①阀控式密封铅酸蓄电池:每台UPS各接一组;
②浮充电压允差:1%;
③浮充电压:2.23~2.27V/单体;
④均充电压:2.3—2.4V/单体;
⑤放电终止电压:1.67~ 1.7V/单体;
⑥寿命:浮充运行情况下不低于10年(25℃)。
10、电磁干扰:符合GB9254或CISPR22标准要求
11、防雷要求
UPS输入端应提供可靠的雷击浪涌保护装置,在下列模拟雷电波发生时,保护装置应起保护作用,使得设备不被损坏:电压脉冲10/700μs,5kV;电流脉冲8/20μs,20kA。
12、UPS应具有遥控、遥信、遥测功能,具有电池监测及保护系统
通信内容包括:输入电源故障、整流器故障、逆变器故障、工作方式(整流器、逆变器、旁路)、同步方式(内同步、外同步)、直流电压低、直流电压高。
UPS的所有告警信号应通过继电器干节点引至UPS的端子板上。
(一)UPS蓄电池容量计算
蓄电池必须在一段时间内供电给逆变器,并且在额定负载下,其电压不应下降到逆变器所能允许的最低电压以下。由于蓄电池的实际可供使用容量与放电电流大小、蓄电池工作环境温度、蓄电池存储时间的长短、负载种类和特性(电阻性、电容性、电感性)等因素密切相关,只有在充分考虑这些因素之后,才能正确选择和确定蓄电池可供使用容量与蓄电池标称容量的比率。
蓄电池的最大放电电流可由下式求得:
其中:S——UPS电源的标称输出功率;
COSφ声——负载的功率因数,一般取为0.8;
η——逆变器的效率,一般也取为0.8;
Ei——蓄电池放电终了电压。
可以先求出所需蓄电池的最大放电电流,再根据负载的性质以及UPS电源要求蓄电池应该提供的放电时间来求得蓄电池的容量。
为了说明这个问题,不妨举一个例子:
一台负载功率因数PF=0.8,效率η为80%的1kVAUPS,在要求后备时间为8小时的情况下,应选多大容量的电池多少只?(已知电池额定电压为12V×7=84V)
首先求放电电流Ia,按照正确的算法是以UPS关机前一瞬间电池的终点电压为标准来求,意思是说:在终点电压的时候,电池仍应给出100%的负载容量,终点电压一般取1.75V/单元,12V电池是6个单元相串联,故终点电压为1.75×6=10.5V
这时放电电流
求得蓄电池放电电流后,选择蓄电池容量可根据设计的放电时长和环境温度确定。
还有一种情况,即只有1h放电数据时,如何确定1h以上的电池容量,下图给出了修正曲线,可供参考。根据该修正曲线可得出1h以上电池容量的近似值。
Cn=knCl
式中:Cn一可供n小时放电的电池总容量(Ah);
n一规定的放电小时数;
k一修正系数;
Cl一根据放电数据表求出的1h电池容量(Ah)。
(二)交流不间断电源(UPS)设备选择
采用交流不间断电源设备时,其容量应按最大负荷功率确定。备用设备的配置,应根据通信负荷的重要性确定。主要应考虑以下方面:
1、UPS电源的型号选择
UPS电源的型号选择,应根据实际情况确定。档次配高了,成本增加,档次配低了,不能满足使用要求。要得到一个合适的性价比,必须对各种性能的UPS进行比较。下面对各种型号的UPS功能再进一步叙述:
(1)在线式正弦波输出UPS电源的主要特点
由于在线式UPS电源无论是在市电供电正常时,还是在市电供电中断由机内蓄电池向逆变器供电期间,它对负载(微型计算机)的供电均是由UPS电源的逆变器提供的。正因为如此,这就从根本上完全消除了来自市电电网的任何电压波动和干扰对负载工作的影响,真正实现了对负载的无干扰稳压供电。当外界市电电压变化范围为180~250V时,一般它的输出电压稳定范围可达220V±3%,正弦波的工作频率稳定度为50Hz±1%。
在线式UPS电源输出的正弦波的波形失真系数最小。目前,一般市售产品的波形失真系数均在<3%的范围内。
当市电供电中断时,在线式UPS电源能实现对负载的真正的不间断供电。这是由于只要机内蓄电池能向UPS电源逆变器提供能量,当市电供电中断时,在线式UPS电源如同市电供电正常时一样,它都是由逆变器向负载供电,在UPS电源内部并没有产生任何转换动作。所以,在从市电供电到市电中断的过程中,UPS电源对负载供电的转换时间为零。
在线式UPS电源同后备式UPS电源相比,具有优良的输出电压瞬变特性。一般在100%加载或100%负载减载时,瞬态稳压精度≤±5%,恢复时间小于50ms。
在线式UPS电源一般都采用20kHz以上的PWM脉冲宽度调制技术工作,所以,其噪音都比较小。一般噪音都小于50dB左右。
在线式UPS电源的控制线路设计中,由于采用了输入变压器、输出变压器及光电耦合器件等技术手段,将“强电”驱动部分与“弱电”控制线路部分从电的角度隔离开来,因而线路工作的可靠性得到了极大的提高。这种UPS电源的故障率一般都很低。
(2)后备式正弦波输出UPS电源的主要特点
由于在后备式正弦波输出UPS电源的线路设计中采用了抗干扰式分级调压稳压技术,因而,当市电供电正常以及外界市电电压在180~250V之间变化时,它都能向微型计算机提供抗电网高频干扰的稳压电源,它的电压稳定度一般在220V±5%左右。然而,后备式UPS电源仅仅在由蓄电池供电的时间内(一般为15min),才有可能向负载提供高质量的无干扰的正弦波交流电。
后备式正弦波输出的UPS电源的正弦波波形失真系数可以达到<5%左右。一般说来,
后备式不间断电源的负载过轻时,其正弦波的波形失真系数要有所增大。因此,一般希望将UPS电源的负载用到其额定值的30%以上。 ‘
