現(xiàn)代建筑電氣MAE電氣設(shè)計●No.12 VoL5 (Serial No.60) 2014UPS配電系統(tǒng)設(shè)計吳校軍(廣東省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院，廣東廣州510290)摘要:分析了不間斷電源( UPS)的供電特點,介紹了UPS容量及輸入、輸出配電系統(tǒng)的相關(guān)計算方法。指出UPS在選擇負(fù)載時,需考慮功率因數(shù)匹配的問題，再根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)和供電要求確定uPs容量及工作方式,以保證設(shè)備安全、穩(wěn)定運行。吳校軍(1970-),男，高級工程師,從事建關(guān)鍵詞:不間斷電源;配電系統(tǒng);功率因數(shù);有功功率筑電氣設(shè)計方面的研:中圖分類號: TU 852文獻標(biāo)志碼: A文章編號: 1674-8417(2014)12-0015-04究。電流要求。在這種情況下,需要考慮增加供電設(shè)0引言備的容量,從而提高電流沖擊能力。通常計算機不間斷電源( Uninterruptible Power Supply,負(fù)載在開機時會產(chǎn)生超出平常多倍的大沖擊電UPS)是針對計算機、通信設(shè)備控制系統(tǒng)等精密設(shè)流,因此在選擇UPS容量時需要考慮負(fù)載波動及備而設(shè)計制造的可靠電源系統(tǒng),適用于用電設(shè)備沖擊余量,可適當(dāng)增大UPS容量以抵御負(fù)載的波要求連續(xù)供電的場合。因其UPS供電設(shè)備的工作動,UPS容量(VA數(shù)):計算機負(fù)載容量(VA數(shù))性質(zhì)均為重要負(fù)荷,影響重大，所以對UPS配電系比值為1:0.7。統(tǒng)的設(shè)備選擇和系統(tǒng)配置就顯得尤為重要。對于某些特殊負(fù)載(如小型控制電機等),在配電系統(tǒng)設(shè)計首先需確定負(fù)荷是否適合以起動或工作過程中會產(chǎn)生很強的沖擊電流,負(fù)載UPS作為保證電源,其次根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)和供電要容量瞬間升高數(shù)倍(高達(dá)6倍)。UPS裝機容量求來確定UPS的容量和工作方式。在上述基礎(chǔ)上還應(yīng)進一步加大,以防止UPS自保本文針對UPS的工作特點,分析其容量的選退出,影響負(fù)荷工作。擇和配電開關(guān)及導(dǎo)體的計算選型。不同負(fù)載的主要特性如表1所示。綜合考慮設(shè)備性能、經(jīng)濟等因素,UPS一般1 UPS 的基本概念和工作特性不應(yīng)帶空調(diào)、激光打印機、復(fù)印機、日光燈、電動1.1峰值 因數(shù)的概念機等起動沖擊電流較大的負(fù)載。峰值因數(shù)是指UPS輸出電流的瞬時值峰值1.2UPS功率因數(shù)匹配與其有效值的比值,用來描述沖擊電流的強度,UPS功率因數(shù)包括輸人、輸出兩個參數(shù)值。是UPS的一一個特性參數(shù)。如果供電設(shè)備的峰值UPS輸人功率因數(shù)的大小取決于UPS輸人因數(shù)越高,表明設(shè)備抗沖擊能力越強。通常UPS中國煤化工式。目前,大容量uPS的峰值因數(shù)為3:1,適合非線性負(fù)載在正常工作THCNMH G#,部分高端產(chǎn)品采用中的峰值因數(shù)要求。但當(dāng)沖擊能力較大時,UPSDelta變換式輸人功率因數(shù)校正電路,其輸人功率供電設(shè)備的3倍電流容量還不滿足負(fù)載的瞬間|因數(shù)可以達(dá)到0.98以上。MAE現(xiàn)代建筑電氣No.12 VolL.5 (Serial No.60) 2014●電氣設(shè)計表1不同負(fù) 載的主要特性負(fù)載類型沖擊電流電流失真功率因數(shù)峰值因數(shù)線性阻性負(fù)載及功率因數(shù)已補償負(fù)載中等1.01.4帶有電解電容的非線性高約0.72.0~2.8整流濾波型負(fù)載(計算機)線性感性負(fù)載(電機、空調(diào))約0.8約1.4 .線性容性負(fù)載<1.0 .約1.4.UPS輸出功率因數(shù)和所帶設(shè)備的負(fù)載功率目前,市場上的UPS多為單值輸出功率因因數(shù)是兩個不同的參數(shù)。