浅谈隔离变压器的性能及其在UPS供电系统中的作用.doc

浅谈隔离变压器的性能及其在UPS供电系统中的作用来源：机房360 作者：张光明 韩林 更新时间：2010/11/5 16:57:33 摘要：这里讲的隔离变压器指的是工作在5OHz频率下的工频变压器，在UPS供电系统中，隔离变压器是一个主要部件。视UPS电路结构的不同和供电系统环境的差别，隔离变压器的功能和设置方法也不尽相同，所以并不能一概而论地在UPS供电系统中都配置隔离变压器。隔离变压器的性能及其在UPS供电系统中的作用这里讲的隔离变压器指的是工作在5OHz频率下的工频变压器，在UPS供电系统中，隔离变压器是一个主要部件。视UPS电路结构的不同和供电系统环境的差别，隔离变压器的功能和设置方法也不尽相同，所以并不能一概而论地在UPS供电系统中都配置隔离变压器。我们首先要了解隔离变压器的功能以及它在WS供电系统中的作用，然后才能决定在什么情况下不用隔离变压器、什么情况下必须配置隔离变压器隔离变压器在UPS供电系统中的功能在UPS供电系统中之所以耍配置隔离变压器，有些是皿S设备本身要求的，变压器是哑心路的一个重要的组成部分;有的是为了改善系统供电质量而设置的;还有的是为了电网与负载设备要求的电压置式之间的匹配而设置的。(1)UPS输入12相整流必须配置隔离变压器当UPS是传统双变换在线式时，由于其输入的AC/DC变换是可控整流电路，输入功率因数低，而输入电流谐波成份高。对于三相输入6脉冲整流而言，输入功率因数在0.8左右，输入谐波成分在30以上，对电网形成严重的污染，降低电网能量的利用率，同时要求增大系统配置的功率容量和设备成本。为了改善传统双变换UPS对电网污染的问题，最早采用的电路措施是改6脉冲整流为12脉冲整流，由于脉冲个数增加一倍，同时在输入端增加相应的滤波器后，可有效地将其输入功率因数提高到0.95，将输入电流谐波成份降到10以下，但这一改进措施要求增加一个隔离变压器和相应的滤波器由于12脉冲整流用的隔离变压器体积大，很重，通常是附加一个单独的机柜，所以UPS生产厂商只作为UPS的可选件向用户提供。(2)输出DC/AC全桥逆变器需要隔离变压器当UPS的DC/AC逆变器由全桥电路组成时，输出端必须加隔离变压器，该变压器在传统双变换UpS电路结构中的主要功能有两个:一是在电压的两次变换中完成升压功能，保证在电网电压下限和输出满负荷的情况下，UPS能输出稳定的380V/220V额定电压;二是为传统双变换UPS全桥逆变器三相输出提供零线，以满足单相输入电源负载的供电要求。所以输出隔离变压器是传统双变换UPS电路结构的必备的组成部分。有关输出变压器在传统双变换叨，S中的功能请看本书第2章第4节(3)配电系统零一地电位差超过要求时需要加隔离变压器在计算机机房供电系统中，交流电输入零线和机房地线存在着零一地电位差，这是一种常见的现象。当机房中存在零一地电位差时，说明该机房的配电和零地系统有问题。目前我国主要采用三相四线制或者三相五线制配电系统，适用三相负荷比较均衡丑单相负荷较小的场所。在这样的系统中，零线和保护地除在电力变压器中点共同接大地外，在机房中两线没有任何电气连接。如果系统中存在一定数量的单相负荷，就难以实现三相负荷平衡，零线上的不平衡电流。上线路中存在着开关电源或整流器产生的高次谐波(主要是三的整数倍次)电流及荧光灯引起的高次谐波电流等，都会在零线上叠加，且由于各负载用电量变化和用电的不同时性，使得零线中电流时大时小，极不稳定，造成零点接地电位不稳定漂移，不但使设备外壳带电，对人身不安全，而且由于电位基准点上叠加了漂移电位，从而使以其为基准电位的电子设备受到噪声电压的千扰，工作不稳定。在三相供电接地系统中，如果供电系统所在地距离变压器中线接地点较远，可在系统所在地重复接地，形成一个新的TN-S供电系统。在计算机机房供电系统中，当由于系统内部某些设备的工作状态而产生零一地电位差时，通常不允许采用重复接地的办法加以解决。如果在关键的设备前面把已存在零一地电位差的零线硬性接地，迫使该处的零线电位保持零电位，其结果是在电力配电进线点(输入配电柜)到重复接地点之间，形成零线与地线并联，零线中本已存在的电流将按阻抗的大小在零线与地线中重新分配，地线中一且有电流流过，必然会影响到整个接地系统，加大接地系统形成的干扰，特别是加大了同一供电系统中的各个屯子设备之间的相互干扰，造成整个系统各用电设备工作都不稳定。