UPS的選擇與電池配備(新稿件

1、UPS的選擇與電池配備劉敘義（國(guó)脈通信規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司） UPS的中文名字叫做交流不間斷電源，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信、銀行、冶金、化工等行業(yè)，廣泛應(yīng)用于大型自動(dòng)化不允許設(shè)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(lái)實(shí)現(xiàn)。 合理地選擇UPS的容量和工作方式，是UPS 能實(shí)現(xiàn)不間斷供電的重要保障。容量配置過(guò)大，浪費(fèi)設(shè)備資源。工作方式不對(duì)、容量配置過(guò)小，又不能滿足設(shè)備對(duì)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(jīng)濟(jì)運(yùn)行和對(duì)負(fù)載設(shè)備不間斷供電的重要保障。容量配置過(guò)大，蓄電池不能被充分利用，浪費(fèi)了U

2、PS資源或造成蓄電池充電不足過(guò)早報(bào)廢。容量配置過(guò)小，又不能滿足設(shè)備對(duì)電源后備時(shí)間的要求，仍然可能出現(xiàn)不間斷電源的斷電。UPS的電源制式有單相輸出與三相輸出兩種，小功率單相UPS一般為單機(jī)獨(dú)立工作。大功率三相UPS有單機(jī)、雙機(jī)串并聯(lián)，三機(jī)、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(jī)、三機(jī)UPS組合配置方式工作。UPS的類(lèi)型有工頻機(jī)、高頻機(jī)與模塊機(jī)，它們的結(jié)構(gòu)不同電池結(jié)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(kāi)關(guān)、電纜的配置方法。UPS的參數(shù)有容量（S）、負(fù)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（Q）、電壓（U）、后備時(shí)

3、間（T1）、放電系數(shù)（）、電池補(bǔ)充充電設(shè)置時(shí)間（T2）。用電設(shè)備的基本參數(shù)有功率（P）、輸出功率因數(shù)（cos出）。蓄電池補(bǔ)充充電電流一般按UPS電池容量的10%即T2=10小時(shí)設(shè)置。蓄電池不同放電率時(shí)的放電容量系數(shù)（）時(shí)間:T1-小時(shí)放電率1086543210.70.5系數(shù):-放電容量系數(shù)10.960.920.850.80.750.680.60.50.41+1并聯(lián)冗余系統(tǒng)UPS，雙機(jī)并聯(lián)工作，每臺(tái)UPS的負(fù)載率最大規(guī)定為額定容量的50%，所以當(dāng)一臺(tái)UPS故障，另一臺(tái)UPS也可以完全負(fù)擔(dān)全部的系統(tǒng)供電。單機(jī)三總線UPS系統(tǒng)，負(fù)載采用兩兩組合方式供電，每臺(tái)UPS的負(fù)載率最大規(guī)定為其額定容量的66%

4、，所以當(dāng)一臺(tái)UPS故障，另外兩臺(tái)UPS也可以完全負(fù)擔(dān)全部系統(tǒng)的供電。采用恒功率法計(jì)算UPS蓄電池的容量配備,采用例題計(jì)算方式講述不同種類(lèi)UPS的設(shè)計(jì)方法。例一，設(shè)計(jì)一套通信機(jī)房的1+1并聯(lián)冗余工頻機(jī)UPS系統(tǒng)。1、 UPS系統(tǒng)的額定容量設(shè)備負(fù)載的功率與功率因數(shù)：負(fù)載P=50（KW），輸出功率因數(shù)cos出=0.8，設(shè)定的UPS最佳負(fù)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(shí)際選擇根據(jù)UPS的組合方式確定UPS的臺(tái)數(shù)與UPS的實(shí)際容量。選定雙機(jī)1+1并聯(lián)UPS，每臺(tái)UPS正常工作時(shí)分擔(dān)的負(fù)載率，為一臺(tái)UPS額定負(fù)載的

5、50%，選擇2臺(tái)S=80（KVA）的UPS。3、 電池電壓與容量后備時(shí)間設(shè)定T1=1(H)，80KVA某品牌工頻機(jī)UPS電池電壓U=32*12=384（V）。公式：電池容量Q=S*T1*cos出/(*cos入*K*N*U)式中：S=80（KVA），T1=1(H)；cos出=0.8，蓄電池1小時(shí)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*T1*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

