應(yīng)急電源系統(tǒng)

1　基本簡介

　　隨著社會(huì)的發(fā)展，建筑技術(shù)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(duì)建筑的供電要求越來越高，社會(huì)的信息化，建筑的現(xiàn)代化，使建筑對(duì)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(jì)損失，如果是發(fā)生火災(zāi)，后果就更不堪設(shè)想.所以現(xiàn)行的《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》及《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》就有嚴(yán)格規(guī)定:“一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由兩個(gè)電源供電，當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)電源不致同時(shí)受到損壞.一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，除上述兩個(gè)電源外，還必須增設(shè)應(yīng)急電源，常用的應(yīng)急電源有:(1)獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組;(2)供電網(wǎng)絡(luò)中有效地獨(dú)立于正常電源的專門供電線路;(3)蓄電池.”多年來，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，電網(wǎng)供電時(shí)采用兩路獨(dú)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(fù)雜.當(dāng)發(fā)生大面積停電事故時(shí)，兩路電源均可能發(fā)生停電事故。

2　EPS的工作原理

　　應(yīng)急電源采用單體逆變技術(shù)，集充電器、蓄電池、逆變器及控制器于一體.系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計(jì)了電池檢測(cè)、分路檢測(cè)回路，采用后備式運(yùn)行方式.

　?、女?dāng)市電正常時(shí)，由市電經(jīng)過互投裝置給重要負(fù)載供電，同時(shí)進(jìn)行市電檢測(cè)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(gè)僅需向蓄電池組提供相當(dāng)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(shí)，市電經(jīng)由EPS的交流旁路和轉(zhuǎn)換開關(guān)所組成的供電系統(tǒng)向用戶的各種應(yīng)急負(fù)載供電.與此同時(shí)，在EPS的邏輯控制板的調(diào)控下，逆變器停止工作處于自動(dòng)關(guān)機(jī)狀態(tài).在此條件下，用戶負(fù)載實(shí)際使用的電源是來自電網(wǎng)的市電，因此，EPS應(yīng)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(dá)到節(jié)能的效果.

　?、飘?dāng)市電供電中斷或市電電壓超限(±15%或±20%額定輸入電壓)時(shí)，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(shí)，用戶負(fù)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?dāng)市電電壓恢復(fù)正常工作時(shí)，EPS的控制中心發(fā)出信號(hào)對(duì)逆變器執(zhí)行自動(dòng)關(guān)機(jī)操作，同時(shí)還通過它的轉(zhuǎn)換開關(guān)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(fù)載提供市電的同時(shí)，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

　　⑴EPS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(yīng)于應(yīng)急照明和事故照明的照明負(fù)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(yīng)急照明、事故照明，同時(shí)也適應(yīng)于消防電梯、卷簾門、風(fēng)機(jī)、水泵、淋浴泵、供水泵等電感性負(fù)載或混合供電.

　　(3)EPS功率在2.2~400KW

　　由單逆變單臺(tái)負(fù)載、單逆變單臺(tái)負(fù)載一用一備用、雙逆變單臺(tái)負(fù)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(shè)施或一級(jí)負(fù)荷中的電動(dòng)機(jī)提供一種可變頻的三相應(yīng)急電源系統(tǒng)，在電源和電機(jī)之間無需任何啟動(dòng)裝置就可以解決電動(dòng)機(jī)的應(yīng)急供電及其啟動(dòng)過程中對(duì)供電設(shè)備的沖擊.適應(yīng)于高層建筑的電梯、中央空調(diào)、消防水泵等電機(jī)負(fù)載.

