UPS供配电安全.ppt

国内营销产品技术部 2012年2月14日,科士达科技股份有限公司 产品培训 UPS常识与供配电安全,目 录,一、UPS常识及供配电基本概念 二、UPS供配电安全与原则 三、EP500K UPS供配电实例演示,第一部分 UPS常识及供配电基本概念,关于市电,什么是市电? 市电供电存在的问题?,商品电, 频率50HZ, 单相220V/三相380V, 正弦波, 有效值:峰值=1:1.41,电源故障种类,电网计划停电：限电，电源系统改造和维护 电网故障停电；超负荷、供电线路和设备故障 自然原因停电：火灾、雷电、水灾、施工等 电源质量故障：电涌、高压尖脉冲、瞬态高压干扰、电压下陷、电线噪声、频率偏移、闪变、电压不平衡、谐波畸变、暂态停电、持续欠电压或过电压、系统接地故障和和泄漏电流形成的安全性故障、谐波电流与零地电压差问题,在计算机故障中，有5070的原因是电源故障造成的 电源问题是数据丢失的最大原因(45%以上 ) 国际上,一半企业估计每小时停工造成的损失US$1000美圆, 9%的企业每小时停工损失US$50000以上 (来源:Yankee Group),电源问题带来的损失,数据来源:Contingency Planning,目前我国的电力状况,目前国内电力可靠率 99.89 用户平均停电时间 9.77小时 与国外的比较: 东京 20分钟， 法国 94分钟， 美国 58分钟, 新加坡 20分钟 国内可用性平均水平: 0.998,什么是UPS,UPS Uninterruptable Power Supply 即不间断电源,UPS能做什么?,三大基本功能: 稳压 滤波 不间断,UPS的分类,按工作原理分类: 后备式 在线式 在线互动式 从结构上分: 直流 交流 从备用时间分: 标准型 长效型,从输出电压的相数分: 为单相UPS 三相UPS 从容量分: 大容量 中容量 小容量,相关概念,有功功率: 直接被负载消耗而变成热量的功率 P = S 功率因数F =W 瓦特 无功功率: 被储能器件吸收并存储在里面而不被消 耗的功率乏 无功功率可以转变成有功功率 视在功率: S =电压V电流A =VA 伏安 无功功率和有功功率都是 组成视在功率的一部分,功率因数的定义： UPS本身的输入功率因数 负载功率因数 功率因数校正,功率因数,视在功率S,有功功率P,无功功率Q, 功率因数FP=cos ,关于UPS的输入 - 对电网的适应能力,输入电压范围: UPS允许市电电压的变化范围，也就 是保证UPS不转入电池逆变供电的 市电电压范围。 输入功率因数: 指UPS作为电网的负载，表现出的功 率因数。即UPS从电网吸取的有功功率与视在功率的比。 正弦波的谐波失真度：是UPS从电网吸取的电流偏离 正弦波的程度（百分数） 电磁干扰传导干扰EMI: 通过电源线传播的电磁干扰 杂讯。反映UPS对电网适应能力的指标。,输出电压稳定度：偏离额定值的电压百分数 大部分UPS的电压稳定度为13% 输出电压失真度：5% 输出电压频率 50Hz(1 ± 5%)国家规定的电网频率范围：50Hz ± 0.2Hz 电压波形失真度3%5% 转换时间: 市电电池状态, 或电池状态市电所需要的时间。 三相不平衡能力：100%,关于UPS的输出 对负载的适应能力,负载功率因数:与负载功率因数匹配 负载电流峰值因数：指UPS输出所能达到的峰值电 流与有效值电流之比3:1 输出过载能力:负载异常时，UPS的输出承受能力125%时10分钟 整机效率：UPS输出的有功功率与输入的有功功率 的比值90% 输出功率因数：越高证明带负载能力越强。0.8-0.9,关于UPS的输出（续） - 输出能力及可靠性,其他性能,旁路功能: UPS给定的旁路电压范围： 380V/220V (1 ± 10%) 冷启动功能：使用蓄电池直流启动 接发电机功能：一般小功率发电机的输出波形一般失 真度较大，且频率波动范围比较大。因此， UPS必须具有良好的跟踪发电机频率的性能， 保持与发电机同步工作，并且保持质量较高 的输出波形和稳定的输出电压。 