6、池組，302/1003，每臺(tái)UPS配備100AH/32*12V蓄電池3組。4、 空氣開(kāi)關(guān)與電纜 1)UPS輸出電流、開(kāi)關(guān)與電纜：I出=S*1000/(1.732* U線)=80*1000/(1.732*380)=122(A) 空氣開(kāi)關(guān)選擇160A/3P,電纜選擇RVVZ-4*95+50mm21條，額定電流186A。 2）UPS額定負(fù)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(fù)載放電直流電流：I直放=S*1000/(N*U*cos入*K)=80*1000/(32*12*0.98*

7、0.94)=227(A) 電池單組最大放電電流227/2=114(A)，空氣開(kāi)關(guān)選擇160A/4P（3個(gè)）兩極串聯(lián),電纜選擇RVVZ-1*50mm22條，額定電流204A。電池組總空氣開(kāi)關(guān)選擇250A/4P，電纜選擇RVVZ-1*95mm22條，額定電流272A。 4）蓄電池補(bǔ)充電交流輸入電流：I充交=N*U*I直放* T1/(1.732* U線* T2* cos入*K)=32*12*227*1/(1.732*380*10*0.98*0.94)=15(A) 5）UPS輸入電流、開(kāi)關(guān)與電纜： I入=I入載+ I充交=132+15=147（A）空氣開(kāi)關(guān)選擇200A/3P,電纜選擇RVVZ-4*12

8、0+70mm21條，額定電流230A。總空氣開(kāi)關(guān)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(shí)間2個(gè)小時(shí)以上，因?yàn)殡p機(jī)并聯(lián)時(shí)每臺(tái)UPS的負(fù)載率最大為50%，而后備時(shí)間1小時(shí)是按1臺(tái)UPS故障時(shí)，另外一臺(tái)UPS負(fù)載率100%時(shí)設(shè)定的。例二，設(shè)計(jì)一套三機(jī)單母線雙組合供電的高頻機(jī)UPS系統(tǒng)。1、 UPS系統(tǒng)的額定容量設(shè)備負(fù)載的功率與功率因數(shù)：負(fù)載P=240（KW），輸出功率因數(shù)cos出=0.8，選定的UPS最佳負(fù)載率=80%，算出UPS需要的額定容量（S）。公式：S=P/cos出/=240/0.8/80%=

9、375(KVA)2、 UPS的實(shí)際選擇根據(jù)UPS的組合方式，確定UPS的臺(tái)數(shù)與UPS的實(shí)際容量。設(shè)定三機(jī)單母線UPS負(fù)載雙機(jī)組合供電，每臺(tái)UPS正常工作時(shí)分擔(dān)的負(fù)載率，為一臺(tái)UPS額定負(fù)載的2/366%，選擇3臺(tái)UPS，減去1臺(tái)故障備機(jī)計(jì)算單臺(tái)容量，S=375/2=187.5（KVA），實(shí)際選擇3臺(tái)S=200（KVA）的UPS。3、 電池電壓與容量后備時(shí)間設(shè)定T1=1(H)；200KVA某高頻機(jī)UPS電池電壓U=20*12=240（V）。公式：電池容量Q=S*T1*cos出/(*cos入*K*N*U)式中：S=200（KVA），T1=1(H)；cos出=0.8，蓄電池1小時(shí)放電系數(shù)=0.6，c

10、os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*T1*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(tái)UPS。 4、空氣開(kāi)關(guān)與電纜 1）UPS輸出電流、開(kāi)關(guān)與電纜：I出=S*1000/(1.732*U線)=200*1000/(1.732*380)=304(A) 空氣開(kāi)關(guān)選擇350A/3P,電纜選擇RVVZ-4*250+120

