UPS容量选择与蓄电池的配备

1、UPS容量选择与蓄电池的配备刘叙义（国脉通信规划设计XXX） 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

2、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的电源制式有单相输出与三相输出两种，小功率单相UPS一般为单机独立工作。大功率三相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（S）、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（Q）、电压（U）、后

3、备时间（T1）、放电系数（）、电池补充充电设置时间（T2）。用电设备的基本参数有功率（P）、输出功率因数（cos出）。蓄电池补充充电电流一般按UPS电池容量的10%即T2=10小时设置。表1：蓄电池不同放电率时的放电容量系数（）时间:T1-小时放电率1086543210.70.5系数:-放电容量系数10.960.920.850.80.750.680.60.50.41+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

4、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蓄电池的容量配备,采用例题计算方式讲述不同种类UPS的设计方法。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）。UPS额定容量：S=Pcos*=500.8×80%=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

5、，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T1=1(H)，80KVA某品牌工频机UPS电池电压U=32*12=384（V）。电池容量公式: Q=S*T1*cos出*cos入*K*N*U式中：S=80（KVA），T1=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*T1*cos出*cos入*K*N*U=80×1000×1×0.80.6×O.98×O.94

6、15;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UPS输出电流：I=S*10003 *U线=80×10001.732×380=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*10003 *U线*cos入*K=80×10001.732×380×0.98×0.94=132（A）3) 蓄电池额定

7、负载放电直流电流：I直放=S*1000N*U*cos入*K=80×100032×12×0.98×0.94=226（A） 电池单组最大放电电流226/2=113(A)，空气开关选择160A/4P（3台）两极串联,电缆选择RVVZ-1*50mm22条，额定电流204A。电池组总空气开关选择250A/4P，电缆选择RVVZ-1*95mm22条，额定电流272A。4) 蓄电池补充电交流输入电流：I充交=N*U*I直放*T13 *U线*T2*cos入*K=32×12×226×11.732×380×10×0

8、.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

9、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=Pcos出*=2400.8×80%=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T1=1(H)；200KVA某高频机UPS电池电压U=&#

10、177;20*12=±240（V）。公式：电池容量Q=S*T1*cos出*cos入*K*N*U式中：S=200（KVA），T1=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*T1*cos出*cos入*K*N*U=200×1000×1×0.80.6×O.98×O.94×40×12=603(Ah) 拟选200AH/±20*12V蓄电池组，603/2003，可以选择配备

11、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=S*10003 *U线=200×10001.732×380=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*10003 *U线*cos入*K=200×10001.732×380×0.98×0.94=330（A）3) 蓄电池额定负载放电直流电流：I直放=S*1000N*U*cos入*K=200×100040&

12、#215;12×0.98×0.94=453（A）电池单组最大放电电流453/2=227(A)，空气开关选择250A/4P（3台）两极串联,电缆选择RVVZ-1*95mm23条，额定电流272A。电池组总空气开关选择500A/4P，电缆选择RVVZ-1*240mm23条，额定电流552A。4) 蓄电池补充电交流输入电流：I充交=N*U*I直放*T13 *U线*T2*cos入*K=40×12×453×11.732×380×10×0.98×0.94=36（A）5) UPS输入电流、开关与电缆：I入=I入载+I充

13、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。表2：RVVZ-0.6/1KV聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套阻燃软电缆(70)眀敷载流量（环境25）截面（mm2）2.54610162535507095120150185240单芯(A)2432447297132162204253272356410465552双芯(A)2230416183116139175214239312356393三芯(A)

14、2129395376105125159195216284318356422四芯(A)202837486896114144179204256289320380五芯(A)192735446287104131163186230260288342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。图1：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=

15、310（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：S=Pcos出*=2880.9×80%=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， UPS采用20KVA模块，其中1块备用模块，S1=400/4=100（KVA），实际选择4台S=6*20=120（KVA）的UPS。正常工作时每台UPS分担的最大负载率，为一台UPS额定负载的5/683%。3、 电池电压与容量后备时间设定T1=1(H)；120KVA某模块机UPS电池电压U=±20*12

16、=±240（V）。公式：电池容量Q=S*T1*cos出*cos入*K*N*U式中：S=120（KVA），T1=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*T1*cos出*cos入*K*N*U=120×1000×1×0.90.6×O.98×O.94×40×12=407(Ah) 拟选200AH/±20*12V蓄电池组，407/2002，可以选择配备200AH/