后备式正弦波UPS电源在它的控制线路中采用50Hz市电同步技术,因而它在一定程度上解决了当UPS电源在市电供电——逆变器供电之间进行相互转换时出现的交流电同步转换问题。目前,市售产品的转换时间大约为4ms左右。也就是说,当这类UPS电源在从市电供电向逆变器供电进行转换时,对负载而言,它大约有4ms左右的中断供电(主要来源于继电器的转换时间),但其中断时间小于微型计算机所允许的10ms要求。
后备式正弦波输出的UPS电源处于由市电供电时,由于市电是直接通过抗干扰滤波器对负载供电的,因此噪音较小。但当UPS电源处于逆变器工作时,由于其PWM脉宽调制频率一般为8kHz左右,因此噪音偏大。一般噪音平均为55dB左右。
在后备式正弦波输出UPS电源的产品说明书中,一般没有给出输出电压瞬变特性指标。
(3)后备式方波输出UPS电源特点
后备式方波输出UPS电源一般也采用了抗干扰式分级调压稳压技术,因而在外界市电电压在180~250V之间变化时,它仍能向微型计算机提供抗网干扰的稳压电源,它的电压稳度在220V±5%左右。和后备式正弦波输出UPS电源不同,在市电中断时,这种UPS电源向负载提供的交流电是方波而不是正弦波。一般其方波电压输出的有效值的稳定度仍可达220V土5%的要求。
后备式方波输出UPS电源的逆变器的方波脉冲宽度和峰值是负载电流的函数:UPS电源的负载越重,方波脉冲的宽度越宽,而方波脉冲的峰值越小。当UPS电源空载时,方波脉冲的宽度最窄,方波的峰值最大(311V左右)。因此,这种UPS电源在从市电供电刚转换到逆变器供电的瞬间,负载会承受到相当严峻的电压冲击。同时,由于方波输出中包含有大量的高次谐波分量,所以相对于正弦波输出的UPS电源而言,负载的整流滤波电容将要承受较大的容性电流冲击。
由于后备式方波输出UPS电源造价较低,在线路设计上没有使用50Hz市电同步技术,因此在进行市电供电——逆变器供电转换过程中,有可能出现瞬时的交流电短路问题,有时甚至可能使负载在转换瞬间承受到接近于电源电压2倍的电压冲击。另外,由于在方波输出时,在它的正、负方波电压脉冲之间有可能出现近5ms的零电压期间,如果再加上继电器的4ms的转换时间,在最坏情况下,方波输出的UPS电源在市电供电——逆变器供电转换过程中,可能出现9ms的供电中断时间。也就是说,这种类型UPS电源的转换时间的长短带有很大的偶然性,其变化范围为4-9ms之间。因此,这种电源的供电中断时间的长短是个变量,而且它不是用户所能控制的。
后备式方波输出UPS电源不管是处于市电供电还是逆变器供电状态,它的50Hz市电和脉宽调制方波脉冲的工作频率都是50Hz,所以这种UPS电源的噪音较小.
后备式方波输出UPS电源的产品说明书中,没有给出输出电压瞬变特性这一技术指标。产品说明中明确指出:它的负载只能连接微容性或纯电阻性设备,不能同其他性质的负载(特别是可控硅)相连。否则,轻则产品的技术性能得不到保证,重则有损坏UPS电源本身的危险。
后备式方波输出UPS电源不能进行频繁的关闭和启动操作。一般要求在关闭UPS电源后,至少要等待6s左右后才能再开启UPS电源。否则,UPS电源可能处于“启动失败”的状态,即UPS电源处于既无市电输出又无逆变器输出的不正常状态。
2、负载容量、负载功率因数和UPS的波峰因数选择
选购UPS时,首先要知道负载的总容量,同时我们还要考虑负载的功率因数,才能确定UPS的标准功率容量。UPS额定容量一般是在考虑负载功率因数为0.8的情况下制定的,UPS负载中有计算机负载,而计算机负载内部电源大都是采用开关式电源,在这种开关电源负载下,实际功率是各瞬时电压值与瞬时电流值乘积之平均。因此,瞬时功率(峰值功率)很高,但平均实际功率都很小,故一般UPS在开关电源作负载时,功率因数只能达到0.6~0.65左右,而市场上的各种UPS负载功率因数指标为0.8,若按此指标选购的UPS电源来带动开关电源负载,势必造成UPS损坏。因此,在选择UPS的容量时,一定要考虑功率因数(或波峰因数)。由于负载的功率因数很难计算,故在UPS技术规范上,要求UPS有波峰因数比这个极其重要的指标,波峰因数越高,UPS电源承受非线性电流的能力越强。一般波峰因数比应大于3:1。
3、电池后备时间选择
在UPS中,大量使用蓄电池作为储存电能的装置,在中小型UPS中被广泛使用的是密封式铅酸电池,它的价格比较贵,一般约占UPS总售价的1/4—1/3左右。根据有关资料统计,由于蓄电池故障而引起的UPS电源不能正常工作的比例占40%以上,因此我们在选择UPS时,一定要清楚UPS内部所配蓄电池的情况,如满载工作时间、半载工作时间、蓄电池电压、容量、生产厂家、使用寿命、质量保证等。
—般情况下,在选择电池后备时间时,通常选取满载工作时间为10min、15min或30min即可,而长延时UPS则由于大容量蓄电池价格昂贵,一般仅在一些停电时间较长的场合选用,此时最好选择有外接大容量蓄电池功能的UPS电源,以确保在市电停电后能长时间供电。
4、集中与分散供电方案选择
如果有多台负载需要UPS电源,那么是用一台大功率UPS集中供电,还是由多台小功率救供电?若负载比较集中,为便于管理,一般是用一台大功率UPS电源集中供电;如果要增加可靠性,还可考虑用两台大功率UPS电源双机冗余并联供电;若负载比较分散,且各负载之间比较独立,对供电质量要求较高,要互不干扰,此时可考虑用多台小功率UPS电源分散供电。
5.大中型UPS静态开关的选择
UPS的主备用倒换、旁路倒换、运行测试倒换等动作都是通过控制开关来实现的。这些开关从动作特点上分为动态开关和静态开关。
动态开关为有触点开关,由接触器和断路器等电磁器件构成,靠机械动作完成转换,动态开关转换过程会有几十毫秒的瞬时供电中断,故不能应用于对UPS要求较高的场合。
