UPS电源在建筑电气的应用

摘要：站在现阶段建筑电气领域角度来看，应急电源的应用主要有UPS电源、EPS电源、柴油发电机组、市电双电源等。本文将主要针对UPS电源在建筑电气当中的应用展开探讨。

关键词：UPS；应急电源；建筑电气

随着时代的不断发展，电子计算机和电子通讯设备得到广泛应用，在房屋、楼宇控制、医院诊所、高校等各种工程建筑中已成为标准配置设备，随着新技术的发展，智能系统设备也提高了对供电质量的要求，电子设备的可靠稳定运行是系统安全稳定运行的主要保障，UPS电源可以提供可靠而且不间断的供电保障。因此，在控制室、数据中心，以及一些为消费者重要设备供电的场所，越来越多地安装了UPS（不间断电源）供电系统。

1UPS电源设置场所

参照相关标准和规范后可以得知：对于不允许电源瞬时中断的负荷，应设置UPS不间断电源装置供电。在工程建筑的配电设计中，UPS电源多用于保证实时数据处理系统的机房电子设备、消防安全控制室的图像显示设备（显示屏）、通信设备等重要设备的供电。

2建筑电气领域中应急电源的应用现状

目前在建筑电气领域中应用比较常见的应急电源，主要有：UPS电源、EPS电源、柴油发电机组、市电双电源几种。市电双电源转换开关（ATS）,可以做到自动切换时间为0.3-3秒；柴油发电机组一般配置自启动模块，要求在30秒内自启动成功；EPS电源的转换时间一般＜0.25秒。以上几种均存在一定时长的应急切换时间，无法满足“不允许电源瞬时中断的负荷”重要设备的供电安全保障。在工作实践中，尤其需要认真区分UPS和EPS。EPS（EmergencyPowerSystem）是一种允许短时电源中断的应急电源装置，一般情况是作为消防或生产在紧急情况下使用的电源，例如在人多、出口少、自然光源有限的高层建筑、商场、医院、地下防空工程等场合。UPS(UninterruptiblePowerSystem)不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器、整流器为主要组成部分的恒电压、恒频率的不间断电源。其主要作用是通过UPS系统，对计算机网络系统或其他电力电子设备可靠而不间断地进行供电。UPS和EPS的基本原理基本相同，两者都使用蓄电池作为储能备用电源。但由于负载的特性不同，转换时间和应用场合也不同。EPS供电对象是电力保障及消防安全，负载性质为感性、容性等非线性负载或兼而有之，而且有些负载是停市电后才投入工作的，因而要求EPS能提供很大的冲击电流，要求输出动态特性要好，抗过载能力更强，转换时间要求不高。UPS供电对象是电子计算机及网络设备，负载性质为容性负载和阻性负载。要求UPS可以提供恒电压、恒频率的不间断电源，转换时间要求高，甚至不允许有转换时间。UPS电源可以解决和排除电源断电、电源浪涌、电压波动、频率波动、谐波失真等多种电网缺陷和故障，因此在工程建筑电气领域得到更加广泛的应用。

3UPS电源的分类和特点

3.1按照市电正常时逆变器的工作状态分类

一般可分为后备式UPS电源、在线交互式UPS电源和双转换在线式UPS电源。(1)后备式UPS电源：当市电供电正常时，市电电源向负载直通供电。当市电电压波动幅值超过其工作允许范围或断电时，由机内逆变器电源向负载提供方波稳压电源。后备式是针对逆变器而言的，当市电供电正常时，机内的逆变器电源并没有工作，处于关机待命状态，逆变器仅在市电供电不正常时，才启动运行。后备式UPS的优点是结构比较简单、体积小、成本低，输入电流电压工作范围窄，输出电压精度低；输出功率一般在2000VA以下。转换时间一般为5-10毫秒。(2)在线交互式UPS电源：当市电正常时，市电电源向负载直通供电，当市电电压略低或略高时，在UPS电源的逻辑控制电路作用下，将市电电源经内置稳压器稳压后输出；当市电异常或断电时，逆变器启动工作，转为电池逆变供电输出。市电恢复正常后，UPS逆变器反方向运行工作，切换为整流器为蓄电池充电。在线交互式UPS的优点是允许输入电流和电压幅值范围宽，噪音较低，体积较小。输出波形为正弦波形，但精度较差，也有一定转换时长。(3)双转换在线式UPS：市电正常时，机内整流器将市电交流电源整流转换为直流电源，对蓄电池组进行补充电，同时提供给逆变器，经逆变器转换为交流电源，为负载提供交流电源。工作期间，输入的市电交流电源经整流器转换为直流电源，再经逆变器转换为交流电源输出，经过两次“转换”，也就是所谓的“双转换”。当市电出现异常或断电时，逆变电源由蓄电池组提供直流电源，经逆变器转换为交流电源后输出；系统运行工作期间，逆变器一直在线不间断运行，从而保证输出不间断。双转换在线式UPS的优点是逆变器始终在线运行，无转换时间；具有很宽的输入电流和电压允许幅值范围；输出电压精度较高；适用于供电规范和要求较高的场所，但相比另外两种，总体造价较高。随着科技的发展和电子技术的成熟，现阶段输出功率3000VA以上的UPS应用基本为双转换在线式UPS。

