應急電源系統(tǒng)

1　基本簡介

　　隨著社會的發(fā)展，建筑技術水平的不斷提高，城市的建筑趨向于大規(guī)模，高層化發(fā)展隨之而來對建筑的供電要求越來越高，社會的信息化，建筑的現(xiàn)代化，使建筑對供電的依賴也越來越大，尤其是一些重要的公共建筑，一旦中斷供電，將造成重大的政治影響或經(jīng)濟損失，如果是發(fā)生火災，后果就更不堪設想.所以現(xiàn)行的《高層民用建筑設計防火規(guī)范》及《民用建筑電氣設計規(guī)范》就有嚴格規(guī)定:“一級負荷應由兩個電源供電，當一個電源發(fā)生故障時，另一個電源不致同時受到損壞.一級負荷中特別重要的負荷，除上述兩個電源外，還必須增設應急電源，常用的應急電源有:(1)獨立于正常電源的發(fā)電機組;(2)供電網(wǎng)絡中有效地獨立于正常電源的專門供電線路;(3)蓄電池.”多年來，運行經(jīng)驗表明，電網(wǎng)供電時采用兩路獨立的電源．若主供電線路停電，則由備用才路供電，采用這種方式雖然簡單、可靠，但供電線路復雜.當發(fā)生大面積停電事故時，兩路電源均可能發(fā)生停電事故。

2　EPS的工作原理

　　應急電源采用單體逆變技術，集充電器、蓄電池、逆變器及控制器于一體.系統(tǒng)內(nèi)部設計了電池檢測、分路檢測回路，采用后備式運行方式.

　?、女斒须娬r，由市電經(jīng)過互投裝置給重要負載供電，同時進行市電檢測及蓄電池充電管理，然后再由電池組向逆變器提供直流能源.在這里，充電器是一個僅需向蓄電池組提供相當于10%蓄電池組容量(Ah)的充電電流的小功率直流電源，它并不具備直接向逆變器提供直流電源的能力.此時，市電經(jīng)由EPS的交流旁路和轉(zhuǎn)換開關所組成的供電系統(tǒng)向用戶的各種應急負載供電.與此同時，在EPS的邏輯控制板的調(diào)控下，逆變器停止工作處于自動關機狀態(tài).在此條件下，用戶負載實際使用的電源是來自電網(wǎng)的市電，因此，EPS應急電源也是通常說的一直工作在睡眠狀態(tài)，可以有效的達到節(jié)能的效果.

　　⑵當市電供電中斷或市電電壓超限(±15%或±20%額定輸入電壓)時，互投裝置將立即投切至逆變器供電，在電池組所提供的直流能源的支持下，此時，用戶負載所使用的電源是通過EPS的逆變器轉(zhuǎn)換的交流電源，而不是來自市電.

　?、钱斒须婋妷夯謴驼９ぷ鲿r，EPS的控制中心發(fā)出信號對逆變器執(zhí)行自動關機操作，同時還通過它的轉(zhuǎn)換開關執(zhí)行從逆變器供電向交流旁路供電的切換操作.此后，EPS在經(jīng)交流旁路供電通路向負載提供市電的同時，還通過充電器向電池組充電.

　　2、如何選配EPS

　　EPS通常產(chǎn)品特征分為以下三類產(chǎn)品

　?、臙PS功率在0.5~10KW

　　由單路、雙路供電輸入二類產(chǎn)品組成(輸入電壓220Vac或380Vac，輸出電壓220Vac)，適應于應急照明和事故照明的照明負載.

　　(2)EPS功率在2.2~400KW

　　由單路、雙路供電輸入二類產(chǎn)品組成(輸入電壓380Vac，輸出電壓380Vac)，除可用于應急照明、事故照明，同時也適應于消防電梯、卷簾門、風機、水泵、淋浴泵、供水泵等電感性負載或混合供電.

　　(3)EPS功率在2.2~400KW

　　由單逆變單臺負載、單逆變單臺負載一用一備用、雙逆變單臺負載一用一備用三類產(chǎn)品組成(輸入電壓3800Vac，輸出電壓380Vac)，僅為只有一路電源的消防設施或一級負荷中的電動機提供一種可變頻的三相應急電源系統(tǒng)，在電源和電機之間無需任何啟動裝置就可以解決電動機的應急供電及其啟動過程中對供電設備的沖擊.適應于高層建筑的電梯、中央空調(diào)、消防水泵等電機負載.

