UPS電源系統(tǒng)的配置、安裝及維護(hù)
UPS不僅是不間斷供電裝置，還具有電力凈化的作用。本文將重點(diǎn)討論UPS的選擇和配置、蓄電池組容量的選擇和配置以及UPS電源的安裝與維護(hù)。UPS即不間斷電源，隨著各種電子設(shè)備的普及，UPS電源得到了越來越廣泛地應(yīng)用。
UPS選型和配置
1了解UPS電源的性能指標(biāo)：
①輸入電壓：220V或380V(三相四線制)，-15%～+10%。
②輸出電流：根據(jù)這個(gè)值選擇導(dǎo)線截面和輸入保險(xiǎn)。
③輸出電壓：一是輸出電壓穩(wěn)定度，一般為±5%。有些為±3%左右。另一個(gè)是穩(wěn)壓精度：穩(wěn)態(tài)≤±1%、瞬態(tài)≤±5%。
④瞬態(tài)電壓恢復(fù)時(shí)間：≤±50ms。
⑤輸出容量：即視在功率S，S=UI
⑥后備時(shí)間：指輸入中斷后，UPS能繼續(xù)工作的時(shí)間，是UPS的關(guān)鍵指標(biāo)。
⑦功率因數(shù)：0.8(滯后)
⑧效率：≥90%(滿載時(shí))
⑨過載功能：10min(125%額定電流);10S(150%額定電流)。
⑩限流：100%～110%額定電流可調(diào)。
2UPS選擇：
UPS型號(hào)
①在線正弦波UPS電源。無論市電正常與否，它對(duì)負(fù)載供電都是由UPS電源逆變器提供的。只要機(jī)內(nèi)蓄電池能向UPS電源逆變器提供能量，當(dāng)市電中斷時(shí)，在線式UPS電源就能實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的真正不間斷供電，其正弦波波形失真系數(shù)最小，對(duì)負(fù)載供電轉(zhuǎn)換時(shí)間為零，可靠性高，故障率低但價(jià)格較高。
②后備式正弦波UPS電源。采用了抗干擾式分級(jí)調(diào)壓穩(wěn)壓技術(shù)。僅僅在由蓄電池供電時(shí)才有可能向負(fù)載提供高質(zhì)量的正弦波，在從市電供電向逆變器供電進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，對(duì)負(fù)載而言，大約有4ms左右的中斷供電(主要來源于繼電器的轉(zhuǎn)換時(shí)間)。后備式正弦波UPS電源處于市電供電時(shí)，由于市電是直接通過抗干擾濾波器對(duì)負(fù)載供電的，因此噪音較小，但是UPS電源處于逆變器工作時(shí)，由于PWM脈寬調(diào)制頻率一般為8KHZ左右，因此噪音較大。
③后備方波輸出UPS電源。向負(fù)載提供的交流電是方波而不是正弦波。此類UPS電源只能接微容性或純組性設(shè)備，負(fù)載越重，方波脈沖寬度越寬，而方波脈沖的峰值越小。此類UPS電源的轉(zhuǎn)化時(shí)間不一定。其變化范圍為4～9ms且用戶不能控制。此類UPS不能進(jìn)行頻率的關(guān)閉和啟動(dòng)，但造價(jià)較低。
負(fù)載容量、負(fù)載功率因數(shù)和UPS的波峰因數(shù)
選購UPS時(shí)，首先要知道負(fù)載的總?cè)萘浚瑫r(shí)還要考慮負(fù)載的功率因數(shù)才能確定UPS的標(biāo)準(zhǔn)功率容量。由于負(fù)載功率因數(shù)很難計(jì)算，所以UPS技術(shù)規(guī)范中給出了波峰因數(shù)這個(gè)指標(biāo)，波峰因數(shù)越高，UPS承受非線性的能力越強(qiáng)。一般波峰因數(shù)比應(yīng)大于3：1。
電池后備時(shí)間一般情況下，選擇后備時(shí)間時(shí)，通常選取滿載工作時(shí)間為10min、15min或30min即可。由于蓄電池價(jià)格較貴、長(zhǎng)延時(shí)UPS一般僅在停電時(shí)間較長(zhǎng)的場(chǎng)合選用。此時(shí)最好選擇有外接大容量的蓄電池功能的UPS，以確保市電停電后能長(zhǎng)時(shí)間供電。
UPS中性線截面由于UPS負(fù)載多為非線性負(fù)載，因而流過中線的電流不為零。即使在三相負(fù)載完全平衡時(shí)中線電流也可達(dá)三相電流的1.8倍。負(fù)載功率因數(shù)越小，倍數(shù)越大。因此在UPS電源中，其中線截面不得小于相線截面。否則易造成中線發(fā)熱，甚至燒掉電纜引起火災(zāi)，造成嚴(yán)重后果。
蓄電池的選擇和配置
