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UPS安装工艺详解

发布时间:2021-05-20 16:56

UPS安装前,用户都要为UPS做输入输出配电。一般UPS厂家会向用户提供完整、详细的UPS安装要求和注意事项,只有符合这个要求,UPS接入用户供电系统后才会正常工作。在此,根据UPS输入输出的不同类型整理了UPS安装要求及注意事项,并附上配电示意图和配电盘范例,希望能对读者有所帮助。
在实际应用中,工程师可根据要安装的UPS的实际情况将相关参数填入空格内发给用户,以便用户按此要求施工。下面逐项进行说明:

一、用户为UPS提供的输入市电其波动值一般要小于UPS标称的允许市电波动值,例如某型号UPS标称允许市电输入电压波动在220V+20%,那么此项可要求用户市电波动在+15%,这样有利于UPS正常运行;零地电压一般要求在不带负载时小于1.5V,带满载时小于2V,工程师也可根据现场情况及负载要求提出此值。

二、UPS为了消除共模干扰,零、火线对地之间都加了滤波电容,零、火对地都有电流,可能造成零、火线上电流不等,从而使带漏电的断路器跳闸。所以UPS前级及负载回路不能装带漏电保护的断路器,以免造成UPS及其负载意外掉电。这里要指出的是,用户配UPS的主要目的是为了重要设备如计算机等的安全运行,而不是为了保障人员安全,所以也不应该对线路中带电部分如插座、断路器等频繁插拔、开合。

三、从安全用电角度出发,零线(尤其干线)不能断,即使要断也要零、火双断。

四、为了消除干扰,大多数UPS的输入零线与输出零线是隔离的或者是经过扼流圈的,所以在做UPS配电时不能把UPS输出(即负载)的零线接到输入配电的零线母排上。用户可将UPS输出(负载)零线接到单独一条零线排上。某些品牌的UPS如APCsilcon系列、爱克赛的powerwaveprime等,在UPS内部输入零线与输出零线直通,就可以把输入零线与输出(负载)零线接到同一母排上。

五、UPS输入断路器是专为单独控制UPS输入电源的通断的,所以UPS输入断路器的下口不要再接其它的用电设备,以免影响UPS输入电的正常通断。这里要说明一点,有些用户要求UPS在市电掉电后,UPS靠电池后备工作的时间很长,这样,UPS所配的外接长延时电池的容量会很大,为保证这部分外接电池能够有足够的充电电流(一般为外接电池总AH数的10%),厂家会给UPS另外配一只外接长延时电池充电器,此充电器的交流输入电源要与UPS的输入电源同时通断,才能保证在有市电时,外接充电器对外接电池充电,市电断时,电池通过充电器立即向UPS逆变器放电。所以这种充电器的交流输入电是要与UPS的输入电接在同一断路器的下口的。

六、在为UPS选配输入输出断路器时,首先要求断路器标称的额定电压要符合UPS的额定输入输出电压,如单进单出UPS可选单极(或N+1,或两极)额定电压为AC220V或250V的断路器,三进三出UPS可选三极(或N+3,或四极)额定电压为AC380V或415V的断路器。要注意断路器的额定分断能力ICU要符合UPS厂家的要求,一般小型UPS为10KA或6KA,大中型UPS都要求在30KA以上。
断路器的标称额定电流要大于UPS的最大输入电流和输出电流,一般UPS厂家会直接给出输入输出断路器的额定工作电流值或UPS的最大输入输出电流值,如未给出,也可通过以下公式算出:
其中IINMAX为最大输入电流,单位A。
P为UPS标称容量,单位VA。
PFOUT为输出功率因数。
PC为充电功率,单位W,如PC值厂家未给出,可通过公式计算出:PC≈VC×IC,这里VC为UPS均充电压,单位V。IC为UPS均充电流(或最大充电电流),单位A。
ηAC-AC为UPS满载时交流输入至交流输出的效率(是UPS带线性满负荷时输出有功功率与输入有功功率之比),为一常数。
PFIN为输入功率因数。
IOUTMAX为UPS最大输出电流,单位A。
UOUTMIN为UPS最小输出电压,单位V。在线式UPS是稳压输出的,所以UOUTMIN可取220V。某些在线互动式UPS,当市电输入电压在一定范围之内时(如APCSmart系列为192V~250V),UPS是直接将此电压输出给负载的,只有在市电输入电压超出此范围时,UPS才将输入电压调整后(自动升压或降压12%)输出给负载,所以这种情况下UPS最小输出电压应为UPS不做调整时的最低输入电压。
UINMIN为厂家给出的UPS满载工作时允许(不转电池供电)最低市电输入电压。
另外,许多厂家都会允许UPS短时过载工作(为UPS标称功率的100%~125%),断路器也允许在过流125%时1~2小时后才动作,所以这种过载情况一般不予考虑。
例:一台APCSymmetra16KVA单进单出UPS,其输入电压范围155V~276VAC(满载),输入功率因数0.98,输出功率因数0.7,充电功率1.2KW,满载AC~AC效率0.91,那么其最大输入电流IINMAX=(16000×0.7+1200)/(0.91×0.98×155)=89.7A,最大输出电流IOUTMAX=16000/220=72.7A。此UPS输入输出断路器的额定工作电流可分别选100A和80A。
UPS所带负载(计算机开关电源是整流型负载)通常是呈微感性的,功率因数一般在0.6~0.7之间,UPS输入端即使加入了功率因数校正电路,但在UPS走旁路时,由于负载的缘故,输入端也是呈感性的,而感性负载的启动电流较大,所以在选择输入、输出断路器时,其脱扣曲线应选择D类(10~20倍额定电流脱扣)。
有些UPS厂家考虑到断路器(包括塑壳断路器MCCB及微型断路器MCB)在某些情况下可能产生误动作,从而引发输入电和输出(负载)配电的意外断电,所以会要求使用负荷隔离开关或带熔丝的负荷隔离开关。在选取开关和熔丝时,其额定电流也要大于最大输入电流和最大输出电流。
特别要注意的是,多数三进单出机型,UPS在转旁路工作时,全部负载是由输入三相电中的一相来负担的,所以在选择输入断路器(多极)时其额定工作电流应不小于满载时单相最大输入电流。