17、77;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=S*10003 *U线=120×10001.732×380=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*10003 *U线*cos入*K=120×10001.732×380×0.98×0.94=198（A）3) 蓄电池额定负载放电直流电流：I直放=S*1000N*U*cos入*K=120×100040×12

18、15;0.98×0.94=271（A）电池单组最大放电电流271(A)，空气开关选择300A/4P（2台）两极串联,电缆选择RVVZ-1*120mm23条，额定电流356A。电池组总空气开关选择350A/4P，电缆选择RVVZ-1*120mm23条，额定电流356A。4）蓄电池补充电交流输入电流：I充交=N*U*I直放*T13 *U线*T2*cos入*K=40×12×271×11.732×380×10×0.98×0.94=22（A） 5）单机UPS输入电流、开关与电缆：I入=I入载+I充交=198+22=220（A

19、）空气开关选择250A/3P,电缆选择RVVZ-4*185+95mm22条，额定电流288A。总UPS输入电流：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。正常情况下此UPS配备的电池可以后备时间1.1个小时以上，因为四机并联时每台UPS的负载率最大为83%，而后备时间1小时是按每台UPS负载率100%时设定的。图2：例三题模块机、例四（五）单相工频UPS的结线系统与外部电路参数图例四，设计一台小型的工频机单机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

20、P=500（W），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）。S=Pcos*=5000.8×80%=781(VA)2、 UPS的实际选择根据UPS的型号确定UPS的实际容量。选择1台S=1（KVA）的UPS。3、 电池电压与容量后备时间设定T1=0.5(H)，1KVA某品牌工频机UPS电池电压U=3*12=36（V）。Q=S*T1*cos出*cos入*K*N*U公式：电池容量Q=S*T1*cos出/(*cos入*K*N*U)式中：S=1（KVA），T1=0.5(H)；cos出=0.8，蓄电池1小时放电系数=0.4，cos入=0.98，

21、UPS逆变效率K=0.94，蓄电池只数N=3 (只)，单只蓄电池电压U=12(V)。电池容量：Q=S*T1*cos出*cos入*K*N*U=1×1000×0.5×0.80.4×O.98×O.94×3×12=30(Ah) UPS配备30AH/3*12V蓄电池1组。例五，设计一台后备时间12小时的小型的工频机单机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=500（W），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）。S=Pcos*=5000.8×

22、80%=781(VA)2、 UPS的实际选择根据UPS的型号确定UPS的实际容量。选择1台S=1（KVA）的UPS。3、 电池电压与容量后备时间设定T1=12(H)，1KVA某品牌工频机UPS电池电压U=3*12=36（V）。Q=S*T1*cos出*cos入*K*N*U公式：电池容量Q=S*T1*cos出/(*cos入*K*N*U)式中：S=1（KVA），T1=12(H)；cos出=0.8，蓄电池1小时放电系数=1，cos入=0.98，UPS逆变效率K=0.94，蓄电池只数N=3 (只)，单只蓄电池电压U=12(V)。电池容量：Q=S*T1*cos出*cos入*K*N*U=1×100

23、0×12×0.81×O.98×O.94×3×12=289(Ah)拟选100AH/3*12V蓄电池组，289/1003，UPS需要配备100AH/3*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=S*1000U相=1×1000220=5（A） 空气开关选择10A/2P,电缆选择RVVZ-3*2.5mm21条，额定电流21A。 2）UPS额定负载输入电流：I交载=S*1000U相*cos入*K=1×1000220×0.98×0.94=5（A） 3)蓄电池额定负载放电直流电流：I直内=S*1000N*U*cos入*K=1×10003×12×0.98×0.94=30（A） 电池单组最大放电电流30/2=15(A)，额定电流30A。电池组总空气开关选择40A/2P，电缆选择RVVZ-1*6mm22条，额定电流44A。4）蓄电池补充充电外挂充电器直流输出电流：蓄电池补充充电电流按UPS电池容量的10%即T2=10小时设置。I直外=I直内*T1T2*cos入*K=30×1210×0.98×0.94=39（A）空气开关选择50A/2P，电缆选择RVVZ-1*10mm22条，