蓄電池基本技術(shù)指標(biāo)：
①閥控式密封鉛酸蓄電池：每臺(tái)UPS各接一組。
②浮充電壓允差：1%。
③浮充電壓：2.23～2.27V/單體。
④均充電壓：2.3～2.4V/單體。
⑤放電終了電壓：1.67～1.70V/單體。
⑥溫度對(duì)蓄電池壽命的影響：在25℃時(shí)浮充運(yùn)行情況下，理論壽命不低于10年。
UPS蓄電池容量的計(jì)算
1蓄電池最大放電電流I
I=S×COSφ/η×Ei
式中：S為UPS電源的標(biāo)稱輸出功率;
COSφ為負(fù)載功率因數(shù)，一般取0.8;
η為逆變器的效率一般取0.8;
Ei為蓄電池放電終了電壓。
電池后備時(shí)間t電池后備時(shí)間t根據(jù)用戶的需要而定，中小型UPS多采用閥控鉛蓄電池。價(jià)格較貴，一般選取滿載工作時(shí)間為10min、15min或30min。
蓄電池容量C算出最大放電電流后，再根據(jù)負(fù)載性質(zhì)及用戶所需UPS的后備時(shí)間，算得蓄電池標(biāo)配容量：(C=It)。
UPS安裝
UPS的安裝位置要求
1為延長(zhǎng)電池壽命，蓄電池應(yīng)安裝在環(huán)境溫度為15℃～25℃范圍內(nèi)，室內(nèi)溫度也不能太大。
2UPS的左右兩側(cè)要留有50mm空間，后面要留有100mm，前面留有足夠的操作空間。
3外置電池柜應(yīng)與UPS放在一起。
UPS與市電、負(fù)載的連接
UPS與市電及負(fù)載的連接都很簡(jiǎn)單，但連接前應(yīng)檢查：
①UPS輸入?yún)?shù)與市電的電壓、頻率是否一致。
②接入U(xiǎn)PS的火線和零線是否與廠家規(guī)定一致。
③檢查負(fù)載功率是否小于UPS輸出功率。
④UPS與電池連接時(shí)一定分清正負(fù)極。
電纜截面的選擇選擇導(dǎo)線截面時(shí)應(yīng)考慮：
1符合電纜使用安全標(biāo)準(zhǔn)。
2符合電纜溫升要求。
3滿足電壓降要求。
①交流輸入電流I相。因?yàn)镻=3×U相×I相×COSφ(單相輸出者則為：P=UICOSφ)。所以I相=P/(3×U相×COSφ)=S/(3×U相)。
②直流輸出電流I=P/U(U應(yīng)取最小值)。求出交流輸入I相和直流輸出電流I后，再查表確定導(dǎo)線截面積。
UPS維護(hù)
筆者根據(jù)多年來的工作經(jīng)驗(yàn)，建議從以下幾個(gè)方面做好UPS電源系統(tǒng)的維護(hù)：
1掌握UPS的基本知識(shí)，認(rèn)真閱讀設(shè)備說明書，弄清各種警示信息，警示代碼，指示燈的含義，以及產(chǎn)生的原因和應(yīng)對(duì)方法。熟悉設(shè)備上各種開關(guān)，按鈕的作用。熟悉掌握UPS的各種操作，清楚連接關(guān)系，明白代通之法。
2加強(qiáng)日常的巡視、維護(hù)，查看設(shè)備有無告警，有無異味，有無異常響聲，檢查接頭有無松動(dòng)發(fā)熱現(xiàn)象，散熱扇運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，設(shè)備各種指示是否正常，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。
3制定定期維護(hù)計(jì)劃：每月定期測(cè)量設(shè)備輸出電壓、電流、功率以及蓄電池內(nèi)阻和端電壓。每季或半年對(duì)蓄電池做一次核對(duì)性放電試驗(yàn)，一般應(yīng)放出額定容量的30%～40%。每年清潔一次UPS內(nèi)部衛(wèi)生，檢查各接頭是否接觸良好。
4蓄電池放電：在蓄電池放電操作中，如采用蓄電池脫機(jī)使用假負(fù)載放電，不僅拆卸繁瑣，且不安全，事后還需拆卸安裝再充電。為保證電池放電試驗(yàn)的安全有效，既能發(fā)現(xiàn)問題(落后電池、反極電池等)，又能保證供電安全可靠(不造成過放電、短路、供電中斷等)。這里推薦一種直接利用負(fù)載對(duì)電池放電的方法：即關(guān)斷UPS交流輸入開關(guān)，讓蓄電池放電。由于UPS電源多用于重要的網(wǎng)絡(luò)通信等系統(tǒng)中，負(fù)載變化幅度不大，所以用負(fù)載直接放電，其放電電流也基本不變，這樣就可根據(jù)蓄電池的電壓情況和放電情況確定放電終止電壓，算出放電時(shí)間，以后每季度的放電都與此次記錄相比較，并從中發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)排除。
