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UPS電源選擇與電池容量計算
來源:智能化弱電工程設(shè)計與施工
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作者:wjgoodups
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發(fā)布時間: 2017-11-27
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前言：
弱電系統(tǒng)中的UPS電源的如何選擇？市場上那么多的品牌到底該選擇什么樣的呢？電池如何配呢？
正文：
一、先確定功率段
簡而言之，首先就是要確認(rèn)我們希望UPS帶載的設(shè)備的功率，然后就可以確認(rèn)好UPS的功率。一般來說，我們建議負(fù)載功率占到UPS功率的30%~80%。如果負(fù)載太大的話，如同時啟動時可能會造成UPS電源過載，負(fù)載太小時，不但造成了浪費(fèi)，對電池的性能來說也不好。
二、UPS工作方式
目前市場上多見的工作方式有后備式、在線互動式、在線雙變換（線純在線）這三種，具體如下：
（1）后備式的UPS，不帶穩(wěn)壓，市電與電池轉(zhuǎn)換時有轉(zhuǎn)換時間，一般用于個人電腦保護(hù)，或?qū)PS電源性能要求不高的情況下使用，此類型的UPS功率段一般較小；
（2）在線互動式，不帶穩(wěn)壓，市電與電池轉(zhuǎn)換時有轉(zhuǎn)換時間，但有調(diào)壓功能，一般用于配線間或微型機(jī)房，保護(hù)服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，此類型的UPS功率段一般在5KVA以下。
（3）在線雙變換UPS，市電與電池轉(zhuǎn)換時無轉(zhuǎn)換時間，無切換時間一般也是用于保護(hù)服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及機(jī)房里的其他設(shè)備，此類型的UPS功率段從小到大都有，跨度比較大1KVA~1000KVA，目前市場上較為多見。
以上幾種UPS電源的性能從高到低依次為：在線雙變換、在線互動式、后備式。價格一般與性能成正比。那是不是我們一定要選擇貴的UPS呢？答案是否定的。正如我們的標(biāo)題，我們要選擇適合自己的UPS。如果是給個人電腦用，那么您選擇后備式的UPS就可以，如果是給服務(wù)器用，則應(yīng)該在在線互動式與在線雙變換中來選擇，選擇應(yīng)該按以下條件來進(jìn)行：
1、設(shè)備要求
看您的設(shè)備是否需要很高精度的供電，可查看負(fù)載設(shè)備的銘牌上的標(biāo)識或詢問設(shè)備廠家。如需高精度的供電，則需要選擇在線雙變換的UPS。其次是看負(fù)載類型，有的負(fù)載是不允許供電有閃斷，如：繼電器類的設(shè)備或開關(guān)信號的設(shè)備，若您為這種類型的設(shè)備配備在線互動式的UPS，那么就有可能在UPS市電與電池切換時，負(fù)載有斷電或誤動作，因此對于這類的設(shè)備應(yīng)該選擇在線雙變換UPS。如果您的設(shè)備沒有以上兩個要求，則可以繼續(xù)下面步驟。
2、當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)
如果當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)質(zhì)量相對較好，也就是說平時電壓波動較小，這個時候就可以考慮選擇在線互動式的UPS。但是如果當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)質(zhì)量較差，電壓波動較大，那么我們建議使用在線雙變換的UPS，這是由于這類型的UPS對市電的適應(yīng)能力要好于在線互動式。
3、UPS轉(zhuǎn)電池后續(xù)航時間
如果您要求較長時間延時，可以考慮選擇標(biāo)長兩用的機(jī)器或買不帶內(nèi)置電池的UPS，這兩種UPS電源都可以外配原裝電池或第三方電池，以達(dá)到較長時間延時的目的。
4、安裝方式
一般來說，UPS電源有兩種安裝方式，一種是塔式安裝，一種是機(jī)架式安裝，可根據(jù)您的機(jī)房環(huán)境或現(xiàn)場環(huán)境來選擇，而且還需要注意，不是所有的UPS電源都同時支持這兩種安裝方式，大多數(shù)情況下，機(jī)架式的UPS也可以做塔式安裝，但塔式的UPS不一定能做機(jī)架式安裝，因為塔式的UPS可能沒辦法安裝導(dǎo)軌。因此，確認(rèn)好UPS功率段及工作方式后一定要確認(rèn)一下UPS電源是否可以滿足您的安裝要求。
三、UPS不同種類電池的優(yōu)點和缺點
一：UPS常用電池的種類，影響電池壽命的因素，不同種類電池的優(yōu)點和缺點：
在UPS應(yīng)用中的電池共有三種：包括開放型液體鉛酸電池，免維護(hù)電池，鎳鉻電池。現(xiàn)UPS廠家所配的電池一般為免維護(hù)電池，下面以免維護(hù)電池為主介紹三種電池的特點：
