UPS電源系統的配置、安裝及維護
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。UPS即不間斷電源，隨著(zhù)各種電子設備的普及，UPS電源得到了越來(lái)越廣泛地應用。
UPS選型和配置
1了解UPS電源的性能指標：
①輸入電壓：220V或380V(三相四線(xiàn)制)，-15%～+10%。
②輸出電流：根據這個(gè)值選擇導線(xiàn)截面和輸入保險。
③輸出電壓：一是輸出電壓穩定度，一般為±5%。有些為±3%左右。另一個(gè)是穩壓精度：穩態(tài)≤±1%、瞬態(tài)≤±5%。
④瞬態(tài)電壓恢復時(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能繼續工作的時(shí)間，是UPS的關(guān)鍵指標。
⑦功率因數：0.8(滯后)
⑧效率：≥90%(滿(mǎn)載時(shí))
⑨過(guò)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。
2UPS選擇：
UPS型號
①在線(xiàn)正弦波UPS電源。無(wú)論市電正常與否，它對負載供電都是由UPS電源逆變器提供的。只要機內蓄電池能向UPS電源逆變器提供能量，當市電中斷時(shí)，在線(xiàn)式UPS電源就能實(shí)現對負載的真正不間斷供電，其正弦波波形失真系數最小，對負載供電轉換時(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調壓穩壓技術(shù)。僅僅在由蓄電池供電時(shí)才有可能向負載提供高質(zhì)量的正弦波，在從市電供電向逆變器供電進(jìn)行轉換時(shí)，對負載而言，大約有4ms左右的中斷供電(主要來(lái)源于繼電器的轉換時(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(guò)抗干擾濾波器對負載供電的，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。向負載提供的交流電是方波而不是正弦波。此類(lèi)UPS電源只能接微容性或純組性設備，負載越重，方波脈沖寬度越寬，而方波脈沖的峰值越小。此類(lèi)UPS電源的轉化時(shí)間不一定。其變化范圍為4～9ms且用戶(hù)不能控制。此類(lèi)UPS不能進(jìn)行頻率的關(guān)閉和啟動(dòng)，但造價(jià)較低。
負載容量、負載功率因數和UPS的波峰因數
選購UPS時(shí)，首先要知道負載的總容量，同時(shí)還要考慮負載的功率因數才能確定UPS的標準功率容量。由于負載功率因數很難計算，所以UPS技術(shù)規范中給出了波峰因數這個(gè)指標，波峰因數越高，UPS承受非線(xiàn)性的能力越強。一般波峰因數比應大于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(mǎn)載工作時(shí)間為10min、15min或30min即可。由于蓄電池價(jià)格較貴、長(cháng)延時(shí)UPS一般僅在停電時(shí)間較長(cháng)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(cháng)時(shí)間供電。
UPS中性線(xiàn)截面由于UPS負載多為非線(xiàn)性負載，因而流過(guò)中線(xiàn)的電流不為零。即使在三相負載完全平衡時(shí)中線(xiàn)電流也可達三相電流的1.8倍。負載功率因數越小，倍數越大。因此在UPS電源中，其中線(xiàn)截面不得小于相線(xiàn)截面。否則易造成中線(xiàn)發(fā)熱，甚至燒掉電纜引起火災，造成嚴重后果。
蓄電池的選擇和配置
蓄電池基本技術(shù)指標：
①閥控式密封鉛酸蓄電池：每臺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溫度對蓄電池壽命的影響：在25℃時(shí)浮充運行情況下，理論壽命不低于10年。
UPS蓄電池容量的計算
1蓄電池最大放電電流I
I=S×COSφ/η×Ei
式中：S為UPS電源的標稱(chēng)輸出功率;
COSφ為負載功率因數，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根據用戶(hù)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(mǎn)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，再根據負載性質(zhì)及用戶(hù)所需UPS的后備時(shí)間，算得蓄電池標配容量：(C=It)。
UPS安裝
UPS的安裝位置要求
1為延長(cháng)電池壽命，蓄電池應安裝在環(huán)境溫度為15℃～25℃范圍內，室內溫度也不能太大。
2UPS的左右兩側要留有50mm空間，后面要留有100mm，前面留有足夠的操作空間。