UPS輸出功率因數(shù)表數(shù)UPS。示適應(yīng)不同性質(zhì)負(fù)載的能力,負(fù)載的功率因數(shù)變大多數(shù)傳統(tǒng)的計算機、通信設(shè)備、控制系統(tǒng)化對UPS輸人功率因數(shù)不產(chǎn)生影響(與一般的配等精密設(shè)備均采用開關(guān)電源作為主電源。根據(jù)電系統(tǒng)的容量計算不同)。UPS輸出功率因數(shù)大負(fù)載性質(zhì)的分析,計算機設(shè)備的輸人功率因數(shù)為小取決于UPS逆變輸出電路和等效電容器的大0.7。因此，多數(shù)UPS設(shè)計均采用輸出功率因數(shù)小。傳統(tǒng)UPS向非線性負(fù)載的供電原理圖如匹配為0.7~0.8的參數(shù),從而最大限度地發(fā)揮圖1所示。UPS的帶載能力。在功率因數(shù)匹配的情況下,即計算機負(fù)載的輸人功率因數(shù)為0.7,而UPS標(biāo)定-- 有功功事P的輸出功率因數(shù)也為0.7時,負(fù)載的VA數(shù)與整流器[逆變器. 輸出視在功率S無功功率QUPS的VA數(shù)比值為1:1。也就是說,1 VA容量的UPS在不考慮沖擊、增容等余量因素時可帶圖1傳統(tǒng)UPS向非線性負(fù)載的供電原理圖1 VA的此類負(fù)載。逆變器后的等效電容值C出廠已確定,無功需要指出的是,部分UPS廠家宣稱UPS輸出功率因數(shù)為0~1,實際上這是片面的,例如交互功率為式UPS以及帶有在線補償功能的三端口式UPS,Q = 2πfCUUPS輸出功率因數(shù)為cosq = P/S。所以，當(dāng)有市電供電時可直接將負(fù)載通過變壓器供電或通過補償匹配UPS負(fù)載,此時可以匹配其他功UPS安裝完畢,其輸出功率因數(shù)也就確定了。對于單值輸出功率因數(shù)UPS,當(dāng)其所帶設(shè)備率因數(shù)的負(fù)載;而當(dāng)市電停電時,UPS失去補償?shù)呢?fù)載功率因數(shù)和輸出功率因數(shù)匹配時,UPS輸功能,UPS輸出功率因數(shù)匹配只能是一個數(shù)值,出最大容量;當(dāng)其不匹配時,由于無功電流的影絕大多數(shù)廠家將該匹配點選在0.7左右。如果此時所帶負(fù)載功率因數(shù)超出UPS帶載能力范圍，響, UPS實際輸出有功功率將減小。當(dāng)單值輸出功率因數(shù)UPS所帶設(shè)備為線性UPS將過載停機或出現(xiàn)更加嚴(yán)重的故障。因此，負(fù)載時,其輸出有功功率會減少得更多。傳統(tǒng)UPS在負(fù)載選擇上需要考慮功率因數(shù)匹配的問題。UPS向線性負(fù)載的供電原理圖如圖2所示。2UPS容量選擇逆變器輸出有功功率中國煤化工逆變器.負(fù)載得到,應(yīng)根據(jù)其自身特性考無功功率有功功率MHCNMHG慮貝何件山汞里、切軍囚效匹配所需裕量等,同時根據(jù)所帶負(fù)荷的運行要求適當(dāng)考慮備用余量，圖2傳統(tǒng)UPS向線性負(fù)載的供電原理圖其一般為應(yīng)需裝機容量的1.2~1.3倍。對于阻現(xiàn)代建筑電氣MAE電氣設(shè)計●No.12 VoL5 (Serial No.60) 2014性或感性的負(fù)載,應(yīng)適當(dāng)增大UPS容量。導(dǎo)線選擇WL-YJY-4x35 +1 x16電纜;輸出導(dǎo)線選擇WL-YJY4x25 +1 x16電纜。3UPS裝置配電容量確定UPS電源引人端應(yīng)在UPS配電間內(nèi)設(shè)置專對于配電系統(tǒng),UPS裝置配電線路的功率因用雙電源自投配電箱,其負(fù)載側(cè)應(yīng)單獨設(shè)置UPS數(shù)為UPS自身的輸人功率因數(shù),- - 般為0.80 ~專用配電盤,以方便對UPS及其保護的負(fù)載集0.99。在實際工程設(shè)計中，配電容量一般根據(jù)負(fù)中、可靠地進行控制。其出線斷路器均采用三相荷總?cè)萘坑嬎?，?yīng)考慮UPS的功率因數(shù)匹配特四極、單相二極。性效率、備用余量等因素。5 UPS 工作方式4計算實例UPS工作方式一般分為后備式、在線式和在某計算機設(shè)備安裝總?cè)萘繛?0 kW , cosp =線互動式。一般采用UPS配電的設(shè)備對供電連0.7,UPS的輸人功率因數(shù)為0.9,輸出功率因數(shù)續(xù)性均有很高的要求。在線式UPS的價格和運為0.7。