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            UPS電源詳解

            訪問量:

            UPS種類、功能、原理

            么是UPS

            UPS-Uninterrupted Power System;利用電池化學能作為后備能量,在市電斷電等電網故 障時,不間斷地為用戶設備提供(交流)電能的一種能量轉換裝置。

             

            為什么用UPS

            UPS的四大功能

            1、不停電功能,解決電網停電問題;

            2、交流穩壓功能,解決網壓劇烈波動問題;

            3、凈化功能,解決電網與電源污染問題;

            4、管理功能,解決交流動力維護問題;

             

            UPS的主要功能:

            實現電網與用電器之間的隔離;

            實現兩路電源的不間斷切換;

            提供高質量電源;

            壓變換和頻率變換功能;

            停電后提供后備時間。

             

            UPS種類

            按工作原理不同,UPS分為: 離線式(后備式UPS、互動式UPS) 在線式UPS

            按供電體系不同,UPS分為:單進單出UPS、三進單出UPS、三進三出UPS。 按輸出功率不同,UPS分為:

            微型  < 6kVA 小型   6-20kVA 中型   20-100KVA

            大型  >100kVA 按電池位置不同,UPS分為: 電池內置式UPS(標準機型) 電池外置式UPS(長延時機型) 按多機運行方式不同,UPS分為: 串聯熱備份UPS(用于中小功率機器) 交替串聯熱備份UPS(中小UPS) 直接并聯UPS      (用于中大功率)

            按變壓器特點不同,UPS分為:高頻UPS(高頻機)、工頻UPS(工頻機) 按輸出波形不同,UPS分為:方波輸出UPS、階梯波(準正弦波)UPS、正弦波輸出UPS。

             

            UPS系統結構及原理

            監控平臺也是UPS的最重要組成部分之

             

            UPS的基本原理

            后備式UPS運行原理

            有市電時,市電通過開關后直接供給負載,逆變器不工作;另外,市電通過充電器給電池 充電。

            停電后,啟動逆變器,把電池儲存的能量通過逆變器和開關供給負載。 功率等級0.25-2KVA左右

             

             

            互動式UPS運行原理

            在線互動UPS與后備式比,主要區別在于:逆變器與充電器合二為一;輸出通過變壓器的抽 頭跳變,實現分段穩壓。

            功率等級0.7-20KVA左右

             

            在線式UPS運行原理

            不管電網電壓是否正常,負載所用的交流電壓都要經過逆變電路,即逆變電路始終處于工作狀態。

            功率等級0.7-1500KVA左右

             

            Delta變換UPS運行原理

            Delta變換器和補償變壓器實現穩壓功能,主變換器是雙向變換器。不能穩定頻率。 功率等級10-480KVA左右

            四種UPS的比較

             

            UPS供電系統

            一個完備的UPS供電系統,是由前端配電(市電,發電機,配電柜),UPS主機、電池、后 端配電組成,附加后臺監控或網絡監控軟/硬件等單元。

             

            UPS監控系統組成

            UPS網絡監控系統=智能UPS+網絡+監控軟件 網絡監控軟件含以下三部分:

            SNMP卡

            監控臺軟件

            安全關機程序

            UPS監控組網

             

            UPS品質選擇與配置選擇

             

            UPS品質選擇

            UPS-負載:輸出/整機指標

            輸出電壓標準及精度(220/380VAC±1%)

            輸出頻率標準及精度(50HZ±0.01%)

            輸出功率因素(0.7-1)

            輸出過載/抗短路能力(125%額定電流,10min  150%額定電流,60s )

            三相不平衡能力(100%不平衡負載,電壓不均衡<±5%)

            動態響應(100%負載,瞬態電壓波動<5%,恢復時間:≤20ms)

            效率(90-94%)

            噪音(50-75db)

            環境指標(溫度0~40℃),濕度,海拔<1000米)。

            UPS整機指標-效率計算

            UPS各部件效率:

            SCR整流器99%;

            IGBT整流器98%、IGBT逆變器效率96%、變壓器效率98%,濾波器99%

            傳統UPS的效率:

            SCR整流(99%)×IGBT逆變(96%)×輸出TX(98%)=93%

            12脈沖傳統UPS的效率。

            輸入移相TX(98%)×雙SCR整流(98%)×IGBT逆變(96%)×輸出TX(98%)=90% 新型UPS效率計算:

            IGBT整流(98%)×IGBT逆變(96%)=94%

             

