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越是信息化、现代化,就越依赖于电力。
突然的断电必然会给人们正常的生活秩序和学习带来影响,尤其是对于生产、生活中特别重要的负荷,一旦中断供电,将会造成重大的经济损失。
然而,电力故障具有突发性,不以人们的意志为转移,即使电网设施再先进,意外的断电也在所难免。
目前,城市供电系统的安全对策一般是采用并网供电,为城市电力提供可靠的电源保护。
但从企业及工业、民用建筑使用情况来看,仅仅靠公用电网还远远不够,必须具备应急供电系统(EPS),其重要性是在事故发生的情况下确保提供所需的应急电力,以有效降低因为断电而造成的损失,为人们生产和生活安全提供保障。
因此,EPS也被称为“城市生命线系统”的重要组成部分。
随着科技的不断发展,众多的智能大厦拔地而起,人们在对其居住环境提出了更高要求的同时,也提出了电力保障和消防安全问题。
但EPS的起步较发电机和UPS要晚,人们对其认识的程度还不够,所以在众多的应急供电场合,还是以发电机和UPS为主要应急供电方式来实现EPS的功能。
就提供应急供电能力而言,这两种方式已暴露出许多不足之处。
1)用柴油发电机组作为应急电源是目前大部分工程所采用的,也是最常见的应急备用电源,由于柴油发电机的容量较大,可并机运行且连续供电时间长,所以已经有较长的应用历史。
然而,无论发电机的起动速度有多快,从停电后使发电机接到起动信号开始,至发电机电压、频率等达到稳定可以供电时为止,至少需要数十s至数min,这段时间,所有用电设备均停止工作,就可能造成少数设备的损坏或出现生命财产的安全问题。
而EPS的启动一般不会超过0。
1S,所以不会影响设备的正常工作。
另一方面,柴油发电机应用在应急供电场合,有诸多不利之处,主要有:
(1)在高层建筑中,柴油发电机组一般放在地下室,设计难度大,造价高,配备进风、冷却、排烟、
减震、消音等设施都需要充分考虑;
(2)存在火灾隐患。
其油罐像一个极为危险的“炸弹”,万一失火,后果不堪设想;
(3)日常维护比较频繁,工作量大;
(4)柴油发电机噪音大,产生公害;
(5)排烟中有大量的二氧化硫,污染严重,影响环保。
2)用UPS作为应急电源EPS,从原理结构上和UPS大同小异。
在线式UPS不论市电是否正常,它都
一直由逆变器供电,即按照“市电输入→整流→逆变→输出”的顺序进行,只有在逆变器故障或过载时才改由旁路输出。
而EPS当市电正常时,市电通过开关输出给负载,同时充电器对电池充电。
当控制系统检测到市电停电时,逆变器工作,使开关切换至逆变输出状态,向负载提供电能。
从以上原理可以看出,UPS是一种双变换结构的不间断电源,主要为负载提供稳定的高质量电能,不受市电电网的影响,而且其转换时间一般在10ms以内,所以,UPS被广泛应用于计算机、程控交换机、医疗设备及精密电子仪器等不能中断供电的场所。
但正因为UPS不仅担负着应急供电外,还担负着改善电力品质的任务,所以其逆变器要连续不断地工作,使用寿命相对较短,一般为5~8年,尤其是电池的更换较为频繁。
另一方面,UPS的逆变器长期处于工作中,自身的损耗较大,而且对使用环境要求很高,只能放在计算机房或空调房间里。
UPS专为IT行业的计算机类和通讯类负载而设计,其负载适应能力不及EPS,举例说明,如果应急供电场合含有交流感应式电动机一类的感性负载,那么在UPS的设计选型和使用中就会出现很大问题。
由于交流电动机的起动电流通常是其额定电流的5~7倍,而UPS的过载能力标准规定:
过载125%时,A类为10min,B类为1min,C类为30s;
过载150%时10s。
如果想要UPS能承受电动机起动电流的冲击能力,势必要增大UPS的额定容量,这无疑将加大投资,还未必能彻底解决问题。
