UPS在民用建筑中的布線

摘 要：隨著科技的進(jìn)步，UPS技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，實(shí)際工程中對UPS系統(tǒng)的依賴性在逐漸提高，小到普通計(jì)算機(jī)，大到樓宇智能控制機(jī)房。但是UPS并不是完美的，UPS適用電阻性和帶容性的整流性負(fù)載，感性和容性等非線性負(fù)載啟動都有沖擊電流，對正弦波而言，此幾類負(fù)載均可使用。因此，在設(shè)計(jì)UPS系統(tǒng)中，一定要提前確定UPS系統(tǒng)對應(yīng)的供電對象，以確定方案的論證。尤其是在線式UPS系統(tǒng)，當(dāng)設(shè)備容量較大時，這種帶有整流逆變功能的設(shè)備，必然會產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波，在設(shè)備安裝調(diào)試時可以選擇安裝去諧波裝置，以減少對電網(wǎng)及其它設(shè)備的干擾，在設(shè)計(jì)布線時，盡量對UPS系統(tǒng)采用放射式供電，并且單獨(dú)的橋架布線，這樣也可以減少干擾，不間斷電源（UPS）在現(xiàn)代建筑信息系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛。

關(guān)鍵詞：UPS；民用建筑；布線；去諧波

隨著科學(xué)技術(shù)及社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的建筑智能化領(lǐng)域發(fā)展越來越快，技術(shù)越來越成熟，小到普通計(jì)算機(jī)，大到樓宇智能控制機(jī)房等隨處可見。這些智能系統(tǒng)在使用、建設(shè)過程中，尤其是復(fù)雜的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)更易出現(xiàn)安全隱患，并且一次停機(jī)就可能帶來難以彌補(bǔ)的損失，為了解決這些問題，安全有效增加安裝UPS系統(tǒng)是最好的解決辦法。本文就是是針對UPS系統(tǒng)在建筑系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)，論述設(shè)計(jì)者應(yīng)該把握哪些設(shè)計(jì)要點(diǎn)，下面根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)從幾方面對UPS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)進(jìn)行說明。

1 負(fù)荷對象的確定

在建筑工程設(shè)計(jì)中，企業(yè)對業(yè)務(wù)的重要性和可用性要求逐漸提高，有時根據(jù)需要提出建筑系統(tǒng)增加UPS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者在選擇UPS時，主要應(yīng)考慮負(fù)載大小、負(fù)載裝置的特性、負(fù)載裝置的重要程度以及不良電力對負(fù)載的影響程度。從目前應(yīng)急電源在建筑電氣領(lǐng)域中的應(yīng)用，不間斷電源主要分為EPS和UPS。而EPS作為一種備用電源，更適合一些轉(zhuǎn)換時間要求不高的設(shè)備。但有些用電設(shè)備不允許斷電，斷電就可能造成計(jì)算機(jī)中一些重要信息的丟失，但是在實(shí)際情況中突然斷電情況又不可避免，并且發(fā)生斷電情況時需要不間斷電源轉(zhuǎn)換時間很短，這時就需要UPS系統(tǒng)供電。UPS系統(tǒng)的供配電方式主要分為單相輸入/單相輸出、三相輸入/三相輸出、三相輸入/單相輸出，說明供配電時要注意的事項(xiàng)，給出了UPS機(jī)房設(shè)計(jì)的要求，以期引起大家的重視。

首先要明確UPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能及其供電對象，以便于設(shè)計(jì)者有針對性的考慮設(shè)計(jì)方案，核定負(fù)荷容量，本文以筆者曾經(jīng)做過的一個案例作為解說，在這次設(shè)計(jì)中，甲方要求在設(shè)計(jì)后期增加一套UPS系統(tǒng)，UPS供電的對象是整棟樓辦公室中的辦公計(jì)算機(jī)，并且此次UPS電源的供電對象不必考慮其他用電設(shè)備，這樣就可以明確UPS系統(tǒng)供電對象，下一步就是確定負(fù)荷容量。并且在UPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)中盡量選用雙回路供電，這樣可以方便日后維護(hù)。

2 UPS系統(tǒng)容量的確定

確定UPS系統(tǒng)容量需要慎重，因?yàn)轭A(yù)算容量過大，不僅對UPS本身及蓄電池的充放電性能都會造成一定影響，同時也會造成投資成本增加；而設(shè)計(jì)偏小，容易在使用過程中出現(xiàn)跳閘，長期甚至UPS長期滿載或者過載運(yùn)行導(dǎo)致導(dǎo)線發(fā)熱、導(dǎo)線快速老化等問題，容易發(fā)生火災(zāi)等事故。