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

　　2.1應(yīng)急照明或事故照明用EPS(1~50KVA)

　　按GB17945-2000國家標(biāo)準(zhǔn)(消防應(yīng)急燈具)，為確保大樓的應(yīng)急照明系統(tǒng)能正常運(yùn)行，對(duì)EPS提出如下基本要求:

　　(1)要求負(fù)責(zé)向普通應(yīng)急照明燈供電EPS的供電中斷時(shí)間<5s.但對(duì)于高危險(xiǎn)工作區(qū)及關(guān)鍵工作區(qū)的應(yīng)急照明而言，則要求EPS的供電中斷時(shí)間<0.25s.

　　(2)為盡可能的利用市電，當(dāng)市電電壓在187~242V(220V，-15%，+10%)的范圍內(nèi)不允許EPS進(jìn)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(shí)，至少確保應(yīng)急照明燈可以繼續(xù)工作90min以上.

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

　　在市電供電正常時(shí)，EPS是通過它的交流旁路向負(fù)載供電.原則上，它可以帶具有各種不同功率因數(shù)的負(fù)載.然而.在市電供電中斷或市電電壓或頻率超限時(shí)，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(fù)載時(shí)的降額度輸出特性.而且，還需要根據(jù)所使用的應(yīng)急照明燈具的不同來選配EPS的輸出功率和機(jī)型.在選配EPS時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:

　　(1)普通的應(yīng)急照明燈具.由于應(yīng)急照明的功耗是用有功功率P(KW)來標(biāo)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(shí)的視在功率S(KVA)來標(biāo)注的.所以，實(shí)際選用EPS的滿載輸出功率應(yīng)為:S=P/0.8.

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

　　(3)應(yīng)急照明燈具為高壓氣體燈時(shí)(例:高壓鈉燈，高壓鈀燈等)，宜選用切換時(shí)間小于20ms的EPS產(chǎn)品.這是因?yàn)?如果對(duì)高壓氣體燈的供電中斷時(shí)間超過20ms時(shí)，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(fù)供電也可能導(dǎo)致長達(dá)數(shù)分鐘的燈具熄滅現(xiàn)象發(fā)生.這因?yàn)樗枰銐蜷L時(shí)間來重新預(yù)熱高壓氣體燈中燈絲的緣故.顯然，對(duì)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(yīng)急照明+電動(dòng)機(jī)混合型負(fù)載用EPS(三相，5~400KVA)

　　為了正確的選用EPS的輸出功率，應(yīng)首先分別統(tǒng)計(jì)電阻性照明負(fù)載與電感性機(jī)電負(fù)載的比例.對(duì)于電機(jī)負(fù)載而言，因用戶所選的機(jī)型及工作方式的不同，它的啟動(dòng)電流可能高達(dá)5~10倍額定工作電流.為確保電機(jī)及EPS本身的安全運(yùn)行，對(duì)這部分電機(jī)負(fù)載而言，不僅要求所選的EPS輸出功率應(yīng)為6倍以上的電機(jī)標(biāo)稱功率.而且，還宜選用其切換時(shí)間小于15ms的EPS機(jī)型.

　　2.3帶電機(jī)負(fù)載的EPS

　　(1)采用電機(jī)”硬啟動(dòng):工作方式，對(duì)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(diǎn)是:不管在市電供電中斷時(shí)還是在市電恢復(fù)正常工作時(shí)，EPS均可確保電機(jī)的連續(xù)運(yùn)行.其缺點(diǎn)是:需選用大功率的EPS，成本較高.

　　(2)選用帶變頻啟動(dòng)功能的電機(jī)專用型EPS

　　市電供電正常時(shí)，經(jīng)交流旁路和轉(zhuǎn)換開關(guān)向電機(jī)負(fù)載供電.與此同時(shí)，市電還經(jīng)充電器向電池組充電.當(dāng)市電供電中斷時(shí)，為確保EPS的安全運(yùn)行，希望他執(zhí)行”延時(shí)切換”操作，以便讓電機(jī)徹底停止轉(zhuǎn)動(dòng)后再啟動(dòng)變頻器，由它對(duì)后接電機(jī)執(zhí)行從0~220Hz的頻率逐漸增高的變頻啟動(dòng)的操作(啟動(dòng)時(shí)間為幾秒鐘).采用變頻啟動(dòng)方案帶來的好處是:

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

　?、诳梢越档虴PS的輸出功率和降低投資成本.此時(shí)，EPS的輸出功率只需選取1.2~1.4倍電機(jī)的額定功率就可滿足要求.