科士达具有良好的接发电机性能。 UPS的标称备用时间:市电断电后UPS能够供给计算机等 设备的最大供电时间,UPS设备的电性能应该具备的功能,对电网的适应能力 容许电网电压幅值的变化范围 输入功率因数 输入电流的谐波成份 频率跟踪范围 频率跟踪速率 容许电网电压三相不平衡能力,输出电性能指标 输出电压幅值稳定精度 输出电压波形失真度 电池供电时的输出电压频率稳定精度 输出电压幅值的三相不平衡度 三相负载不平衡能力 市电掉电时的输出电压切换时间 输出电压的动态响应特性 双向抗干扰能力,输出能力和可靠性 输出过载能力 输出电流峰值系数 启动负载时输出电流浪涌系数 输出功率因数 整机工作效率,网络管理及远程监控 有UPS只能附件插口 对通讯协议的支持 具备对市电,电池,UPS的监控功能,UPS的一般负载性质,线性负载/电阻性负载： 负载上的电流与电压同相 时。 非线性负载之电容性负载：负载上的电流超前电压 一个相位时。 非线性负载之电感性负载：负载上的电流滞后电压 一个相位时。 一般UPS不能带容性负载： 带容性负载时，电容不 但不输出功率去抵消感抗，而 且还吸收功率，使负载上得到的有功功率减小，容易过载,满足计算机类负载要求的一般性的 UPS的主要电性能指标,国际标准是容许输入电压变化范围是-15+10% UPS输入功率因数 0.95 UPS输入电流谐波 3：1 UPS输出电压在输入电压和负载变化时动态响应幅度 5% UPS输出电压在输入电压和负载变化时动态响应 5%,可靠性与可用性,MTBF,MTTR,t (年),平均无故障时间,平均修复时间,第二部分 UPS供配电安全与原则,UPS配电安全与原则,输入/输出配线原则：TNS三相五线制。输入电缆、开关载流量，按UPS过载150%的1.3倍选择。输出电缆、开关载流量，按UPS过载150%的1.1倍选择 零线配线原则：输入、输出分离；不得和地线共用。载流量按（2-3）*In原则。且零线回路不得接断路器或保险丝 地线配线原则：执行TNS零地原则。建筑防雷地不得和设备保护地共用。如需连接只能采用等电位体实现。且地线回路不得接断路器或保险丝。地线不得替代零线使用。且所有连接必须采取硬连接方式。,接零/接地原则,现在的接地，接零系统多采用国际电工委员会(IEC) 及现行的国家标准低压配电设计规范（GB50054）规定的标准。按IEC规定，低压 配电接地，接零系统分有IT、TT、TN三种基本形式：在TN形式中又分有TNC、TNS 和TNCS三种派生形式： 其形式划分的第1个字母反映电源中性点接地状态； T表示电源中性点工作接地； I表示电源中性点没有工作接地(或采用阻抗接地)； 形式的第2个字母反映负载侧的接地状态； T表示负载保护接地，但与系统接地相互独立； N表示负载保护接零，与系统工作接地相连。 第3个字母C表示零线(个性线)与保护零线共用一线； 第4个字母S表示零线(中性线)与保护零线各自独立，各用各线。,接零/接地系统简介,TNCS系统：是一种TNC与TNS系统的混合配电方式，同属保护接零。 PEN线分出独立的N线后，不能再使之与保护零线PE线合并或互换。它兼有TN-C系统和TN-S系统的特点，常用于配电系统末端环境较差或有对电磁抗干扰要求较严的场所。在我国的物业管 理区自配变压器的独立电网中，一般都是采用此系统。,接地装置和接地电阻,接地装置可使用自然接地体和人工接地体。在设计时，应首先充分利用自然接地体。钢结构和构造钢筋、行车的钢轨，数量不少于2根的电缆的金属外皮等；人工接地体：人工接地体有两种基本型式：垂直接地体和水平接地体。 接地装置工频接地电阻的计算应符合现行国家标准电力装置的接地设计规范的规定：智能建筑的接地装置的接地电阻越小越好，独立的防雷保护接地电阻应10；独立的安全保护接地电阻应4；独立的交流工作接地电阻应4；独立的直流工作接地电阻应4；防静电接地电阻一般要求100。