3外置電池柜應與UPS放在一起。
UPS與市電、負載的連接
UPS與市電及負載的連接都很簡(jiǎn)單，但連接前應檢查：
①UPS輸入參數與市電的電壓、頻率是否一致。
②接入UPS的火線(xiàn)和零線(xiàn)是否與廠(chǎng)家規定一致。
③檢查負載功率是否小于UPS輸出功率。
④UPS與電池連接時(shí)一定分清正負極。
電纜截面的選擇選擇導線(xiàn)截面時(shí)應考慮：
1符合電纜使用安全標準。
2符合電纜溫升要求。
3滿(mǎn)足電壓降要求。
①交流輸入電流I相。因為P=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，再查表確定導線(xiàn)截面積。
UPS維護
筆者根據多年來(lái)的工作經(jīng)驗，建議從以下幾個(gè)方面做好UPS電源系統的維護：
1掌握UPS的基本知識，認真閱讀設備說(shuō)明書(shū)，弄清各種警示信息，警示代碼，指示燈的含義，以及產(chǎn)生的原因和應對方法。熟悉設備上各種開(kāi)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加強日常的巡視、維護，查看設備有無(wú)告警，有無(wú)異味，有無(wú)異常響聲，檢查接頭有無(wú)松動(dòng)發(fā)熱現象，散熱扇運轉是否正常，設備各種指示是否正常，發(fā)現問(wèn)題及時(shí)解決。
3制定定期維護計劃：每月定期測量設備輸出電壓、電流、功率以及蓄電池內阻和端電壓。每季或半年對蓄電池做一次核對性放電試驗，一般應放出額定容量的30%～40%。每年清潔一次UPS內部衛生，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，如采用蓄電池脫機使用假負載放電，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的安全有效，既能發(fā)現問(wèn)題(落后電池、反極電池等)，又能保證供電安全可靠(不造成過(guò)放電、短路、供電中斷等)。這里推薦一種直接利用負載對電池放電的方法：即關(guān)斷UPS交流輸入開(kāi)關(guān)，讓蓄電池放電。由于UPS電源多用于重要的網(wǎng)絡(luò )通信等系統中，負載變化幅度不大，所以用負載直接放電，其放電電流也基本不變，這樣就可根據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)現問(wèn)題及時(shí)排除。
UPS選型和配置
1了解UPS電源的性能指標：
①輸入電壓：220V或380V(三相四線(xiàn)制)，-15%～+10%。
②輸出電流：根據這個(gè)值選擇導線(xiàn)截面和輸入保險。
③輸出電壓：一是輸出電壓穩定度，一般為±5%。有些為±3%左右。另一個(gè)是穩壓精度：穩態(tài)≤±1%、瞬態(tài)≤±5%。
④瞬態(tài)電壓恢復時(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能繼續工作的時(shí)間，是UPS的關(guān)鍵指標。
⑦功率因數：0.8(滯后)
⑧效率：≥90%(滿(mǎn)載時(shí))
⑨過(guò)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。
2UPS選擇：
UPS型號
①在線(xiàn)正弦波UPS電源。無(wú)論市電正常與否，它對負載供電都是由UPS電源逆變器提供的。只要機內蓄電池能向UPS電源逆變器提供能量，當市電中斷時(shí)，在線(xiàn)式UPS電源就能實(shí)現對負載的真正不間斷供電，其正弦波波形失真系數最小，對負載供電轉換時(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調壓穩壓技術(shù)。僅僅在由蓄電池供電時(shí)才有可能向負載提供高質(zhì)量的正弦波，在從市電供電向逆變器供電進(jìn)行轉換時(shí)，對負載而言，大約有4ms左右的中斷供電(主要來(lái)源于繼電器的轉換時(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(guò)抗干擾濾波器對負載供電的，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。向負載提供的交流電是方波而不是正弦波。此類(lèi)UPS電源只能接微容性或純組性設備，負載越重，方波脈沖寬度越寬，而方波脈沖的峰值越小。此類(lèi)UPS電源的轉化時(shí)間不一定。其變化范圍為4～9ms且用戶(hù)不能控制。此類(lèi)UPS不能進(jìn)行頻率的關(guān)閉和啟動(dòng)，但造價(jià)較低。
負載容量、負載功率因數和UPS的波峰因數