確定供電對象，通過與甲方溝通了解到甲方的UPS電源主要的供電對象是計(jì)算機(jī)，這樣就可以按照強(qiáng)電設(shè)計(jì)中的點(diǎn)位估算整棟樓需要配電的計(jì)算機(jī)數(shù)量，再按照每臺電腦需要的用電量，就可以大概估算出用電量。這次設(shè)計(jì)中估算的計(jì)算機(jī)總負(fù)荷量大概為36Kw，因計(jì)算機(jī)的功率因數(shù)偏低，一般在0.6～0.7，并且按照J(rèn)GJ16-2008規(guī)范中6.4.3中規(guī)定，對電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)供電時，UPS系統(tǒng)額定輸出功率應(yīng)大于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功率綜合的1.5倍，因此系統(tǒng)中選用的UPS電源的設(shè)計(jì)負(fù)載容量有功最小為54Kw。并且UPS系統(tǒng)一般還有最理想輸出功率百分比參數(shù)，所以UPS系統(tǒng)容量的計(jì)算公式為：UPS容量=設(shè)計(jì)負(fù)荷容量÷UPS系統(tǒng)的功率因數(shù)。因UPS系統(tǒng)一般UPS功率因數(shù)為0.8，，可以選用其視在功率為67.5KVAUPS系統(tǒng)。

3 電池容量計(jì)算

電池容量的計(jì)算，以美國山特UPS為例，UPS的功率因數(shù)為0.8的3000VA型號為STK C3KS的，所以3000VA實(shí)際功率為3000VA X 0.8=2400W；美國山特3000VA型號為STK C3KS的UPS的電池直流電壓為96V（查資料或者咨詢賣家都可以得到），根據(jù)W=U X I，所以I=W÷U=2400÷96=25A，計(jì)算得出電流為25A，延時1小時的話，需要用25AH的電池，現(xiàn)在需要延時2小時，即需要50AH的電池。因?yàn)閁PS常用電池電壓為12V，而C3KS UPS的電池電壓為96V，所以應(yīng)該需要8節(jié)（96V÷12V=8）。從而可以計(jì)算得出選用美國山特3000VA的UPS，配置8節(jié)65AH-12V的沈陽松下蓄電池，加一個電池柜，可以讓受保護(hù)的設(shè)備延時2小時電源保護(hù)。用其它品牌的UPS選用計(jì)算電池也是同樣的方法。

這里需要注意，一般中大功率的UPS所配每組電池都是由32塊電池組成，電池數(shù)量最好不要超過4組并聯(lián)，以免影響電池組的充電效果和均流。

4 系統(tǒng)房間的選擇

在機(jī)房工程建設(shè)施工中，一些UPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在一定的盲目性，其主要原因是設(shè)計(jì)者對這方面的專業(yè)性知識掌握不足，對UPS系統(tǒng)機(jī)房分級的配置標(biāo)準(zhǔn)掌握不夠，缺乏系統(tǒng)可用性定量概念，只是認(rèn)為在設(shè)計(jì)時UPS系統(tǒng)冗余程度越高越好，因而在設(shè)計(jì)時不斷增加UPS系統(tǒng)容量，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)過于復(fù)雜，最后設(shè)計(jì)的系統(tǒng)設(shè)備堆積，不僅增加系統(tǒng)運(yùn)行能耗、投資大，也提高了系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)難度，往往達(dá)不到預(yù)期的系統(tǒng)可用性。按照規(guī)范《JGJ16-2008》中6.4.7中的規(guī)定：

（1）UPS機(jī)房宜接近負(fù)荷中心，進(jìn)出線方便。不應(yīng)設(shè)在廁所、浴池或其他經(jīng)常積水場所的正下方或貼鄰。

（2）不間斷電源裝置室與蓄電池室應(yīng)分開設(shè)置，在不間斷電源裝置附近應(yīng)設(shè)有檢修電源。

（3）不間斷電源裝置室應(yīng)有良好的防塵設(shè)施，宜設(shè)置空調(diào)設(shè)備，使室內(nèi)溫度宜在5～30℃，相對濕度宜在35%～85%范圍內(nèi)。

（4）整流器柜，逆變器柜、靜態(tài)開關(guān)柜等安裝距離和通道寬度不宜小于下列數(shù)值：柜頂距天棚凈距為1.2m；離墻安裝時，柜臺維護(hù)通道為1m；柜前巡視通道為1.5m。

（5）整流器柜、逆變器柜、靜態(tài)開關(guān)柜布置在有架空層地板的房間內(nèi)，柜底部及周圍應(yīng)采取防止鼠、蛇等小動物進(jìn)入柜內(nèi)的措施。

