應(yīng)急電源系統(tǒng)

1　基本簡介

　　隨著社會的發(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(zāi)，后果就更不堪設(shè)想.所以現(xiàn)行的《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》及《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》就有嚴格規(guī)定:“一級負荷應(yīng)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(shè)應(yīng)急電源，常用的應(yīng)急電源有:(1)獨立于正常電源的發(fā)電機組;(2)供電網(wǎng)絡(luò)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(fù)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(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(guān)所組成的供電系統(tǒng)向用戶的各種應(yīng)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(guān)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(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?fù)正常工作時，EPS的控制中心發(fā)出信號對逆變器執(zhí)行自動關(guān)機操作，同時還通過它的轉(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

　　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，同時也適應(yīng)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(shè)施或一級負荷中的電動機提供一種可變頻的三相應(yīng)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(yīng)急供電及其啟動過程中對供電設(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(yīng)急照明或事故照明用EPS(1~50KVA)

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

　　(1)要求負責向普通應(yīng)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(guān)鍵工作區(qū)的應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)注意以下幾個問題:

　　(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(yīng)為:S=P/0.8.

　　(2)應(yīng)急照明燈具為熒光燈時，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時存在較大的”啟動浪涌”電流.

　　(3)應(yīng)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(fù)供電也可能導(dǎo)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(yù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(fù)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(guān)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;

　?、诳梢越档虴PS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:

　?、僖笥脩舻碾姍C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”

　　②如果后接的幾臺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(shù)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(guān)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(guān)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(guān)，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(yīng)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(yīng)急燈具)[1]3應(yīng)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(zāi)隱患的特點；

　?。?）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；

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