静态开关为无触点开关,有时也成为固态继电器,由晶闸管开关器件构成。由于快速晶闸管的接通时间为微秒级,同小型继电器毫秒级的转换时间相比,它只是小型继电器的千分之一左右。以在线式UPS电源做为主电源为负载设备供电时,UPS电源中的逆变器要长时间为负荷载设备提供高质量供电。而市电或柴油发电机组作为备用电源,只有逆变器发生故障时才通过检测控制电路,驱动UPS电源输出端的静态开关使负载切换到市电供电。当两台或两台以上的UPS电源以并联输出方式为负载设备供电时,同样是通过各自输出端的静态开关为负载供电。如并联供电中的某台UPS发生故障时其输出端的静态开关将断开,以避免影响其他UPS和负载设备的正常工作。所以静态开关的质量、切换性能的优劣以及在UPS电源整机中的工作环境(主要指散热)是否能满足其要求,将直接影响UPS 的可靠性。所以静态开关是UPS 电源中的重要部件。
大多数UPS电源的静态开关是由两个反向并联的晶闸管组成的,如图所示。其工作原理较为简单,当其输人端为正弦波电压正半周时,晶闸管VS1的栅极触发脉冲使VS1正向导通向负载R 提供正半周供电。
当输人端电压为负半周时,晶闸管VS2承受正向阳极电压,VS1在反向阳极电压下关断,VS2的栅极触发脉冲到来时,VS2正向导通,负载R上流过与正半周相反的电流。
UPS电源中逆变器输出静态开关与旁路静态开关的并联工作方式如图所示。当逆变器正常工作时,通过静态开关S1为负载R供电,逆变器因故障退出供电时,静态开关Sl关断,旁路静态开关S2导通继续为负载供电。这种静态开关与其检测控制电路相配合使用,可使大中型UPS电源的逆变与旁路切换时间达到1ms甚至更短。一般大中型UPS电源为了在主机检修时不中断对负载的供电而设置了检修旁路动态开关。UPS电源逆变器输出静态开关、自动旁路静态开关和检修旁路动态开关的连接方式如图所示。UPS电源正常工作时逆变器的输出静态开关S1导通为负载供电。
当检修时先将逆变供电方式转为自动旁路供电。这种切换方式是UPS电源所必有的功能,所以切换时间极短而且可靠。切换到自动旁路后市电通过静态开关S2为负载供电,此时可将检修旁路动态开关s闭合与自动旁路静态开关S2并联为负载供电。由于S与S2并联在同一相市电上,所以其输出必然同频率、同相位、同幅度。而后将自动旁路开关L断开改为由检修旁路动态开关S供电,UPS主机已完全退出供电,便可对UPS各部分进行维护检修。当恢复逆变器供电时,可将自动旁路开关S2投人工作,而后把检修旁路开关S断开,最后将自动旁路供电状态切换为逆变器供电。也有一些UPS电源在切换控制电路的时序上做了过渡设计,允许UPS电源由逆变器供电状态直接切换到检修旁路供电。以上所介绍的静态开关的切换条件必须是在逆变器的频率及相位跟踪市电功能正常的情况下进行切换。即静态开关的不间断切换必须满足3个条件
(1)必须频率同步,一般允许误差≤±2%,
(2)备用电源的电压幅,必须与逆变用输出电压幅度相差很小,一般允许误差≤±1%,
(3)备用电源的相位与逆变电输出电压的相位差必须在7.2φ以内,即误差不超过0.4ms。
当UPS的逆变器输出电压V1与备用市电v之间存在频率和相位不同步的情况时进行相互切换,无论对负载或UPS电源都有可能造成故障。对负载将会造成输人电压波形瞬间异常或供电瞬间中断等故障。相位不同步时的电压波形如图所示。如果UPS电源的负载输人电路是有源功率因数补偿电路,在图所示的电压波形下切换时刻为T0时,负载输入端电压将会产生畸变。负载输入电压波形的失真必然导致输入电流波形的失真。
如果UPS电源的负载输人端是整流非线性负载,在图 (a)所示的两个不同步电压波形的T1时刻切换时,将会使整流滤波电路中的储能滤波电容在半个周期内无脉冲电流补充能量,使滤波电路直流输出电压降低而影响负载的正常工作。由于在半个周期内无充电电流,滤波电容两端电压较低,因此必然会造成下半个周期电容充电脉冲电流峰值增大,充电时间增加。峰值电流的增加无论对UPS电源的逆变器、静态开关或负载的整流二极管都会造成较大的电流冲击。在上述不同步状态下切换时,整流非线性负载的输人电压、电流和滤波电容C两端的电压波形见图。图中T1时刻为不同步波形的切换点,T0—T1时间内的电压波Vin及电流波Iin为切换前UPS 逆变状态下的输出,也是整流非线性负载的输人波形。由于相位不同步切换,使切换点电压达不到最大值而使滤波电容C的电压Vc继续下降,直到切换完毕的下半个周期滤波电容C才再次得到补充充电,所以会产生很大的充电峰值电流IM。图中滤波电容C充放电电压Vc曲线上阴影部分是由于不同步切换而失去的能量。
在交流备用电源电压与UPS逆变器输出电压存在较大的相位差切换时,将会在主用和备用电源之间产生较大的瞬时环流。逆变器输出侧的静态开关中的两个晶闸管只有在电流为零时才能被驱动导通或关断。当主、备电源输出电压相位差φ较大时,在切换的瞬间同样会使电流波产生相位差φ。因此将会使逆变器输出侧的静态开关的关断时间向后推迟了一个相位,此时已经切换到备用电源供电,因此备用电源的输出电流在相位差φ对应的时间内,通过尚未关断的静态开关向逆变器输出端反灌而形成瞬时较大的环流,甚至会损坏静态开关。所以在实际使用中对UPS 电源规定了与备用电源切换时的最大允许相位差。
大、中型UPS静态开关一般使用电子式静态转换开关。依靠这种先进技术,可以对负载实现转换时间为零的不间断供电。常用的控制系统将三相UPS逆变器的输出电压经送到负载,与此同时,三相50H ;交流旁路电源经三相静态开关(由三组反向并联的晶闸管组成)也可送到负载。正常工作时,只有逆变器供电通道或交流旁路电源通道之中的一路电源向负载供电。只有当UPS 需要执行由交流旁路电源供电至逆变器供电切换操作时,才会出现短暂的(约几毫秒~几十毫秒)两路交流电源在时间上重叠向负载供电的情况。为保证逆变器及静态开关的安全运行,UPS 的控制系统必须满足下述的基本工作条件:
(1)由UPS逆变器所产生的50Hz正弦波电源应随时保持与市电50HZ交流旁路电源的同频率、同相位、同幅度和较小正弦波失真度的关系。因为只有在这样的条件下才有可能使UPS在执行由逆变器供电至市电交流旁路供电切换操作时,实现上述两种交流电源间不存在任何瞬态电压差或是在瞬态电压差足够小的条件下执行安全切换操作要求。为此必须在UPS的系统控制中引人“锁相同步”。
(2)UPS的控制电路应具有分别执行同步切换和非同步切换的能力,以确保UPS 能在具有不同供电质量的交流旁路电源系统中正常运行。
5、三相UPS中性线的截面选择
由于非线性负载,因而流过中线的电流不为零,即使在三相负载完全平衡时中线电流也可达三相电流的1.8倍,负载功率因数越小,倍数越大。因此在UPS电源中,其中线截面不得小于相线截面。
对用户而言,在选择UPS时应考虑这一点,并在安装UPS时决不可施放中线截面小于相线截面的三相四线电缆(包括UPS进线电缆及负荷电缆),如已经放好,则应另加一根中线,并接在原中线上,否则将造成中线发热甚至烧掉电缆的危险,引起严重后果。
从维修过的机器中,我们感到因为不能正确维修、使用UPS,使机器性能下降,寿命缩短,甚至人为造成损坏机器的现象并不少见。为此,将维修、使用中应当注意的问题,谈一些看法,经供参考。
(一)UPS的功率问题
UPS的输出功率与功率因素关系密切,在容性负载条件下,UPS的输出功率可以达到标称功率,在感性负载条件下,UPS的输出功率则大大下降。即使在功率因素为0.8(感性)时,其输出功率也只能达到标称功率的50%。UPS的负载,一般都是计算机负载,而计算机负载内部电源大都是开关电源,在开关电源负载条件下,瞬时功率很高,但平均实际功率却很小。故一般UPS在开关电源作负载时,其功率因素只能达到0.65左右,而UPS的负载功率因素指标,一般为0.8,按此指标来带动开关电源负载,就有损坏UPS设备的可能。因此,选择UPS的功率时,一定要考虑负载的功率因素。
UPS不宜带感性负载,有的单位在验收机器时,想用大功率风机、空调机来检验UPS的性能与输出功率,这是不适宜的。有的单位将风扇、马达等加到小功率的方波输出的UPS上,这是不行的。
后备式方波输出的UPS不能带电感性负载,而且负载量在额定负载的50%左右最好。因为在这种负载条件下,可以消除50Hz方波输出波形中的3次谐波(150Hz正弦波)分量,减轻开关电源中,流过直流滤波电容中的电流,防止滤波电容因长期过流工作而损坏。
后备式UPS在逆变器供电时,一般都设有过载和短路自动保护功能,但在市电供电时,一般就靠输入交流保险来担当过载保护的任务,所以用户不可轻易地加大市电输入保险丝的容量。否则,一旦UPS输出发生短路事故时,有可能出现输入保险烧不断,印制板上的印制线却被烧毁的危险现象。
(二)蓄电池的使用问题
蓄电池在UPS中占有相当重要的地位,有人说,蓄电池是“UPS的心脏”,我们看并不过分。因为蓄电池在UPS的生产成本中占有相当大的比例,而在实际使用中,因蓄电池问题造成UPS不能正常工作的比例,却比它在生产成本中占的比例更大。在实际维修中,人们不重视它,忽视它的现象则更为严重。有的单位,费了九年二虎之力才申请到几台UPS,却舍不得使用,在仓库一放就是1年,无人过问。有的单位的备用UPS,长期备用,连蓄电池的充电器输出给停掉了,半年不给蓄电池充一次电。1年、2年,甚至4年、5年都不检查一次蓄电池的端电压现象更是存在着。然而,只要真心、用心对待蓄电池,蓄电池是会加倍回报给人们的。因为它不仅向你提供足够的容量,保证市电断电后能维持足够长时间的供电,而且还会延长服役年限,更多地为您服务。
蓄电池在使用中一般要注意以下问题:
1、严禁蓄电池过度放电,如小电流放电至自动关机,人为调低蓄电池最低保护值等,均可能造成电池过度放电。
2、对于频繁停电,使蓄电池频繁放电的地区,要采取措施,保证蓄电池在每次放电后有足够的充电时间,防止蓄电池长期充电不足。
3、对于很少停电,蓄电池很少放电的UPS,则要每隔2~3个月人为地断市电一次,让蓄电池放电一段时间,防止蓄电池“储存老化”。
4、要定期检查蓄电池的端电压和内阻,及时发现“落后”电池,进行个别处理。
(三)UPS轻载运行问题
大多数UPS在50%~100%负载时,其效率最高,当负载低于50%时,其效率急剧下降,因此,当UPS过度轻载运行时,从经济角度讲是不合算的。另外,有的用户总认为,负载越轻,机器运行 可靠性就越高,故障率就越低,其实,这种概念并不全面,因为负载轻,虽然可以降低末级功率管被损坏的概率,但对蓄电池却极其有害。因为过度轻载运行时,一旦市电停电以后,如果UPS没有深放电保护系统,就可能造成蓄电池过度深放电,造成蓄电池永久性地损坏。
蓄电池过度深放电的原因一般有:
1、长时间的小电流放电。大家都知道,蓄电池所使用的容量与放电电流的大小关系密切,放电电流越小,实际放掉的容量就越多。一般来说,蓄电池的放电容量,必须控制在80%的额定容量以内。也就是说,当蓄电池放出额定容量的80%时,就不允许继续放电。如果继续放电,就会造成蓄电池的深放电,如不及时采取补救措施,就可能造成蓄电池永久性的损坏。
2、长时间的频繁放电。有的单位和地区,由于市电停电比较频繁,就有可能造成蓄电池频繁放电。如果在蓄电池放完电后,没有足够的时间(一般在10h以上)来进行充电,第二次又马上放电,这样的次数多了,就可能造成蓄电池的深放电。