因此,选用UPS作为应急电源,工作既不可靠,还得花费大量资金。
目前,专门为消防应急措施而设计研制的EPS消防应急电源,具有一定的先进性和实用性,它可以实现微机监控和处理,对消防应急照明、卷帘门、消防电梯、水泵、排烟风机等消防设施实现自动控制。
此类产品多为高层建筑、机场、电信网络机房、医院、重要场馆等工程采用。
具有以下特点:
(1)电网有电时处于静态,无噪音,小于60dB,不需排烟、防震处理;
(2)自动切换,可实现无人值守,电网与EPS电源相互切换时间为:
0.1s~0.25s;
(3)带载能力强,EPS适合电感性、电容性及综合性负载的设备,如消防电梯、水泵、风机、应急照明等;
(4)使用可靠,确保事故和火灾情况下供电不中断,主机寿命可达20a以上,电池5a~10a以上。
(5)适应恶劣环境,可放置于地下室或配电室,可以紧靠应急负载使用场所就地设置,减少供电线路;
(6)对于某些功率较大的用电设施,如:
消防水泵、风机,EPS可直接与电机相联变频启动后,再进入正常运行状态;
(7)应急备用时间,标准型为90min(有延时接口)。
随着社会的进步和发展,环境要求的不断提高,消防安全也越来越被人们重视。
EPS以其特有的优越性将被越来越多的人们认识,EPS消防应急电源作为一种可靠的应急供电源,可以灵活的运用在消防供电回路末端、个别重要场合等。
EPS应急电源的使用,为消防安全提供了更有力的保障。
2.1EPS的分类
目前市场上的EPS品牌众多,大家在设计上所采用的控制方式和控制手段不尽相同,但针对所带负
载的种类大致可以归纳为以下三种:
一是主要用于应急照明和事故照明的照明EPS;
二是用于应急照明、事故照明之外,还有应用于空调、电梯、卷帘门、排气风机、水泵等电感性负载或兼而有之的混合供电的三相系列EPS;
三是直接给电动机供电的变频系列EPS。
2.2EPS的设计要求
EPS可以说是近几年才迅猛发展起来的一个新兴产业,相比于发展成熟的UPS而言,有相同之处,也有不同之处。
其相同点在于都具备在市电故障(中断)情况下继续向负载提供交流电源的功能,均采用了IGBT逆变技术和脉宽调制(PWM)技术。
不同之处是UPS除了提供不间断供电外,还兼备改善市电品质的功能,而EPS则主要解决市电故障时的应急供电问题;
UPS主要是为IT行业设备提供用电保障,EPS则适用于各种行业;
UPS供电模式要求切换时间很短(0~10ms),EPS则相对较宽(0。
2~4s);
UPS主要带计算机类负载,而EPS所带负载混杂;
UPS对于运行环境要求较高,EPS则要求能适应各种环境;
UPS以一般用户监控为主,EPS主要用于应急供电,要求与消防联动;
UPS以维护信息传输畅通为主要目的,EPS以防范重大灾难事故为主要目的。
可以形象地比喻,UPS以“救数据”为主,而EPS以“救人”为主。
鉴于EPS的主要设计思想是在市电突然中断时提供安全可靠的应急电力供应,有效避免发生灾害时
的人身伤亡和财产损失为原则。
因此,在设计EPS时应着重考虑其安全性、可靠性、适用性及合理
性。
主要有:
1)断电转换时间一般在毫秒级(25ms),以保证供电的及时性;
2)负载适应能力强,包括电容性、电感性、混合型负载,而且过载能力和抗冲击能力强;
3)有多路输出,防止输出单一形成的故障;
4)有消防联动和远程控制信号,可手动与自动相互转换;
5)环境适应能力强,适用于各种恶劣环境,有防止高低温、湿热、盐雾、灰尘、震动及鼠咬等措施;
6)使用寿命长,有电池快速充电能力和管理能力;
7)节能,运行效率高,运行成本低;
8)有无人值守、自动操作功能;
9)报警功能齐全,能及时提供各种异常状况的报警;
10)有强启动功能,避免电池环节保护后无法启动;
11)无烟雾、无噪音、无公害等;
12)维护简单,维护费用低。
13)应遵循的相关国家标准