　　根據(jù)產(chǎn)品所帶負載特征如何選用您所需求的EPS及其注意的要點:

　　2.1應急照明或事故照明用EPS(1~50KVA)

　　按GB17945-2000國家標準(消防應急燈具)，為確保大樓的應急照明系統(tǒng)能正常運行，對EPS提出如下基本要求:

　　(1)要求負責向普通應急照明燈供電EPS的供電中斷時間<5s.但對于高危險工作區(qū)及關鍵工作區(qū)的應急照明而言，則要求EPS的供電中斷時間<0.25s.

　　(2)為盡可能的利用市電，當市電電壓在187~242V(220V，-15%，+10%)的范圍內(nèi)不允許EPS進入逆變器供電狀態(tài).

　　(3)要求EPS配置足夠容量的電池組，以便在市電供電中斷時，至少確保應急照明燈可以繼續(xù)工作90min以上.

　　(4)EPS中的充電器對電池組的最長充電時間小于24H，最大充電電流小于0.4C(A)

　　在市電供電正常時，EPS是通過它的交流旁路向負載供電.原則上，它可以帶具有各種不同功率因數(shù)的負載.然而.在市電供電中斷或市電電壓或頻率超限時，則是有EPS中的逆變器來供電的.在此條件下，EPS的帶載能力不僅需要考慮逆變器在不同功率因數(shù)值負載時的降額度輸出特性.而且，還需要根據(jù)所使用的應急照明燈具的不同來選配EPS的輸出功率和機型.在選配EPS時應注意以下幾個問題:

　　(1)普通的應急照明燈具.由于應急照明的功耗是用有功功率P(KW)來標注的，而EPS逆變器的輸出功率是用功率因數(shù)cosφ=0.8(滯后)時的視在功率S(KVA)來標注的.所以，實際選用EPS的滿載輸出功率應為:S=P/0.8.

　　(2)應急照明燈具為熒光燈時，所選用的EPS滿載輸出功率應為S=(1.3~1.5)P/0.8.其原因是熒光燈啟動時存在較大的”啟動浪涌”電流.

　　(3)應急照明燈具為高壓氣體燈時(例:高壓鈉燈，高壓鈀燈等)，宜選用切換時間小于20ms的EPS產(chǎn)品.這是因為.如果對高壓氣體燈的供電中斷時間超過20ms時，就有可能致使氣體燈中的放電電弧”熄滅或中斷”.一旦發(fā)生放電電弧中斷現(xiàn)象，即使馬上恢復供電也可能導致長達數(shù)分鐘的燈具熄滅現(xiàn)象發(fā)生.這因為它需要足夠長時間來重新預熱高壓氣體燈中燈絲的緣故.顯然，對于大型體育館和演出場地的照明系統(tǒng)來說，是不允許出現(xiàn)這種故障的.

　　2.2應急照明+電動機混合型負載用EPS(三相，5~400KVA)

　　為了正確的選用EPS的輸出功率，應首先分別統(tǒng)計電阻性照明負載與電感性機電負載的比例.對于電機負載而言，因用戶所選的機型及工作方式的不同，它的啟動電流可能高達5~10倍額定工作電流.為確保電機及EPS本身的安全運行，對這部分電機負載而言，不僅要求所選的EPS輸出功率應為6倍以上的電機標稱功率.而且，還宜選用其切換時間小于15ms的EPS機型.

　　2.3帶電機負載的EPS

　　(1)采用電機”硬啟動:工作方式，對于這種EPS輸出功率的選用方案同22所述.采用這種方案的優(yōu)點是:不管在市電供電中斷時還是在市電恢復正常工作時，EPS均可確保電機的連續(xù)運行.其缺點是:需選用大功率的EPS，成本較高.

　　(2)選用帶變頻啟動功能的電機專用型EPS

　　市電供電正常時，經(jīng)交流旁路和轉(zhuǎn)換開關向電機負載供電.與此同時，市電還經(jīng)充電器向電池組充電.當市電供電中斷時，為確保EPS的安全運行，希望他執(zhí)行”延時切換”操作，以便讓電機徹底停止轉(zhuǎn)動后再啟動變頻器，由它對后接電機執(zhí)行從0~220Hz的頻率逐漸增高的變頻啟動的操作(啟動時間為幾秒鐘).采用變頻啟動方案帶來的好處是:

　?、俜乐乖贓PS與處于”慣性運動狀態(tài)”下的電機所產(chǎn)生的自激勵電源處于互相”非同步入鎖”狀態(tài)而產(chǎn)生的鼓掌隱患;

　　②可以降低EPS的輸出功率和降低投資成本.此時，EPS的輸出功率只需選取1.2~1.4倍電機的額定功率就可滿足要求.