UPS都具有蓄电池最低电压保护值,但蓄电池的端电压与放电电流的大小关系基密,放电电流小,其端电压就高,达到最低保护值时所放出的实际容量就越多。所以,轻载运行的UPS,应尽量避免放电到最低保护值才关机的现象出现。而长延时的UPS则应适当提高放电下限电压保护值。
(四)UPS不宜带载开机和关机
没有延迟启动功能的UPS,带载开机很容易在启动的瞬间,烧毁逆变器的末级驱动元件。因为刚开启时,控制电路的工作还未进入稳定状态,启动的瞬间又会产生较大的浪涌电流,末级驱动元件有可能承受不了。对于采用MOS管作为驱动元件的UPS来说,更是如此。当负载中包含有电感性负载时,带载关机也同样可能引起末级驱动元件的损坏。因此,不是紧急情况,不要带载开机和关机。
(五)UPS逆变器正常运行时,禁止用示波器观察控制电路波形
UPS的核心部件是逆变器,逆变器运行时,请不要用示波器及其他测试工具去观察控制电路的波形。因为测试时,尽管特别小心,也很难避免表笔与临近点相碰,更难防止因表笔接上后引起电路工作状态的变化。一旦电路工作异常,就有导致末级驱动元件烧毁的危险。我们在维修中已发现过多次人为烧毁逆变器的现象。有的是属于维修经验不足,有的是为了学习,观察电路波形而引起的。
在实际维修中,确实需要观察电路波形时,可采用如下措施:
1、将机器置于“测试”状态来测试。测试状态与机器的实际工作状态相似,只要在测试状态下观察的波形正常,一般来说,在机器实际运行时也会正常。目前,大多数厂家生产的设备都有“测试”这一工作状态。
2、人为断开末级驱动电路后再行测试:有的机器没有“测试”这种工作状态,对于这类机器就必须人为断开末级驱动电路后,再进行测试。但在末级驱动电路断开后,有一部分电路不能正常运行,这时就应根据实际机器的电路,人为制造运行条件,在末级驱动电路断开后,控制电路板中各点波形就均可观察到。
3、将有关板子取下,利用专用测试台来进行测试。发现机器某板子有故障,或将故障板修复后,需要验证该板是否正常时,可用专用测试台来进行测试,凡在测试台上测试正常的,一般到机器上运行都不会有什么问题。
用户在安装UPS时,往往都会提出机器的输入、输出、蓄电池的输出线用多粗的线的问题。导线的选用,根据用途,种类,型号及各种结构尺寸,载流量,不同类型导线,有不同的使用范围和要求。由于UPS均装于室内,而且离负载较近,其走线多为地沟或走明线,所以,一般采用铜芯橡皮绝缘电缆。其导线截面积主要考虑三个因素:
1、符合电缆使用安全标准;
2、符合电缆温升许可;
3、满足电压降要求。
UPS要求最大电压降为:交流50Hz或60Hz回路≦3%;交流400Hz回路≦2%,直流回路≦1%,如果压降超过上述范围,必须加粗导线截面积。
其计算方法如下:
1、先求出电流值
交流输入、输出电流的计算:
因为 P=3×U相×I相×cos
所以 I相=P/3×U相×cos
如380V 50Hz 250kVAUPS的输出电流为:
I相=250VA×103/3×220V=380A
2、确定导线截面
查表可知:当输出线约100m长时,可选择185mm2的铜芯电缆,超过100m长则需加粗些,因为100m的线路压降已达2.7%了。如果输出线在80m以下时,可选150 mm2的铜芯电缆,此时压降为3.1×80/100=2.48%。
同理,可确定蓄电池的输出线的最小截面积。
直流输出电流I=P/U,这里要注意的是U应取最小值。
逆变器输入电压为362V~480V的3
所以电池输出线应选600 mm2以上的铜芯线。
100m长回路的电压降比率(铜芯电缆)如表4-1所示,选用时可参考。
表4-1中:截面积的单位为mm2;电流的单位为A;电压降则表示电压降的比率。
表4-1 三相线路(铜芯导体):50/60Hz,3
压 降
电 流
35
mm2
50
mm2
70 mm2
95 mm2
120 mm2
150 mm2
185 mm2
240 mm2
300 mm2
50A
1.3
1.0
63A
1.7
1.2
0.9
70A
1.9
1.4
1.0
0.8
80A
2.1
1.6
1.2
0.9
0.7
100A
2.7
2.0
1.4
1.1
0.9
0.8
125A
3.3
2.4
1.8
1.4
1.1
1.0
0.8
160A
4.2
3.1
2.3
1.8
1.5
1.2
1.1
0.9
200A
5.3
3.9
2.9
2.2
1.8
1.6
1.3
1.2
0.9
250A
4.9
3.6
2.8
2.3
1.9
1.7
1.4
1.2
320A
4.6
3.5
2.9
2.5
2.1
1.9
1.5
400A
4.4
3.6
3.1
2.7
2.3
1.9
500A
4.5
3.9
3.4
2.9
2.4
600A
4.9
4.2
3.6
3.0
800A
5.3
4.4
3.8
1000A
6.5
4.7
(铜芯导体)
电 流
25
mm2
35
mm2
50 mm2
70 mm2
95 mm2
120 mm2
150 mm2
185 mm2
240 mm2
300 mm2
100A
5.1
3.6
2.6
1.9
1.3
1.0
0.8
0.7
0.5
0.4
125A
4.5
3.2
2.3
1.6
1.3
1.0
0.8
0.6
0.5
160A
4.0
2.9
2.2
1.6
1.2
1.1
0.8
0.7
200A
3.6
2.7
2.2
1.6
1.3
1.0
0.8
250A
3.3
2.7
2.2
1.7
1.3
1.0
320A
3.4
2.7
2.1
1.6
1.3
400A
3.4
2.8
2.1
1.6
500A
3.4
2.6
2.1
600A
4.3
3.3
2.7
800A
4.2
3.4
1000A
5.3
4.2
1250A
5.3
