UPS电源不仅是不间断供电装置,还具有电力净化的作用。本文将重点讨论UPS的选择和配置、蓄电池组容量的选择和配置以及UPS电源的安装与维护。
UPS即不间断电源,随着各种电子设备的普及,UPS电源得到了越来越广泛地应用。
1 UPS选型和配置
1.1 了解UPS电源的性能指标
①输入电压:220V或380V(三相四线制),-15%~+10%。
②输出电流:根据这个值选择导线截面和输入。
③输出电压:一是输出电压稳定度,一般为±5%。有些为±3%左右。另一个是稳压精度:稳态≤±1%、瞬态≤±5%。
④瞬态电压恢复时间:≤±50ms。
⑤输出容量:即视在功率S,S=UI
⑥后备时间:指输入中断后,UPS能继续工作的时间,是UPS的关键指标。
⑦功率因数:0.8(滞后)
⑧效率:≥90%(满载时)
⑨过载功能:10min(125%额定电流);10S(150%额定电流)。
⑩限流:**~110%额定电流可调。
1.2 UPS选择
(1)UPS型号
①在线正弦波UPS电源。无论市电正常与否,它对负载供电都是由UPS电源逆变器提供的。只要机内蓄电池能向UPS电源逆变器提供能量,当市电中断时,在线式UPS电源就能实现对负载的真正不间断供电,其正弦波波形失真系数小,对负载供电转换时间为零,可靠性高,故障率低但价格较高。
②后备式正弦波UPS电源。采用了抗*式分级调压稳压技术。仅仅在由蓄电池供电时才有可能向负载提供高质量的正弦波,在从市电供电向逆变器供电进行转换时,对负载而言,大约有4ms左右的中断供电(主要来源于继电器的转换时间)。后备式正弦波UPS电源处于市电供电时,由于市电是直接通过抗*滤波器对负载供电的,因此噪音较小,但是UPS电源处于逆变器工作时,由于PWM脉宽调制频率一般为8KHZ左右,因此噪音较大。
③后备方波输出UPS电源。向负载提供的交流电是方波而不是正弦波。此类UPS电源只能接微容性或纯组性设备,负载越重,方波脉冲宽度越宽,而方波脉冲的峰值越小。此类UPS电源的转化时间不一定。其变化范围为4~9ms且用户不能控制。此类UPS不能进行频率的关闭和启动,但造价较低。
(2) 负载容量、负载功率因数和UPS的波峰因数选购UPS时,首先要知道负载的总容量,同时还要考虑负载的功率因数才能确定UPS的标准功率容量。由于负载功率因数很难计算,所以UPS技术规范中给出了波峰因数这个指标,波峰因数越高,UPS承受非线性的能力越强。一般波峰因数比应大于3:1。
(3)电池后备时间一般情况下,选择后备时间时,通常选取满载工作时间为10min、15min或30min即可。由于蓄电池价格较贵、长延时UPS一般仅在停电时间较长的场合选用。此时选择有外接大容量的蓄电池功能的UPS,以确保市电停电后能长时间供电。
(4)UPS中性线截面由于UPS负载多为非线性负载,因而流过中线的电流不为零。即使在三相负载完全平衡时中线电流也可达三相电流的1.8倍。负载功率因数越小,倍数越大。因此在UPS电源中,其中线截面不得小于相线截面。否则易造成中线发热,甚至烧掉电缆引起火灾,造成严重后果。
2 蓄电池的选择和配置
2.1 蓄电池基本技术指标
①阀控式密封铅酸蓄电池:每台UPS各接一组。
②浮充电压允差:1%。
③浮充电压:2.23~2.27V/单体。
④均充电压:2.3~2.4V/单体。⑤放电终了电压:1.67~1.70V/单体。⑥温度对蓄电池寿命的影响:在25℃时浮充运行情况下,理论寿命不低于10年。
2.2 UPS蓄电池容量的计算
(1)蓄电池放电电流II=S×cosφ/η×Ei式中:S为UPS电源的标称输出功率;cosφ为负载功率因数,一般取0.8;η为逆变器的效率一般取0.8;Ei为蓄电池放电终了电压。
(2)电池后备时间t电池后备时间t根据用户的需要而定,中小型UPS多采用阀控铅蓄电池。价格较贵,一般选取满载工作时间为10min、15min或30min。
