UPS的选择与电池配备.doc

UPS的选择与电池配备刘叙义（国脉通信规划设计有限公司） UPS的中文名字叫做交流不间断电源，广泛应用于数据通信、银行、冶金、化工等行业，广泛应用于大型自动化不允许设备停电或断电的企业。顾名思义，交流不间断电源与我们常用交流电源的区别在于不断电，不断电要依赖于UPS系统中配备了蓄电池的蓄电与放电功能来实现。 合理地选择UPS的容量和工作方式，是UPS能实现不间断供电的重要保障。容量配置过大，浪费设备资源。工作方式不对、容量配置过小，又不能满足设备对不间断电源供电的安全要求。 合理地配备蓄电池的容量，是UPS经济运行和对负载设备不间断供电的重要保障。容量配置过大，蓄电池不能被充分利用，浪费了UPS资源或造成蓄电池充电不足过早报废。容量配置过小，又不能满足设备对电源后备时间的要求，仍然可能出现不间断电源的断电。UPS的电源制式有单项输出与三项输出两种，小功率单项UPS一般为单机独立工作。大功率三项UPS有单机、双机串并联，三机、N+1组合等多种工作方式。为了保障UPS的供电可靠性，一般常用双机、三机UPS组合配置方式工作。UPS的类型有工频机、高频机与模块机，它们的结构不同电池结线也有区别。我们主要探讨是基本的UPS选择方法与电池配备方法及开关、电缆的配置方法。UPS的参数有容量（KVA）、负载率（）、输入功率因数（cos入）、效率（K）。蓄电池的基本参数有容量（AH）、电压（V）、后备时间（H）、放电系数（）。用电设备的基本参数有功率（W）、输出功率因数（cos出）。1+1并联冗余系统UPS，双机并联工作，每台UPS的负载率最大规定为额定容量的50%，所以当一台UPS故障，另一台UPS也可以完全负担全部的系统供电。单机三总线UPS系统，负载采用两两组合方式供电，每台UPS的负载率最大规定为其额定容量的66%，所以当一台UPS故障，另外两台UPS也可以完全负担全部系统的供电。采用恒功率法计算UPS蓄电池的配备容量。例一，设计一套通信机房的1+1并联冗余工频机UPS系统。1、 UPS系统的额定容量设备负载的功率与功率因数：负载P=50（KW），输出功率因数cos出=0.8，设定的UPS最佳负载率=80%，算出UPS需要的额定容量（S）。公式：S=P/cos出/=50/0.8/80%=78(KVA)2、 UPS的实际选择根据UPS的组合方式确定UPS的台数与UPS的实际容量。选定双机1+1并联UPS，每台UPS正常工作时分担的负载率，为一台UPS额定负载的50%，选择2台S=80（KVA）的UPS。3、 电池电压与容量后备时间设定T=1(H)，80KVA某品牌工频机UPS电池电压U=32*12=384（V）。公式：电池容量Q=S*T*cos出/(*cos入*K*N*U)式中：S=80（KVA），T=1(H)；cos出=0.8，蓄电池1小时放电系数=0.6，cos入=0.98，UPS逆变效率K=0.94，蓄电池只数N=32(只)，单只蓄电池电压U=12(V)。电池容量：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）。 拟选100AH/32*12V蓄电池组，302/1003，每台UPS配备100AH/32*12V蓄电池3组。4、 空气开关与电缆 1)UPS输出电流、开关与电缆：I出=S*1000/(1.732* U线)=80*1000/(1.732*380)=122(A) 空气开关选择160A/3P,电缆选择RVVZ-4*95+50mm21条，额定电流186A。 2）UPS额定负载输入电流：I入载=S*1000/(1.732*U线* cos入*K)=80*1000/(1.732*380*0.98*0.94)=132(A) 3)蓄电池额定负载放电直流电流：I直放=S*1000/(N*U* cos入*K)=80*1000/(32*12*0.98*0.94)=227(A) 4）蓄电池补充电交流输入电流：I充交=N*U* I直放*10%/(1.732* U线* cos入*K)=32*12*227*10%/(1.732*380*0.98*0.94)=15(A) 5）UPS输入电流、开关与电缆： I入=I入载+ I充交=132+15=147（A）空气开关选择200A/3P,电缆选择RVVZ-4*120+70mm21条，额定电流230A。总空气开关选择225（250*0.9）A/3P,电缆选择RVVZ-4*120+70mm21条，额定电流230A。正常情况下此UPS配备的电池可以后备时间2个小时以上，因为双机并联时每台UPS的负载率最大为50%，而后备时间1小时是按1台UPS故障时，另外一台UPS负载率100%时设定的。例二，设计一套三机单母线双组合供电的高频机UPS系统。1、 UPS系统的额定容量设备负载的功率与功率因数：负载P=240（KW），输出功率因数cos出=0.8，选定的UPS最佳负载率=80%，算出UPS需要的额定容量（S）。公式：S=P/cos出/=240/0.8/80%=375(KVA)2、 UPS的实际选择根据UPS的组合方式，确定UPS的台数与UPS的实际容量。设定三机单母线UPS负载双机组合供电，每台UPS正常工作时分担的负载率，为一台UPS额定负载的2/366%，选择3台UPS，减去1台故障备机计算单台容量，S=375/2=187.5（KVA），实际选择3台S=200（KVA）的UPS。