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EPS应急电源工作原理及选型要点
韦德电子有限公司 陈伟环
摘要:应急电源EPS的工作原理,以及如何使用户能够理性的去选择产品.文中详细分析了EPS的构造和工作原理以及带负载时的工作特性和运行参数.
关键词:应急电源;EPS;应急电源工作原理;EPS特性
随着社会的发展,建筑技术水平的不断提高,城市的建筑趋向于大规模,高层化发展随之而来对建筑的供电要求越来越高,社会的信息化,建筑的现代化,使建筑对供电的依赖也越来越大,尤其是一些重要的公共建筑,一旦中断供电,将造成重大的政治影响或经济损失,如果是发生火灾,后果就更不堪设想.所以现行的《高层民用建筑设计防火规范》及《民用建筑电气设计规范》就有严格规定:“一级负荷应由两个电源供电,当一个电源发生故障时,另一个电源不致同时受到损坏.一级负荷中特别重要的负荷,除上述两个电源外,还必须增设应急电源,常用的应急电源有:(1)独立于正常电源的发电机组;(2)供电网络中有效地独立于正常电源的专门供电线路;(3)蓄电池.”多年来,运行经验表明,电网供电时采用两路独立的电源．若主供电线路停电,则由备用才路供电,采用这种方式虽然简单、可靠,但供电线路复杂.当发生大面积停电事故时,两路电源均可能发生停电事故.因此,应急电源作为独立于电网之外的备用电源．被广泛应用于各种建筑工程之中.目前,应急电源包括柴油发电机组和蓄电池,近年来,含蓄电池的EPS作为应急电源,被广泛应用,尤其是被用做消防应急电源.
1、 EPS的工作原理
应急电源采用单体逆变技术, 集充电器、蓄电池、逆变器及控制器于一体.系统内部设计了电池检测、分路检测回路,其他主要部件的工作原理框图如1所示
WY、WYS、WYS/B系列智能化应急电源,采用后备式运行方式.
⑴ 当市电正常时,由市电经过互投装置给重要负载供电,同时进行市电检测及蓄电池充电管理,然后再由电池组向逆变器提供直流能源.在这里,充电器是一个仅需向蓄电池组提供相当于10%蓄电池组容量(Ah)的充电电流的小功率直流电源,它并不具备直接向逆变器提供直流电源的能力.此时,市电经由EPS的交流旁路和转换开关所组成的供电系统向用户的各种应急负载供电.与此同时,在EPS的逻辑控制板的调控下,逆变器停止工作处于自动关机状态.在此条件下,用户负载实际使用的电源是来自电网的市电,因此,EPS应急电源也是通常说的一直工作在睡眠状态,可以有效的达到节能的效果.
⑵ 当市电供电中断或市电电压超限(±15%或±20%额定输入电压)时,互投装置将立即投切至逆变器供电,在电池组所提供的直流能源的支持下,此时,用户负载所使用的电源是通过EPS的逆变器转换的交流电源,而不是来自市电.
⑶ 当市电电压恢复正常工作时,EPS的控制中心发出信号对逆变器执行自动关机操作,同时还通过它的转换开关执行从逆变器供电向交流旁路供电的切换操作.此后,EPS在经交流旁路供电通路向负载提供市电的同时,还通过充电器向电池组充电.
2、 如何选配EPS
EPS通常产品特征分为以下三类产品
⑴ WY系列EPS(0.5~10KW)
WY系列EPS由单路、双路供电输入二类产品组成(输入电压220Vac 或380Vac,输出电压220Vac),适应于应急照明和事故照明的照明负载.
(2) WYS系列EPS(2.2~400KW)
WYS系列EPS由单路、双路供电输入二类产品组成(输入电压380Vac,输出电压380Vac),除可用于应急照明、事故照明,同时也适应于消防电梯、卷帘门、风机、水泵、淋浴泵、供水泵等电感性负载或混合供电.
