UPS電源容量選擇及配電設(shè)計

王璐

摘 要：UPS電源的容量和配電設(shè)計方式對UPS性能發(fā)揮有著決定性的作用，本文就對如何進行電源容量選擇和配電設(shè)計方法展開研究，首先分析容量的選擇方法，然后研究如何進行配電設(shè)計，幫助技術(shù)人員確定電源容量和配電設(shè)計的思路，發(fā)揮UPS系統(tǒng)的性能。

關(guān)鍵詞：UPS電源;容量選擇;配電設(shè)計

UPS是移動式車載方艙常用的重要后備電源，能夠在電力不穩(wěn)定、斷電的情況下為系統(tǒng)功能，保證工作的持續(xù)性，降低電力故障對生活的影響，從而減少停電所導(dǎo)致的損失。為了保證UPS能發(fā)揮效率，需要確保UPS電源容量的選擇合理，防止系統(tǒng)意外停電造成影響。

1 UPS電源容量選擇概述

UPS電源容量大小選擇是整個UPS系統(tǒng)設(shè)計首要問題，若UPS容量過小，會導(dǎo)致UPS長期處在重載運行狀態(tài)，容易導(dǎo)致輸出波形出現(xiàn)畸變，還會造成輸出電壓抖動值過大，之后造成UPS逆變器損壞[1]。但如多UPS系統(tǒng)電源容量過大，UPS 輸入功率會比較低，也會增加電流諧波畸變，會造成對電網(wǎng)的污染，使得電網(wǎng)利用率降低，甚至?xí)?dǎo)致UPS內(nèi)部蓄電池出現(xiàn)失效的情況，最終出現(xiàn)永久性損壞。所以，UPS的電源容量必須滿足負載要求，避免UPS經(jīng)過長期運行出現(xiàn)故障，為UPS系統(tǒng)的穩(wěn)定性創(chuàng)造保證。

2 UPS電源容量選擇分析研究

為了發(fā)揮UPS的作用，避免UPS的保護逆變器受損，以及防止UPS對電網(wǎng)造成污染，一般會將UPS的電源容量控制在有功功率的25%-80%。所以在設(shè)計UPS電源系統(tǒng)實際容量時，應(yīng)該計算系統(tǒng)運行的實際容量，然后結(jié)合系統(tǒng)實際容量確定UPS電源容量。以下為車載UPS常用的1kVA到30kVA范圍內(nèi)，UPS電源容量和輸出功率的關(guān)系：

結(jié)合上圖，在感性負載功率因數(shù)在0.8以下，UPS將會輸出高于額定電流的電流值，如果為容性負載，則輸出電流會小于感性負載。實際應(yīng)用中，可能會出現(xiàn)UPS電源負載不斷分期擴容的問題，必須要增大UPS電源額定容量。由于UPS電源的備份方案和UPS電源冗余容量喲組合密切的關(guān)系，為此必須要從長遠的方面考慮，保證在首次確定UPS電源容量時就可以滿足用電系統(tǒng)、設(shè)備經(jīng)過長期發(fā)展之后對UPS的需求，以及能夠保證UPS系統(tǒng)能實現(xiàn)多機型運行，才能讓UPS系統(tǒng)能夠在中遠期具有較高的負載容量。

3 UPS電源配電設(shè)計

UPS電源配電設(shè)計也決定了UPS的作用和效率，由于配電系統(tǒng)的設(shè)計形式也要考慮負荷的需求，因此設(shè)計過程中應(yīng)該從負荷出發(fā)，確定電源的輸出回路開關(guān)選擇方法，分析如何選擇輸出回路的導(dǎo)線，以及完成對主開關(guān)和電纜的設(shè)計，以發(fā)揮UPS電源的最大功能，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性[2]。

3.1 負荷計算方法

通過負荷計算，能夠利用系統(tǒng)的負荷完成對之后開關(guān)整定值、配電系統(tǒng)導(dǎo)線的選擇方式進行指導(dǎo)，所以在計算時會對單相回路電流值、三項回路電流值進行分析，然后計算配電箱的負荷情況，從而對系統(tǒng)的負荷完成科學(xué)的預(yù)估工作。首先，對單相回路電流的計算公式為：

在上式中，P是單相負荷大小，U是單相電路電壓，cosF是功率因數(shù)，一般為0.9。

對于三相回路電流，計算方法為：

上式中，P為三相負荷，U為三相電壓，cosf是功率因數(shù)，是0.9。

在分析系統(tǒng)總體負荷時，必須計算系統(tǒng)中所有輸出回路的總負荷量，比如末端共有4條單相回路，而所有的回路負荷為1kW，同時末端的三相回路由2條，每條三相回路的功率為2kW，則整車的裝機容量為8kW。