,零线的安全作用解析,UPS安装环境安全,现场环境：UPS不能置于潮湿、肮脏、无空气对流的环境中；小型UPS不应直接堆放于地面，底部应设有垫物，以防春季潮湿机内结露！中、大型机器最好能置于专用机房，良好的运行环境（如少灰尘、合适的环境温度、湿度等）可大大延长机器及用户各种负载的使用寿命。环境温度25以上，每升高10蓄电池的使用寿命减半！环境温度40以上，每升高10，本机器的使用寿命减半！,通风/承重安全,通风/承重安全：UPS的摆放应使机器的进/出风道距离墙壁不小于50公分，以利机器散热！中、大型UPS长延时机型所配蓄电池，还需考虑楼层的承重压强（国际标准：写字楼每平方米不大于1000公斤，工业厂房不大于1400公斤，整块钢化防静电地板承重均匀载荷不大于1400公斤/），如超标则需采取加大载重面积减少压强的方式来加以解决，一般采用设置大面积钢板或增加电池柜数量的方式，也可采用挂墙工字钢的办法，利用主墙来承重。,防雷安全,避雷需要：对于市郊及空阔地带区域的UPS用户，由于高层建筑少，其电力输送又依靠高架线，雷雨季节高架线易遭雷击，用户应在机器的输入前端加装专用大功率防雷器，才能有效避免雷电对本设备及用户负载的损坏,安全接地,安全接地：检查接地地线，其接地电阻是否合乎国家标准，这对机器安全运行及防雷均有利。在机器输入前端的配电箱柜内应设置输入空气开关或断路器（零线不得单独设置），用于UPS的蓄电池定期放电检测，但其型号不应过小，应稍大于UPS最大输入电流，避免其功率过小而造成频繁跳闸。UPS输入前端不得接入任何漏电保护开关！,负载安全用电,平衡用电：用户配电箱柜内三相用电的功率分配应尽量分配平衡，如分配相差过大会造成中性线（零线）电流过大及零对地电压偏高，会造成机器运行的不安全甚至引发火灾事故！对服务器等精密负载会造成损害，甚至直接的损坏！,输出配电安全,输出安全防范：用户布线时，机器的输出必须单独拉线！设置的输出专用插排/插座必须与日常用电插排/插座严格区分，且要标记醒目的标识。机器的输出插排、插座不应与普通插排插座并置或堆放在一起！以防不小心而使机器乱插上装修的电钻、吸尘器等动力设备损坏本电源！,电池安全注意事项,化学危险 从阀控式铝酸性电池溢出的任何凝胶体或液体都是电解液，它含有对皮肤和眼睛有害的释稀硫酸，它有导电性和腐蚀性。如果电解液沾到皮肤，请马上用水彻底清洗，如果电解液进入眼睛，马上彻底地用纯净水清洗 10 分钟，或者用一种特别的压制清洗眼的方法，并且立即寻求医治。用含有苏打的碳酸盐来中和溢出的任何电解液。,电池使用安全,防火灾、爆炸和热危害 过充的情况下，铅酸电池可能含有排出的氢气的爆炸混合物，在电池附近不要吸烟或造成任何火花。处理电池时身体要接触一个接地的金属物，如金属架，以消除可能在你身体上产生的任何静电。不要在一个密闭空间内给电池充电，在单个电池之间推荐有 0.5英寸宽的间隙以便电池通风冷却，若要包装，应确保包装箱或机箱内有足够的通风空间以防止潜在危险气体的积聚。,电池安装储存安全,如果安装前电池要贮藏，那么它们必须至少每 3 个月充电一次以保证最佳的性能和最大的电池服务寿命。提供后备电源的电池组，含有危险电压。电池的检查和更换必须由专业人员来执行。电池连线不允许连在机箱的底盘上。电池短路可能引起火灾甚至爆炸。电池必须每 36 个月检查一次，检查它的裂纹，泄漏或者膨胀。要更换相同型号和容量的电池，千万不要安装旧的或者没有测试过的电池。处理电池或者在机箱内工作时，避免使用不绝缘工具或其它感性材料。老化或者损坏的电池能污染环境，所以通常应回收用过的电池,第三部分 EP500K UPS供配电实例演示,UPS供配电系统的组成,如下以蓝宝石（EP500K*4）项目为例：,UPS输入、输出配线示意图,输入母排,输出母排：,实例：EP500KVA UPS的配线,UPS输入配电：UPS系统的输入为市电和发电机两路电源输入经过母线（R、S、T、N 4相）到UPS房内经过母线铜排分到各UPS对应的输入位置，各UPS交流输入端走线从UPS侧面附加的走线架向上经过输入开关连接到对应的UPS输入母线铜排上。 