GB17945-2000《消防应急灯具》
GB16806-2000《消防设备应急电源》
GB7251.1-2005《低压成套开关设备和控制设备》
GB/T14048.1-2000《低压开关设备和控制设备总则》
GB50016-2006《建设设计防火规范》
Q/320222JAPT-1998《直流电源成套装置企业标准》
DK/459-92《充电、浮充电装置技术标准》
GB/T4942.4-93《低压电器外壳防护等级》
GB9466-88《低压成套开关设备基本试验方法》
IEC73《指示灯和按钮的色标境条件》
IEC129《交流断路器和接地保护》
IEC439《低压开关设备和控制设备成套装置》
IEC529《外壳防护等级》
IEC947《低压开关设备和控制设备》
2.3EPS的设计原理
1)应急照明和事故照明类照明型的EPS主要为应急照明场合(商场、娱乐场所、办公场所、交易场所等)提供集中供电。
当输入电源正常时,市电一路通过转换装置输出给日常照明,另一路通过充电器给电池组充电,当控制器检测到市电中断或异常(偏低或偏高)时,向逆变器发出启动信号,并控制互投转换装置转至逆变器输出。
当然,对于EPS的接法不同,还可以把EPS当作二路电源、三路电源使用。
2)应急照明及混合型负载类此类型EPS一般适用于负载性质比较复杂的场合,譬如既有照明型负载,又有动力型负载,所以一般以三相居多,适用场合为宾馆、高层建筑、医院、大型商场等。
3)电机专用的变频起动类;
此种类型EPS主要为电机类负载而设计,避免因电机起动过程中的大电流冲击而损坏设备。
被广泛应用于大功率电动机负载,比如电梯、消防水泵、大型风机等。
与其他EPS的不同之处是此类EPS一般只有单路输出。
当三相输入市电正常时经整流后给逆变器提供直流电,同时经充电器对电池组充电;
当三相输入断电或异常时,自动转由电池组给变频器提供直流电。
当需要电机负载工作时,送给变频器启动信号(运行信号、远程控制信号等),变频器会立即输出。
从0~50Hz变频,供给电动机进行变频起动,当其频率到达50Hz后保持正常运行。
第二章、应急电源技术规格要求
1.逆变器
电源装置中逆变器须采用原装进口产品,必须采用并满足下列要求:
●逆变器采用进口品牌主模块和高可靠性的数字集成电路双CPUSPWM多闭环逆变技术作为功率输出单元和控制单元;
●逆变器要求用一体化隔离式变压器输出纯正弦波、能100%三相不平衡运行;
●逆变器能向任何感性或容性负荷供电;
●逆变器设有滤波器,把总谐波畸变率限制在5%以下;
●逆变器的每逆变桥的桥臂设有保护电路,以防止因过流等损坏逆变桥桥臂固态板;
●逆变器的输入回路和输出回路设有熔断器和断路器等过流保护装置,熔断器须设有熔断指示,以便维修人员进行维修和维护;
●在旁路模式中,它保证为用户提供可靠的电源,具有持久性、可靠性,并且能够完全避免危险的运行状态;
●逆变器具有抗短路能力,集成静态旁路开关和绝缘隔离变压器;
●逆变器参数的选择要根据输出波型来设定。
2.整流器/充电装置
电源装置中负责对电池充电的充电器须采用高频程控大功率充电器,并采用一体化设计,同时并满足如下要求:
●整流模块为原装进口产品,可靠性高,所有器件及导线采用无自爆、耐火和阻燃产品。
应选用日本三菱、富士、英飞凌、品牌之一。
●控制电路采用高速CPU控制,数字化程度高,安全可靠。
●充电器具有对电池充电全智能化自动管理功能,并防止对蓄电池过充的功能;
●充电器具有自诊断功能,能准确判断其故障位置,便于维修。
●充电装置须有短路、过流等保护功能。
●所有组成部分均做在同一机柜中,体积小,维护简单。
●有电池均充和浮充电自动转换功能,电池保护功能好。
●有电池测试功
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