大量的运行实践表明,UPS 供电系统所提供的交流电源质量的高低,是影响系统能否向它的最终用户提供高质量、高可靠性和高安全性的365 天“全天候”信息增值服务的关键因素之一。当今判断一套电信机房用UPS 供电系统质量高低的标准应该是,该套供电系统具有以下技术特性。
1.高可靠性
在UPS供电系统的运行中既不允许出现任何瞬间供电中断的停电事故,也不允许出现由普通的市电经交流旁路直接向用户的负载供电的局面。要求UPS系统本身具有100%的可靠性。按照当今的UPS制备技术水平,惟一能完善地解决这个问题的办法是采用双总线输人+UPS冗余直接并机供电系统+双总线输出+负载自动切换开关的供电方案才有可能达到此目标。这是一种具有高度容错能力的冗余供电系统,只要设计妥当,就可以消除可能出现在通信网供电系统中的单点瓶颈故障隐患。
2.防雷击、抗高能浪涌的功能
雷击、闪电及电网上的高能浪涌严重威胁着UPS系统和电信网的安全。如无相应的保护措施,将造成UPS 系统及电信网硬件和软件的损坏。UPS应具有这方面的保护电路,其指标应符合国家及国际安全规范标准。
3.过载能力强
由于机房内的计算机、交换机等负载属于整流型负载,在启动时往往有较大的瞬态冲击电流,如果UPS的过载能力较弱,有可能导致系统不能正常安全运行。一般传统双变换型UPS和在线互动式UPS可以在125%过载时坚持10min,而后转到旁路供电,而串并联调整式UPS却能在120%过载时长期工作。
从UPS电源的三种工作状态即逆变工作、电池工作及旁路工作来看,其确实有较高的供电质量和可靠性。但是UPS 电源毕竟是由成百上千个电子元器件、功率器件和散热风机与其他一些电气装置组成的功率电子设备。当采用单台UPS电源供电时,由于其存在单点瓶颈性故障隐患,所以还是会发生由于UPS电源本身的故障而中断供电的现象。采用双机热备份的冗余技术可使供电系统的可靠性得到很大的提高。注意的是双机并联不一定是冗余的,并不是所有并联UPS系统都具有冗余的功能。并联的概念是增容,而冗余的概念则是可靠性。比如两台50kVAUPS并联给80kVA负载供电,只能说这两台UPS实现了并联,但若其中任一台因故障而关机,则余下的另一台也会因过载而转人旁路供电。然而若负载为40kVA,那么一台50kVAUPS因故障而关机后,负载并没有被切换到这台UPS的旁路上去,而是由另一台UPS继续供电,这就实现了冗余。也就是说,当一个UPS并联系统中的一台或者几台UPS故障时,余下的UPS仍能向负载正常供电,那么这个系统就是冗余系统。因此,并联是实现冗余的必要手段而并不一定就是冗余。在谈到这个问题时,可先了解什么是系统的冗余度。系统冗余度的表达式为N+X,其中N的含义是并联系统中UPS单机的总台数,X的含义是并联系统中允许出现故障的UPS单机台数。例如,在5台UPS并联系统中,允许其中两台同时出现故障,那么这个系统的冗余度就是5+2。目前大部分使用的UPS系统都采用的是双机热备份全冗余并联系统,连接方式主要有两种:
1.主从并联系统:系统中任一台UPS既是主机又是从机,哪一台UPS先开机,它就是主机。主机提供负荷需要的全功率,从机热备份,有自动倒换功能。
2.同步并联系统:同步并联系统是由两台具有相同输出功率的UPS单机和双总线输出开关柜所组成的。由于这种双总线输出开关柜的引人,它可以明显地提高整个并机系统的可维护性。由于在双总线输出开关柜中的两个断路器MOBI和MOBZ并关的旁边分别配置有表示UPS1和UPS2之间的频率和相位是否满足直接并机条件要求的指示灯,因此,只要操作人员看见这两个指示灯处于发亮状态,就可以将MOBI和MOBZ置于闭合状态,实现正常的“1+1”型并机输出运行操作,无需专业技术人员去判断UPS1和UPS2的实际输出参数是否满足直接并机条件。
当某台UPS因出现故障而自动脱机并需要检修时,用户只需要将这台出故障的UPS的输人开关、蓄电池开关和位于双总线输出开关柜中的对应的断路器开关断开,就可确保用户的负载继续由剩下的一台正常的UPS向用户提供高质量的交流电源的前提下,在完全无电条件下来检修出现故障的UPS ,从而确保检修人员的人身安全。
两台UPS在执行并机操作时,不需要互相获取对方的实时的输出频率、相位、电压、电流等参数信息,就能达到相互锁相同步并机、均匀分担负载电流的目的,这种并机技术在强大的微处理器的直接数字合成技术和自适应调控功能的支持下,只需要两台UPS分别关注自己的输出电压、电流及相位,就可实现输出同步跟踪、均分负载电流以及在万一某台UPS 出故障时将这台出故障的UPS从并机系统中快速“脱机”等调控功能(执行“选择性脱机跳闸”操作),从而将UPS 的并机概念提高到一个崭新的高度。该技术的好处在于,各UPS单机之间无需通信电缆连接来传递实时信号,就可实现并机系统的电流均分控制。对于并机系统中的各台UPS,它们都处于完全平等的调控状态。采用独特的小步长、高频度同步相位调制法,每台UPS能“智能”地将位于并机系统中的各台UPS的同步跟踪调到最佳状态(彼此之间的相位差几乎为零)并实时动态地调节所带负载的百分比,实现高精度的负载均分。这种技术可使并机系统负载电流均分的不均衡度小于2 %。
同步并联系统具有如下特点:
①系统级交流转换柜(SBM)具有一套单独的用于维修、故障清除和在紧急情况下处理事故的系统级维修转换供电系统。
②转换柜内采用基于微处理器调控的逻辑控制电路,从而减少了硬件总数,提高了运行可靠性。两套完全冗余的单机监视网络提供UPS供电系统的运行参数测量和报警信息。为方便安装,每条数字网络通信电缆仅由一条双绞线组成。
③从转换柜的监视器面板上可获得与单机监视器面板上同样详细的UPS运行状态信息。
