1 UPS容量與負(fù)載量的計(jì)算

1、UPS容量容量與與負(fù)載量的計(jì)算負(fù)載量的計(jì)算梅蘭日蘭電子（中國）有限公司電視臺(tái)電視臺(tái)UPS電源保護(hù)方案研討會(huì)電源保護(hù)方案研討會(huì)N2梅蘭日蘭電子（中國）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E Rw一、一、UPS容量的相關(guān)因素容量的相關(guān)因素 與UPS容量相關(guān)的電氣參數(shù) 與UPS配置相關(guān)的因素 與UPS運(yùn)行環(huán)境相關(guān)的因素w二、負(fù)載容量的相關(guān)因素二、負(fù)載容量的相關(guān)因素 負(fù)載的電氣參數(shù) 負(fù)載的工作性質(zhì) w三、負(fù)載容量的計(jì)算三、負(fù)載容量的計(jì)算 計(jì)算舉例（一） 計(jì)算舉例（二）目錄目錄N3梅蘭日蘭電子（中國）有限公司T H

2、E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R一、一、UPS容量的相關(guān)因素容量的相關(guān)因素w與與UPS容量相關(guān)的電氣參數(shù)容量相關(guān)的電氣參數(shù) 額定視在功率(KVA)； 額定有功功率(KW)； 過載能力（xIn）； 短路能力(xIn）。 注：注： 前兩者描述了UPS的額定容量和功率因數(shù)； 后兩種描述了UPS的極限容量。N4梅蘭日蘭電子（中國）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R UPS額定容量的標(biāo)度額定容量的標(biāo)度 根據(jù)IEC 62040-3

3、的UPS性能標(biāo)準(zhǔn)（UPS Performance）和IEC 60146-4的UPS設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（UPS Design），UPS的額定容量是以額定輸出的視在功率（KVA）和有功功率（KW）標(biāo)度的，其輸出的功率因數(shù)為： PF = KW / KVA在UPS設(shè)計(jì)時(shí)是以線性負(fù)載Cos.=0.8作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的，但這并不表示UPS只能帶Cos.=0.8的負(fù)載。根據(jù)上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，UPS允許使用的線性負(fù)載功率因數(shù)為0.6超前到0.6滯后（Range of load power factor permitted - linear load 0.6 lead to 0.6 lag ）； UPS允許使用的非線性負(fù)

4、載功率因數(shù)與線性負(fù)載的功率因數(shù)相同。一、一、UPS容量的相關(guān)因素容量的相關(guān)因素N5梅蘭日蘭電子（中國）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R UPS過載（短路）能力的標(biāo)度過載（短路）能力的標(biāo)度過載或短路特性表示了UPS在極短時(shí)間內(nèi)所允許的最大工作能力：限流過載10mn1mn1s1,25InIn1,65In2,33InI1.1In2UPS的過載能力的過載能力F1.05In -連續(xù)工作F1.1In -2小時(shí)F1.25In -10分鐘F1.35In -3分鐘F1.65In -1分鐘2UPS的短路能力的短路能力

5、F以限流方式工作1秒鐘一、一、UPS容量的相關(guān)因素容量的相關(guān)因素N6梅蘭日蘭電子（中國）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R UPS過載（短路）的檢測過載（短路）的檢測 過載檢測：在逆變器的輸出端（負(fù)載側(cè)）進(jìn)行采樣； 短路檢測：在逆變器支路的末端（變壓器之前）進(jìn)行采樣，當(dāng)負(fù)載電流超過1.65In有效值時(shí)，以2.33In峰值進(jìn)行限流，持續(xù)1秒鐘。一、一、UPS容量的相關(guān)因素容量的相關(guān)因素Uo2.33 In輸出限流時(shí)，輸出限流時(shí)，輸出電壓降低輸出電壓降低V(t)N7梅蘭日蘭電子（中國）有限公司T H E

6、U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E Rw 與與UPS配置相關(guān)的因素：配置相關(guān)的因素： UPS安裝安裝的環(huán)境、容量是否有更新的要求； UPS系統(tǒng)配置系統(tǒng)配置所需的電氣條件，如：上線電源容量、接地系統(tǒng)、是否有發(fā)電機(jī)供電等； 是否易于維修易于維修，是否可安全維護(hù)安全維護(hù)，現(xiàn)場的平均修理時(shí)間現(xiàn)場的平均修理時(shí)間MTTR； 希望的供電系統(tǒng)平均無故障時(shí)間平均無故障時(shí)間MTBF、可用性可用性指標(biāo)等。w 與與UPS運(yùn)行環(huán)境相關(guān)的因素：運(yùn)行環(huán)境相關(guān)的因素： 溫度溫度、濕度濕度、海拔高度海拔高度（大于1000米需要功率折算）、IP保護(hù)等保護(hù)等級(jí)