3.2按照UPS电源系统后备时间分类

按照UPS系统后备时间，UPS电源一般分为标准机和长延时机。标准机内置蓄电池组，一般配置小容量电池，后备延时时间一般为5-10分钟，可以满足系统存盘和正常退出。长延时机，需要另外配置蓄电池组，用户可以根据自己需要的后备延时时间来选用不同容量的蓄电池组，比如延时0.5小时、1小时、2小时或者更长时间等等。

4UPS电源容量的确定与输入交流电源系统的要求

一般根据用户需求和设计图纸，明确UPS电源所要供应的用电设备，统计机房内设备总数，分别根据设备铭牌标称功率和经验估算，计算出设备总负载，预留一定比例冗余容量，从而确定UPS电源系统容量。鉴于UPS电源适用于容性负载和阻性负载的特性，在对用电负载进行统计分析时，首先需要明确用电设备的分类，重点要区分容性负载（如计算机类设备）和感性负载（日光灯、机房空调等），感性负载最好不要由UPS电源供电，直接由市电供电。UPS可为机房负载设备提供输出精度高、波形偏差小、电压和频率稳定的优质电源，同时也能在市电异常或断电的情况，保证UPS系统不间断供电，从而保证后端负载设备和系统数据安全。为了保证UPS电源的可靠运行，在输入交流配电时，一般采用两路来自不同变电站或变压器的可靠电源，并选用ATS双电源转换设备将UPS设备连接到交流输入侧，从而确保UPS输入电源可靠性。

5UPS电源及蓄电池容量的计算和配置

UPS电源系统要求：在市电电源断电时，UPS电源系统能够为后接负载和重要设备提供稳定可靠的电源，而且可以持续一段时间。要满足以上要求，电池组的合理选择和配置显得尤其关键，电池组的直流工作电压由UPS电源主机型号决定，这个直流电压同样也是UPS电源中逆变器的工作电压。蓄电池组的放电时间则与后接负载电流大小、使用环境温度、电池组容量和放电终止电压等因素有关，选型时应充分考虑。以表1某小区的消控网络机房为例，展示UPS电源系统的选型和配置情况。该消控机房的设备配置如上表所示，累计功率56000W，拟采用UPS集中供电，充分考虑UPS的余量，按30%冗余计算，UPS系统容量应选用8kW，可选用标称容量为10KVA/8KW的UPS主机。按照相关规范要求和用户需求，UPS后备延时时间确定为4小时。蓄电池组的容量可按照以下公式估算：所需蓄电池组安时（AH）=UPS电源标称功率（VA）×后备延时时间（H）÷UPS电源直流工作电压（V）市场中常见品牌10KVAUPS的直流工作电压为16×12V=192V（1组16节12V蓄电池串联连接）；本项目机房拟选用UPS电源主机的标称功率为10000VA。因此可以按照公式计算出：所需蓄电池组安时（AH）=10000VA×4H÷192V=208AH，可以使用2组12V100AH电池组并联连（共计32节12V100AH蓄电池），可以满足后备延时要求。

6UPS电源对土建专业的要求

UPS电源系统一般由输入配电柜、UPS电源主机、蓄电池组、蓄电池柜（架）和输出配电柜等设备组成。输入配电柜、UPS电源主机和输出配电柜一般布置在配电室，蓄电池组和蓄电池柜（架）则多布置在专门的蓄电池间。现阶段UPS配套蓄电池除了少数项目配置锂电池外，更加常见的配置多为阀控式铅酸免维护蓄电池，铅酸电池对使用环境温度比较敏感，在环境温度为20～25℃时，使用寿命更长。因此一般要求UPS机房和蓄电池间的温度保持在20～25℃。按照相关规范要求，UPS机房应设置应急照明和外部防火门窗，房间内层高不应小于2.5米。设置UPS机房时，应考虑到线路接入和日常维护的便利，设置一定宽度的通道。蓄电池间应设置必要的通风排风设施装置。在设计校核UPS机房和蓄电池间楼板的承载能力时，应重点计算铅酸蓄电池、蓄电池柜(架)和承重支架的荷载重量。蓄电池间如布置在楼上，最好布置在承重梁上方，如空间允许，最好布置在大楼平面一层。结语为了更好地保障数据安全和重要负载的可靠运行，UPS的使用必不可少。如何合理的选用和配置UPS电源系统，保证和提高UPS电源供电系统的稳定可靠性，也是我们目前需要重点关注和研究的内容。

参考文献

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作者：何卫民 单位：福建泉润建设工程有限公司