(3)蓄电池容量C算出放电电流后,再根据负载性质及用户所需UPS的后备时间,算得蓄电池标配容量:(C=It)。
3 UPS安装
3.1 UPS的安装位置要求
(1)为延长电池寿命,蓄电池应安装在环境温度为15℃~25℃范围内,室内温度也不能太大。
(2)UPS的左右两侧要留有50mm空间,后面要留有100mm,前面留有足够的操作空间。
(3)置电池柜应与UPS放在一起。
3.2 UPS与市电、负载的连接UPS与市电及负载的连接都很简单,但连接前应检查:
(1)UPS输入参数与市电的电压、频率是否一致。
(2)接入UPS的火线和零线是否与厂家规定一致。
(3)检查负载功率是否小于UPS输出功率。
(4)UPS与电池连接时一定分清正负极。
3.3 电缆截面的选择选择导线截面时应考虑:
(1)符合电缆使用安全标准。
(2)符合电缆温升要求。
(3)满足电压降要求。
①交流输入电流I相。因为P=3×U相×I相×cosφ(单相输出者则为:P=Ucosφ)。所以I相=P/(3×U相×cosφ)=S/(3×U相)。
②直流输出电流I=P/U(U应取小值)。求出交流输入I相和直流输出电流I后,再查表确定导线截面积。
4 UPS维护
根据多年来的工作经验,建议从以下几个方面做好UPS电源系统的维护:
4.1 掌握UPS的基本知识,认真阅读设备说明书,弄清各种警示信息,警示代码,指示灯的含义,以及产生的原因和应对方法。熟悉设备上各种开关,按钮的作用。熟悉掌握UPS的各种操作,清楚连接关系,明白代通之法。
4.2 加强日常的巡视、维护,查看设备有无告警,有无异味,有无异常响声,检查接头有无松动发热现象,散热扇运转是否正常,设备各种指示是否正常,发现问题及时解决。
4.3 制定定期维护计划:每月定期测量设备输出电压、电流、功率以及蓄电池内阻和端电压。每季或半年对蓄电池做一次核对性放电试验,一般应放出额定容量的30%~40%。每年清洁一次UPS内部卫生,检查各接头是否接触良好。
4.4 蓄电池放电:在蓄电池放电操作中,如采用蓄电池脱机使用假负载放电,不仅拆卸繁琐,且不安全,事后还需拆卸安装再充电。为保证电池放电试验的安全有效,既能发现问题(落后电池、反较电池等),又能保证供电安全可靠(不造成过放电、短路、供电中断等)。这里推荐一种直接利用负载对电池放电的方法:即关断UPS交流输入开关,让蓄电池放电。由于UPS电源多用于重要的网络通信等系统中,负载变化幅度不大,所以用负载直接放电,其放电电流也基本不变,这样就可根据蓄电池的电压情况和放电情况确定放电终止电压,算出放电时间,以后每季度的放电都与此次记录相比较,并从中发现问题及时排除。
阀控密封
当前阀控密封铅酸蓄电池已逐步取代开口式流动电解液铅酸蓄电池,广泛用于邮电通信电源、UPS、储能电源系统等。动力型阀控密封铅酸蓄电池已广泛用于电动助力车。这些领域都要求在线检测蓄电池的荷电态。
三瑞蓄电池注意事项:
⑴环境温度对电池的影响较大。环境温度过高,会使电池过充电产生气体,环境温度过低,则会使电池充电不足,这都会影响电池的使用寿命。因此,一般要求环境温度在25℃左右,UPS浮充电压值也是按此温度来设定的。实际应用时,蓄电池一般在5℃~35℃范围内进行充电,低于5℃或**35℃都会大大降低电池的容量、缩短电池的使用寿命。
⑵放电深度对电池使用寿命的影响也非常大。电池放电深度越深,其循环使用次数就越少,因此在使用时应避免深度放电。虽然UPS都有电池低电位保护功能,一般单节电池放电至10.5V左右时,UPS就会自动关机。但是,如果UPS处于轻载放电或空载放电的情况下,也会造成电池的深度放电。
⑶电池在存放、运输、安装过程中,会因自放电而失去部分容量。因此,在安装后投入使用前,应根据电池的开路电压判断电池的剩余容量,然后采用不同的方法对蓄电池进行补充充电。对备用搁置的蓄电池,每3个月应进行一次补充充电。可以通过测量电池开路电压来判断电池的好坏。以12V电池为例,若开路电压**12.5V,则表示电池储能还有80%以上,若开路电压低于12.5V,则应该立刻进行补充充电。若开路电压低于12V,则表示电池存储电能不到20%,电池不堪使用。