7、級(jí)（影響散熱和功率折算）； 運(yùn)行環(huán)境內(nèi)是否有空調(diào)輔助散熱散熱（空載、滿載的熱損耗、排風(fēng)量）、電池房間的通風(fēng)散熱通風(fēng)散熱等。一、一、UPS容量的相關(guān)因素容量的相關(guān)因素N8梅蘭日蘭電子（中國）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R二、負(fù)載容量的相關(guān)因素二、負(fù)載容量的相關(guān)因素w負(fù)載的工作性質(zhì)：負(fù)載的工作性質(zhì)：是否24小時(shí)連續(xù)工作連續(xù)工作；是否365天不能停機(jī)不能停機(jī)；是否允許停電檢修停電檢修. 由此確定系統(tǒng)的所要求的由此確定系統(tǒng)的所要求的MTBF、MTTR、電源可用性、電源可用性w負(fù)載的電氣參數(shù)：負(fù)載的電氣參

8、數(shù)：負(fù)載類型、額定電壓、額定電流、輸入功率因數(shù)、峰值因數(shù)、啟動(dòng)電流、工作時(shí)的最大電流.N9梅蘭日蘭電子（中國）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R負(fù)載的電氣參數(shù)負(fù)載的電氣參數(shù) 負(fù)載類型：計(jì)算機(jī)房的負(fù)載大都是開關(guān)電源型的非線性負(fù)載設(shè)備，在IEC 62040-3標(biāo)準(zhǔn)中稱之為“RCD型負(fù)載”，表現(xiàn)為低額定電流、高峰值因數(shù)、低輸入功率因數(shù)、24In的起動(dòng)電流，打印機(jī)/掃描儀類的負(fù)載伴隨有2In左右的工作電流，在計(jì)算額定容量時(shí)應(yīng)予以考慮。二、負(fù)載容量的相關(guān)因素二、負(fù)載容量的相關(guān)因素URsUcCRl 額定輸入電壓

9、及工作電壓范圍：220V/380V 5% 額定輸入電流In：指負(fù)載的輸入電流有效值，但某些設(shè)備銘牌上有時(shí)并不直接標(biāo)出，而標(biāo)出的只是輸入有功功率P =_W，需計(jì)算一下。N10梅蘭日蘭電子（中國）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R負(fù)載的電氣參數(shù)負(fù)載的電氣參數(shù) 起動(dòng)電流:在設(shè)備銘牌上一般不標(biāo)出，通常為24In，但由于作用時(shí)間較短，而且只發(fā)生在設(shè)備啟動(dòng)瞬間，因此只需進(jìn)行起動(dòng)電流的核算起動(dòng)電流的核算。2In的起動(dòng)電流通常會(huì)在第二個(gè)周期內(nèi)消失二、負(fù)載容量的相關(guān)因素二、負(fù)載容量的相關(guān)因素 工作時(shí)的最大電流Imax

10、：在打印機(jī)等設(shè)備銘牌上一般都有標(biāo)出，由于它是隨機(jī)的、頻繁的，在計(jì)算計(jì)算額定容量額定容量時(shí)應(yīng)按此電流予以考慮。N11梅蘭日蘭電子（中國）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R負(fù)載的電氣參數(shù)負(fù)載的電氣參數(shù) 輸入功率因數(shù)：大多數(shù)情況下并不直接標(biāo)出，但對(duì)于計(jì)算機(jī)類型負(fù)載，其輸入功率因數(shù)(Power Factor)大多數(shù)為0.6 0.7。對(duì)于非線性負(fù)載，其功率因數(shù)PF不等于Cos.二、負(fù)載容量的相關(guān)因素二、負(fù)載容量的相關(guān)因素N12梅蘭日蘭電子（中國）有限公司T H E U N I N T E R R U P T

11、I B L E P O W E R P R O V I D E R負(fù)載的電氣參數(shù)負(fù)載的電氣參數(shù) 輸入功率因數(shù)：對(duì)于非線性負(fù)載，其功率因數(shù)PF不等于Cos.)()(kVASkWP非線性負(fù)載的功率因數(shù)：)()(cos111kVASkWP非線性負(fù)載的相移功率因數(shù)功率因數(shù)與相移功率因數(shù)的關(guān)系1cos2THDI其中：THDI表示電流的總諧波失真度二、負(fù)載容量的相關(guān)因素二、負(fù)載容量的相關(guān)因素N13梅蘭日蘭電子（中國）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R負(fù)載的電氣參數(shù)負(fù)載的電氣參數(shù) THDI：電流的總諧波失真度負(fù)載