七、对于UPS输入输出连线线径的选取也是参考每相最大电流的,考虑到三相设备中中线上可能存在三次谐波电流,所以三进单出及三进三出的零线(尤其是输出零线)线径不应小于A相(三进单出A相通常被定为旁路用电)线径。保护地线线径一般也要求与A相线径相同。
UPS的连接线一般选用BVR线,YZ、YC多芯软橡套线或RVV多芯软塑套线。
电流密度(每平方毫米截面积内可流过电流安培数)可按以下值估算:1.5mm2≈8,2.5mm2≈7,4mm2≈6.5,6mm2≈6,10mm2≈5.5,16mm2≈5,25mm2≈4,35mm2≈3.5,50mm2≈3,70mm2≈2.5,95mm2以上最大不超过2。

八、UPS与外接长延时电池之间连线不宜过长,否则在电池连线上损失的压降过大。另外,用户往往十分注意UPS主机工作的环境温湿度,电池与主机一同放置可使电池也得到良好的工作环境。

九、用户的负载配电最好采用分级多路控制方式。末端某一支路发生过流或短路时,不会导致同一级中其它支路或上一级用电设备掉电,且下一级断路器的总额定电流值不应大于上一级的130%,以避免出现下一级每个支路断路器都没满载或过载工作时(断路器不跳闸),上一级断路器却因过载而跳闸,以致全部负载都失去供电。另外,上一级断路器的脱扣曲线和脱扣时间要大于下一级断路器的脱扣曲线和脱扣时间,以免下一级中支路有尖峰、浪泳或发生短路时上一级断路器先于下一级断路器脱扣,导致全部负载断电。
对于三进三出UPS要求用户尽量平均分配三相负载,以免因UPS三相中某一相过载而使UPS进入旁路状态,降低UPS对负载的保护等级。

十、建议用户为UPS及其负载单独设置配电盘,以便于对UPS及其保护的负载进行集中、可靠的控制。此配电盘要符合国家相关标准。
按防护型式分类:
①第一类防护型式:防止固体异物进入电器内部及防止人体触及内部的带电或运动部分的防护。第一类防护型式的分级方式及定义见下表。
第一类防护型式分级及定义
防护等级简称定义
0无防护没有专门的防护
1防护直径大于50mm的固体能防止直径大于50mm的固体异物进入壳内,能防止人体的某一大面积部分(如手)偶然或意外触及壳内带电或运动部分,但不能防止有意识地接触这些部分
2防护直径大于12mm的固体能防止直径大于12mm固体进入壳内,能防止手触及壳内带电或运动部分
3防护直径大于2.5mm的固体能防止直径大于2.5mm的固体异物进入壳内,能防止厚度(或直径)大于1mm的工具、金属线等触及壳内带电或运动部分
4防护直径大于1mm的固体能防止直径大于1mm的固体异物进入壳内,能防止厚度(或直径)大于1mm的工具、金属线等触及壳内带电或运动部分
5防尘能防止灰尘进入达到影响产品运行的程度,完全防止触及壳内带电或运动部分
6尘密完全防止灰尘进入壳内完全防止触及壳内带电或运动部分
②第二类防护型式:防止水进入内部达到有害程度的防护。第二类防护型式的分级方式及定义见下表。
第二类防护型式分级及定义
防护等级简称定义
0无防护没有专门的防护
1防滴垂直的滴水应不能直接进入产品内部
215°防滴与铅垂线成15°角范围内的滴水,应不能直接进入产品内部
3防淋水任何方向的喷水对产品应无有害的影响
4防溅猛烈的海浪或强力喷水对产品应无有害的影响
5防喷水任何方向的喷水对产品应无有害的影响
6防海浪或强力喷水猛烈的海浪花或强力喷水对产品应无有害的影响
7浸水产品在规定的压力和时间内浸在水中,进水量应无有害的影响
8潜水产品在规定的压力下长时间浸在水中,进水量应无有害的影响
表明产品外壳防护等级的标志由字母”IP”及两个数字组成。第一位数字表示上述第一类防护型式的等级,第二位数字表示上述第二类防护型式的等级。如需单独标志第一类防护型式的等级时,被略去的数字的位置,应以字母”X”补充。如IP3X表示第一类防护型式3级,IPX2表示第二类防护型式2级。
工程师可根据设备安装的场所、位置和UPS厂家要求提出防护等级,一般室内安装的配电箱防护等级为IP30。

