建筑電氣中UPS電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型

王 俊

（江蘇龍騰工程設(shè)計(jì)股份有限公司，江蘇 南京 210000）

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)和電子通信設(shè)備的應(yīng)用非常普遍，智能化系統(tǒng)在住宅、樓宇控制、醫(yī)院、學(xué)校等各式建筑已成為標(biāo)準(zhǔn)配置。隨著技術(shù)的發(fā)展，智能化設(shè)備對(duì)供電質(zhì)量也提出了更高的要求，這些電子設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行是智能化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，因此，在消防控制室、數(shù)據(jù)中心，以及一些向用戶的關(guān)鍵設(shè)備供電的場(chǎng)所，安裝UPS（不間斷電源）供電系統(tǒng)也越來(lái)越普遍。本文以民用建筑的消防控制室為例，就如何建立一個(gè)安全、合理、可靠的供電系統(tǒng)進(jìn)行探討。

1 UPS設(shè)置的場(chǎng)所

根據(jù)《民用設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 16—2008）規(guī)范要求，可以知道，當(dāng)用電設(shè)備的負(fù)荷供電不允許中斷的時(shí)候，或者供電允許中斷但是切換時(shí)間必須為毫秒級(jí)時(shí)，這些重要場(chǎng)所的應(yīng)急備用電源應(yīng)當(dāng)設(shè)置UPS。

在民用建筑電氣設(shè)計(jì)中，UPS多數(shù)用于實(shí)時(shí)性的電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)設(shè)備的電源保障。

消防控制室的圖形顯示裝置（顯示器）、消防通信設(shè)備等電源切換不能影響消防控制室這些關(guān)鍵設(shè)備的正常工作，電源裝置的切換時(shí)間要求非常短，所以，電氣專業(yè)在消防控制室配電設(shè)計(jì)中往往都會(huì)選擇UPS作為這些關(guān)鍵設(shè)備的應(yīng)急電源。

2 UPS系統(tǒng)容量的確定

UPS裝置容量的確定實(shí)際就是對(duì)消防控制室的設(shè)備負(fù)荷的確定。一般按照經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，確定UPS電源需供電的用電設(shè)備，統(tǒng)計(jì)出機(jī)房最終設(shè)備數(shù)量，累計(jì)得出設(shè)備容量。統(tǒng)計(jì)UPS所供的負(fù)荷時(shí)，首先要求對(duì)設(shè)備進(jìn)行分類，主要分為電子計(jì)算機(jī)類設(shè)備和其他阻性設(shè)備。

電子計(jì)算機(jī)類：PN-UPS＞1.2×ΣPN；

其他用電設(shè)備：PN-UPS＞1.3×Pjs.max；

同時(shí)，Ich≤1.5×IN-UPS；

式中：PN.UPS——UPS裝置額定輸出功率（kW）；

IN.UPS——UPS裝置額定輸出電流（A）；

ΣPN——電子計(jì)算機(jī)各設(shè)備額定功率總和（kW）；

Pjs.max——其他用電設(shè)備最大計(jì)算功率（kW）；

Ich——用電負(fù)荷最大沖擊電流（A）。

UPS裝置適用于電容性和電阻性負(fù)荷；當(dāng)應(yīng)用于電感性負(fù)荷時(shí)，應(yīng)選擇負(fù)載功率因數(shù)自動(dòng)適應(yīng)不降容的UPS裝置。

3 UPS裝置輸入電源系統(tǒng)的要求

UPS可以向負(fù)載提供輸出精度高、波形失真小、電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定的高質(zhì)量電源，而且在UPS靜態(tài)旁路開關(guān)切換時(shí)可以做到不間斷供電。為保證UPS裝置的可靠運(yùn)行，一般采用兩路來(lái)自不同電源點(diǎn)或變壓器的可靠電源供電，采用ATS雙電源切換裝置接入U(xiǎn)PS裝置交流輸入側(cè)。

4 UPS蓄電池容量的計(jì)算和布置

為保證當(dāng)主供電源失電后，UPS電源能繼續(xù)向消防控制室的關(guān)鍵設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠的電源，蓄電池的配置尤其重要。蓄電池組容量決定UPS裝置的儲(chǔ)能（蓄電池放電）時(shí)間。消防控室設(shè)備的供配電系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)設(shè)備用電負(fù)荷等級(jí)的要求，滿足后備時(shí)間。消防控制室屬于發(fā)生火災(zāi)時(shí)仍需要堅(jiān)持工作的場(chǎng)所，蓄電池組的容量必須保證火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及控制系統(tǒng)在火災(zāi)狀態(tài)同時(shí)工作條件下，能連續(xù)工作3 h以上。一般消防控制室內(nèi)設(shè)置的獨(dú)立式UPS主要用于通信管理設(shè)備和計(jì)算機(jī)，為了保證火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的工作，因此選擇后備時(shí)間時(shí)也按3 h考慮。

式中：Q——蓄電池容量（Ah）；

PUPS-out——UPS有效功率（VA），PUPS-out=PUPS×帶載率；帶載率取0.6；

T——備用小時(shí)數(shù)（h）；

V——UPS整流后母線電壓（V）；

η—逆變器轉(zhuǎn)換效率，取0.94。

在消防控制室內(nèi)，一般把蓄電池組安裝在電池柜中，在布置各類設(shè)備時(shí)，應(yīng)盡量保證電池柜靠近UPS裝置的主機(jī)，縮短連接電纜的長(zhǎng)度。

蓄電池一般選用免維護(hù)閥控式密封鉛酸蓄電池，減少運(yùn)行維護(hù)成本。

5 UPS配置類型

用于消防控制室的UPS裝置一般功率都比較小，大約20 kVA。UPS的配置類型一般采用在線式供電方式，如圖1所示。

圖1 在線式UPS工作原理框圖

在線式UPS一般用于系統(tǒng)容量較小、可靠性不高的場(chǎng)所。圖2是改進(jìn)的工作原理圖，改進(jìn)后的原理圖可以提高供電可靠性。

圖2 改進(jìn)后在線式UPS系統(tǒng)接線圖

6 設(shè)備選擇

為保證UPS電源系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需選擇合適的開關(guān)、電纜。先計(jì)算出UPS滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的工作電流，同時(shí)考慮使用環(huán)境、環(huán)境溫度、電壓損失、沖擊負(fù)荷的影響等因素，按照規(guī)程規(guī)范要求并適度地預(yù)留一些裕量。

7 結(jié)語(yǔ)

為了保障實(shí)時(shí)電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，UPS的應(yīng)用是不可或缺的。為了保證UPS能提供一個(gè)安全、可靠、穩(wěn)定的供電環(huán)境，如何對(duì)UPS供電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以保證供電系統(tǒng)方案的穩(wěn)定性和可靠性，也是電氣專業(yè)一項(xiàng)重要的攻關(guān)課題。