(3) WYS/B系列EPS(2.2~400KW)
WYS/B系列EPS由单逆变单台负载、单逆变单台负载一用一备用、双逆变单台负载一用一备用三类产品组成(输入电压3800Vac,输出电压380Vac),仅为只有一路电源的消防设施或一级负荷中的电动机提供一种可变频的三相应急电源系统,在电源和电机之间无需任何启动装置就可以解决电动机的应急供电及其启动过程中对供电设备的冲击.适应于高层建筑的电梯、中央空调、消防水泵等电机负载.
根据产品所带负载特征如何选用您所需求的EPS及其注意的要点:
2.1应急照明或事故照明用EPS(1~50KVA)
按GB17945-2000国家标准(消防应急灯具),为确保大楼的应急照明系统能正常运行,对EPS提出如下基本要求:
(1) 要求负责向普通应急照明灯供电EPS的供电中断时间<5s.但对于高危险工作区及关键工作区的应急照明而言,则要求EPS的供电中断时间<0.25s.
(2) 为尽可能的利用市电,当市电电压在187~242V(220V,-15%,+10%)的范围内不允许EPS进入逆变器供电状态.
(3) 要求EPS配置足够容量的电池组,以便在市电供电中断时,至少确保应急照明灯可以继续工作90min以上.
(4) EPS中的充电器对电池组的最长充电时间小于24H,最大充电电流小于0.4C(A)
在市电供电正常时,EPS是通过它的交流旁路向负载供电.原则上,它可以带具有各种不同功率因数的负载.然而.在市电供电中断或市电电压或频率超限时,则是有EPS中的逆变器来供电的.在此条件下,EPS的带载能力不仅需要考虑逆变器在不同功率因数值负载时的降额度输出特性.而且,还需要根据所使用的应急照明灯具的不同来选配EPS的输出功率和机型.在选配EPS时应注意以下几个问题:
(1) 普通的应急照明灯具.由于应急照明的功耗是用有功功率P(KW)来标注的,而EPS逆变器的输出功率是用功率因数cosφ=0.8(滞后)时的视在功率S(KVA)来标注的.所以,实际选用EPS的满载输出功率应为:S=P/0.8.
(2) 应急照明灯具为荧光灯时,所选用的EPS满载输出功率应为S=(1.3~1.5)P/0.8.其原因是荧光灯启动时存在较大的”启动浪涌”电流.
(3) 应急照明灯具为高压气体灯时(例:高压钠灯,高压钯灯等),宜选用切换时间小于20ms的EPS产品.这是因为.如果对高压气体灯的供电中断时间超过20ms时,就有可能致使气体灯中的放电电弧”熄灭或中断”.一旦发生放电电弧中断现象,即使马上恢复供电也可能导致长达数分钟的灯具熄灭现象发生.这因为它需要足够长时间来重新预热高压气体灯中灯丝的缘故.显然,对于大型体育馆和演出场地的照明系统来说,是不允许出现这种故障的.
2.2 应急照明+电动机混合型负载用EPS (三相,5~400KVA )
为了正确的选用EPS的输出功率,应首先分别统计电阻性照明负载与电感性机电负载的比例.对于电机负载而言,因用户所选的机型及工作方式的不同,它的启动电流可能高达5~10倍额定工作电流.为确保电机及EPS本身的安全运行,对这部分电机负载而言,不仅要求所选的EPS输出功率应为6倍以上的电机标称功率.而且,还宜选用其切换时间小于15ms的EPS机型.
2.3 带电机负载的EPS
(1) 采用电机”硬启动:工作方式,对于这种EPS输出功率的选用方案同22所述.采用这种方案的优点是:不管在市电供电中断时还是在市电恢复正常工作时,EPS均可确保电机的连续运行.其缺点是:需选用大功率的EPS,成本较高.
(2) 选用带变频启动功能的电机专用型EPS
市电供电正常时,经交流旁路和转换开关向电机负载供电.与此同时,市电还经充电器向电池组充电.当市电供电中断时,为确保EPS的安全运行,希望他执行”延时切换”操作,以便让电机彻底停止转动后再启动变频器,由它对后接电机执行从0~220Hz的频率逐渐增高的变频启动的操作(启动时间为几秒钟).采用变频启动方案带来的好处是:
① 防止在EPS与处于”惯性运动状态”下的电机所产生的自激励电源处于互相”非同步入锁”状态而产生的鼓掌隐患;
② 可以降低EPS的输出功率和降低投资成本.此时,EPS的输出功率只需选取1.2~1.4倍电机的额定功率就可满足要求.