在三相五线供电系统中，零线中存在电流是不可避免的，而零一地电位差则反映了配电和接地系统的质量，设想如果系统中零线导体的截面足够大，使其传输阻抗接近零，那么，同样的零线电流在这样的接地系统中形成的零一地电位差就会大大减小。所以一些电子设备厂商就以零一地电位差做为衡量配电和接地系统的标准。用无限加大零、地线截面的方法是很困难的，且效果也很难达到理想的要求。解决供电系统零一地电位差最有效的办法是在关键的电子设备前加隔离变压器。此隔离变压器可以是为此设备供电的电源设备的一部分，可以是被供电设备的一部分，即带变压器输入的电子设备，也可以在被供电设备前附加一个隔离变压器。用此方法可从根本上解决零地电压差的问题，同时又不对整个供电系统质量产生影响。责任编辑：小鱼浮充电压与电池放电深度对UPS电池使用影响分析来源：机房360 作者：机房360 更新时间：2010/11/5 16:37:35 摘要：由于用于UPS的蓄电池(包括机内和机外)绝大部分时间是处于电压浮充状态，浮充电压选择得当与否，会对蓄电池使用寿命产生极大的影响。浮充电压选择得太高，会增大浮充电流。由于电池内阻很小，对于单体(2.0V)电池而言，通常浮充电压升高0.lV，浮充电流会增加近10倍，这不但会增加电池析气量、加速电池失水，而且还会加大正板删的腐蚀速度，会严重缩短电池使用寿命。浮充电压对电池实际可用容量及寿命的影响 由于用于UPS的蓄电池(包括机内和机外)绝大部分时间是处于电压浮充状态，浮充电压选择得当与否，会对蓄电池使用寿命产生极大的影响。浮充电压选择得太高，会增大浮充电流。由于电池内阻很小，对于单体(2.0V)电池而言，通常浮充电压升高0.lV，浮充电流会增加近10倍，这不但会增加电池析气量、加速电池失水，而且还会加大正板删的腐蚀速度，会严重缩短电池使用寿命。若浮充电压选得太低，则会降低充电电流，使电池容量不能保证在充满状态，一旦较长时间向负载供电后，则往往会使电池来不及充电，尤其是电网供电不正常的地区，这种影响更为重要。 各种型号的蓄电池浮充电压额定值不尽相同，大致在2.23一2.30，在选择浮充电压时，应使最大浮充电流不1%C10(A)，一般为2nA/Ah。前面已讲到，蓄电池所允许的浮充电压的阂值是随着环境温度的升高而降低的，这就要求UPS所给出的浮充电压应随环境温度而有容量;变化，表5-4给出了不同温度下的浮充电压值，可供参考。 在环境温度变化大的场合，应采用带温度补偿的充电设计方案，事先将电池的典型浮充电压一温度关系曲线存储在微处理器的EPROM中，再利用配置在电池柜中的温度传感器所测得的电池组的实际温度信号来实时自动调整电池的浮充电压，从而将电池组置于最佳的浮充电压工作状态，实现温度补偿功能，这显然有利于提高电池使用寿命。表5-5所示为环境温度对电池使用寿命的影响，以及温度补偿可延长使用寿命的作用(所测电池的预期使用寿命为10年)。 从表5-5可以看出，随着环境温度的升高，电池的使用寿命会大幅度下降，充电器带温度补偿功能以后，对延长电池使用寿命的作用是很明显的。 电池放电深度对实际可供容量和寿命的影响 电池被深度放电是造成电池使用寿命被缩短的另一个重要的原因。这种情况极易发生在电池的自动关机保护电路是采用具有固定的电池电压过低自动关机阅值设计案的叨B中，当这种UPS被配置成长延时UPS供电系统，而且它的实际负载量较小时，一且市电掉电，电池就会被深度放电。为说明这个问题，可参看图5-1中的1C、0.6C、O.2C、0.4C、0.05C等S种不同放电率下的放电曲线。放电率高时(例如1C)，允许的临界放电电压低(例如7.8V)，放电率低时(0.05C)，允许的临界放电电压高(10.5V)，如果UPS设计的电池电压过低自动关机闽值的固定电压为10.OV，则对于1C和0.6C而言，当放电电压降到(10.0V)时，就被电池电压过低自动关机而强迫关机，电池能量并没有降到临界放电电压值，属于电池正常放电，对电池使用寿命不会造成不良影响，但电池容量不能被充分利用，很可能出现电池后备时间不够的现象。而对于0.2C、0.1C、0.05C等3条曲线前言，当放电电压降到10.0V时，都超过了电池容许的临界放电电压值，而且放电率愈小，超过部分越大，使电池进入深度放电，这必然会造成电池过早失效报废。 