④可选择公共蓄电池组或单独蓄电池组两种配置方案,可达到8台UPS单机的现场并联增容。
热同步并机技术具有如下优点:
①两台UPS之间没有信号通信用的电缆,减少了故障率;
②两台UPS均独立工作,无主从关系;
③UPS单机系统可以很容易地被扩展为“N+1”型直接冗余并机系统;
④当一台UPS 的输人电源发生故障时,另一台UPS的输出电源可对这台出故障的UPS的蓄电池进行充电,从而确保蓄电池组永远处于满充状态。
这里以爱克赛公司PW9315系列UPS为例阐述热同步并机技术。由于PW9315系列UPS单机本身的输出电压可精确到380V±0.1V,UPS逆变器电源的相位与市电电源的相位之间的偏差小于1。当UPS直接并机时,两台UPS均会同时同步跟踪交流旁路电源的频率和相位。由于这两台UPS的交流旁路电源是共用同一市电电源的,因此这时的两台UPS的输出电源在电压及相位方面已经非常接近了。但为使各台UPS的相位差尽可能地趋于零,位于并机系统中的UPS还会小幅度地和快速地调整它的输出电源的相位,以使得可能出现在UPS并机系统中的各台UPS之间输出电流均流的不均衡度尽可能地减小。在理想情况下均流的不均衡度为零,也就是说,从每台UPS单机输出的电流都完全相等。为提高调节精度,在这种并机系统中采用高频度、小步长的调控法,它在1s内对UPS的逆变器电源执行3000次同步跟踪调节。当在这两台UPS之间出现微小的相位差时,它会导致每台UPS所输出的负载电流不相等。此时,位于UPS并机系统中的各台UPS将会通过它们各自的输出电流监测电路来实时监视其实际的输出电流的幅值。当某台UPS发现它的输出电流增大时,它的CPU就会控制自己的输出电源的相位向相反的方向移动,以达到减少负载电流不均衡度的目的。经过这样反复多次调节,最终就能找到一个最小的电流不均衡点。
1.UPS的电源连接
①UPS的配电箱所使用的开关不宜选用老式的刀闸开关,因为这种开关在接通或切断电源时有拉弧现象,会对电网产生干扰。另外,不可使用熔断式保险丝,因为其过流响应速度慢,在负载或UPS短路时不能及时切断电源,从而会对设备造成危害。所以应采用空气开关,这种开关不仅有消弧和负载短路时响应速度快的功能,而且有漏电保护和过热保护等功能。
② 空气开关的容量选用应适中,开关容量过大会造成在过流或负载发生短路时起不到保护作用,过小会经常造成市电中断。
③市电电压的波动范围应符合UPS输人电压变化范围的要求。目前市售的绝大数UPS 都具有抗干扰、自动稳压功能,一般没必要再外加抗干扰交流稳压器。如市电电压波动较大,应在UPS前级增加其他保护措施(如稳压器等),可以将交流稳压器用作UPS的输人级。
④使用UPS时,应务必遵守厂家产品说明书中的有关规定,保证所接的相线、零线及地线符合要求,用户不得随意改变其相互的顺序。
⑤外接蓄电池至UPS的距离应尽量短,导线的截面面积应尽量大,以增大导电量和减小线路上的电能损耗。特别是在大电流工作时,电路上的损耗是不可忽视的。
2.UPS的防雷接地
雷击是所有电器的天敌,一定要注意保证UPS的有效屏蔽和接地保护。为防止寄生电容耦合干扰以及保护设备及人身安全,UPS必须接地且接地电阻不可大于1欧姆。
3.UPS的工作环境
UPS主机对环境温度要求不高,工作时环境温度要求为0℃—40℃,湿度为10%—90%。UPS在摆放时应避免阳光直射,并留有足够的通风空间。UPS的工作环境应保持清洁,避免有害灰尘对UPS内部器件的腐蚀,否则灰尘加上潮湿会引起主机工作不正常。蓄电池对温度要求较高,标准使用温度为25℃,平时不能超出-15℃—+30℃的范围。
1.清洁和检查
UPS在正常使用时,主机的维护工作很少,主要是防尘和定期除尘。机内的风机会将灰尘带人机内并沉积下来,造成电气参数的变化,当空气潮湿时会引起主机控制紊乱,造成主机工作失常并发生不准确告警。
2.蓄电池
UPS电池一般为密闭式电池,但建议每年做一次放电测试,并观察电池容量变化,以了解目前电池状态。其它电池保养检测方法同前
一般在室温条件下,正常使用时密封铅酸电池的浮充使用寿命为3-5年。
3.提高使用维护水平
UPS安装质量的好坏直接影响UPS系统的正常运行,为了更好地发挥UPS电源性能,必须充分重视UPS电源的安装质量。一般来讲,安装UPS时必须考虑UPS的使用环境、电网情况、负载容量及特性、接地情况、配线及开关容量等因素。实际工作中,UPS的型号各种各样,为叙述方便,下面以爱默生中小型UPS为例,叙述UPS安装调试过程,希望再实际工作中起到触类旁通的作用。
UPS对温度、湿度、海拔高度等环境条件有一定的要求:
工作温度:0℃~40 ℃;
存储温度:-40 ℃~+70 ℃(不带电池), -20 ℃~+55 ℃(带电池)
相对湿度:5%~95%,无凝露;海拔高度:〈1500mm
落尘:周围环境保持清洁,减少有害灰尘对内部线路的腐蚀。
结构:UPS长延时配置时,电池较重,应考虑地板承重能力。
空间:保证UPS维护时,工程人员有一定的操作空间。
包括电网电压波动范围、停电频率等,确定UPS备用时间配置。如有必要,可以在UPS前级增设其他保护措施,如在雷电多发区选配外接C级防雷箱。
为了确保系统稳定可靠地工作,防止寄生电容耦合干扰,保护设备及人身安全,系统必须良好接地。接地系统以接地电阻表示接地的性能,接地电阻一般必须小于5Ω,对于一些精密电子仪器仪表、医疗仪器接地电阻甚至要求小于1Ω。
安装UPS时,必须充分考虑设备的交流输入、输出和电池等因素,选用适当的接线材料和线径。UPS一般装在室内,距离负载较近,一般采用铜心绝缘电缆,导线截面必须符合安全标准,满足电压降和温升等要求。当距离较远时,重点考虑电压降,然后再校验温升,当距离近时,电压降很小,主要考虑温升指标。