按匹配特性,UPS容量為行維護費用雖然較高,但仍然是設(shè)計主選。S=10/0.7=14.286 kVA對于重要的負(fù)荷,應(yīng)采用多臺UPS主從并聯(lián)考慮UPS效率取0.85,備用余量取1.2,則熱備份方式。從UPS的輸出連接到主UPS的靜UPS容量為態(tài)旁路開關(guān),正常情況下主UPS承擔(dān)100%負(fù)載,S = 10x1.2/(0.7 x0.85) = 20.17 kVA當(dāng)主UPS故障或市電停電且電池放完時,自動切UPS輸出電流為換到從UPS。該方式供電可靠、系統(tǒng)構(gòu)成簡單、I2 =S/√3U =20. 17/1.32 x0.38 = 30.65 A維護方便,缺點是主、從UPS須定期輪換使用,一所以，UPS交流輸出(380V)斷路器電流可次投資額較大。選取40 A或50 A。6UPS電源電池容量的選擇UPS輸入電流1=(1.3~1.5)2,可取I =1.35/2=1.35 x30.65=41 AUPS電池容量、放電時間可根據(jù)設(shè)備的使用因此,UPS交流輸人(380V)斷路器電流可需要合理確定。一般業(yè)主直接對供貨商提出具選取50 A或63 A。體參數(shù)要求，由供貨商配套,且參數(shù)均大于相關(guān)因UPS所帶負(fù)載(計算機開關(guān)電源是整流型規(guī)范的要求。負(fù)載)為微感性的負(fù)載,其起動電流較大,所以斷7復(fù)值輸出功率因數(shù)UPS的發(fā)展路器的脫扣曲線應(yīng)選擇D類(10 ~ 20倍額定電流脫扣) ,其極數(shù)為四極。如果使用負(fù)荷隔離開隨著電子技術(shù)的發(fā)展、環(huán)境保護法的逐步推關(guān)或帶熔斷器的負(fù)荷隔離開關(guān),在選取開關(guān)和熔廣,非線性的負(fù)載將逐步向線性化發(fā)展。單值輸斷器時,其額定電流也要大于最大輸人電流和最出功率因數(shù)UPS適應(yīng)負(fù)載特性的能力差,用戶很大輸出電流。為消除共模干擾,UPS內(nèi)部中性難做到負(fù)載與UPS的匹配。復(fù)值輸出功率因數(shù)線相線對地之間都增加了濾波電容,開機時電UPS解決這一問題。復(fù)值輸出功率因數(shù)UPS供容的充電電流較大且直通大地，中性線、相線對電原理圖如圖3所示。地都有電流。所以,UPS前級及負(fù)載回路均不設(shè)逆變器輸出功率剩余電流保護斷路器。中國煤化工{逆變器一一負(fù)載斷路器的額定運行分?jǐn)嗄芰π枨?--般小型MHCNM HG功功半UPS為6kA或10 kA,大、中型UPS在30kA以上。UPS輸人、輸出導(dǎo)線的選取應(yīng)考慮設(shè)備中圖3復(fù) 值輸出功率因數(shù)UPS供電原理圖3次諧波電流的影響,均采用五芯電纜,其中輸人|MAE現(xiàn)代建筑電氣No.12 VolL.5 (Serial No.60) 2014●電氣設(shè)計圖3中,逆變器作為電流通道,不但通過有功電流也通過無功電流。只要逆變器輸人端有足夠的無功容量,就可滿足有功功率為有效功率的輸出要求,能極好地適應(yīng)負(fù)載的變化,匹配負(fù)參考文獻1載特性。復(fù)值輸出功率因數(shù)UPS的輸出功率因數(shù)為0.6~1.0。[1] 王其英,何春華. UPS供電系統(tǒng)綜合解決方案[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.8結(jié)語2]修志剛,張慧康,李海林,等.UPS電池容量計算方法[J].現(xiàn)代建筑電氣,2013 ,4(11):4-7.UPS帶用電設(shè)備多屬重要負(fù)荷,其故障影響[3] 陳德斌.地鐵行業(yè)UPs供電系統(tǒng)解決方案[J].電非常大。對UPS及其配電設(shè)備的相關(guān)計算和選源世界,2009(6) :52-55.擇應(yīng)考慮多種因素的影響,這樣才能保證設(shè)備的收稿日期: 2014-11 -07.安全、穩(wěn)定運行。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頁)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.中國煤化工，Key words: radio and television building; power supplyanding system; weakcurrent systemMYHCNMHG8●