其缺点是:
① 要求用户的电机负载首先停机,然后在满速”变频启动”,从而造成电机负载工作的”不连续性”
② 如果后接的几台电机需要在不同的时刻进行”分时启动”操作时,可能会遇到这样的技术难题:在启动处于静止状态的电机时,若EPS的输出功率足够大它可能承受5~10倍的电机启动浪涌电流的冲击.否则,就会迫使EPS重新进入新一轮的”变频启动”工作状态.由此带来的问题之一是:原来处于正常工作转速的电机,会再次转入转速由0~50Hz的变速启动阶段,从而给用户的工作带来麻烦.
3.EPS技术参数
型 号 WY系列0.6~10KW
输入 电压 单相220VAC+25%
相数 单相
频率 50HZ+5%
输出 容量 2.2~160KW
电压 220V+3%
波形 正弦波
频率 50HZ+0.5%
过载能力 负载120%能正常工作;150%时≥60秒
转换时间 ≤0.1S
电池 密闭式免维护铅酸电池
备用时间 90min(特殊要求可按用户需求配置)
保护 电池保护、过载、欠压、过流、短路保护、过温保护
状态显示 大屏幕LCD、LED运行状态显示
综合效率 ≥95%
运行环境 海拔:≤2000m, 湿度:0-90%, 温度:-20℃-45℃,
适应负载 适应感性负载和混合负载
噪音 正常状态: ≤45db; 应急状态:≤50db
冷却方式 风冷
开门方式 前门单开,后门双开
进出线方式 按用户要求
WY系列技术参数
WYS、WYS\B系列技术参数
型 号 WYS/(B)-系列2.2~400KW
输入 电压 三相380VAC+25%
相数 三相四线+PE
频率 50HZ+5%
输出 容量 2.2~400KW
电压 380V+3%
波形 正弦波(阻性)
频率 正常状态:与市电一致
应急输出:50HZ+0.5%或B系列PWM波(0~220 Hz变频)
过载能力 负载120%能正常工作;150%时≥60秒
转换时间 ≤0.1S
电池 密闭式免维护铅酸电池
备用时间 90min(特殊要求可按用户需求配置)
保护 电池保护、过载、欠压、过流、短路保护、过温保护
状态显示 大屏幕LCD、LED运行状态显示
综合效率 ≥95%
运行环境 海拔:≤2000m, 湿度:0-90%, 温度:-20℃-45℃,
适应负载 适应感性负载和混合负载
噪音 正常状态: ≤45db; 应急状态:≤50db
冷却方式 风冷
开门方式 前门单开,后门双开
进出线方式 按用户要求
产品外形尺寸
型号 输入功率(KW) 主机尺寸(mm)宽×深×高 配置电池柜(个)
WY-0.6~1KW 0.6、1 625×215×800 电池在主机柜内
WY-1.5~2KW 1.5、2 625×215×1000 电池在主机柜内
WY-3~4KW 3、4 750×400×1500 电池在主机柜内
WY-5~6KW 5、6 750×400×1750 电池在主机柜内
WY-7~10KW 7、8、9、10 800×600×2200 电池在主机柜内
WYS/(B)-2.2~3.7KW 2.2、3.7 750×400×1500 电池在主机柜内
WYS/(B)-5.5KW 5.5 750×400×1750 电池在主机柜内
WYS/(B)- 7.5~11KW 7.5、11 800×600×2200 电池在主机柜内
WYS/(B)- 15~30KW 15、18.5、22、30 800×600×2200 800×600×2200
WYS/(B)- 37KW 37 800×600×2200 800×600×2200×2
WYS/(B)- 45KW 45 800×600×2200 800×600×2200×3
WYS/(B)- 55KW 55 800×600×2200 800×600×2200×4
WYS/(B)- 75~93KW 75、93 800×800×2200 800×600×2200×5
WYS/(B)- 110KW 110 800×600×2200×2 800×600×2200×5
