3.2-UPS电源系统的设计解析

Click to edit master title style,Click to edit master slide style,Second level,Third level,N,*,*,UPS技术培训资料,第3-2节,UPS电源系统,的设计,主沟通输入,旁路沟通输入,断路器,In(额定电流)、使用分断力气、Ir(过流整定)、Im(短路整定)、Inst(瞬时整定的整定)、脱扣装置的类型,电缆,长度、横截面积、压降、变压器和主低压柜间的电缆安装方法,发电机组,Sn,Un,X“d=(亚瞬态电抗，计算电压失真度),X”d=(瞬态电抗，计算短路电流),一、,UPS,系统的技术参数,断路器,(CB3),In(,额定电流,),、,Ics(,分断能力,),、脱扣装置的类型、,Ir,、,Im,和,Inst,的设置,电缆,长度,截面积,CB3,和负载之间的电缆安装方法,输出隔离变压器或三次谐波滤波器,一、,UPS,系统的技术参数,输入-输出电缆的设计,UPS输入输出电缆取决于UPS的输入输出电流值。在UPS的安装手册中通常直接给出电流数值，有些厂家甚至直接给出最小的电缆截面积，这样有利于电缆的设计和选择。例如某UPS产品安装手册的数据如下：,二、,UPS,电源系统的设计,电缆截面的选择主要取决于两个因素：,所允许的导线温升；,所允许的传输压降。,压降Voltage drops,电缆所允许的最大压降：,沟通电路50HZ或60HZ为3%；,直流电路为1%。,通常UPS的输出电压可进展3%的调整，以弥补电缆压降。,输入-输出电缆的设计续,二、,UPS,电源系统的设计,输入-输出电缆的设计,留意问题：,UPS输入输出电缆的选择通常不要比给定的截面大两个等级，否则很难连接，并且机柜下部的电缆转弯半径也缺乏；,电缆通常承受铜芯构造，尽量不承受铝导线；,电缆尽量承受下进下出的方式，顶部进线需增加进线柜；,并联使用的电缆尽量不超过4根。,中线电缆：,在由众多的单相负载组成的三相配电系统中，由于三次谐波电流H3在中线上得以迭加，因此应选择：,中线电缆截面=1.5 x 相线电缆截面,这对于UPS的旁路输入或UPS输出电缆都是特殊重要的。,二、,UPS,电源系统的设计,输入-输出断路器的选择：,UPS断路器的设计是一个极为专业和简洁的过程，应由设计部门完成；,UPS的输入断路器在UPS的安装手册上一般具有明确的说明，例如：,二、,UPS,电源系统的设计,输入-输出断路器的选择：,UPS的输出断路器在UPS的安装手册上一般具有明确的说明，假设没有依据所推举的下线疼惜装置选择，则当某一路负载输动身生短路或故障时，其结果可能是使UPS输出的全部各路中断。,二、,UPS,电源系统的设计,留意：,该断路器的容量为UPS输出端容量最大的负载支路，而非总容量。,输入-输出断路器的选择：,留意问题：,主电源输入断路器通常依据1.2倍的输出相电流选择，无需过大IGBT整流器可选择1.1倍；,旁路断路器通常依据输出的额定电流选择；,单机UPS的输出总开关，最好选择负荷开关而不用断路器，以增加上下线之间的选择性；,并联UPS的输出，最好在每台增加一个隔离开关，以便利修理和测试，如下页图。,二、,UPS,电源系统的设计,page,11,断路器的选择性脱扣曲线,CB3脱扣曲线,CB2脱扣曲线,10,1,100,0.1,0.01,0.001,1,10,100,Im下线,Im上线,以,秒,计,算,的,脱,扣,时,CB2曲线,CB3曲线,发电机,短路电流,静态开关,热过载,上线断路器的电,流比I/In,Ir,：,过载整定,Im,：,短路整定,Inst,：,瞬间短路整定,Ir上线,Ir下线,变压器的起动电流,UPS全部负载,的起动电流,CB1,：,主电源输入,CB2,：,旁路输入,CB3,：,输出,为主电源的短路保护选择CB1和CB2的分断容量(上线电源通常为变压器),当下线发生短路时，CB1和CB2必须脱扣(特别是电源为发电机时),当负载发生短路时，CB2必须能够保护UPS的静态开关,静态开关的过载能力通常为10到16 In持续20毫秒,运行环境确实定,1UPS的热损耗,UPS的热损耗通常在用户手册或安装手册中都会有明确的数值，依据该数值确定空调系统的制冷容量即可。