            UPS -電池:電池管理

            充電保護(過壓及過流充電保護,溫度補償)

            放電保護(關機截止電壓設定及調整,自動脫扣)

            電池智能化管理(檢測和報警)

            后備時間計算和顯示:額定負載后備時間T

            75%額定負載1.6T; 50%額定負載2.5T; 33%額定負載4T

            充電能力及充電時間:10%~25%額達容量充電能力

            充電時間計算:T=AH/I充電×(充電效率80% )

             

            UPS配置與選擇

            UPS分類和選

            工作方式:后備式、互動式、在線式;

            容量:小功率(1~10KVA);中功率(20~60K);大功率(80~1000KVA)

            適用環境:商業級、工業級、電廠專用、車載或船用 輸出變壓器:高頻機,工頻機。

            小功率:APC、Santak(山特)、Kestar(科士達)、DenbyPower(丹能)、PCM

            中功率:Powerware、MGE、Emerson-Liebert、DenbyPower(丹能)、Delta、Santak

            大功率 Emerson-Liebert 、MGE、Powerware、Chloride-Siemens、Socomec-Sicon、  GE- Imv、Best-Borri、DenbyPower(丹能)、科華(kelong)、冠軍(champion)、易斯特(East)、伽馬創力、雷樂士、山頓(Sendon)、東芝(Toshiba)、APC- Gutor(固特)、AEG(德國通用電氣)。

             

            容量及機型選擇

            電池計算及配置

            配電部分:線纜及開關

            容量及機型選擇

            用戶負載量,冗余度

            負載性質:IT類、電感性負載、使用環境-諧波、變壓器

            機房配電設計:進線方式

              機型成本及競爭優勢。

              用戶負載量;UPS輸出冗余度(70~80%)

              負載峰值因素(3:1)不能超過逆變器過載能力

              負載視在功率(KVA)不能超過UPS額定功率*功率因素折算系數

              三相負載不平衡度<30%。

             

            工業級UPS

              惡劣的電氣和物理環境:供電線路電壓/頻率波動、浪涌沖擊、峰值下陷、高頻干擾,環境 溫濕度不穩、粉塵、腐蝕等。

              結構:輸入輸出雙隔離、鋼板機箱、高IP防護等級。

              適用領域:鋼鐵、化工、電力、汽車、造紙、煤炭、石油、隧道

              負載類型:重載機械、生產線設備、DCS系統等。

            UPS工作損耗、通風量、空調配置

            滿載損耗(KW)=kVA Cos×(6~7.5%)空調制冷量

             

            UPS容量

             

            40KVA

             

            80KVA

             

            100KVA

             

            160KVA

             

            200KVA

             

            300KVA

             

            400KVA

             

            600K VA

             

            80

             

            0K VA

             

            通風量立方 米/h

             

            2200

             

            2400

             

            2590

             

            3500

             

            3700

             

            3900

             

            4400

             

            7500

             

            93

             

            00

             

            輸出功率折算-海拔高度,海拔每升高100米降容1%(典型 UPS工作海拔高度:1000米)

             

             

            海拔

             

            1000米

             

            1500米

             

            2000米

             

            2300米

             

            3000米

             

            UPS輸出功率折算

             

            100%

             

            85%

             

            79%

             

            75%

             

            69%

             

             

            電池計算和配置

            精確計算:恒功率計算法

            1、截止電壓確定:

            1.67V/cell<放電30分鐘; 1.75V/cell放電30~60分鐘;

            1.83V/cell>放電60分鐘

            2、計算每個Cell電池恒功率數據:

            3、根據廠家恒功率放電數據表選擇滿足計算結果的電池規格。

            配電部分:線纜及開關

            輸入開關容量及線纜規格:

            三相電工速算法:輸入電流(A)=1.8XKVA ,開關系數X1.2

            單相電工速算法:輸入電流(A)=5XKVA ,開關系數X1.2

            輸出開關容量及線纜規格:

            三相電工速算法:輸出電流(A)=1.5XKVA ,開關系數X1.2

            單相電工速算法:輸出電流(A)=4XKVA ,開關系數X1.2

            電池開關容量及線纜規格:放電電流(A)=kVA x Cos/U電池電壓開關系數(X1.2) 電纜長度與壓降:如70mm 線阻0.26?/km

            零線及地線規格:零線=1~1.5倍相線,地線=相線

            配電部分:電纜及開關規格

            電纜額定電流簡單算法

             

            電纜規格

             

