在实际项目实施或与设备厂商沟通时,经常会遇到需要根据UPS的输出容量及其所需的后备时间,快速、大致估算所需配套电池配置的情况。由于UPS本身的计算过程较为复杂,普通用户操作起来有一定难度,因此掌握一些简便的估算方法,能够帮助我们在实际工作中迅速得出结果,提高效率。很多朋友也常会问到关于UPS如何计算的问题。事实上,UPS涉及的计算内容确实不少——无论是配置空气开关、选择电缆线径,还是确定电池组规格,往往都需要进行电流、功率等相关参数的计算。接下来,本文就为大家系统梳理一下UPS常见参数的计算方法,供参考学习。
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从分类来说,UPS主要分为高频UPS与 工频 UPS。高频机体积小、重量轻,价格相对较低,适合单个工作点的小功率设备保护,以及对干扰不敏感、可靠性要求不很高的场合。而工频机适合所有设备保护,无论是网点设备还是IDC(数据中心),可靠性较高,但工频机有体积大、重量重、价格高等缺点。对电力品质和可靠性要求较高的地方,应使用工频机;反之,则可使用高频机。需要注意的是,无论是高频机还是工频机,其空开输入电流和输出电流的计算方法都是一样的。
接下来看UPS输入电流和输出电流的计算方法。首先是输入电流的计算,其核心公式中,S代表相数,三相UPS取3,单相UPS取1。
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以工频机为例,假设已知UPS功率为100KVA,输入临界电压176V,输入功率因数取0.99(高频机可近似取1,工频机取值0.85),整机效率0.95,S=3,输出功率因数0.8,代入公式计算可得输入电流为160A。
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再比如UPS功率为6KVA,输入临界电压176V,输入功率因数0.99,整机效率0.90,S=1,输出功率因数0.7,计算得出输入电流为30A。其次是输出电流的计算,公式同样与相数S相关。例如已知UPS功率100KVA,输出电压220V,S=3(三相UPS),代入公式计算可得输出电流为152A。这里补充说明一下标称功率的概念:标称功率是厂家标称的功率,而最大功率是产品的实际最大功率,产品的实际功率一般不是整数,比如实际功率是511.3瓦,厂家通常会就近取整标为500瓦,这个500瓦就是标称功率。
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在电缆大小计算及UPS配置方面,电缆大小的计算遵循一定标准:交流电流一般按3-5A/mm²计算,直流电流一般按2-4A/mm²计算。例如对于100KVA的UPS,输入电流160A,输出电流152A,电池电流200A,代入公式计算可得,输入线缆需要32mm²(实际可采用35mm²),输出线缆需要30mm²(实际可采用35mm²),电池线缆需要50mm²(实际可采用60mm²)。
关于UPS电池的配置,常用的有恒电流法和恒功率法两种计算方法。恒电流法首先需要计算蓄电池的最大放电电流值,公式为I最大=Pcosф/(η
E临界
N),其中P为UPS电源的标称输出功率,cosф为UPS电源的输出功率因数,η为UPS逆变器的效率(一般为0.88~0.96,根据具体型号和功率取值),E临界为蓄电池组的临界放电电压(12V电池约为10.5V,2V电池约为1.75V),N为每组电池的数量。然后根据所选蓄电池组的后备时间,查出所需的电池组放电速率值C,再通过公式“电池组的标称容量=I最大/C”算出电池的标称容量。
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以三进三出高频系列100KVA UPS为例,已知输出功率因数Cosф为0.8,直流电压480V(电池低压保护420V),效率93%,后备时间2小时,每一电池组额定节数N为40节,代入公式计算可得最大放电电流I最大为204.8A,再根据2小时对应的放电速率C值0.42,算出电池组的标称容量为487.6AH,因此需要选用12V100AH电池40节并联5组。
恒功率法则是根据蓄电池功率来准确选出蓄电池的型号,首先计算在后备时间内,每个电池至少向UPS提供的恒功率。其计算公式为:电池组提供的功率W=UPS的负载KVA×功率因数/逆变器的效率,需要每节电池提供的功率=电池组提供的功率W/每组电池额定节数,即W={P(VA)×1000×cosØ}/(ŋ×N),其中W为电池组提供的功率,P为UPS额定功率,cosØ为功率因数,ŋ为UPS满载时逆变器效率,N为UPS每电池组额定节数。
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以台达NT系列80KVA UPS为例,后备时间30min,选用DCF126-12系列电池,已知台达NT80KVA UPS直流终止电压为300V,直流电压为348V,电池组选用29只12V电池,故N=29,n=6,U终压=1.75v,UPS的功率因子Pf=0.8,逆变器转换效率η=0.95,DCF126-12系列电池放电30min终止电压1.75V/CELL时的放电速率为0.98。
代入公式计算可得电池组提供的功率P(W)为67368.4W,每节电池需要提供的功率Pnc为387.2W。查阅台达DCF126-12系列电池恒功率表可知,DCF126-12/120电池在终止电压为1.75v时放电30min可提供功率217W,因此电池组数量=387.2/217=1.78组,即需要选用2组120AH,共58节120AH电池。
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来源:网络
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