11、mm21條，額定電流371A。 2）UPS額定負(fù)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(fù)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)電池單組最大放電電流453/2=227(A)，空氣開(kāi)關(guān)選擇250A/4P（3個(gè)）兩極串聯(lián),電纜選擇RVVZ-1*95mm23條，額定電流272A。電池組總空氣開(kāi)關(guān)選擇500A/4P，電纜選擇RVVZ-1*240mm23條，額定電流552A。 4）蓄電池補(bǔ)充

12、電交流輸入電流：I充交=N*U*I直放* T1/(1.732* U線* T2* cos入*K)=40*12*453*1/(1.732*380*10*0.98*0.94)=36(A) 5）UPS輸入電流、開(kāi)關(guān)與電纜： I入=I入載+ I充交=330+36=366（A）空氣開(kāi)關(guān)選擇400A/3P,電纜選擇RVVZ-4*120+70mm22條，額定電流2*230=460A?？偪諝忾_(kāi)關(guān)選擇440（630*0.7）A/3P,電纜選擇RVVZ-4*120+70mm22條，額定電流2*230=460A。附圖1：例一、例二題中兩種組合UPS的結(jié)線系統(tǒng)與外部電路參數(shù)圖 正常情況下此UPS配備的電池可以后備時(shí)間1

13、.5個(gè)小時(shí)以上，因?yàn)槿龣C(jī)組合時(shí)每臺(tái)UPS的負(fù)載率最大為66%，而后備時(shí)間1小時(shí)是按1臺(tái)UPS故障時(shí)，另外2臺(tái)UPS負(fù)載率100%時(shí)設(shè)定的。 例三，設(shè)計(jì)一套四機(jī)（5+1模塊）并聯(lián)供電的模塊機(jī)UPS系統(tǒng)。1、 UPS系統(tǒng)的額定容量設(shè)備負(fù)載的功率與功率因數(shù)：負(fù)載P=310（KW），輸出功率因數(shù)cos出=0.9，選定的UPS最佳負(fù)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(shí)際選擇根據(jù)UPS的組合方式，確定UPS的臺(tái)數(shù)與UPS的實(shí)際容量。設(shè)定四機(jī)并聯(lián)UPS，每臺(tái)UPS采用（5+1）20KVA模塊6塊，其中1塊備用模塊，

14、正常工作時(shí)每臺(tái)UPS分擔(dān)的負(fù)載率，為一臺(tái)UPS額定負(fù)載的5/683%， S1=400/4=100（KVA），實(shí)際選擇4臺(tái)S=6*20=120（KVA）的UPS。3、 電池電壓與容量后備時(shí)間設(shè)定T1=1(H)；120KVA某模塊機(jī)UPS電池電壓U=20*12=240（V）。公式：電池容量Q=S*T1*cos出/(*cos入*K*N*U)式中：S=120（KVA），T1=1(H)；cos出=0.9，蓄電池1小時(shí)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*T1*cos出/(*cos入*K*N*U

15、)=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(tái)UPS。 4、空氣開(kāi)關(guān)與電纜 1）UPS輸出電流、開(kāi)關(guān)與電纜：I出= S*1000/(1.732* U線)=120*1000/(1.732*380)=182(A) 空氣開(kāi)關(guān)選擇200A/3P,電纜選擇RVVZ-4*120+70mm21條，額定電流230A。 2）UPS額定負(fù)載輸入電流：I入載=S*1000/(1.732*U線*cos入*K)=120*1000/(1.732*380*0.98*

16、0.94)=198(A) 3)蓄電池額定負(fù)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)電池單組最大放電電流271(A)，空氣開(kāi)關(guān)選擇300A/4P（2個(gè)）兩極串聯(lián),電纜選擇RVVZ-1*120mm23條，額定電流356A。電池組總空氣開(kāi)關(guān)選擇350A/4P，電纜選擇RVVZ-1*120mm23條，額定電流356A。 4）蓄電池補(bǔ)充電交流輸入電流：I充交=N*U*I直放* T1/(1.732* U線* T2* cos入*K)=40*12*271*1/(1.732*380*10*0.98*0.94)=22(A)

