UPS配电系统设计

现代建筑电气MAE电气设计●No.12 VoL5 (Serial No.60) 2014UPS配电系统设计吴校军(广东省城乡规划设计研究院，广东广州510290)摘要:分析了不间断电源( UPS)的供电特点,介绍了UPS容量及输入、输出配电系统的相关计算方法。指出UPS在选择负载时,需考虑功率因数匹配的问题，再根据负荷性质和供电要求确定uPs容量及工作方式,以保证设备安全、稳定运行。吴校军(1970-),男，高级工程师,从事建关键词:不间断电源;配电系统;功率因数;有功功率筑电气设计方面的研:中图分类号: TU 852文献标志码: A文章编号: 1674-8417(2014)12-0015-04究。电流要求。在这种情况下,需要考虑增加供电设0引言备的容量,从而提高电流冲击能力。通常计算机不间断电源( Uninterruptible Power Supply,负载在开机时会产生超出平常多倍的大冲击电UPS)是针对计算机、通信设备控制系统等精密设流,因此在选择UPS容量时需要考虑负载波动及备而设计制造的可靠电源系统,适用于用电设备冲击余量,可适当增大UPS容量以抵御负载的波要求连续供电的场合。因其UPS供电设备的工作动,UPS容量(VA数):计算机负载容量(VA数)性质均为重要负荷,影响重大，所以对UPS配电系比值为1:0.7。统的设备选择和系统配置就显得尤为重要。对于某些特殊负载(如小型控制电机等),在配电系统设计首先需确定负荷是否适合以起动或工作过程中会产生很强的冲击电流,负载UPS作为保证电源,其次根据负荷性质和供电要容量瞬间升高数倍(高达6倍)。UPS装机容量求来确定UPS的容量和工作方式。在上述基础上还应进一步加大,以防止UPS自保本文针对UPS的工作特点,分析其容量的选退出,影响负荷工作。择和配电开关及导体的计算选型。不同负载的主要特性如表1所示。综合考虑设备性能、经济等因素,UPS一般1 UPS 的基本概念和工作特性不应带空调、激光打印机、复印机、日光灯、电动1.1峰值 因数的概念机等起动冲击电流较大的负载。峰值因数是指UPS输出电流的瞬时值峰值1.2UPS功率因数匹配与其有效值的比值,用来描述冲击电流的强度,UPS功率因数包括输人、输出两个参数值。是UPS的一一个特性参数。如果供电设备的峰值UPS输人功率因数的大小取决于UPS输人因数越高,表明设备抗冲击能力越强。通常UPS中国煤化工式。目前,大容量uPS的峰值因数为3:1,适合非线性负载在正常工作THCNMH G#,部分高端产品采用中的峰值因数要求。但当冲击能力较大时,UPSDelta变换式输人功率因数校正电路,其输人功率供电设备的3倍电流容量还不满足负载的瞬间|因数可以达到0.98以上。MAE现代建筑电气No.12 VolL.5 (Serial No.60) 2014●电气设计表1不同负 载的主要特性负载类型冲击电流电流失真功率因数峰值因数线性阻性负载及功率因数已补偿负载中等1.01.4带有电解电容的非线性高约0.72.0~2.8整流滤波型负载(计算机)线性感性负载(电机、空调)约0.8约1.4 .线性容性负载<1.0 .约1.4.UPS输出功率因数和所带设备的负载功率目前,市场上的UPS多为单值输出功率因因数是两个不同的参数。UPS输出功率因数表数UPS。示适应不同性质负载的能力,负载的功率因数变大多数传统的计算机、通信设备、控制系统化对UPS输人功率因数不产生影响(与一般的配等精密设备均采用开关电源作为主电源。根据电系统的容量计算不同)。UPS输出功率因数大负载性质的分析,计算机设备的输人功率因数为小取决于UPS逆变输出电路和等效电容器的大0.7。因此，多数UPS设计均采用输出功率因数小。传统UPS向非线性负载的供电原理图如匹配为0.7~0.8的参数,从而最大限度地发挥图1所示。UPS的带载能力。在功率因数匹配的情况下,即计算机负载的输人功率因数为0.7,而UPS标定-- 有功功事P的输出功率因数也为0.7时,负载的VA数与整流器[逆变器. 输出视在功率S无功功率QUPS的VA数比值为1:1。也就是说,1 VA容量的UPS在不考虑冲击、增容等余量因素时可带图1传统UPS向非线性负载的供电原理图1 VA的此类负载。逆变器后的等效电容值C出厂已确定,无功需要指出的是,部分UPS厂家宣称UPS输出功率因数为0~1,实际上这是片面的,例如交互功率为式UPS以及带有在线补偿功能的三端口式UPS,Q = 2πfCUUPS输出功率因数为cosq = P/S。