但在机房设计时，可能UPS的品牌尚不能完全确定，这时可依据下式进展估算：式中：表示UPS的整机效率。,2UPS的排风量,UPS的排风量通常在用户手册或安装手册中都会有明确的数值立方米/小时，需要依据该数值计算空调系统的通风量，假设通风量要求不能满足，则UPS的环境温度照旧不能降低到所允许的温度。,3UPS运行的海拔高度,UPS在高原、山地运行时，由于空气的淡薄，气压低，造成UPS不能带额定负载运行，这就是所谓的“功率折算“的问题。UPS的“功率折算表“通常在用户手册或安装手册中都会有明确的数值，在设计计算机房UPS电源系统时，应予以重视。,二、,UPS,电源系统的设计,UPS通信与监控治理确实定,UPS与其环境的通信，在各个UPS产品中都以标准配置或选件的形式配备了通信接口板，用来与不同的环境交换数据或指令，这包括：,电力环境(PLC、监控，等等)；,计算机环境(网络和计算机系统)。,数字通信技术是通过标准网络实施的，使用的接口板有四种：,RS232 U-talk 或 RS485 JBUS，用于通过点对点连接、本地总线或公共 交换网(PSTN)与电气环境进展通信；,SNMP/以太网，用于在以太网上与计算机环境进展通信；,或 XML，用于将UPS直接连接到因特网；,USB/HID，通过Solution-Pac或Manage-Pac软件在 Windows 2023 或 OS Mac 9.04的电源治理功能上供给信息。,二、,UPS,电源系统的设计,电池在UPS中的作用：,UPS要为负载供给确定的后备时间，就必需具有电能的储存；到目前为止，还没有找到一种技术能够储存沟通电能，也就是说电能的储存技术照旧只能承受直流形式。,电池在UPS电源中的主要作用就是储存电能，一旦市电中断，由电池放电供给逆变器，由逆变器将电池释放出的直流电转变为正弦沟通电，维持UPS电源的正常输出，确保计算机在确定的时间内正常用电。,在市电正常供电时，电池在整流充电电路中储存电能，同时对直流电路起到平滑滤波的作用，并在逆变器发生过载时，起到缓冲器的作用。,三、,UPS,电池容量的选择,电池的分类：,电池在UPS中已得到广泛的应用，其品种繁多，型号齐全，规格各异，但按其根本性质电池可以分为酸性电池和碱性电池两大类：,酸性电池：酸性电池的电解液一般是由稀硫酸H2SO4或者胶体硫酸构成，极板由铅Pb和过氧化铝PbO2构成，通过化学反响贮存电荷，起到电池储能的作用；,碱性电池：碱性电池的电解液一般是由氢氧化钾KOH或者氢氧化钠NaOH烧碱组成。极板由于电池的构造不同而各异。如镉镍电池正极板是氢氧化镍Ni(OH)3，负极板是镉Cd；铁镍电池的正极板是氢氧化镍Ni(OH)3，负极板是铁Fe；银锌电池的正极板是过氧化银Ag2O3，负极板是锌Zn。,电池也可以依据使用方式进展分类：开口型、密封型。,三、,UPS,电池容量的选择,电池的充电：,电池的充电特性曲线具有三个阶段：,恒流充电阶段：恒流充电的把握方法是降压限流，随着电池容量的恢复，电池的电压不断上升，始终到达恒压充电电压为止，因此这一过程也称之为升压充电(Boostcharging)。放电越深则恒流充电阶段越长，反之则较短。,恒压充电阶段：电池电压保持不变，充电电流渐渐减小，对密封电池来说，应维持在68小时，然后转入浮充状态，恒压充电过程也称之为恢复充电(Recharging)。,浮充电阶段：这一过程是为保持电荷的储量及防止自放电所必需的维持充电。通常认为每安培小时的充电电流降至10毫安以下时即认为电池已进入浮充电状态。浮充电流通常很微弱故有时又称为涓流充电(Trickling charging)。