　　其缺點是:

　　①要求用戶的電機負載首先停機，然后在滿速”變頻啟動”，從而造成電機負載工作的”不連續(xù)性”

　?、谌绻蠼拥膸着_電機需要在不同的時刻進行”分時啟動”操作時，可能會遇到這樣的技術難題:在啟動處于靜止狀態(tài)的電機時，若EPS的輸出功率足夠大它可能承受5~10倍的電機啟動浪涌電流的沖擊.否則，就會迫使EPS重新進入新一輪的”變頻啟動”工作狀態(tài).由此帶來的問題之一是:原來處于正常工作轉(zhuǎn)速的電機，會再次轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)速由0~50Hz的變速啟動階段，從而給用戶的工作帶來麻煩.

　　3、EPS與UPS的差別

　　3.1、后備式UPS在市電正常時直接由市電向負載供電，當市電超出其工作范圍或停電時，通過轉(zhuǎn)換開關轉(zhuǎn)為電池逆變供電。其特點是：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低，但輸入電壓范圍窄，輸出電壓穩(wěn)定精度差，有切換時間，且輸出波形一般為方波

　　3.2、在線互動式UPS在市電正常時直接由市電向負載供電，當市電偏低或偏高時，通過UPS內(nèi)部穩(wěn)壓線路穩(wěn)壓后輸出，當市電異?；蛲ｋ姇r，通過轉(zhuǎn)換開關轉(zhuǎn)為電池逆變供電。其特點是：有較寬的輸入電壓范圍，噪音低，體積小等特點，但同樣存在切換時間。

　　3.3、在線式UPS在市電正常時，由市電進行整流提供直流電壓給逆變器工作，由逆變器向負載提供交流電，在市電異常時，逆變器由電池提供能量，逆變器始終處于工作狀態(tài)，保證無間斷輸出。其特點是，有極寬的輸入電壓范圍，基本無切換時間且輸出電壓穩(wěn)定精度高，特別適合對電源要求較高的場合，但是成本較高。目前，功率大于3KVA的UPS幾乎都是在線式UPS。

　　UPS同時具備穩(wěn)壓、濾波等功能，有些UPS可以在故障或過載時改由市電旁路供電。

　　后備式的電壓輸出有較大的波動，在170V-260V之間，采用高速繼電器實現(xiàn)市電和蓄電池之間的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間小于10毫秒。在線式始終使用逆變電路工作，其電壓的穩(wěn)定性高，基本上在220V±5%范圍內(nèi)，對蓄電池基本不存在轉(zhuǎn)換時間；與市電旁路轉(zhuǎn)換采用靜態(tài)開關，轉(zhuǎn)換時間可以達到微秒級。

　　UPS輸出精度高、轉(zhuǎn)換時間快，同時造價較高（約為EPS的兩倍），平時能耗大（在線式），主機壽命較短（8-10年）。

　　EPS有點類似于后備式的UPS，平時逆變器不工作，市電斷電時才投入蓄電池。一般不對電源進行恒流、恒壓處理。通常采用接觸器轉(zhuǎn)換，切換時間均為0.1～0.25S。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較簡單，造價較低，平時能耗小無噪音，主機壽命長（15-20年），可適應于電感性、電容性及綜合性負載，需要時可實現(xiàn)變頻軟啟動。

　　GB17945-2000國家標準(消防應急燈具)[1]3應急電源系統(tǒng)又稱EPS具有下述優(yōu)點:編輯（1）電網(wǎng)有電時，處于靜態(tài)，無噪音；供電時，噪音小于60dB。不需排煙和防震處理，具有節(jié)能無公害、無火災隱患的特點；

　　（2）自動切換，可實現(xiàn)無人值守，電網(wǎng)供電與EPS電源供電相互切換時間均為0.1～0.25s；

　?。?）帶載能力強，EPS適應于電感性電容性、及綜合性負載的設備，如電梯、水泵、風機辦公自動化設備、應急照明等；（4）使用可靠。主機壽命長達20年以上；（5）適應惡劣環(huán)境。可放置于地下室或配電室，也可緊靠應急負荷使用場所就地設置以減少供電線路。