WYS/(B)- 132KW 132 800×600×2200×2 800×600×2200×6
4.EPS工程设计要点
◆WY系列WYS系列用于带应急照明负载时:
■当负载为电子镇流器日光灯,EPS容量 = 电子镇流器日光灯功率和×1.1倍
■当负载为电感镇流器日光灯,EPS容量 = 电感镇流器日光灯功率×1.5倍
■当负载为金属卤化物灯或金属钠灯,EPS容量 = 金属卤化物或金属钠灯总和×1.6倍
◆带混合负载时,EPS容量的计算方法:
■当EPS带多台电动机且都同时启动时EPS容量 = 带变频启动电动机功率之和+带软启动电动机功率之和×2.5倍+带星三角电机之和×3倍+直接启动电动机之和×5倍
■当EPS带多台电动机且分别单台启动时(不是同时启动EPS容量=各个电动机功率之和,条件是
1)直接启动的最大的单台电动机功率是EPS容量的1/7
2)星三角启动的最大的单台电动机功率是EPS容量的1/4
3)软启动的最大单台电动机是EPS容量的1/3
4)变频启动的最大单台电动机功率不大于EPS容量
■当用WYS系列EPS带混合负载时EPS容量 = 所有负载总功率之和,但必须满足以下条件,若不满足,则按其中最大的容量来确定EPS的容量.
1)负载中直接同时启动的电动机功率之和是EPS容量的1/7
2)负载中星三角同时启动的电动机功率之和是EPS容量的1/4
3)负载中有软启动的电动机是功率之和是EPS容量的1/3
4)负载中有变频器启动同时启动的电动机功率之和不大于EPS容量.
5)同时启动的电动机当量功率之和不大于EPS容量电动机功率当量 = 直接且同时启动电动机总功率之和×5倍 = 星三角且同时启动电动机功率之和×3倍 = 软启动同时启动电动机功率之和×2.5倍+变频且同时启动电动机功率之和.若电动机前后启动时间机差大于1分钟均不为同时启动.
6)同时启动的所有负载(含非电动机负载)的当量功率之和不大于EPS容量.同时启动的所有负载功率之和 = 同时启动的非电动机负载总功率×功率因数+电动机当量功率.
◆用WYS/B系列带负载时,EPS容量计算方法:
EPS容量 = 所带电动机功率容量.
EPS容量与负载配比的要求
负载类型 EPS选型要求
风机水泵 1、有变频启动风机水泵,总容量选配比为1:12、负载有星三角降压启动器,选配比为3:13无任何降压、变频措施启动,选配比为5:14、适用负载为排风机、进风机、消防泵、喷淋泵等
电梯 有变频启动的电梯拖动总容量与EPS的选配比为1:1
卷帘门 1、卷帘门运行时间短,配电电池小于30min2、卷帘门在实际使用中不需要同时启动,因此卷帘门电机容量与EPS容量的选配比为1:1
混合 1、若电机均有变频启动功能,则各负载总容量总和与EPS容量的选配比为1:12、若最大单台电机的容量小于各类负载总容量的1/7,不论其有无变频启动功能,EPS容量与负载容量的选配比为1:13、无变频启动功能时,EPS的容量等于3倍电机负载总容量与其它同时工作的各类负载总容量之和.
5.定货须知
●输入路数(双路或单路)
◆输入相数(单相或三相)
◆负载总容量(一台EPS的负载总容量)
◆负载种类(照明用或动力用,负载)
◆应急备用时间(EPS应急供电时间)
◆输出支路数(要求输出多少回路)
◆是否要求有消防联动及支路数
◆进出线位置与方式及进出线尺寸
◆其他要求
6 结语
随着社会的进步和发展,环境要求的不断提高,消防意识也越来越被人们重视.EPS以其特有的优越性将被人们认识和采用,在一个工程中,它可以灵活的运用在消防供电回路末端、个别重要场合等多种情况.在选择应急电源上,不再只局限于柴油发电机了,因为它们各自的特点分别适用于不同的工程,这将为整个社会的安全提供更有力的保障.
参考文献
1 《民用建筑电气设计规范》 中国计划出版社,1993
2 GB17945-2000国家标准(消防应急灯具)
3 《应急电源用的EPS和UPS》 李成章
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