为了能最大限度地获得最长的安全放电时间又不会造成电池被深度放电，关健是让电池电压过低自动关机电压的闽值能随负载量的大小而自动调整，并便它始终高于在该放电率下所容许的临界放电电压值。这可通过UPS电池管理系统予以解决。 定时自动关机 市电停电后，如果因实际负荷低于UPS的额定负荷，电池组会因放电电流较小而使放电时间超过原设计的满载后备供电时间时，叨?S电池管理系统预先设置了所容许的最长放电时间，通常是按满载放电电流与实际放电电流的比例，便允许的放电时间按同样的比例委满载供电时间。当电池放电时间达到允许最长放电时间时，不管电池组是否还有足够的容量可供使用，UPS都执行关机操作，这样就可以有效地防止电池组的深度放电。 按放电时间自动调整关机电压值 根据电池配置所确定的满载供电时间，分阶段调整电池电压过低自动关机电压的阀值。例如，当电池放电时间30min时，它的电池电压过低自动关机电压的阅值定为1.67V;当电池放电时间30min而6Omin时，它的电池电压过低自动关机电压的阀值定为1.75V;当电池放电时间6Omin时，它的电池电压过低自动关机电压的阅值定为1.83V。 电池电压过低自动关机电压的闽值随负载电流的变化而自动调整 在UPS微处理器的EPROM内存储有一条典型的与电池放电时间对应的电池电压过低自动关机电压阅值的变化曲线，可保证在任何电池放电时间、任何负载量条件下，实际的电池自动关机电压的闽值始终高于其对应的允许临界放电电压值。 责任编辑：handsome大型UPS电源安装系统接地摘要：设备的保护接地:各种电气设备的金属外壳、线路的金属管、电缆的金属保护层、安装电气设备的金属支架等，由于导体的绝缘损坏可能带电，为防止这些不带电金属部分发生过大的对地电压危及人身安全面设置的接地，称为保护接地国际标准要求电力系统采取两类保护措施以防止人身受到电流的危害: (1)防止直接触电，目的是避免人体与带电体的直接的接触。 (2)防止间接触电，目的是避免人体与外露导电零部件之间的间接接触，因为这些外露导电零部件偶尔会由于绝缘的损坏而带电。 1.常用的接地可分为以下几种 (1)系统接地:在电力系统中将某一适当的点与大地连接，称为系统接地或称为工作接地，如变压器中性点接地，零线重复接地等。 (2)设备的保护接地:各种电气设备的金属外壳、线路的金属管、电缆的金属保护层、安装电气设备的金属支架等，由于导体的绝缘损坏可能带电，为防止这些不带电金属部分发生过大的对地电压危及人身安全面设置的接地，称为保护接地。 (3)防雷接地:为了便雷电流安全向大地泄放，以保护被击建筑物或电力设备采取的接地。 (4)屏蔽接地:一方面是为了防止外来电磁波的干扰和侵入，造成电子设备的误动作或通信质量的下降;另一方面是为了防止电子设备产生的高频能向外部泄放，需将线路的滤波器、变压器的静电屏蔽层、电缆的屏蔽层或室内的屏蔽网等进行接地。 (5)等电位接地:系统电子设备的金属部分不应存在电位差，因此要把这些金属部分相互连接起来成为等电位体并予以接地，称为等电位接地。 (6)逻辑接地:在电子设备中的信号放大器、混频器、逻辑电路等统一基准电位接地。目的是不致引起信号量的误差。 2.工作零线的多点重复接地问题 变压器中性点接地后，由中性点引出的接地的中性线称为工作零线。当-相四线电力线路的工作零线由于某种原因断线而负载又不平衡时，将造成零线断点以后的三相电压不平衡。如图72所示，零线断线后，当的R1=为无负载(空载)、Rz注R3时，此线电压几乎完全加于负载R2上，而使负载过电压造成设备烧坏。如果将工作零线进行重复接地，则中性点的对地电位将大大减小，对T作零线应实行多点重复接地，其每点重复接地电阻值取lO。 3.保护地接零线 在变压器中性点接地的电力网中，把电气设备的正常不带电的金属外壳与电网的零线连接起来称为保护地接零线，如图73所示。 当某一相带电部分碰机壳时，通过设备的外壳形成相线对零线的单相短路，该短路电流足以使线路上的保护装置迅速动作，如交流220V可在0.03s，内切断电源。保护接零方式主要是作为相线碰机壳保护。应注意的是:保护接零是依靠相一零回路的短路电流动作为路闸(熔断丝或自动开关脱扣)。一般短路电流需大于熔体电流的4倍。 采用自动开关保护时，f路电流应大于瞬时脱扣器整定电流的1.5倍。为此，采用保护接零时，保护接零线的截