12、諧波波形負(fù)載諧波波形RCD(微機(jī))小型計(jì)算機(jī)可控硅整流器 H3 = 80%H5 = 35%H7 = 18%H9 = 9%H11= 5%THDI=90%峰值因數(shù)：峰值因數(shù)：2.5-3H5 = 21%H7 = 16%H9 = 0%H11= 10%H13= 9%THDI=30%峰值因數(shù)：峰值因數(shù)：2-2.5H5 =32%H7 =3%H9 =0%H11= 7%THDI=33%峰值因數(shù)：峰值因數(shù)：1.5-2諧波頻譜諧波頻譜二、負(fù)載容量的相關(guān)因素二、負(fù)載容量的相關(guān)因素N14梅蘭日蘭電子（中國）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V

13、 I D E R負(fù)載的電氣參數(shù)負(fù)載的電氣參數(shù) 峰值因數(shù)：峰值因數(shù)(Cf)定義為峰值（最大幅值Ipeak）與有效值Irms的比率，用來表示電流或電壓形狀的特征：二、負(fù)載容量的相關(guān)因素二、負(fù)載容量的相關(guān)因素 負(fù)載峰值因數(shù)越高，表示非線負(fù)載峰值因數(shù)越高，表示非線性程度越嚴(yán)重性程度越嚴(yán)重 典型典型負(fù)載的峰值因數(shù)負(fù)載的峰值因數(shù)： 線性負(fù)載線性負(fù)載：Cf = 1.414六脈沖整流器六脈沖整流器：Cf1.5到2計(jì)算機(jī)主機(jī)計(jì)算機(jī)主機(jī)：Cf = 2 到 2.5微機(jī)微機(jī)：Cf = 2 到 3。有效值峰值CfCf = 3,5 In 非線性負(fù)載非線性負(fù)載線性負(fù)載線性負(fù)載Cf = 2 x InN15梅蘭日蘭電子（中國）

14、有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R負(fù)載的電氣參數(shù)負(fù)載的電氣參數(shù) 峰值因數(shù)對(duì)UPS容量的影響舉例：例如： 200KVA UPS的峰值因數(shù)Cf=3:1，UPS額定電流In=303A， 則： UPS峰值電流為303A x 3 = 909A。假設(shè)假設(shè)： 負(fù)載峰值因數(shù)為3.5:1；則: UPS對(duì)于該負(fù)載所提供的電流有效值為909A / 3.5 = 259.7A即: UPS的使用容量為259.7A x 660V = 171.4KVA因此：因此：%7 .85857. 02004 .171UPS的功率折算二、負(fù)載容

15、量的相關(guān)因素二、負(fù)載容量的相關(guān)因素非線性負(fù)載非線性負(fù)載Cf = 3,5 In 線性負(fù)載線性負(fù)載2 x InCf = N16梅蘭日蘭電子（中國）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E Rw負(fù)載容量的確定負(fù)載容量的確定容量計(jì)算方法 實(shí)際上，精確計(jì)算負(fù)載容量是一個(gè)非常復(fù)雜的計(jì)算過程精確計(jì)算負(fù)載容量是一個(gè)非常復(fù)雜的計(jì)算過程，這是因?yàn)椋?1)： 負(fù)載容量負(fù)載容量S不不等于等于S1+S2+S3+.+Sn的總和的總和： - 對(duì)于線性負(fù)載，必須用不同的cos 所對(duì)應(yīng)的角度來計(jì)算矢量和； - 而對(duì)于非線性負(fù)載，則不能用矢量和

16、來進(jìn)行計(jì)算。(2)：負(fù)載的合成功率因數(shù)負(fù)載的合成功率因數(shù)PF： 必須在現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)際測量或根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算；(3)：負(fù)載有功功率負(fù)載有功功率是可以直接相加的(不存在相位差)： P = PF * S = PFi * S i (4): 當(dāng)負(fù)載的PF 0.8時(shí)，則選UPS有功功率 Pn=0.8*Sn P； 當(dāng)負(fù)載的PF P。三、負(fù)載容量的計(jì)算三、負(fù)載容量的計(jì)算其中：Sn為UPS的輸出視在功率，Pn為UPS的輸出有功功率，P為負(fù)載的有功功率。N17梅蘭日蘭電子（中國）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R

