UPS 方案参考

1  产品简介

iTrust UL33系列UPS系统是连接在输入电源和负载之间，为重要负载提供不受电网干扰、稳压、稳频的电力供应的电源设备，在市电掉电后，UPS可继续给负载提供一段时间的供电。UL33系列UPS采用带输出隔离变压器的高频双变换结构和先进的全数字控制技术，提供稳定、洁净、不间断的电源，同时具备完备的网络管理功能。

2  应用范围

UL33系列UPS系统适用于不间断用电场合，主要作为各种计算机机房的不间断电源系统，广泛应用于金融证券、邮电通信、机关、能源化工、交通运输等各行各业。

3  产品特点

全面提升系统可靠性的专业设计

•采用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）功率器件和多重保护技术

•先进的双DSP全数字技术，整机不需任何可调电阻，抗干扰能力强，无老化漂移问题

•先进的分散式直接并联技术保证了在线扩容和系统冗余

•瞬时值数字均流技术显著降低并机系统环流(<1A)，电流不平衡度＜1%

•优良的电磁兼容性设计

•采用高裕量的功率器件，增强电网的适应能力

•业内独有的UPS防雷技术，内置D级防雷

优异的输入特性

•超宽输入电压范围（-45％～+15％），可适应恶劣电网条件

•宽频率输入范围（50Hz_10%），保证了发电机供电时UPS稳定运行

•先进的六管IGBT高频整流技术，无须附加外界设备，输入功率因数可达到0.99以上

•应用瞬时值波形控制技术，大幅降低输入电流谐波(iTHD<3%)

•低直流母线纹波，延长电池寿命

优异的输出特性

•逆变器采用高精度矢量控制技术，输出电压稳压精度高，动态响应快，且畸变率低

•逆变器具有带100%不平衡负载的能力

•逆变器具有很强的过载能力及抗冲击能力

•输出采用⊿/Z0隔离变压器，有效抑制输出电压的三次谐波畸变

•单机在线、单机ECO、主/从热备份及冗余、扩容并机等多种运行模式下软、硬件完全兼容

•可靠的数字控制、分散式智能并机技术

智能化电池管理

•根据电池放电曲线自动调节放电终止电压，避免固定设置导致的电池过度放电

•基于温度补偿的智能化充放电电池管理，大幅延长电池使用寿命50%以上

•定期自动进行电池自检，确保电池可靠工作

•精确预测电池的后备时间

•全自动的电池管理，减少维护工作

完备的本机监控管理

•独创的自适应UPS并机层通讯，无需任何附加设备，可以通过任意一台UPS监测并机UPS系统信息

•单机提供8路输出及6路输入继电器接点

•支持RS232、RS485、SNMP、MODEM多种后台通讯方式

超强的网络管理功能

•系统具有电池放电预告警和自动安全关机功能

•先进的SNMP卡及其相关软件，兼容10M/100M以太网，支持SNMP、HTTP、TFTP、TELNET、TTYP等协议，监控软件具备电源事件记录和分析功能，灵活多样的组网方案，可实现在Internet/Intranet上的远程监控

•UPS系统具备自诊断、自保护功能，可以实现自动声光报警、E-mail和BP机报警

•通过网络可以同时监控高达6万多台UPS，支持广域网解决方案

人机界面友好，便于操作和维护

•全中文大屏幕液晶显示，中英文可选操作界面

•操作简单，"一键开机"

•支持远程、自动开机，实现无人值守

•模块化电路结构，全正面操作，使用、维护工作方便快捷

4  性能指标

第二章  设备相关参数

1  环境要求

工作温度：    0～40℃

储存温度：    -40～70℃(不带电池).

   ～55℃(带电池)

相对湿度：    5%～95%，无冷凝

冷却方式：    风冷

海拔高度：    1500m，满足GB3859.2-93的降额要求

没有振动颠簸且垂直倾斜度不超过5度。

污染等级为II级。UPS电源供电系统应安装在具有足够通风量、凉爽、湿度不高、无尘、具有清洁空气的运行环境中。推荐工作温度为20~25℃，湿度控制在50%左右。

注意

房间内不应存放易燃、易爆或具有腐蚀性的气体或液体物品。严禁安装在具有金属导电性尘埃的工作环境中。

2  电气和结构参数

2.1  电气参数

在进行UPS电源成套供电系统设计中，动力电源、制冷设备、输入配电、输出配电、电缆选择等方面的工作可以参照表2-1。

表2-1  电气设计参考数据表

在机房承重能力、设备固定支架、占地面积、维护和散热通道设计时可以参考表2-2。

表2-2  结构设计参考数据表

建议预先准备好电缆敷设地沟(地沟深度为400mm左右)或采用桥架电缆敷设方法；预留维修和散热空间，机柜后部离物体间距不小于500mm，前部离物体间距不小于1000mm，保证打开前门后人能够通过和操作。

UPS电源由内部风扇提供强制风冷，通过机柜下部风栅进入UPS内部，并通过后部风扇排出。在设计UPS机房的通风冷却系统时请参看表2-1的各种UPS的功耗和通风量数据。