十一、客户都知道不能将空调、照明等设备接入UPS输出端,但用户在做UPS负载配电时,UPS负载专用插座与非UPS负载插座没有明显的区分标志,就可能造成用户误将非UPS负载插入UPS负载专用插座中,影响UPS正常运行,所以要在UPS负载专用插座上作出明显区别于其它插座的特殊标志。

十二、 某些需要单相三线制供电的UPS负载,在其设备内部,零线与保护地线是接在一起的,如果UPS负载插座的零、火线接反,则有可能造成UPS和负载的损坏,所以用户在做负载配电时,一定要检查UPS负载插座零、火线的极性,不能接反。对于插座来说,面对插座,以保护地线为起点,按顺时针顺序,依次为地、火、零。对于插头来说,面对插头,以保护地线为起点,按顺时针顺序,依次为地、零、火。

十三、 工作环境温度(略)。

十四、 地板承重(略)。

十五、 对于UPS外接蓄电池,是不需要用户自己安装的,一般是由UPS厂家或代理商来安装的,所以未在安装要求中提出。这里简单介绍一下电池正确安装及安全运行的基本条件,仅供读者参考。
多节蓄电池串联时,尽量避免相邻码放的两节电池压差超过120V,此电压为人体安全电压值上限。当蓄电池导电部位压差超过120V时,建议这两导电部位距离在0.8米以上。
在蓄电池组的充放电回路中必须装有过流保护断路器或熔断器,而且此保护装置离电池越近越好,有些熔断器甚至可以串接在蓄电池组内,这样当蓄电池组的输出线绝缘损坏或输出短路时,蓄电池组的输出电压可被迅速切断。
蓄电池组过流保护断路器应选择专用的直流断路器,如ABB的S280UC-Z、S500UC-B系列,SIEMENS(西门子)的5SX5-B系列,MOELLER(穆勒)的L7-DC系列等微型断路器。普通交流断路器(包括塑壳断路器MCCB及微型断路器MCB)在额定工作电压相同的情况下,在直流回路中分断电流的能力(灭弧效果)要弱于交流回路,因为直流回路中产生的电弧是持续的,而交流电流在过零点的那一瞬间,电弧会熄灭,所以交流断路器在直流回路中要达到其标称的额定分断能力,它所适用的额定工作电压就要下降,如CLIPSAL(奇胜)的E4CB系列B类2A~63A微型断路器,其单极在额定工作电压为交流230V时,额定分断能力为6000A,而在直流回路中,要保持6000A的分断能力不变,其单极额定工作电压只有48V DC。因此也可以采用多极的交流断路器极连的办法来保持标称分断能力,提高直流额定工作电压。
为了防止充电时有大的尖峰、浪涌窜入电池回路,将电池充爆,另外保证电池组在过流或短路时能迅速动作,此断路器的脱扣曲线最好为B类(3~5倍额定电流脱扣)或Z类(2~3倍额定电流脱扣),脱扣时间约为4ms。
同理熔断器也最好选择直流速熔型的。熔断器是根据其功能来划分其工作等级的。工作等级由2个英文字母表示,第1个字母表示功能等级,而第2个字母是表示被保护的对象。
第1个字母:a 局部范围保护(后备保护熔断器),g 全范围保护(一般用途熔断器)。
第2个字母:G 电缆和导线保护(一般应用),M 开关电器保护(电动机回路的保护),R 半导体保护(用作整流器保护),L 电缆和导线保护(根据DIN VDE 规定)。
全范围熔断器(gL/gG、gR),它既能安全可靠地断开过载电流,也能安全地断开短路电流。而局部范围熔断器只能用作短路保护(aM、aR)。
gL (DIN VDE)/gG (IEC) 全范围的电缆和导线保护;
aM (DIN VDE/IEC) 局部范围的电动机回路保护;
aR (DIN VDE/IEC) 局部范围的半导体保护;
gR (DIN VDE/IEC) 全范围的半导体保护快动作。
蓄电池组的过载或短路保护可采用aR或gR等级的直流熔断器,如SIEMENS(西门子)的SILIZED系列熔断器。
过流保护断路器或熔断器的直流分断能力应达到UPS厂家要求。以APC Silcon UPS为例,其蓄电池组电压为±384V,充电器最高充电电压为±460V,以下是各型号要求的直流分断电流。