所以，当有市电供电时可直接将负载通过变压器供电或通过补偿匹配UPS负载,此时可以匹配其他功UPS安装完毕,其输出功率因数也就确定了。对于单值输出功率因数UPS,当其所带设备率因数的负载;而当市电停电时,UPS失去补偿的负载功率因数和输出功率因数匹配时,UPS输功能,UPS输出功率因数匹配只能是一个数值,出最大容量;当其不匹配时,由于无功电流的影绝大多数厂家将该匹配点选在0.7左右。如果此时所带负载功率因数超出UPS带载能力范围，响, UPS实际输出有功功率将减小。当单值输出功率因数UPS所带设备为线性UPS将过载停机或出现更加严重的故障。因此，负载时,其输出有功功率会减少得更多。传统UPS在负载选择上需要考虑功率因数匹配的问题。UPS向线性负载的供电原理图如图2所示。2UPS容量选择逆变器输出有功功率中国煤化工逆变器.负载得到,应根据其自身特性考无功功率有功功率MHCNMHG虑贝何件山汞里、切军囚效匹配所需裕量等,同时根据所带负荷的运行要求适当考虑备用余量，图2传统UPS向线性负载的供电原理图其一般为应需装机容量的1.2~1.3倍。对于阻现代建筑电气MAE电气设计●No.12 VoL5 (Serial No.60) 2014性或感性的负载,应适当增大UPS容量。导线选择WL-YJY-4x35 +1 x16电缆;输出导线选择WL-YJY4x25 +1 x16电缆。3UPS装置配电容量确定UPS电源引人端应在UPS配电间内设置专对于配电系统,UPS装置配电线路的功率因用双电源自投配电箱,其负载侧应单独设置UPS数为UPS自身的输人功率因数,- - 般为0.80 ~专用配电盘,以方便对UPS及其保护的负载集0.99。在实际工程设计中，配电容量一般根据负中、可靠地进行控制。其出线断路器均采用三相荷总容量计算，应考虑UPS的功率因数匹配特四极、单相二极。性效率、备用余量等因素。5 UPS 工作方式4计算实例UPS工作方式一般分为后备式、在线式和在某计算机设备安装总容量为10 kW , cosp =线互动式。一般采用UPS配电的设备对供电连0.7,UPS的输人功率因数为0.9,输出功率因数续性均有很高的要求。在线式UPS的价格和运为0.7。按匹配特性,UPS容量为行维护费用虽然较高,但仍然是设计主选。S=10/0.7=14.286 kVA对于重要的负荷,应采用多台UPS主从并联考虑UPS效率取0.85,备用余量取1.2,则热备份方式。从UPS的输出连接到主UPS的静UPS容量为态旁路开关,正常情况下主UPS承担100%负载,S = 10x1.2/(0.7 x0.85) = 20.17 kVA当主UPS故障或市电停电且电池放完时,自动切UPS输出电流为换到从UPS。该方式供电可靠、系统构成简单、I2 =S/√3U =20. 17/1.32 x0.38 = 30.65 A维护方便,缺点是主、从UPS须定期轮换使用,一所以，UPS交流输出(380V)断路器电流可次投资额较大。选取40 A或50 A。6UPS电源电池容量的选择UPS输入电流1=(1.3~1.5)2,可取I =1.35/2=1.35 x30.65=41 AUPS电池容量、放电时间可根据设备的使用因此,UPS交流输人(380V)断路器电流可需要合理确定。一般业主直接对供货商提出具选取50 A或63 A。体参数要求，由供货商配套,且参数均大于相关因UPS所带负载(计算机开关电源是整流型规范的要求。负载)为微感性的负载,其起动电流较大,所以断7复值输出功率因数UPS的发展路器的脱扣曲线应选择D类(10 ~ 20倍额定电流脱扣) ,其极数为四极。如果使用负荷隔离开随着电子技术的发展、环境保护法的逐步推关或带熔断器的负荷隔离开关,在选取开关和熔广,非线性的负载将逐步向线性化发展。单值输断器时,其额定电流也要大于最大输人电流和最出功率因数UPS适应负载特性的能力差,用户很大输出电流。为消除共模干扰,UPS内部中性难做到负载与UPS的匹配。复值输出功率因数线相线对地之间都增加了滤波电容,开机时电UPS解决这一问题。复值输出功率因数UPS供容的充电电流较大且直通大地，中性线、相线对电原理图如图3所示。地都有电流。所以,UPS前级及负载回路均不设逆变器输出功率剩余电流保护断路器。中国煤化工{逆变器一一负载断路器的额定运行分断能力需求:--般小型MHCNM HG功功半UPS为6kA或10 kA,大、中型UPS在30kA以上。