3、 电池电压与容量后备时间设定T=1(H)；200KVA某高频机UPS电池电压U=20*12=240（V）。公式：电池容量Q=S*T*cos出/(*cos入*K*N*U)式中：S=200（KVA），T=1(H)；cos出=0.8，蓄电池1小时放电系数=0.6，cos入=0.98，UPS逆变效率K=0.94，蓄电池只数N=2*20=40(只)，单只蓄电池电压U=12(V)。电池容量：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）。 拟选200AH/20*12V蓄电池组，603/2003，可以选择配备200AH/20*12V蓄电池3组配备一台UPS。 4、空气开关与电缆 1）UPS输出电流、开关与电缆：I出=S*1000/(1.732* U线)=200*1000/(1.732*380)=304(A) 空气开关选择350A/3P,电缆选择RVVZ-4*250+120mm21条，额定电流371A。 2）UPS额定负载输入电流：I入载=S*1000/(1.732*U线* cos入*K)=200*1000/(1.732*380*0.98*0.94)=330(A) 3)蓄电池额定负载放电直流电流：I直放=S*1000/(N*U* cos入*K)=200*1000/(40*12*0.98*0.94)=453(A) 4）蓄电池补充电交流输入电流：I充交=N*U* I直放*10%/(1.732* U线* cos入*K)=40*12*453*10%/(1.732*380*0.98*0.94)=36(A) 5）UPS输入电流、开关与电缆： I入=I入载+ I充交=330+36=366（A）空气开关选择400A/3P,电缆选择RVVZ-4*120+70mm22条，额定电流2*230=460A。总空气开关选择440（630*0.7）A/3P,电缆选择RVVZ-4*120+70mm22条，额定电流2*230=460A。正常情况下此UPS配备的电池可以后备时间1.5个小时以上，因为三机组合时每台UPS的负载率最大为66%，而后备时间1小时是按1台UPS故障时，另外2台UPS负载率100%时设定的。附图1、2：例一、例二题中两种组合UPS的结线系统与外部电路参数图。 例三，设计一套四机（5+1模块）并联供电的模块机UPS系统。1、 UPS系统的额定容量设备负载的功率与功率因数：负载P=288（KW），输出功率因数cos出=0.9，选定的UPS最佳负载率=80%，算出UPS需要的额定容量（S1）。公式：S1=P/cos出/=288/0.9/80%=400(KVA)2、 UPS的实际选择根据UPS的组合方式，确定UPS的台数与UPS的实际容量。设定四机并联UPS，每台UPS采用（5+1）20KVA模块6块，其中1块备用模块，正常工作时每台UPS分担的负载率，为一台UPS额定负载的5/683%， S1=400/4=100（KVA），加备用模块实际选择4台S=6*20=120（KVA）的UPS。3、 电池电压与容量后备时间设定T=1(H)；120KVA某模块机UPS电池电压U=20*12=240（V）。公式：电池容量Q=S*T*cos出/(*cos入*K*N*U)式中：S=120（KVA），T=1(H)；cos出=0.9，蓄电池1小时放电系数=0.6，cos入=0.98，UPS逆变效率K=0.94，蓄电池只数N=2*20=40(只)，单只蓄电池电压U=12(V)。电池容量：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）。 拟选200AH/20*12V蓄电池组，407/2002，可以选择配备200AH/20*12V蓄电池2组配备一台UPS。 4、空气开关与电缆 1）UPS输出电流、开关与电缆：I出= S*1000/(1.732* U线)=120*1000/(1.732*380)=182(A) 空气开关选择200A/3P,电缆选择RVVZ-4*120+70mm21条，额定电流230A。 2）UPS额定负载输入电流：I入载=S*1000/(1.732*U线* cos入*K)=120*1000/(1.732*380*0.98*0.94)=198(A) 3)蓄电池额定负载放电直流电流：I直放=S*1000/(N*U* cos入*K)=120*1000/(40*12*0.98*0.94)=271(A) 4）蓄电池补充电交流输入电流：I充交=N*U* I直放*10%/(1.732* U线* cos入*K)=40*12*271*10%/(1.732*380*0.98*0.94)=22(A) 5）UPS输入电流、开关与电缆：I入=I入载+ I充交=198+22=220（A）附图3：例三题中模块机UPS的结线系统与外部电路参数图。空气开关选择250A/3P,电缆选择RVVZ-4*185+95mm22条，额定电流288A。总空气开关电流I总=4* I入=4*220=880（A），总空气开关选择1000A/3P,电缆选择RVVZ-4*240+120mm23条，额定电流3*342=1026A。正常情况