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UPS电源系统计算、安装和维护

作者：张伟

来源：《中国科技纵横》2012年第11期

摘要：本文总结了UPS电源系统的工作特性,根据用电需求,计算UPS电源输出能力、电池总容量及工作时间。附带介绍UPS系统安装和维护的注意事项。 关键词：不间断供电系统（UPS） UPS容量 放电电流 电池容量 1、概述

不间断供电系统（UPS）为某些重要部门,诸如工业自控系统、网络通讯等,在电网发生故障时,提供连续的供电。

故障包括:(1)电网电压过压、欠压、失压、故障停电;(2)由于自然环境（主要是雷电等）造成的干扰和设备的损坏等;

为了解决以上电源故障问题,现在的UPS、特别是大中型UPS,已经不只是一台电网停电后可以继续向负载供电的整机产品,而是一个小型的、可靠性的、性能齐全的、高度智能化的供电中心。

机房系统由关键用电设备、辅助设备等几部分组成。这些关键用电设备（控制设备等）所在机房的供电系统必须安装可靠稳定的UPS电源系统。它一方面保证不间断对设备供电,同时确保所供的电是纯净的市电。 2、UPS系统的要求 2.1 UPS系统工作模式

(1)正常供电模式:市电经整流器转换成平稳的直流电向逆变器和电池供电,逆变器将直流电转换成纯净的交流电并与市电输入锁相同步供给负载。(2)电池供电模式:当市电故障,停电或市电电压、频率超出UPS允许范围时,由电池提供直流电,逆变器继续向关键负载供电。(3)自动旁路模式:如果由于过载、负载故障或UPS内部故障,使UPS不能正常工作时,UPS静态旁路开关将自动地把负载切换到市电旁路。当故障消失后,UPS自动转回正常供电方式。 2.2 UPS电源主要技术指标 输出电压谐波失真:＜5%

输出电压瞬态响应特性:＜±5%（带100%阶跃性负载时）

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输出频率（本振频率）:±0.005Hz

输出电压的调节范围:±1%（由工程师调整） 3、机房UPS电源系统计算

这里指机房关键设备供配电,建议从高低配电间引一路三相五线制电源到机房UPS配电柜,总容量根据关键供电设备的总功率决定。 3.1 设计计算

(1)关键用电设备总功率:计算所有的负载总和S=S1+S2+……+Sn(VA)。 (2)UPS电源所需输出能力:UPS标称容量≥S÷0.8(VA)。

(3)计算放电电流的公式是:放电电流=UPS容量（VA）×负载功率因素/（逆变器效率×UPS终止电压）。

计算UPS电池容量:对于109Ah·块/kVA设计寿命10年的UPS电池容量的算法。 使用时按下列公式计算:所需电池容量(Ah)= UPS容量(KVA)×109(Ah.块)/KVA/每组电池块数。

例如:一台120kVA的UPS,每组电池32块,要求后备时间60min(即1h)。则所需电池容量为120kVA×109Ah·块/kVA= 13080Ah·块,13080Ah·块/32块=409(Ah),即可选12V,100Ah电池4组(32块/组)。注意:实际后备时间不足60min(欠缺一点)。

如果每组33块,则13080/33=396Ah,同样可选12V、100Ah电池4组(33块/组)。注意:实际后备时间超过60min(超出一点)。

如果要求后备时间为30min,则109×120=13080Ah·块,13080/32=409Ah,409/2=205Ah。 由于电池的放电功率与放电时间不是线性的,即不能只简单除以2,还需乘以修正系数,见表1,因此205×1.23=252Ah。即可选12V、65Ah电池4组(32块/组)。注意:实际后备时间超过30min(超出一点)。

表1 电池后备时间（小于1h）与修正倍数的关系 其它情况,以此类推。

一般中大功率的UPS所配每组电池都是32块;电池并联数最好不要超过4组,以免影响电池组的均流和充电效果。

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以上是快捷的粗算,不很精确。要想得到精确的结果,应参照电池厂家给出的电池放电特性。

3.2 UPS设备选型 3.2.1 UPS的品牌

现在市场上常见的UPS品牌主要有APC、山特等。这些品牌都可以提供符合以上设计要求的产品。

3.2.2 UPS的种类

在市场上UPS分为两大类:一是后备式;二是在线式UPS供电系统。后备式其单机输出功率:0.25KVA-2KVA左右。当市电在170-264V范围时,它向负载提供经变压器抽头调压处理过得一般市电电源,仅当市电电源的电压低于170V或高于264V时,逆变器才工作,蓄电池贮存的直流电逆变为正弦交流电向负载输出。在线式其单机功率:0.7KVA-1500KVA。该系统的主备供电通路都是通过逆变器向负载供电,由于市电经过了完善的滤波及逆变转换,所以它能为负载提供高质量的、纯净的正弦波电源。注意根据机房设备配电的要求进行选择。 4、机房UPS电源系统安装

由于UPS电源给机房中关键设备供电,安装恰当与否也直接关系到UPS供电质量和使用寿命。

4.1 安装位置

UPS电源系统应安装于干燥、没有粉尘、环境温度在5-30℃（最好25℃）的空间。 4.2 机房UPS电源防雷接地系统

为了保护设备的安全,首先应该对UPS电源系统施以保护,采取措施将可能产生的各种电源干扰限制在设备能够承受的范围之内,并将浪涌电流引入接地网络,为此选用浪涌保护器。 5、机房UPS电源使用、维护 5.1 机房UPS电源使用

(1)按照使用说明书,接通输入电源、输出负载。开启UPS负载时,一般遵循先大后小的原则。UPS输出负载控制在50%左右为最佳。(2)严格按照设计能力使用UPS电源,这样防止UPS电池过流放电和深度放电。