　　其缺點(diǎn)是:

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

　?、谌绻蠼拥膸着_(tái)電機(jī)需要在不同的時(shí)刻進(jìn)行”分時(shí)啟動(dòng)”操作時(shí)，可能會(huì)遇到這樣的技術(shù)難題:在啟動(dòng)處于靜止?fàn)顟B(tài)的電機(jī)時(shí)，若EPS的輸出功率足夠大它可能承受5~10倍的電機(jī)啟動(dòng)浪涌電流的沖擊.否則，就會(huì)迫使EPS重新進(jìn)入新一輪的”變頻啟動(dòng)”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(jī)，會(huì)再次轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)速由0~50Hz的變速啟動(dòng)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(shí)直接由市電向負(fù)載供電，當(dāng)市電超出其工作范圍或停電時(shí)，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)為電池逆變供電。其特點(diǎn)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(shí)間，且輸出波形一般為方波

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

　　3.3、在線式UPS在市電正常時(shí)，由市電進(jìn)行整流提供直流電壓給逆變器工作，由逆變器向負(fù)載提供交流電，在市電異常時(shí)，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(diǎn)是，有極寬的輸入電壓范圍，基本無切換時(shí)間且輸出電壓穩(wěn)定精度高，特別適合對(duì)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(shí)具備穩(wěn)壓、濾波等功能，有些UPS可以在故障或過載時(shí)改由市電旁路供電。

　　后備式的電壓輸出有較大的波動(dòng)，在170V-260V之間，采用高速繼電器實(shí)現(xiàn)市電和蓄電池之間的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)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(duì)蓄電池基本不存在轉(zhuǎn)換時(shí)間；與市電旁路轉(zhuǎn)換采用靜態(tài)開關(guān)，轉(zhuǎn)換時(shí)間可以達(dá)到微秒級(jí)。

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

　　EPS有點(diǎn)類似于后備式的UPS，平時(shí)逆變器不工作，市電斷電時(shí)才投入蓄電池。一般不對(duì)電源進(jìn)行恒流、恒壓處理。通常采用接觸器轉(zhuǎn)換，切換時(shí)間均為0.1～0.25S。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡單，造價(jià)較低，平時(shí)能耗小無噪音，主機(jī)壽命長（15-20年），可適應(yīng)于電感性、電容性及綜合性負(fù)載，需要時(shí)可實(shí)現(xiàn)變頻軟啟動(dòng)。

　　GB17945-2000國家標(biāo)準(zhǔn)(消防應(yīng)急燈具)[1]3應(yīng)急電源系統(tǒng)又稱EPS具有下述優(yōu)點(diǎn):編輯（1）電網(wǎng)有電時(shí)，處于靜態(tài)，無噪音；供電時(shí)，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(zāi)隱患的特點(diǎn)；

　?。?）自動(dòng)切換，可實(shí)現(xiàn)無人值守，電網(wǎng)供電與EPS電源供電相互切換時(shí)間均為0.1～0.25s；

　?。?）帶載能力強(qiáng)，EPS適應(yīng)于電感性電容性、及綜合性負(fù)載的設(shè)備，如電梯、水泵、風(fēng)機(jī)辦公自動(dòng)化設(shè)備、應(yīng)急照明等；（4）使用可靠。主機(jī)壽命長達(dá)20年以上；（5）適應(yīng)惡劣環(huán)境?？煞胖糜诘叵率一蚺潆娛?，也可緊靠應(yīng)急負(fù)荷使用場所就地設(shè)置以減少供電線路。