UPS的選擇與電池配備.doc

UPS的選擇與電池配備劉敘義（國脈通信規(guī)劃設計有限公司） UPS的中文名字叫做交流不間斷電源，廣泛應用于數(shù)據通信、銀行、冶金、化工等行業(yè)，廣泛應用于大型自動化不允許設備停電或斷電的企業(yè)。顧名思義，交流不間斷電源與我們常用交流電源的區(qū)別在于不斷電，不斷電要依賴于UPS系統(tǒng)中配備了蓄電池的蓄電與放電功能來實現(xiàn)。 合理地選擇UPS的容量和工作方式，是UPS能實現(xiàn)不間斷供電的重要保障。容量配置過大，浪費設備資源。工作方式不對、容量配置過小，又不能滿足設備對不間斷電源供電的安全要求。 合理地配備蓄電池的容量，是UPS經濟運行和對負載設備不間斷供電的重要保障。容量配置過大，蓄電池不能被充分利用，浪費了UPS資源或造成蓄電池充電不足過早報廢。容量配置過小，又不能滿足設備對電源后備時間的要求，仍然可能出現(xiàn)不間斷電源的斷電。UPS的電源制式有單項輸出與三項輸出兩種，小功率單項UPS一般為單機獨立工作。大功率三項UPS有單機、雙機串并聯(lián)，三機、N+1組合等多種工作方式。為了保障UPS的供電可靠性，一般常用雙機、三機UPS組合配置方式工作。UPS的類型有工頻機、高頻機與模塊機，它們的結構不同電池結線也有區(qū)別。我們主要探討是基本的UPS選擇方法與電池配備方法及開關、電纜的配置方法。UPS的參數(shù)有容量（KVA）、負載率（）、輸入功率因數(shù)（cos入）、效率（K）。蓄電池的基本參數(shù)有容量（AH）、電壓（V）、后備時間（H）、放電系數(shù)（）。用電設備的基本參數(shù)有功率（W）、輸出功率因數(shù)（cos出）。1+1并聯(lián)冗余系統(tǒng)UPS，雙機并聯(lián)工作，每臺UPS的負載率最大規(guī)定為額定容量的50%，所以當一臺UPS故障，另一臺UPS也可以完全負擔全部的系統(tǒng)供電。單機三總線UPS系統(tǒng)，負載采用兩兩組合方式供電，每臺UPS的負載率最大規(guī)定為其額定容量的66%，所以當一臺UPS故障，另外兩臺UPS也可以完全負擔全部系統(tǒng)的供電。采用恒功率法計算UPS蓄電池的配備容量。例一，設計一套通信機房的1+1并聯(lián)冗余工頻機UPS系統(tǒng)。1、 UPS系統(tǒng)的額定容量設備負載的功率與功率因數(shù)：負載P=50（KW），輸出功率因數(shù)cos出=0.8，設定的UPS最佳負載率=80%，算出UPS需要的額定容量（S）。公式：S=P/cos出/=50/0.8/80%=78(KVA)2、 UPS的實際選擇根據UPS的組合方式確定UPS的臺數(shù)與UPS的實際容量。選定雙機1+1并聯(lián)UPS，每臺UPS正常工作時分擔的負載率，為一臺UPS額定負載的50%，選擇2臺S=80（KVA）的UPS。3、 電池電壓與容量后備時間設定T=1(H)，80KVA某品牌工頻機UPS電池電壓U=32*12=384（V）。公式：電池容量Q=S*T*cos出/(*cos入*K*N*U)式中：S=80（KVA），T=1(H)；cos出=0.8，蓄電池1小時放電系數(shù)=0.6，cos入=0.98，UPS逆變效率K=0.94，蓄電池只數(shù)N=32(只)，單只蓄電池電壓U=12(V)。電池容量：Q=S*T*cos出/(*cos入*K*N*U)=80*1000*1*0.8/(0.6*0.98*0.94*32*12)=302（AH）。 擬選100AH/32*12V蓄電池組，302/1003，每臺UPS配備100AH/32*12V蓄電池3組。4、 空氣開關與電纜 1)UPS輸出電流、開關與電纜：I出=S*1000/(1.732* U線)=80*1000/(1.732*380)=122(A) 空氣開關選擇160A/3P,電纜選擇RVVZ-4*95+50mm21條，額定電流186A。 2）UPS額定負載輸入電流：I入載=S*1000/(1.732*U線* cos入*K)=80*1000/(1.732*380*0.98*0.94)=132(A) 3)蓄電池額定負載放電直流電流：I直放=S*1000/(N*U* cos入*K)=80*1000/(32*12*0.98*0.94)=227(A) 4）蓄電池補充電交流輸入電流：I充交=N*U* I直放*10%/(1.732* U線* cos入*K)=32*12*227*10%/(1.732*380*0.98*0.94)=15(A) 5）UPS輸入電流、開關與電纜： I入=I入載+ I充交=132+15=147（A）空氣開關選擇200A/3P,電纜選擇RVVZ-4*120+70mm21條，額定電流230A?？偪諝忾_關選擇225（250*0.9）A/3P,電纜選擇RVVZ-4*120+70mm21條，額定電流230A。正常情況下此UPS配備的電池可以后備時間2個小時以上，因為雙機并聯(lián)時每臺UPS的負載率最大為50%，而后備時間1小時是按1臺UPS故障時，另外一臺UPS負載率100%時設定的。例二，設計一套三機單母線雙組合供電的高頻機UPS系統(tǒng)。1、 UPS系統(tǒng)的額定容量設備負載的功率與功率因數(shù)：負載P=240（KW），輸出功率因數(shù)cos出=0.8，選定的UPS最佳負載率=80%，算出UPS需要的額定容量（S）。公式：S=P/cos出/=240/0.8/80%=375(KVA)2、 UPS的實際選擇根據UPS的組合方式，確定UPS的臺數(shù)與UPS的實際容量。