17、舉例（一）舉例（一）: UPS的負(fù)載如下：的負(fù)載如下：wPC機(jī)機(jī)50臺(tái)：臺(tái)： P=150W/臺(tái)臺(tái), Imax=1A; (PF=0.68, 則則S1=220VA x 50臺(tái)臺(tái) = 11KVA)w服務(wù)器服務(wù)器5臺(tái)：臺(tái)： P=200W/臺(tái)臺(tái), Imax=1.2A; (PF=0.75, 則則S2=264VA x 5臺(tái)臺(tái) = 1.32KVA)w網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)2臺(tái)：臺(tái)：P=1000W/臺(tái)臺(tái), Imax=6.5A; (PF=0.7, 則則S3=1430VA x 2臺(tái)臺(tái) = 2.86KVA)w110V變壓器變壓器1臺(tái)：臺(tái)：P=8KW/臺(tái)臺(tái), 三相，三相，In=15A; (PF=0.8, 則則S4 = 1

18、0KVA)w應(yīng)急照明應(yīng)急照明10個(gè)：個(gè)： P=200W/個(gè)個(gè), In=1A (PF=0.9, 則則S5=220VA x 10個(gè)個(gè) = 2.2KVA)。三、負(fù)載容量的計(jì)算（一）三、負(fù)載容量的計(jì)算（一）總負(fù)載量：總負(fù)載量： P=20.5KW。根據(jù)PF 20.5KW / 0.7 = 29.28KVA。N18梅蘭日蘭電子（中國）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R 舉例（一）舉例（一）: UPS容量（容量（30KVA）的核算：）的核算：. 若按PC機(jī)峰值因數(shù)為2.5計(jì)算，50臺(tái)PC機(jī)的峰值功率為: 50Ax2

19、.5/1.414x220Vx0.68 =13.22KW. 再加上其它負(fù)載的穩(wěn)態(tài)功率，則為： P =13.22KW+1KW+2KW+8KW+2KW =26.22KW. UPS容量Sn S = P / Pf =26.22 / 0.7 =37.46KVA， 顯然顯然30KVA UPS會(huì)會(huì)發(fā)生過載發(fā)生過載，應(yīng)選擇40KVA UPS為宜。三、負(fù)載容量的計(jì)算（一）三、負(fù)載容量的計(jì)算（一）. 另外還應(yīng)考慮大多數(shù)負(fù)載為單相負(fù)載，在三相系統(tǒng)中可能存在的三相不平衡現(xiàn)象；某些負(fù)載存在著2 In的起動(dòng)電流，UPS也應(yīng)留有一定的余量。. 若按一般UPS容量的經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)估算估算負(fù)載總?cè)萘砍载?fù)載總?cè)萘砍?.7系數(shù)系數(shù)，則

20、 SnS / 0.7 =S1+S2+S3+S4+S527.38KVA / 0.7 =39.11KVA 40KVA 也應(yīng)選擇40KVA UPS。N19梅蘭日蘭電子（中國）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E Rpage 19主 電 源中 壓低 壓計(jì) 算 機(jī)變 頻 調(diào) 速 器隔 離 變 壓 器發(fā) 電機(jī) 組旁 路4 x 10 kVA 20 kVA 20 kVA 1 = 0.6 2 = 0.7 cos = 0.8UPS的額定視在功率：的額定視在功率：S = 54 / 0.68 = 79.4 kVA應(yīng)選擇100 k

21、VA或更大一級(jí)的UPS。 舉例（二）：舉例（二）：UPS的的負(fù)載如下負(fù)載如下 視在功率 (kVA) 輸入功率因數(shù) 有功功率(kW)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40 0.6 24變頻調(diào)速器變頻調(diào)速器20 0.7 14變壓器變壓器 20 0.8 16總計(jì)S ？ = 0.68 P = 54 kW （測量得到）三、負(fù)載容量的計(jì)算（二）三、負(fù)載容量的計(jì)算（二）N20梅蘭日蘭電子（中國）有限公司T H E U N I N T E R R U P T I B L E P O W E R P R O V I D E R 舉例（二）舉例（二）: UPS容量的核算：容量的核算：UPS的額定視在功率的額定視在功率 Sn =100 kVA 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) - 每每臺(tái)計(jì)算機(jī)臺(tái)計(jì)算機(jī)的起動(dòng)電流為的起動(dòng)電流為 8 In，持續(xù)四個(gè)周期持續(xù)四個(gè)周期(50 Hz ，80 毫秒毫秒)； 變頻調(diào)速器 - 起動(dòng)電流為起動(dòng)電流為 4 In，持續(xù)五個(gè)周期持續(xù)五個(gè)周期(50Hz，1