,三、,UPS,电池容量的选择,电池的放电：,电池的放电特性曲线具有三个特征：,当负载(即放电电流)较小时，电池的放电曲线较平滑，放电的时间较长。,无论负载的轻重如何，在放电的初始阶段都有电池电压突然下降较多，然后略有上升的现象，这个过程形成电池电压有较大的低谷；,无论放电电流的大小，电池的端电压最终将消逝急剧下降的拐点，以拐点连接得到的曲线就称为安全工作时的终止电压曲线，UPS的电池工作点都是设计在这条拐点曲线四周的。,电池最低放电电压曲线以下的局部，表示低于此电压将造成电池特性的永久损坏；在UPS中，当直流电压过低时，将引起逆变器脉宽调制波的进一步变宽，而过大的直流重量将引起逆变变压器的磁饱和现象，从而导致正弦波的失真。,三、,UPS,电池容量的选择,四、电池后备时间的计算,电池后备时间的计算，主要依靠于电池品牌的选择，包括电池的类型、电池的使用寿命、电池的安装方式等，可参照该品牌的电池参数，来计算电池的容量和数量。,依据UPS功率计算电池容量,举例：一台200KVA UPS，要求使用使用上海西恩迪的十年免维护电池，后备时间为30分钟。UPS的电池终止电压为338V，逆变器效率为0.94，输出功率因数为0.8，试选择电池容量、串连只数、并联组数。,依据UPS功率计算电池容量,UPS所需的直流功率为：,每组电池的串连只数为：,依据电池放电功率表，选择MPS12-10012V-100AH电池，每个单体放电功率为209W1.65V/cell,30分钟时，则需要的电池组数为：,即需要的电池配置为：12V-100AH电池34只4组。,四、电池后备时间的计算,依据放电电流计算电池容量,UPS所需的最大直流电流为：,依据汤浅电池放电曲线可知，当电池终止电压为1.65V/cell9.9V/只时，与30分钟的放电曲线交点为 1.05C，则需要电池的容量为：,即：200KVA 30分钟后备时间，需要100AH-12V的电池 5组并联，每组34只，选择NP12-100电池。,四、电池后备时间的计算,为什么不一致呢？,电池的充电特性,恒流充电,I max=0.1C,10,恒压充电,五、电池的监测与疼惜,335 V,0.1 C,423 V,463 V,0,t,10,U,I,U,I,电池的放电特性,后备时间,t,335 V,423 V,463 V,U bat,供给电池的后备时间计算和显示,五、电池的监测与疼惜,预报警电压,终止电压,t,End,t,Alarm,U,=E-R*ib,S=1-,idt,C,10,R=f(S)=,R,0,S,K,idt,C,10,=,电池实际输出的安时数,/C,10,i,U,E,R,电池监测的数学模型,R0=电池初始内阻：,当电池布满电时，S=1，则 R=R0,K=电池生产厂给出的放电系数,S=电池充电状态系数：,当电池开头放电时,t=0，则 S趋于1,当电池放电终止时,t=tEnd，则 S趋于0,C10=10小时放电制的电池容量，安时(AH),五、电池的监测与疼惜,(S表示电池的可用容量),实际后备时间显示,微处理器,计算软件,初始电压,Eo，初始内阻Ro，初始温度to，,初始容量C10，放电系数k1-k2，充电系数,1,-,2,串联只数，并联组数，终止电压等,全面考虑电池参数:,市电正常时，显示额定后备时间,市电停电时，显示剩余后备时间,依据实际环境及电池参数,测量电池的实际后备时间,电池电压,电池电流,负载功率,电池,溫度,电池,使用年期,放电结束预报警,电池寿命终止预报警,五、电池的监测与疼惜,电池后备时间的,智能化监测功能,K=电池厂家供给的放电系数,S=电池充电状态系数(10),U,=Eo R*i,R=,R,o,S,k,t,R=f(S,k,),R,Ro,Eo,U,t1,t2,t,(R1),(R2),电池电压U是内阻,R的函数,五、电池的监测与疼惜,t,电池电压,U,End,E,0,t,1,t,2,t,3,t,0,U,额定负载率,(C,10,),低负载率,(0.5C,10,),电池放电曲线是负载率的非线