图6-1  20k/30k/40k/60kVA UPS机柜外型及尺寸图

图2-2  20k/30k/40k/60kVA UPS机柜安装固定尺寸图

3. 安装

3.1  安装方式

一  安装方式

安装方式分为固定式和非固定式安装两种。

固定式安装需制作安装支架或槽钢。槽钢或支架设计可参考图6-2。利用UPS的地脚螺钉孔连接UPS和支架。

 非固定式安装适用于平坦和较硬的地面，可利用UPS的四个地脚支撑设备，并调节水平。

二  地板承重能力

机柜重量通过安装在机柜最下部的四个角上的地脚螺栓(直径为40mm)传递到地板上，机房设计时应满足机柜的承重要求。地板承受机柜的应力可以用机柜重量除以四个接地螺钉的总面积(50cm2)来确定。

3.2  进出线方式

UPS电源输入输出电缆有主路电源输入电缆(3相3线)、旁路电源输入电缆(3相4线）、UPS电源输出电缆(3相4线)、电池输入电缆(正负两极)、控制电缆和通信电缆、并机方式时用的机柜间并机电缆、保护地线和防雷地线、电池温度传感器电缆等。

如果旁路电源与主路共用一路电源，可以在UPS电源机柜内并联，如果两路电源是不同的电源则分别输入。

机柜具有灵活的上下进出线方式，其通风的进风口位于机柜前部和底部，出风口在机柜后部。

一  下进下出线方式

下进下出线方式接线位置参见图6-3和图6-4。 电缆自机柜底起余量不小于50cm。 

1：蓄电池组输入端子 ：主路交流电源输入开关 ：旁路交流电源输入开关

4：UPS电源输出开关 ：防雷接地PE线接线铜排 ：输入中线接线铜排 

7：输出中线接线铜排

图6-3  20k/30k UPS下部接线位置图

1：蓄电池组输入端子 ：主路交流电源输入开关 ：旁路交流电源输入开关

4：UPS电源输出开关 ：防雷接地PE线接线铜排 ：输入中线接线铜排 

7：输出中线接线铜排

图6-4  40k/60kVA UPS下部接线位置图

二  上进上出线方式

上进上出线方式的各种电缆从顶部进线孔处进出，经过机柜两侧的金属线槽至机柜底部，参见图6-5所示，再按照图6-3～6-4所示连接电缆。电缆自机柜顶起余量不小于250cm。

图6-5  20k/30k/40k/60kVA UPS机柜上进线示意图

三  信号电缆布局

系统信号电缆包括连接至后台监控的串行口连线、干接点控制线、并机系统的并机控制线，所有信号线按照图6-6所示进行走线和固定。

1、串行口输出接线电缆 、干接点信号电缆 、并机信号电缆

图6-6  20k/30k/40k/60kVA UPS信号电缆布线图

4  电缆选择

在UPS供电系统中主要用到三种电缆：功率电缆、接地电缆、信号电缆。

4.1  电缆载流量参数

依据电工设计推荐的规范，对供电回路线路压降和线缆允许温升不作要求时可以按照表6-3的建议选择线缆载流量。

表6-3  各种截面电缆的载流量

电流密度选取原则：中、小型UPS电力电缆按照3~5A/mm2的电流密度进行配置，大功率UPS电力电缆按照2.5~3A/mm2的电流密度进行配置。同时需考虑电力电缆上的最大电压降不大于3V为好。

电流值的选取有两种方法：

第一种为计算法：功率因数取0.8、效率取0.90、输入电压取最低值176V、输出相电压取220V、蓄电池组电压取最低值30×10.8V=324V、旁路过载能力135%、逆变器输出过载能力125%等系统参数选取后，计算出电流参数，然后选择电缆截面。计算电流公式如下：

输入电流Iin=(输出额定VA值×0.8/0.90)×1.25/176/3

电池电流Ibat=(输出额定VA值×0.8/0.90)/(30×10.8)

输出电流Iout=输出额定VA值/220/3

第二种为查表法：从表6-4中可查出各种UPS系统的工作电流。

根据计算或查表得到的电流值，对应表6-4选择合适的功率电缆。

表6-4  电缆截面选取推荐表

UPS电源系统的中线有旁路电源输入中线、UPS电源输出中线。其截面积应当为相线电缆截面积的1.5~1.7倍。

UPS电源系统中有安全保护地线和防雷地线。其截面积应当为相线电缆截面积的0.5~1.0倍但不小于6mm2。

4.4  信号电缆

信号电缆应当选用屏蔽多芯电缆，采用单芯电缆时需多根单芯电缆捆扎在一起以增强机械强度，但每组不得多于30根。单芯电缆截面积应当不小于0.5mm2。

4.5  并机电缆

多台UPS并机时，旁路电源输入电缆的截面和长度尽可能相同，以提高旁路并机工作时的均流程度。

5  接地方式

从图2-3和图2-4所示的20k/30k/40k/60kVA UPS下部接线位置图可以看出，UPS电源机柜设计有旁路电源输入中线、UPS电源输出中线、安全保护地线和防雷接地线等的接地点，可以方便地实现在不同场合、不同接地方式的连接。