UPS選型和配置
1了解UPS電源的性能指標(biāo)：
①輸入電壓：220V或380V(三相四線制)，-15%～+10%。
②輸出電流：根據(jù)這個(gè)值選擇導(dǎo)線截面和輸入保險(xiǎn)。
③輸出電壓：一是輸出電壓穩(wěn)定度，一般為±5%。有些為±3%左右。另一個(gè)是穩(wěn)壓精度：穩(wěn)態(tài)≤±1%、瞬態(tài)≤±5%。
④瞬態(tài)電壓恢復(fù)時(shí)間：≤±50ms。
⑤輸出容量：即視在功率S，S=UI
⑥后備時(shí)間：指輸入中斷后，UPS能繼續(xù)工作的時(shí)間，是UPS的關(guān)鍵指標(biāo)。
⑦功率因數(shù)：0.8(滯后)
⑧效率：≥90%(滿載時(shí))
⑨過載功能：10min(125%額定電流);10S(150%額定電流)。
⑩限流：100%～110%額定電流可調(diào)。
2UPS選擇：
UPS型號(hào)
①在線正弦波UPS電源。無論市電正常與否，它對(duì)負(fù)載供電都是由UPS電源逆變器提供的。只要機(jī)內(nèi)蓄電池能向UPS電源逆變器提供能量，當(dāng)市電中斷時(shí)，在線式UPS電源就能實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的真正不間斷供電，其正弦波波形失真系數(shù)最小，對(duì)負(fù)載供電轉(zhuǎn)換時(shí)間為零，可靠性高，故障率低但價(jià)格較高。
②后備式正弦波UPS電源。采用了抗干擾式分級(jí)調(diào)壓穩(wěn)壓技術(shù)。僅僅在由蓄電池供電時(shí)才有可能向負(fù)載提供高質(zhì)量的正弦波，在從市電供電向逆變器供電進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，對(duì)負(fù)載而言，大約有4ms左右的中斷供電(主要來源于繼電器的轉(zhuǎn)換時(shí)間)。后備式正弦波UPS電源處于市電供電時(shí)，由于市電是直接通過抗干擾濾波器對(duì)負(fù)載供電的，因此噪音較小，但是UPS電源處于逆變器工作時(shí)，由于PWM脈寬調(diào)制頻率一般為8KHZ左右，因此噪音較大。
③后備方波輸出UPS電源。向負(fù)載提供的交流電是方波而不是正弦波。此類UPS電源只能接微容性或純組性設(shè)備，負(fù)載越重，方波脈沖寬度越寬，而方波脈沖的峰值越小。此類UPS電源的轉(zhuǎn)化時(shí)間不一定。其變化范圍為4～9ms且用戶不能控制。此類UPS不能進(jìn)行頻率的關(guān)閉和啟動(dòng)，但造價(jià)較低。
負(fù)載容量、負(fù)載功率因數(shù)和UPS的波峰因數(shù)
選購UPS時(shí)，首先要知道負(fù)載的總?cè)萘浚瑫r(shí)還要考慮負(fù)載的功率因數(shù)才能確定UPS的標(biāo)準(zhǔn)功率容量。由于負(fù)載功率因數(shù)很難計(jì)算，所以UPS技術(shù)規(guī)范中給出了波峰因數(shù)這個(gè)指標(biāo)，波峰因數(shù)越高，UPS承受非線性的能力越強(qiáng)。一般波峰因數(shù)比應(yīng)大于3：1。
電池后備時(shí)間一般情況下，選擇后備時(shí)間時(shí)，通常選取滿載工作時(shí)間為10min、15min或30min即可。由于蓄電池價(jià)格較貴、長(zhǎng)延時(shí)UPS一般僅在停電時(shí)間較長(zhǎng)的場(chǎng)合選用。此時(shí)最好選擇有外接大容量的蓄電池功能的UPS，以確保市電停電后能長(zhǎng)時(shí)間供電。
UPS中性線截面由于UPS負(fù)載多為非線性負(fù)載，因而流過中線的電流不為零。即使在三相負(fù)載完全平衡時(shí)中線電流也可達(dá)三相電流的1.8倍。負(fù)載功率因數(shù)越小，倍數(shù)越大。因此在UPS電源中，其中線截面不得小于相線截面。否則易造成中線發(fā)熱，甚至燒掉電纜引起火災(zāi)，造成嚴(yán)重后果。
蓄電池的選擇和配置
蓄電池基本技術(shù)指標(biāo)：
①閥控式密封鉛酸蓄電池：每臺(tái)UPS各接一組。
②浮充電壓允差：1%。
③浮充電壓：2.23～2.27V/單體。
④均充電壓：2.3～2.4V/單體。