選購UPS時(shí)，首先要知道負載的總容量，同時(shí)還要考慮負載的功率因數才能確定UPS的標準功率容量。由于負載功率因數很難計算，所以UPS技術(shù)規范中給出了波峰因數這個(gè)指標，波峰因數越高，UPS承受非線(xiàn)性的能力越強。一般波峰因數比應大于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(mǎn)載工作時(shí)間為10min、15min或30min即可。由于蓄電池價(jià)格較貴、長(cháng)延時(shí)UPS一般僅在停電時(shí)間較長(cháng)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(cháng)時(shí)間供電。
UPS中性線(xiàn)截面由于UPS負載多為非線(xiàn)性負載，因而流過(guò)中線(xiàn)的電流不為零。即使在三相負載完全平衡時(shí)中線(xiàn)電流也可達三相電流的1.8倍。負載功率因數越小，倍數越大。因此在UPS電源中，其中線(xiàn)截面不得小于相線(xiàn)截面。否則易造成中線(xiàn)發(fā)熱，甚至燒掉電纜引起火災，造成嚴重后果。
蓄電池的選擇和配置
蓄電池基本技術(shù)指標：
①閥控式密封鉛酸蓄電池：每臺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溫度對蓄電池壽命的影響：在25℃時(shí)浮充運行情況下，理論壽命不低于10年。
UPS蓄電池容量的計算
1蓄電池最大放電電流I
I=S×COSφ/η×Ei
式中：S為UPS電源的標稱(chēng)輸出功率;
COSφ為負載功率因數，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根據用戶(hù)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(mǎn)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，再根據負載性質(zhì)及用戶(hù)所需UPS的后備時(shí)間，算得蓄電池標配容量：(C=It)。
UPS安裝
UPS的安裝位置要求
1為延長(cháng)電池壽命，蓄電池應安裝在環(huán)境溫度為15℃～25℃范圍內，室內溫度也不能太大。
2UPS的左右兩側要留有50mm空間，后面要留有100mm，前面留有足夠的操作空間。
3外置電池柜應與UPS放在一起。
UPS與市電、負載的連接
UPS與市電及負載的連接都很簡(jiǎn)單，但連接前應檢查：
①UPS輸入參數與市電的電壓、頻率是否一致。
②接入UPS的火線(xiàn)和零線(xiàn)是否與廠(chǎng)家規定一致。
③檢查負載功率是否小于UPS輸出功率。
④UPS與電池連接時(shí)一定分清正負極。
電纜截面的選擇選擇導線(xiàn)截面時(shí)應考慮：
1符合電纜使用安全標準。
2符合電纜溫升要求。
3滿(mǎn)足電壓降要求。
①交流輸入電流I相。因為P=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，再查表確定導線(xiàn)截面積。
UPS維護
筆者根據多年來(lái)的工作經(jīng)驗，建議從以下幾個(gè)方面做好UPS電源系統的維護：
1掌握UPS的基本知識，認真閱讀設備說(shuō)明書(shū)，弄清各種警示信息，警示代碼，指示燈的含義，以及產(chǎn)生的原因和應對方法。熟悉設備上各種開(kāi)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加強日常的巡視、維護，查看設備有無(wú)告警，有無(wú)異味，有無(wú)異常響聲，檢查接頭有無(wú)松動(dòng)發(fā)熱現象，散熱扇運轉是否正常，設備各種指示是否正常，發(fā)現問(wèn)題及時(shí)解決。
3制定定期維護計劃：每月定期測量設備輸出電壓、電流、功率以及蓄電池內阻和端電壓。每季或半年對蓄電池做一次核對性放電試驗，一般應放出額定容量的30%～40%。每年清潔一次UPS內部衛生，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，如采用蓄電池脫機使用假負載放電，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的安全有效，既能發(fā)現問(wèn)題(落后電池、反極電池等)，又能保證供電安全可靠(不造成過(guò)放電、短路、供電中斷等)。這里推薦一種直接利用負載對電池放電的方法：即關(guān)斷UPS交流輸入開(kāi)關(guān)，讓蓄電池放電。由于UPS電源多用于重要的網(wǎng)絡(luò )通信等系統中，負載變化幅度不大，所以用負載直接放電，其放電電流也基本不變，這樣就可根據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)現問(wèn)題及時(shí)排除。
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