            1/1.5/2.5

             

            4/6

             

            10/16

             

            25/35/50

             

            70/95/120

             

            15

             

            0/

             

            18

             

            5

             

            240

             

            300

             

            額定電流

             

            X8A

             

            X6A

             

            X4A

             

            X3A

             

            X2.5A

             

            X2   A

             

            X1.5A

             

            X1.2A

             

            空開規格:R10、R16、R20、R25、R32、R40、R50、R63、R80、R100、R125、R160、R200、 R250、R320、R400、R630、R800、R1250。

             

            隔離變壓器

            高頻機加裝380V/380V輸出隔離變壓器:容量KVA=UPS KVA

            選用△/Y0型隔離變壓器,輸出中性點接地, Y/Y型變壓器旁路反灌會造成DC電壓過高危 險。 UPS加裝380V/220V輸出隔離變壓器:輸出容量損失20~30%對逆變器有干擾反饋,選用效 率高,干擾小變壓器。

            旁路隔離變壓器:實現零線電氣隔離。

             

            UPS基礎維護

            UPS維護的一般要求

            1、UPS主機現場應放置操作指南,指導現場操作。

            2、UPS的各項參數設置信息應全面記錄、妥善歸檔保存并及時更新。

            3、檢查各種自動、告警和保護功能是否正常。

            4、定期進行UPS各項功能測試。

            5、定期檢查主機、電池及配電部分引線及端子的接觸情況,檢查饋電母線、電纜及軟連接 頭等各連接部位的連接是否可靠,并測量壓降和溫升。

            6、經常檢查設備的工作和故障指示是否正常。

            7、定期查看UPS內部的元器件的外觀,發現異常及時處理。

            8、定期檢查UPS各主要模塊和風扇電機的運行溫度有無異常。

            9、保持機器清潔,定期清潔散熱風口、風扇及濾網。

            10、定期進行UPS電池組帶載測試。

            11、各地應根據當地市電頻率的變化情況,選擇合適的跟蹤速率。當輸入頻率波動頻繁且 速率較高,超出UPS跟蹤范圍時,嚴禁進行逆變/旁路切換操作。在油機供電時,尤其應注 意避免該情況的發生。

            12、UPS應使用開放式電池架,以利于蓄電池的運行及維護。

             

            UPS維護項目及周期表 1 UPS日檢項目:

            主要內容有:檢查控制面板,確認所有指示正常,所有指示參數正常,面板上沒有報警;檢查有無明顯的高溫、有無異常噪聲;確信通風柵無阻塞;調出測量的參數,觀察有 無與正常值不符等。

            2 UPS周檢項目:

            周檢的主要內容有:測量并記錄電池充電電壓、電池充電電流、 UPS 三相輸出電壓、 UPS 輸出線電流。如果測量值與以前明顯不同,應記錄下新增負荷的大小、種類和位置 等。

            UPS月、季、年維護項目:

            UPS電源的電池管理 電池是UPS的重要組成部分,在UPS的諸多故障中,有很大比例是由于電池問題引起的,

            電池性能的好壞直接影響到系統的可靠性。為了保證電池的服務壽命,除了維持正常溫度 和日常的維護外,電池的自動管理是至關重要的因素。

            UPS電源對電池自動管理包括自動均浮充轉換控制、電池預告警關機、定期自動維護、 手動電池自檢等多項可提高電池使用壽命的先進功能,同時還具備電池故障檢測、電池放 電后備時間預測及電池特征曲線管理。

            自動均、浮充轉換 電池充電過程能自動根據電池電流實現均充、浮充自動轉換,設定的均充轉浮充判據

            為:I≤0.01C。

            2 電池浮充電壓溫度補償:(以2V電池為例) 電池在浮充狀態下,浮充電壓可以根據溫度進行補償,溫度補償以20℃為中心點,在10℃-40℃內全補償,計算公式: 溫度T>40 ,T=40 ; 若T<10,T=10

            電池平均單體電壓應調節為:V=V0+(20-T)×0.003 其中,V0為電池廠家給定的在20℃下的單體浮充電壓,可以根據不同電池在初次上電時進行設置,默認為2.23V。對均充電壓不補償,默認的單體均充電壓為2.35V。 3 均充限時:

            如果連續12小時處于均充狀態,控制系統將強制轉浮充狀態,此設置的條件是均充時間 達到設定值時,自動轉為轉浮充狀態。

            4 放電管理:

            設置電池放電的截止電壓為每單體電池1.8V,實際截止電壓會隨電池老化程度不同而 在此值附近向下浮動,截止電壓為每單體電池1.8V的選取,已經考慮到了大功率放電情況 下電池容量的衰減。

            UPS電池自動測試 UPS蓄電池的容量測試可人工測試或利用UPS的電池自動測試功能實現。人工測試的方

            法可參考直流供電系統中蓄電池的容量測試方法進行。下面對UPS的自動測試功能進行介 紹。

            該測試只有在以下情況下才能進行: 逆變器在運行;

            逆變器不超載;

            備用電源(旁路供電),存在并且符合要求;

            逆變器與旁路電源同步;

            電池必須充足電。

            UPS電池自動測試功能根據以下三點設置:

            時間間距(測試周期可設定為10天―150天)

            電池自動測試的日期和時間

            電池有問題時默認的報警方式

            啟動電池測試時,整流器電壓將下降到電池組額定電壓以下,而在逆變器關機電壓以上, 如果電池在規定負載和規定時間內可以按要求放電,UPS就給出一個肯定的信號,表明電池 是好的;如果電池在規定負載和規定時間內不能按要求放電,UPS就給出一個否定的信號, 表明電池需要更換。但這時由于整流/充電器電壓大于逆變器關機電壓值,故整流/充電器 電壓仍然向逆變器供電,使輸出電壓并不間斷。

             

            UPS常見故 障處理

            1 市電有電時,UPS出現市電斷電告警。

            可能原因

            1)市電輸入空開跳閘。

            2)輸入交流線接觸不良。

            3)市電輸入電壓過高、過低或頻率異常。

            4)UPS輸入空開或開關損壞或保險絲熔斷。

            5)UPS內部市電檢測電路故障。

            處理方法

            1)檢查輸入空開。

            2)檢查輸入線路。

            3)如市電異??刹惶幚砘騿影l電機供電。

            4)更換損壞的空開、開關或保險絲。

            5)檢查UPS市電檢測回路。

            2 市電正常時,UPS輸出正常;市電斷電后,負載也跟著斷電。 可能原因

            1)由于市電經常低壓,電池處于欠壓狀態。

            2)UPS充電器損壞,電池無法充電。

            3)電池老化、損壞。

            4)負載過載,UPS旁路輸出。

            5)負載未接到UPS輸出。

            6)長延時機型的電池組未連接或接觸不良。

            7)UPS逆變器未啟動(UPS面板控制開關未打開),負載由市電旁路供電。

            8)逆變器損壞,UPS旁路輸出。

            處理方法

            1)A、在市電電壓正常時對電池充足電。

            B、啟動發電機對電池充電。

            C、在UPS輸入端加穩壓器。

            2)檢查充電器。

            3)更換電池。

            4)減少負載。

            5)將負載接到UPS的輸出。

            6)檢查電池組是否接對、接好。

            7)啟動逆變器對負載供電(打開面板控制開關)。

            8)檢查逆變器。

            3 UPS無法啟動。 可能原因

            1)電池長期放置不用,電壓低。

            2)輸入交流、直流電源線未連接好。

            3)UPS內部開機電路故障。

            4)UPS內部電源電路故障或電源短路。

            5)UPS內部功率器件損壞。

            處理方法

            1)將電池充足電。

            2)檢查輸入交流、直流線是否接觸良好。

            3)檢查UPS開機電路。

            4)檢查UPS電源電路。

            5)檢查UPS內部整流、升壓、逆變等部分的器件是否損壞。 UPS在正常使用時突然出現蜂鳴器長鳴告警。

            可能原因

            1)用戶有大負載或大沖擊負載啟動。

            2)輸出端突然短路。

            3)UPS內部逆變回路故障。

            4)UPS保護、檢測電路誤動作。

            處理方法

            1)A、 負載投入時按先大后小的順序。

            B、 增大UPS的功率容量。

            2)檢查UPS的輸出是否短路。

            3)檢查UPS逆變器。

            4)檢查UPS內部控制電路。

            6 UPS工作正常但負載設備異常。

            可能原因

            1)UPS輸出零地電壓過高。

            2)UPS地線與負載設備地線沒接在同一點上。

            3)負載設備受到異常干擾。

            處理方法

            1)檢查UPS接地,必要時可在UPS的輸出端零地間并一個1-3KΩ電阻。

            2)將UPS地與負載地接到同一個點上。

            3)重新啟動負載設備。

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