⑤放電終了電壓：1.67～1.70V/單體。
⑥溫度對(duì)蓄電池壽命的影響：在25℃時(shí)浮充運(yùn)行情況下，理論壽命不低于10年。
UPS蓄電池容量的計(jì)算
1蓄電池最大放電電流I
I=S×COSφ/η×Ei
式中：S為UPS電源的標(biāo)稱輸出功率;
COSφ為負(fù)載功率因數(shù)，一般取0.8;
η為逆變器的效率一般取0.8;
Ei為蓄電池放電終了電壓。
電池后備時(shí)間t電池后備時(shí)間t根據(jù)用戶的需要而定，中小型UPS多采用閥控鉛蓄電池。價(jià)格較貴，一般選取滿載工作時(shí)間為10min、15min或30min。
蓄電池容量C算出最大放電電流后，再根據(jù)負(fù)載性質(zhì)及用戶所需UPS的后備時(shí)間，算得蓄電池標(biāo)配容量：(C=It)。
UPS安裝
UPS的安裝位置要求
1為延長(zhǎng)電池壽命，蓄電池應(yīng)安裝在環(huán)境溫度為15℃～25℃范圍內(nèi)，室內(nèi)溫度也不能太大。
2UPS的左右兩側(cè)要留有50mm空間，后面要留有100mm，前面留有足夠的操作空間。
3外置電池柜應(yīng)與UPS放在一起。
UPS與市電、負(fù)載的連接
UPS與市電及負(fù)載的連接都很簡(jiǎn)單，但連接前應(yīng)檢查：
①UPS輸入?yún)?shù)與市電的電壓、頻率是否一致。
②接入U(xiǎn)PS的火線和零線是否與廠家規(guī)定一致。
③檢查負(fù)載功率是否小于UPS輸出功率。
④UPS與電池連接時(shí)一定分清正負(fù)極。
電纜截面的選擇選擇導(dǎo)線截面時(shí)應(yīng)考慮：
1符合電纜使用安全標(biāo)準(zhǔn)。
2符合電纜溫升要求。
3滿足電壓降要求。
①交流輸入電流I相。因?yàn)镻=3×U相×I相×COSφ(單相輸出者則為：P=UICOSφ)。所以I相=P/(3×U相×COSφ)=S/(3×U相)。
②直流輸出電流I=P/U(U應(yīng)取最小值)。求出交流輸入I相和直流輸出電流I后，再查表確定導(dǎo)線截面積。
UPS維護(hù)
筆者根據(jù)多年來的工作經(jīng)驗(yàn)，建議從以下幾個(gè)方面做好UPS電源系統(tǒng)的維護(hù)：
1掌握UPS的基本知識(shí)，認(rèn)真閱讀設(shè)備說明書，弄清各種警示信息，警示代碼，指示燈的含義，以及產(chǎn)生的原因和應(yīng)對(duì)方法。熟悉設(shè)備上各種開關(guān)，按鈕的作用。熟悉掌握UPS的各種操作，清楚連接關(guān)系，明白代通之法。
2加強(qiáng)日常的巡視、維護(hù)，查看設(shè)備有無告警，有無異味，有無異常響聲，檢查接頭有無松動(dòng)發(fā)熱現(xiàn)象，散熱扇運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，設(shè)備各種指示是否正常，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。
3制定定期維護(hù)計(jì)劃：每月定期測(cè)量設(shè)備輸出電壓、電流、功率以及蓄電池內(nèi)阻和端電壓。每季或半年對(duì)蓄電池做一次核對(duì)性放電試驗(yàn)，一般應(yīng)放出額定容量的30%～40%。每年清潔一次UPS內(nèi)部衛(wèi)生，檢查各接頭是否接觸良好。
4蓄電池放電：在蓄電池放電操作中，如采用蓄電池脫機(jī)使用假負(fù)載放電，不僅拆卸繁瑣，且不安全，事后還需拆卸安裝再充電。為保證電池放電試驗(yàn)的安全有效，既能發(fā)現(xiàn)問題(落后電池、反極電池等)，又能保證供電安全可靠(不造成過放電、短路、供電中斷等)。這里推薦一種直接利用負(fù)載對(duì)電池放電的方法：即關(guān)斷UPS交流輸入開關(guān)，讓蓄電池放電。由于UPS電源多用于重要的網(wǎng)絡(luò)通信等系統(tǒng)中，負(fù)載變化幅度不大，所以用負(fù)載直接放電，其放電電流也基本不變，這樣就可根據(jù)蓄電池的電壓情況和放電情況確定放電終止電壓，算出放電時(shí)間，以后每季度的放電都與此次記錄相比較，并從中發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)排除。
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