UL33系列UPS系统主路输入无中线，旁路和输出有中线且在UPS内部有电气连接。防雷地PE和机柜保护地在机柜内已经连接，用户可以依据不同的接地要求取舍该连接电缆，一般情况下分开连接的方式对人身安全更好、二者合一则对设备保护更优。在计算机机房电源输入端设置有C级防雷时应当选择机柜安全保护地与防雷地合二为一的连接方式。

依据《建筑防雷设计规范》的规定，计算机机房接地方式有TN、TT、IT三种型式，其中TN方式又分为TN-C、TN-S、TN-C-S等三种型式。IT方式一般不用于UPS的接地。

5.1  TN-C接地方式

图6-7示出了UL33系列UPS电源在TN-C系统中的接地方法。只要在UPS机柜处将中线与保护地线和PE线短接在一起，然后用规定的接地电缆连接至综合接地网，就实现了TN-C的接地连接。

图6-7  TN-C接地方式

5.2  TN-S接地方式

图6-8示出了UL33系列UPS系统在TN-S系统中的接地方法。在UPS机柜处不能将中线与保护地线和PE线短接在一起，用规定的接地电缆将短接的保护地线和PE线连接至综合接地网，即可以实现TN-C的接地连接。

图6-8  TN-S接地方式

5.3  TN-C-S接地方式

图6-9示出了UL33系列UPS系统在TN-C-S系统中的接地方法。如果将UPS电源的主路输入和旁路输入看成两立的设备，则TN-C的连接方式就是一种TN-C-S的方式。当然也可以在并机系统中将各台UPS电源采用TN-C和TN-S的不同接法而实现TN-C-S的接地连接，其中UPS1为TN-C的连接方式，UPS2的Bypass电源为TN-S的连接方式。

图6-9  TN-C-S接地方式

5.4  TT接地方式

图6-10示出了UL33系列UPS系统在TT系统中的接地方法。每台UPS电源的接地端子均接至与电源端或机房综合接地网分隔的接地系统，就形成了重复接地系统，实现了TT接地方式。

图6-10  TN-C-S接地方式

6 电池容量

表6-5  UPS单机系统蓄电池容量选择(Ah，25℃)

UPS电源系统出现较大的不平衡负载输出时，直流母线上将会出现较大的纹波电流，这将对电池的充电产生不良影响。长期处于该工作方式将会缩短电池的使用寿命。建议在输出配电设计时充分考虑不同时期的负荷分配问题，应当使输出电源的三相负荷尽可能平衡，较大不平衡负载输出的工作方式应该是短时的。

8  用户接口

8.1  监控板

从图2-3和图2-4可以看到监控板ULW2L61U2的位置。外部监控系统的各种接口均与该板连接。通过串行口RS232/485可以实现本地后台监控，同时系统还提供多路用户干接点接口。如配置MODEM或SNMP卡可以实现远程监控和网络管理。图6-12示出了监控板的接口定义。各监控接口分别介绍如下：

1、RS232接口：可以使用个人计算机对UPS设备进行现场管理，并可以通过一台UPS对并机系统中的所有UPS进行监控，可以满足低成本用户的需求。

2、RS485总线：可以将UPS设备通过RS485总线进行管理，可以满足工业现场用户的需求。

3、SNMP卡：可以将UPS设备接入以太网进行管理，提供网管监控接口(NMS)、WEB监控、网络集中监控的功能。

4、MODEM接口：可以使用公用电话网对UPS设备进行管理，可以满足远程监控管理用户的需求。

图6-12  监控板ULW2L61U2接口示意图

8.2  显示面板

图6-13示出了UPS电源系统显示控制面板的具体内容。

1、大屏幕液晶显示屏 、整流器工作指示灯 、蓄电池组工作指示灯；

4、旁路电源工作指示灯 、逆变器工作和输出指示灯 、负载在线指示灯      

7、整机报警蜂鸣器 、整机报警指示灯 、防紧急停机按钮误操作盖板

10、紧急停机按钮 、逆变器启动按钮 、逆变器停机按钮

13、故障清除按钮 、蜂鸣器消音按钮 、F1功能键

16、F2功能键 、F3功能键 、F4功能键

图6-13  20k/30k/40k/60kVA UPS显示控制面板

9  外部配电

9.1  单机系统外部配电

单机系统外部配电包括输入配电和输出配电两部分。

必须按照分断能力和安装位置期望的断路电流来选择旁路电源上限保护断路器的类型。所选择的断路器还必须按照最大允许电流来保护静态开关的半导体和保证其分断能力在UPS输出熔断器和下限保护装置的分辨能力之间。

允许最大输入电流(In为额定输入电流值)、输入配电柜断路器容量(对市电及旁路输入均适用)、输出配电柜总断路器容量见表6-6。

表6-6  外部配电参数