（6）不間斷電源裝置室的控制電纜，應(yīng)與主回路電纜分開敷設(shè)。如達(dá)不到上述要求時，控制線應(yīng)采用屏蔽線或穿鋼管敷設(shè)。

（7）不間斷電源裝置可采用共用接地。當(dāng)N線斷開時，還應(yīng)考慮重復(fù)接地。

5 UPS布線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

對于UPS系統(tǒng)不宜采用普通漏電保護(hù)器（30mA），因?yàn)橥ǔPS設(shè)備系統(tǒng)具有較大的對地漏電流。原因如下：（1）UPS的后級負(fù)載均不同程度的存在對地漏電，尤其是計(jì)算機(jī)設(shè)備；（2）UPS在主機(jī)內(nèi)安裝了大量的、射頻濾波器以及瞬態(tài)過電壓抑制器等就是為使UPS達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求；這些因素造成的對地泄漏電流會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過30mA。依據(jù)EN.50091-1-1第1.8.12章規(guī)定，UPS產(chǎn)品的允許輸入最大漏電流可達(dá)5%的UPS額定負(fù)載電流。因此為了防止漏保經(jīng)常性地誤動作在選擇漏電保護(hù)器時必須提高動作電流值。按照電力部門的規(guī)定，UPS的漏電保護(hù)應(yīng)歸類于一級總保護(hù)，其輸入端的漏電保護(hù)器為延時動作型，延時時間300rns以上，且額定動作電流須≥500mA。

接地分為工作接地、保護(hù)接地以及建筑防雷接地三種接地共用一組接地而組成的聯(lián)合接地方式是一種安全有效且具有良好防雷和抗干擾的接地方式。UPS系統(tǒng)的負(fù)載主要是計(jì)算機(jī)，而計(jì)算機(jī)通常要求中線和地線的電位差在2V以下，有些機(jī)型甚至還要求在0.5V以下。保證UPS的有效接地就是為了防止寄生電容耦合干擾以及保護(hù)設(shè)備及人身安全，所以UPS必須保證接地電阻不能大于1歐姆。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中為了方便安裝及提高系統(tǒng)的抗干擾性以及日后的設(shè)備維護(hù)及系統(tǒng)增容等改造的方便性，UPS系統(tǒng)布線可以選用單獨(dú)橋架布線。

6 UPS系統(tǒng)的后期維護(hù)

UPS主機(jī)一般是智能型的，它對環(huán)境溫度要求不高，但要求控制室必須清潔衛(wèi)生，主機(jī)中的參數(shù)在使用中不能隨意改變；在斷電時，應(yīng)盡量避免帶負(fù)載啟動UPS電源，所以要先關(guān)掉負(fù)載，等UPS系統(tǒng)啟動后再開啟負(fù)載，否則會有很多負(fù)載的沖擊電流和供電電流，這樣容易造成UPS電源瞬間過載，嚴(yán)重時會損壞變換器；并且也不能讓UPS電源經(jīng)常處于滿載或過載。

7 結(jié)語

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，UPS產(chǎn)品不斷升級換代，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)了電路結(jié)構(gòu)的集成化、模塊化、集中監(jiān)控機(jī)遠(yuǎn)程智能化管理、全數(shù)字控制等，其應(yīng)用范圍越來越廣泛。只要合理的選配，按照相應(yīng)的規(guī)范布置，正確的設(shè)計(jì)、使用與維護(hù)，才能充分發(fā)揮UPS的優(yōu)點(diǎn)，確保現(xiàn)代建筑信息系統(tǒng)的安全。本文詳細(xì)介紹了UPS的選擇，包括設(shè)計(jì)選型、容量選擇等。最后提出了使用維護(hù)過程中應(yīng)注意的問題，供讀者參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 張乃國.UPS供電系統(tǒng)應(yīng)用手冊[M].北京電子工業(yè)出版社，2004.

[2] 白莉.UPS技術(shù)的類型與發(fā)展趨勢[J].大眾用電，2006（10）.

[3] 郭慧彬.PS與控制系統(tǒng)電源的可靠性[J].黑龍江電力，2006（04）.

[4] 邸春新等.在線式UPS在廣播電臺的應(yīng)用[J].科技咨詢，2010.

[5] 馬萬向.智能建筑UPS供電系統(tǒng)可靠性分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)， 2008.

作者簡介：耿亞彬（1910.10- ），男，河北唐山人，中翰國際建筑設(shè)計(jì)有限公司電氣工程師。