設定三機單母線UPS負載雙機組合供電，每臺UPS正常工作時分擔的負載率，為一臺UPS額定負載的2/366%，選擇3臺UPS，減去1臺故障備機計算單臺容量，S=375/2=187.5（KVA），實際選擇3臺S=200（KVA）的UPS。3、 電池電壓與容量后備時間設定T=1(H)；200KVA某高頻機UPS電池電壓U=20*12=240（V）。公式：電池容量Q=S*T*cos出/(*cos入*K*N*U)式中：S=200（KVA），T=1(H)；cos出=0.8，蓄電池1小時放電系數(shù)=0.6，cos入=0.98，UPS逆變效率K=0.94，蓄電池只數(shù)N=2*20=40(只)，單只蓄電池電壓U=12(V)。電池容量：Q=S*T*cos出/(*cos入*K*N*U)=200*1000*1*0.8/(0.6*0.98*0.94*40*12)=603（AH）。 擬選200AH/20*12V蓄電池組，603/2003，可以選擇配備200AH/20*12V蓄電池3組配備一臺UPS。 4、空氣開關與電纜 1）UPS輸出電流、開關與電纜：I出=S*1000/(1.732* U線)=200*1000/(1.732*380)=304(A) 空氣開關選擇350A/3P,電纜選擇RVVZ-4*250+120mm21條，額定電流371A。 2）UPS額定負載輸入電流：I入載=S*1000/(1.732*U線* cos入*K)=200*1000/(1.732*380*0.98*0.94)=330(A) 3)蓄電池額定負載放電直流電流：I直放=S*1000/(N*U* cos入*K)=200*1000/(40*12*0.98*0.94)=453(A) 4）蓄電池補充電交流輸入電流：I充交=N*U* I直放*10%/(1.732* U線* cos入*K)=40*12*453*10%/(1.732*380*0.98*0.94)=36(A) 5）UPS輸入電流、開關與電纜： I入=I入載+ I充交=330+36=366（A）空氣開關選擇400A/3P,電纜選擇RVVZ-4*120+70mm22條，額定電流2*230=460A。總空氣開關選擇440（630*0.7）A/3P,電纜選擇RVVZ-4*120+70mm22條，額定電流2*230=460A。正常情況下此UPS配備的電池可以后備時間1.5個小時以上，因為三機組合時每臺UPS的負載率最大為66%，而后備時間1小時是按1臺UPS故障時，另外2臺UPS負載率100%時設定的。附圖1、2：例一、例二題中兩種組合UPS的結線系統(tǒng)與外部電路參數(shù)圖。 例三，設計一套四機（5+1模塊）并聯(lián)供電的模塊機UPS系統(tǒng)。1、 UPS系統(tǒng)的額定容量設備負載的功率與功率因數(shù)：負載P=288（KW），輸出功率因數(shù)cos出=0.9，選定的UPS最佳負載率=80%，算出UPS需要的額定容量（S1）。公式：S1=P/cos出/=288/0.9/80%=400(KVA)2、 UPS的實際選擇根據UPS的組合方式，確定UPS的臺數(shù)與UPS的實際容量。設定四機并聯(lián)UPS，每臺UPS采用（5+1）20KVA模塊6塊，其中1塊備用模塊，正常工作時每臺UPS分擔的負載率，為一臺UPS額定負載的5/683%， S1=400/4=100（KVA），加備用模塊實際選擇4臺S=6*20=120（KVA）的UPS。3、 電池電壓與容量后備時間設定T=1(H)；120KVA某模塊機UPS電池電壓U=20*12=240（V）。公式：電池容量Q=S*T*cos出/(*cos入*K*N*U)式中：S=120（KVA），T=1(H)；cos出=0.9，蓄電池1小時放電系數(shù)=0.6，cos入=0.98，UPS逆變效率K=0.94，蓄電池只數(shù)N=2*20=40(只)，單只蓄電池電壓U=12(V)。電池容量：Q=S*T*cos出/(*cos入*K*N*U)=120*1000*1*0.9/(0.6*0.98*0.94*40*12)=407（AH）。 擬選200AH/20*12V蓄電池組，407/2002，可以選擇配備200AH/20*12V蓄電池2組配備一臺UPS。 4、空氣開關與電纜 1）UPS輸出電流、開關與電纜：I出= S*1000/(1.732* U線)=120*1000/(1.732*380)=182(A) 空氣開關選擇200A/3P,電纜選擇RVVZ-4*120+70mm21條，額定電流230A。 2）UPS額定負載輸入電流：I入載=S*1000/(1.732*U線* cos入*K)=120*1000/(1.732*380*0.98*0.94)=198(A) 3)蓄電池額定負載放電直流電流：I直放=S*1000/(N*U* cos入*K)=120*1000/(40*12*0.98*0.94)=271(A) 4）蓄電池補充電交流輸入電流：I充交=N*U* I直放*10%/(1.732* U線* cos入*K)=40*12*271*10%/(1.732*380*0.98*0.94)=22(A) 5）UPS輸入電流、開關與電纜：I入=I入載+ I充交=198+22=220（A）附圖3：例三題中模塊機UPS的結線系統(tǒng)與外部電路參數(shù)圖。空氣開關選擇250A/3P,電纜選擇RVVZ-4*185+95mm22條，額定電流288A。總空氣開關電流I總=4* I入=4*220=880（A），總空氣開關選擇1000A/3P,電纜選擇RVVZ-4*240+120mm23條，額定電流3*342=1026A。正常情況