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过流保护断路器或熔断器的额定工作电压(直流)应大于UPS蓄电池组的浮充电压,因为虽然UPS正常工作时充电器与蓄电池组之间压差不是很大,但如果充电器内部或充电器输出端正负极连线发生短路,那么有可能接近于整个蓄电池组浮充时电压值的电压就会全部加到此断路器上,为了保证此时断路器还能有效分断,此断路器的额定工作电压值一定要大于UPS蓄电池组的浮充电压。
过流保护断路器或熔断器的额定工作电流应大于蓄电池组的最大放电电流,蓄电池连接线线径的选取也要参考蓄电池组的最大放电电流,最大放电电流的计算公式如下:
IBATMAX为蓄电池组最大放电电流,单位A。
P为UPS标称容量,单位VA。
PFOUT为输出功率因数。
ηDC-AC为UPS在电池逆变状态下,带纯阻性满负荷工作时,从蓄电池组直流至UPS交流输出的效率,为一常数。
UBATOFF为UPS在电池逆变工作时的蓄电池组关机电压,单位V。要注意,某些厂家设定在大电流放电时的关机电压值小于小电流放电时的关机电压值,如APC Symmetra系列UPS直流工作电压为120V DC,在50%以下负载时,电池关机电压为105V,在50%以上负载时,电池关机电压为100V。
还以上面APC Symmetra 16KVA单进单出UPS为例,其满载DC~AC效率为0.95,那么蓄电池组最大放电电流IBATMAX=(16000×0.7)/(0.95×100)=117.9A。可选SIEMENS NH系列3NA3832-2C型熔断器作为蓄电池组保险,其额定电压为DC 250V,额定电流125A,额定分断能力 DC 50KA。
左图为一UPS外置电池保护装置原理图
S为直流断路器,起过流保护作用。
F为速熔保险,当充电器内部短路时,此保险迅速熔断,与S配合保护电池组。
D大功率二极管,当电池组极性接反时,此二极管可提供一个较大的短路电流,使S跳开,保护电池组与主机。
Fb为选配速熔保险,串接在蓄电池组内,防止蓄电池组内部短路。

 十六、 对于要求UPS 24小时不间断运行的用户,为UPS单独配置一个维修旁路配电箱是非常必要的。通过对UPS及其维修旁路配电箱的正确操作,用户可将UPS负载无间断地切换到此配电箱的手动维修旁路上,然后使UPS主机彻底不带电,工程师就可以安全地对UPS进行维修了。当维修工作完成后,再通过对UPS及此维修旁路配电箱进行操作,用户同样可以将UPS负载无间断地从手动维修旁路切换回UPS在线输出回路。维修旁路配电箱的结构及操作方法如下。(以单进单出式UPS为例)
 K1为UPS输入断路器,K2为UPS输出断路器,K3为UPS维护旁路开关。
正常开机顺序(初始状态K1、K2、K3均为OFF)
①将K1扳到ON,正常启动UPS。
②确认UPS输出电压正常后,将K2扳到ON。
③开启负载,此时K3保持OFF状态。
转维护旁路顺序(初始状态K1、K2、为ON,K3为OFF)
①确认市电供电正常,将UPS主机打到旁路状态(内部旁路)。
②确认K3上、下口压差不超过2V后,将K3扳到ON。
③确认负载运行正常后,将K2扳到OFF。
④将K1扳到OFF,此时UPS设备已与整个配电回路断开,可进行维护。
*如UPS不能打内部旁路,则需按正常顺序将UPS彻底关机,K2扳到OFF,K1扳到OFF,此时负载将关闭。如负载还需继续工作,在确认K1、K2、为OFF状态后,将K3扳到ON,然后再开启负载。
转回正常工作顺序(初始状态K1、K2、为OFF,K3为ON)
①将K1扳到ON。
②启动UPS,确认UPS进入旁路状态(内部旁路)。
③确认K2上、下口压差不超过2V后,将K2扳到ON。
④确认负载运行正常后,将K3扳到OFF。
⑤将UPS从旁路打到在线状态,此时UPS恢复到正常工作状态。

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