⑷电池充放电电流一般以C来表示,C的实际值与电池容量有关。例如,100AH的电池,C=100A。松下铅酸免维护电池的充电电流为0.1C左右,充电电流不能大于0.3C。充电电流过大或过小都会影响电池的使用寿命。放电电流一般要求在0.05C~3C之间,UPS在正常使用中都能满足此要求,但也要防止意外情况的发生,如电池短路等。
⑸充电电压。由于UPS电池属于备用工作方式,市电正常情况下处于充电状态,只有停电时才会放电。为延长电池的使用寿命,UPS的充电器一般采用恒压限流的方式控制,电池充满后即转为浮充状态,每节浮充电压设置为13.6V左右。如果充电电压过高就会使电池过充电,反之会使电池充电不足。充电电压异常可能是由电池配置错误引起,或因充电器故障造成。因此,在安装电池时,一定要注意电池的规格和数量的正确性,不同规格、不同批号的电池不要混用。外加充电器不要使用劣质充电器,而且安装时要考虑散热问题。目前,为进一步提高电池寿命,先进的UPS都采用一种ABM(AdvancedBatteryManagement)三阶段智能化电池管理方案,即充电分成初始化充电、浮充电和休息三个阶段:阶段是恒流均衡充电,将电池容量充到90%;*二阶段是浮充充电,将电池容量充到100%,然后停止充电;*三阶段是自然放电,在这个阶段里,电池利用自身的漏电流放电,一直到规定的电压下限,然后再重复上述的三个阶段。这种方式改变了以前那种充满电后,仍使电池处于一天24h的浮充状态,因此延长了电池的寿命。
⑹免维护电池由于采用吸收式电解液系统,在正常使用时不会产生任何气体,但是如果用户使用不当,造成电池过充电,就会产生气体,此时电池内压就会增大,将电池上的压力阀**开,严重的会使电池爆裂。
⑺UPS在运行过程中,要注意监视蓄电池组的端电压值、浮充电流值、每只蓄电池的电压值、蓄电池组及直流母线的对地电阻和绝缘状态。
⑻不要单独增加或减少电池组中几个单体电池的负荷,这将造成单体电池容量的不平衡和充电的不均一性,降低电池的使用寿命。
⑼电池应尽可能安装在清洁、阴凉、通风、干燥的地方,并要避免受到阳光、加热器或其他辐射热源的影响。电池应正立放置,不可倾斜角度。每个电池间端子连接要牢固。
⑽定期保养。电池在使用一定时间后应进行定期检查,如观察其外观是否异常、测量各电池的电压是否平均等。如果长期不停电,电池会一直处于充电状态,这样会使电池的活性变差。因此,即使不停电,UPS也需要定期进行放电试验以便使电池保持活性。放电试验一般可以三个月进行一次,做法是UPS带载--在50%以上,然后断开市电,使UPS处于电池放电状态,放电持续时间视电池容量而言一般为几ms至几十ms,放电后恢复市电供电,继续对电池充电。
由于蓄电池正负极板材料不同,除了活性物质外,负极板还添加了硫酸钡、腐殖酸、炭黑和松香等材料,用来防止负极板收缩和氧化。另外,每个单格蓄电池的负极板数又总是比正极板数多一片,而且负极板比正极板略薄。当进行蓄电池的初充电或补充充电时,若不注意极性,会使蓄电池充反,使正、负极几乎都变成粗晶粒的PbSO4,造成蓄电池电荷容量不足,不能正常工作,甚至导致蓄电池报废。因此,充电时一定要注意极性,切不可极性充反
蓄电池(Storage Battery)是将化学能直接转化成电能的一种装置,是按可再充电设计的电池,通过可逆的化学反应实现再充电,通常是指铅酸蓄电池,它是电池中的一种,属于二次电池。它的工作原理:充电时利用外部的电能使内部活性物质再生,把电能储存为化学能,需要放电时再次把化学能转换为电能输出,比如生活中常用的手机电池等。
化学能转换成电能的装置叫化学电池,一般简称为电池。放电后,能够用充电的方式使内部活性物质再生——把电能储存为化学能;需要放电时再次把化学能转换为电能。将这类电池称为蓄电池(Storage Battery),也称二次电池。