每台UPS输入开关为1250A （该开关需客户配备）。 每台UPS输入线线径：黄线（R相）、绿线（S相）、红线（T相）、蓝线（N相）185mm2铜线2根并联，黄绿地线线径：70 mm2 。,输入/输出线径选择,出入线径选择：机器输入、输出线径的选择，不能低于国家用电安全标准，特别注意：对于三进单出的机器，其旁路火线及零线的进线线径必需为其它两相火线的3倍！线型/线载最大电流参考： (1)2.5m型:2.5×8A, (2)6m型: 6×7A （3）10m型: 10×6A (4) 16m型: 16×5A (5)25m型: 25×5A (6)35m型: 35×4A (7)55m型: 55×4A (5)75m型: 75×3A,实例：EP500KVA UPS的配线,UPS系统输出 每台UPS输出走线经过UPS两侧的走线架与输出母线铜排相连接，4台UPS的输出通过输出母线铜排并联起来，在经过输出总开关再分配送至20路熔炉。 UPS输出线：黄线（R相）、绿线（S相）、红线（T相）、蓝线（N相）185mm2铜线2根并联； 输出总开关：4000A（该开关需客户配备）；,UPS和电池的布置和走线：,UPS系统放置位置见附图，为两套UPS并列放置，UPS对应的3组电池及电池架放置在UPS的右侧。,UPS的输入、输出线及主机与电池组间的连线都经过金属线槽。,同层的电池之间采取铜排连接（3×30条铜排），同层不同架的电池可采用铜排（或电池线）连接（如为铜排连接需考虑一定的距离裕量，共3×5条），不同层之间的电池连接采用铜线连接（3×4条），,电池开关需采用1250A（3组电池共一个）。,UPS到电池的连接线采用185 mm2铜线2根并联，红线（电池正极）和黑线（电池负极）各2根，,电池 房通风安全,第四部分 EP500K UPS后备时间计算演示,电池概念,Id 放电电流，A P UPS额定功率，W F 负载功率因数 逆变器效率 Umin UPS关机前一瞬间的电池电压, 一般每单元1.75V。,放电时间h,放电电流Id,图1 C20 Ah放电曲线,查放电曲线法,恒流放电曲线,恒流放电查表法,解：设逆变器效率=90%，设放电中止电压为1.75V，根据式（1）求得79.4A，由表1查得此值在2h放电到1.75V时,对应的相近规格是（75A,200Ah)，即采用200Ah32或（ 100Ah32）2,例,问：30kVA UPS F=0.8，要求后备时间t =2h，UPS电池电压为3212V， 要求用12V/100Ah电池，需多少节?,恒功率放电查表法,P额定功率 W PdUPS放电功率，W F负载功率因数 逆变器效率,额定放电功率（W/Cell） 至中止电压1.75V(25C）,问：500kVA UPS F=0.8，要求后备时间t =20分钟，UPS电池电压为4012V， 要求用12V/200/Ah电池，需多少节?,例,解：求放电功率，设逆变器效率=90%，设放电中止电压为1.75V，根据式（2）算得 放电功率 Pd = 444444W 由表3对应200Ah和20分钟 的位置查得为p=380W，则所需电池单体数为：N= Pd / p =444444 W/ 380W=1170，取整数。又因一个12V电池有6个单体，故 电池数 n= N /6= 1170 /6=195（节） 电池组数 m=195/40=4.85（组） 所以用405组12V电池即可。,FM65恒功率放电表,额定放电功率至不同中止电压 (25C）,综合方法,i放电电流，A F负载功率因数 逆变器效率 10.5 蓄电池放电终了电压 n 设备使用的蓄电池节数 C 蓄电池放电曲线,电池放电曲线,电池的组合,假如用100Ah 提供2h后备时间 Id=100A时， 在曲线上查得28min， 用Id=50A，在曲线上查得对应1h 可用2组并联方案 切记电池并联不得超过5组 有的放电表给出的功率数值是一个单元（2V)的,Q&A,问题,感谢大家支持！,