对于中小型UPS系统,距负载较近,表1给出推荐的电缆截面参考。
机型
额定负载下的
最 大输入电流 (A)
推荐最小配线直径 (mm)
推荐最小配线面积 (mm^2)
标机
长延时机
1kVA
6.3
10
1.1
1.5
2kVA
12
20
1.6
2.5
3kVA
16
25
1.9
4
6kVA
32
50
2.8
6
10kVA
51
60
3.6
10
表1 推荐电缆截面选择表
对于1KVA、2/3KVA的UPS,交流输入线采用标准连接电缆,附带插头容量分别为10A、16A,安装时需要提供10A或16A输入插座配合。对于3KVA的UPS如果经常在低压、满载情况下使用,可剪去插头直接连接到用户配电盘上,注意零火线方向,保证可靠接地。
对于6/10KVA的UPS,接线采用端子排型式,需要将UPS交流输入线连接到用户配电盘空气开关上,使UPS或负载出现紧急情况时,能够迅速切断电源,防止设备损坏。
对于 6KVA UPS 输入线上的空开 ≧ 63A
对于10KVA UPS 输入线上的空开 ≧ 100A
【注】上述空气开关的容量是在UPS低压满载情况下计算出来的,UPS本机上的交流输入开关容量分别为63A、100A。
根据UPS后备时间的不同,长延时机型需要外配不同容量的蓄电池,iTrust 系列UPS电池组配置如表2所示:
UPS容量
电池电压(V)
电池节数
电池电压等级(V)
1KVA
12
3
36
2/3KVA
12
10
120
6/10KVA
12
20
240
表2 iTrust UPS 电池组配置
对于10KVA的UPS标机内部配置了40节电池,分别采用两组20节电池串联后再并联而成,外接电池箱的具体连接如下:
* 将电池柜就位,先卸上盖板,再卸四周挡板;
* 将电池线在电池柜空开端接好,另一端在UPS的“+”、“-”端接好;
* 先安装最底层电池,再安装上面两层的电池,注意电池串联连接极性,用连接线缆连接电池端子时应用绝缘胶布将另一端子包好,以免造成电池短路,接好后用力抽拉每根电池电缆的端子,检查其是否压紧,要保证可靠连接;
* 电池串联后接入电池柜空开,检查电池极性是否正确,电压是否正常;
* 合电池柜空开,由电池向UPS供电,如果系统自检提示故障,检查电池是否接反或接错;
1、对于1KVA UPS(含长延时机型),建议将主机安装在靠近用电设备的桌面或地面上;对于2/3/6/10KVA UPS(含长延时机型),建议将主机安装在水平的地面上。
2、2/3KVA UPS的后面板及侧板应与墙壁或相邻设备间保持10cm以上的距离,6/10 KVA UPS后面板及侧板应与墙壁或相邻设备间保持20cm以上的距离,勿用物品遮盖前面板进风口,以免阻碍UPS风机排气孔的排气性能,UPS底部也有进风口,同样应保证其通畅。
3、保持UPS安装环境的通风良好,避免安装在过热或湿度过高的环境中,远离水、可燃性气体、腐蚀剂和发热源,避免阳光直射,尽量保持进/出风口无灰尘。
4、避免在有粉尘、挥发性气体、盐份过高,有腐蚀性物质的环境中使用。
5、2/3/6/10KVA的UPS具有电池接反保护功能,电池接反时UPS会显示电池故障报警。长延时机应先闭合电池箱开关,再闭合交流输入开关。电池接反保护电路在电池接入后起作用,检测到电池接反后关断充电器输出与电池的连接,此时即使充电器工作也不会造成事故,并报电池故障。
图1为 6/10KVA系统安装图,图2为接线排端子分布。
图1 6KVA和10KVA系统的安装示意图
图2 接线排端子分布
对于已经安装好的UPS设备,首先应在空载情况下,按照以下程序进行调试:
1、断开负载,用万用表测量市电是否正常、零火线是否接反,对长延时机型还要检查外接电池电压是否正常,正负极性是否连接正确。一切正常后,首先合上外接电池空开,再合上输入市电空开,观察面板指示。正常情况下应为旁路工作模式,用万用表测量UPS输出电压应为市电电压。
2、按开机键约1秒钟,观察面板显示应为市电逆变工作模式,用万用表测量输出电压应为220V稳压稳频交流电。
3、断开市电输入开关,此时风鸣器应有嘀嘀声,观察面板显示应为电池逆变状态,用万用表测量输出电压应为220V稳压稳频交流电,此时说明市电掉电后,由电池逆变供电。
4、合上市电开关约五分钟,观察面板显示应为市电逆变供电模式。说明在电池逆变供电情况下,市电恢复正常后负载供电转为市电逆变供电。
5、按关机键,观察面板显示市电旁路供电模式,测量输出电压应为市电电压。
6、断开输入市电,此时UPS没有输出,面板无显示;按开机键,电池逆变供电。表明系统可以实现电池冷启动开机。
通过上述空载调试,可以验证UPS冷启动功能及工作模式间的切换,接下来必须进行带载调试。闭合外接电池输入空开,接入市电UPS旁路工作,逐渐切入负载,按开机键使UPS工作于市电逆变状态,向负载供电。
这里必须强调一点,UPS的开机与关机必须符合以下步骤:
(一)开机
(1)检查交流输入的零火线、外接电池的电压大小、方向是否正确;
(2)先合电池输入开关,再合市电输入开关,使UPS工作于旁路供电状态;
(3)在旁路供电情况下逐步切入负载;
(3)按开机键启动逆变器,UPS处于逆变供电状态。
UPS安装完毕后,向负载供电时,一定要按开机键使UPS处于逆变工作状态向负载供电,否则UPS旁路工作在市电掉电后无法切换到电池逆变供电,从而造成负载供电中断。
(二)关机
(1)断开负载,按关机键使UPS处于旁路工作模式;
(2)在旁路工作情况下,切断输入市电关机;
本文关键字:电源 电工电器基础,电子学习 - 基础知识 - 电工电器基础
上一篇:柴油发电机组维护