3.2 輸出回路開關(guān)

UPS的輸出回路開關(guān)一般為低壓空氣開關(guān)，即低壓斷路器，目前有塑料殼斷路器、框架斷路器和微型斷路器三種類型，由于結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，使得斷路器的性能、用法都有很大的不同[3]。比如框架斷路器的額定電流比較大，為800-6300A;微型斷路器一般工作在63A額定電流范圍內(nèi)，所以一般將微型斷路器應(yīng)用在末端配電箱輸出回路開關(guān)的位置，以及應(yīng)用到對小容量配電箱的開關(guān)控制中;塑料殼斷路器的額定電流在100-800A，比較適合使用在低壓母線饋電回路開關(guān)中，或者控制落地式配電柜的主開關(guān)。在選擇UPS輸出回路開關(guān)時，應(yīng)該考慮不同位置工況情況，結(jié)合空氣開關(guān)的性能選擇最合適的開關(guān)。由于配電系統(tǒng)中的微型斷路器在末端配電箱中數(shù)量比較多，經(jīng)常采用密集的排列方式，一般將其降容系數(shù)視為0.8，即開關(guān)額定電流為10A時，應(yīng)該應(yīng)用到8A以下的計算電流中，以保證開關(guān)性能得以發(fā)揮。實際工作中，結(jié)合用電規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，以及確保配電系統(tǒng)工作的安全，插座回路的開關(guān)必須具有漏電保護器，確保配電系統(tǒng)的總體安全。比如弱電豎井使用了插座箱，如果插座箱已經(jīng)設(shè)置了漏電保護器開關(guān)，那么就不允許繼續(xù)安裝漏電保護器開關(guān)，以確保配電系統(tǒng)的性能和安全。

3.3 輸出回路的導(dǎo)線選擇方法

在配電箱末端位置，應(yīng)做好對輸出回路導(dǎo)線的選擇和布置，比如對弱電豎井中的插座箱，配置導(dǎo)線時應(yīng)該使用橋架;如果UPS系統(tǒng)在移動指揮方艙中，則配電系統(tǒng)的導(dǎo)線必須具備阻燃功能。導(dǎo)線額選擇工作應(yīng)該以導(dǎo)線負載流量作為基礎(chǔ)，假如導(dǎo)線的負載流量高于開關(guān)的整定電流量，就要結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)完成導(dǎo)線的選擇。UPS 的插座和插座箱之間，回路必須使用PE線，選擇PE線的截面必須以相線的截面積作為參考。例如在相線界面低于16平方毫米時，PE線就可以和相線有相同的截面。如果相線的截面達到35平方毫米，則PE線的截面為16平方毫米。

3.4 主開關(guān)設(shè)計

主開關(guān)設(shè)計以電流大小作為基礎(chǔ)，可以選擇微型斷路器或者塑料斷路器，一般以63A作為標(biāo)準(zhǔn)，在整定電流小于63A時，選擇微型斷路器，如果電路的負載比較高，整定電流超過63A，就可以選擇塑料殼斷路器。實際工作中需要做好對電流的計算，才能完成對系統(tǒng)的合理設(shè)計，通過電流計算的結(jié)果，也能進一步完成后續(xù)線纜的選擇，可以保證選擇的精確性。

結(jié)束語：UPS是生產(chǎn)、工作維持穩(wěn)定、連續(xù)的關(guān)鍵系統(tǒng)，在設(shè)計UPS系統(tǒng)時，最為重要的就在于做好對容量的設(shè)計，設(shè)計人員一方面需要考慮用電整體負載的情況，也要結(jié)合長遠情況分析未來的容量需求;配電系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)做好計算，保證對線路、元件選擇的科學(xué)性。通過科學(xué)的設(shè)計，降低UPS的運行成本，同時保證UPS電源具備最佳的運行狀態(tài)。

參考文獻：

[1]劉希禹. UPS鉛酸蓄電池容量的確定[J]. 郵電設(shè)計技術(shù)，2015（12）：79-86.

[2]李晶. UPS電源容量選擇及配電設(shè)計[J]. 科技與創(chuàng)新，2016（07）：139-140.

[3]樊峰. 關(guān)于大容量UPS電源應(yīng)用的探討[J]. 通信電源技術(shù)，2019，36（07）：218-219+222.

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