UPS输人、输出导线的选取应考虑设备中图3复 值输出功率因数UPS供电原理图3次谐波电流的影响,均采用五芯电缆,其中输人|MAE现代建筑电气No.12 VolL.5 (Serial No.60) 2014●电气设计图3中,逆变器作为电流通道,不但通过有功电流也通过无功电流。只要逆变器输人端有足够的无功容量,就可满足有功功率为有效功率的输出要求,能极好地适应负载的变化,匹配负参考文献1载特性。复值输出功率因数UPS的输出功率因数为0.6~1.0。[1] 王其英,何春华. UPS供电系统综合解决方案[M].北京:电子工业出版社,2005.8结语2]修志刚,张慧康,李海林,等.UPS电池容量计算方法[J].现代建筑电气,2013 ,4(11):4-7.UPS带用电设备多属重要负荷,其故障影响[3] 陈德斌.地铁行业UPs供电系统解决方案[J].电非常大。对UPS及其配电设备的相关计算和选源世界,2009(6) :52-55.择应考虑多种因素的影响,这样才能保证设备的收稿日期: 2014-11 -07.安全、稳定运行。Design of UPS Power Distribution SystemWU Xiaojun( Guangdong Urban & Rural Planning and Design Institute, Guangzhou 510290, China )Abstract: This paper analyzed the power supply characteristics of UPS. The related calculation methods of UPScapacity and input and output currents of power distribution system were introduced. It is pointed out that the matchingproblem of power factor is considered when the loads are selected , and according to the load character and power supplyrequirement , the UPS capacity and operating modes are determined to ensure the safe and steady state operation ofdevices.Key words: uninterruptible power supply ( UPS); power distribution system; power factor; active power(.上接第6页)Electrical Design of Technology Center of Radio and Television Building( Guangdong Urban & Rural Planning and Design Institute，Guangzhou 510290, China)Abstract: The radio and television building which has the characteristics of complex functions , strong professionand expensive equipments , has the higher requirements of relevant electrical design. Combined with the technology centerof radio and television building，this paper analyzed the main electrical design problems of power supply and distributionsystem, lighting system , lightning protection system , grounding system, automatic fire alarm system, and weak currentsystem. It could provide references for electrical designers.中国煤化工，Key words: radio and television building; power supplyanding system; weakcurrent systemMYHCNMHG8●