17、5）UPS輸入電流、開(kāi)關(guān)與電纜：I入=I入載+ I充交=198+22=220（A）空氣開(kāi)關(guān)選擇250A/3P,電纜選擇RVVZ-4*185+95mm22條，額定電流288A?？偪諝忾_(kāi)關(guān)電流I總=4* I入=4*220=880（A），總空氣開(kāi)關(guān)選擇1000A/3P,電纜選擇RVVZ-4*240+120mm23條，額定電流3*342=1026A。正常情況下此UPS配備的電池可以后備時(shí)間1.1個(gè)小時(shí)以上，因?yàn)樗臋C(jī)并聯(lián)時(shí)每臺(tái)UPS的負(fù)載率最大為83%，而后備時(shí)間1小時(shí)是按每臺(tái)UPS負(fù)載率100%時(shí)設(shè)定的。附圖2：例三題模塊機(jī)、例四（五）單相工頻UPS的結(jié)線系統(tǒng)與外部電路參數(shù)圖例四，設(shè)計(jì)一臺(tái)小型的工頻機(jī)

18、單機(jī)UPS系統(tǒng)。1、 UPS系統(tǒng)的額定容量設(shè)備負(fù)載的功率與功率因數(shù)：負(fù)載P=500（W），輸出功率因數(shù)cos出=0.8，設(shè)定的UPS最佳負(fù)載率=80%，算出UPS需要的額定容量（S）。公式：S=P/cos出/=500/0.8/80%=780(VA)2、 UPS的實(shí)際選擇根據(jù)UPS的型號(hào)確定UPS的實(shí)際容量。選擇1臺(tái)S=1（KVA）的UPS。3、 電池電壓與容量后備時(shí)間設(shè)定T1=0.5(H)，1KVA某品牌工頻機(jī)UPS電池電壓U=3*12=36（V）。公式：電池容量Q=S*T1*cos出/(*cos入*K*N*U)式中：S=1（KVA），T1=0.5(H)；cos出=0.8，蓄電池1小時(shí)放電系數(shù)

19、=0.4，cos入=0.98，UPS逆變效率K=0.94，蓄電池只數(shù)N=3 (只)，單只蓄電池電壓U=12(V)。電池容量：Q=S*T1*cos出/(*cos入*K*N*U)=1*1000*0.5*0.8/(0.4*0.98*0.94*3*12)=30（AH）。 UPS配備30AH/3*12V蓄電池1組。例五，設(shè)計(jì)一臺(tái)后備時(shí)間12小時(shí)的小型的工頻機(jī)單機(jī)UPS系統(tǒng)。1、 UPS系統(tǒng)的額定容量設(shè)備負(fù)載的功率與功率因數(shù)：負(fù)載P=500（W），輸出功率因數(shù)cos出=0.8，設(shè)定的UPS最佳負(fù)載率=80%，算出UPS需要的額定容量（S）。公式：S=P/cos出/=500/0.8/80%=780(VA)2

20、、 UPS的實(shí)際選擇根據(jù)UPS的型號(hào)確定UPS的實(shí)際容量。選擇1臺(tái)S=1（KVA）的UPS。3、 電池電壓與容量后備時(shí)間設(shè)定T1=12(H)，1KVA某品牌工頻機(jī)UPS電池電壓U=3*12=36（V）。公式：電池容量Q=S*T1*cos出/(*cos入*K*N*U)式中：S=1（KVA），T1=12(H)；cos出=0.8，蓄電池1小時(shí)放電系數(shù)=1，cos入=0.98，UPS逆變效率K=0.94，蓄電池只數(shù)N=3 (只)，單只蓄電池電壓U=12(V)。電池容量：Q=S*T1*cos出/(*cos入*K*N*U)=1*1000*12*0.8/(1*0.98*0.94*3*12)=289（AH）。擬選100AH/3*12V蓄電池組，289/1003，UPS需要配備100AH/3*12V蓄電池3組。4、 空氣開(kāi)關(guān)與電纜 1)UPS輸出電流、開(kāi)關(guān)與電纜：I出=S*1000/U相=1*1000/220=5(A) 空氣開(kāi)關(guān)選擇10A/2P,電纜選擇RVVZ-3*2.5mm21條，額定電流20A。 2）UPS額定負(fù)載輸入電流：I入載=S*1000/(U相*cos入*