要逆變器輸入端冇足夠的無功容量，就可滿足冇功功率為冇效功率的輸出要求, 能極好地適應(yīng)負載的變化，匹配負載特性。復(fù)值輸出功率因數(shù)ups的輸出功率 因數(shù)為0.61.0。圖3復(fù)值輸出功率因數(shù)ups供電原理圖8結(jié)語綜上所述，ups作為如今多種行業(yè)都需要應(yīng)用的系統(tǒng)，我