1：開放型液體鉛酸電池：此類電池按結(jié)構(gòu)可分為8-10年，15-20年壽命兩種。由于此電池硫酸電解會產(chǎn)生腐蝕性氣體，此類電池必須安裝在通風(fēng)并遠(yuǎn)離精密電子設(shè)備的房間，且電池房應(yīng)鋪設(shè)防腐蝕瓷磚。
由于蒸發(fā)的原因，開放電池需定期測量比重，加酸加水。此電池可忍受高溫高壓和深放電。電池房應(yīng)禁煙并用開放型電池架。
此電池充電后不能運(yùn)輸，因而必須在現(xiàn)場安裝后充電初充電一般需55-90小時。正常每節(jié)電壓為2V，初充電電壓為2.6-2.7v。
2：免維護(hù)電池：又名閥控式密封鉛酸蓄電池，在使用和維護(hù)中需遵循下列原則：
a：密封電池可允許的運(yùn)行范圍為15度-50度，但5度-35度之內(nèi)使用可延長電池壽命。在零下15度以下電池化學(xué)成分將發(fā)生變化而不能充電。在20度到25度范圍內(nèi)使用將獲得最高壽命.電池在低溫運(yùn)行將獲得長壽命但較低容量，在高溫運(yùn)行將獲得較高容量但短壽命。
b：電池壽命和溫度的關(guān)系可參考如下規(guī)則，溫度超過攝氏25度后，每高8.3度電池壽命將減一半。
c：免維護(hù)電池的設(shè)計浮充電壓為2.3V/節(jié)。12V的電池為13.8V。CSB公司建議每節(jié)2.25-2.3V。在120節(jié)電池串聯(lián)的情況下，溫度高于攝氏25度后，溫度每升高一度浮充電壓應(yīng)下調(diào)3MV。同樣溫度每升高一度為避免充電不足電壓應(yīng)上調(diào)3MV。放電終止電壓在滿負(fù)荷(<30分鐘)情況下為1.67V每節(jié)。在低放電率情況下(小電流長時間放電)要升高至1.7V-1.8V每節(jié)，APCSYMMETRA可根據(jù)負(fù)載量調(diào)節(jié)充電電壓。
d:放電結(jié)束后電池若在72小時內(nèi)沒有再次充電。硫酸鹽將附著在極板上絕緣充電，而損壞電池。
e：電池在浮充或均充時，電池內(nèi)部產(chǎn)生的氣體在負(fù)極板電解成水，從而保持電池的容量且不必外加水。但電池極板的腐蝕將減低電池容量。
f：電池隔板壽命在環(huán)境溫度為30-40度時僅為5-6個月。長時間存放的電池每6個月必須充電一次。電池必須存放在干燥涼爽的環(huán)境。在20度的環(huán)境下免維護(hù)電池的自放電率為3-4%每個月，并隨溫度變化。
g：免維護(hù)電池都配有安全閥，當(dāng)電池內(nèi)部氣壓升高到一定程度時安全閥可自動排除過剩氣體，在內(nèi)部氣壓恢復(fù)時安全閥會自動恢復(fù)。
h：電池的周期壽命(充放電次數(shù)壽命)取決于放電率，放電深度，和恢復(fù)性充電的方式，其中最重要的因素是放電深度。在放電率和時間一定時，放電深度越淺，電池周期壽命越長。免維護(hù)電池在25度100%深放電情況下周期壽命約為200次。
i：電池在到達(dá)壽命時表現(xiàn)為容量衰減，內(nèi)部短路，外殼變形，極板腐蝕，開路電壓降低。
j：IEEE定義電池壽命結(jié)束為容量不足標(biāo)稱容量AH的80%。標(biāo)稱容量和實際后備時間非線性關(guān)系，容量減低20%相應(yīng)后備時間會減低很多。一些UPS廠家定義電池的壽命終止為容量降至標(biāo)稱容量的50-60%。
四、如何計算UPS所配電池的數(shù)量
4.1、蓄電池計算方法：
例如一臺40KVAUPS,直流電壓為384V，每組為12V電池32節(jié)，如果后備時間要求2小時，則計算電池的容量為：
40000VA*2H/(0.7*384V)=297AH
所以選擇3組100AH電池，共96節(jié)。
電池組的電流為40KVA/384V=104A，所以電池連線選擇50mm2電纜。
電池總數(shù)=(功率/直流電壓*小時)/每塊安時*每組塊數(shù)
其中功率為UPS的功率，直流電壓為UPS電池供電所要求的電壓，不同功率的UPS直流電壓不同，每組塊數(shù)為所要求電池的最小塊數(shù)，一般配置電池時，必須為每組塊數(shù)的整數(shù)倍，常見的UPS直流電壓和每組塊數(shù)如下(電池每塊以12V為計算依據(jù))：
舉例來說，配置一臺5K8小時延時的UPS，其功率為5000，直流電壓為96V，每組電池8塊，配置100AH電池，其所需電池總數(shù)為：(5000/96*8)/100*8=32塊
UPS是不間斷電源系統(tǒng)的簡稱。作用是提供不間斷的穩(wěn)定可靠的交流電源，在市電中斷(停電)時UPS之所以能不間斷的供電。是有蓄電池儲能的結(jié)果。所能供電時間的長短由蓄電池的容量大小決定。現(xiàn)將4.2、UPS蓄電池配置的計算方法介紹如下：
A、下列因素影響備用時間：
1、負(fù)載總功率P總(W)，考慮到UPS的功率因數(shù)，在計算時可直接以P總的伏安(VA)為單位來
2、V低是蓄電池放電后的終止電壓(V)，2V電池V低=1.7V;12V電池V低=10.2V
3、V浮是蓄電池的浮充電壓(V)，2V電池V浮=2.3V;12V電池V浮=13.8V
4、Kh為電池容量換算系數(shù)(Ct/C10)，10Hr放電率為1，5Hr放電率0.9，3Hr放電率為0.75，1Hr放電率為0.6
5、I為電池工作電流(A)，T為連續(xù)放電時間(H)，V為UPS外接電池的直流供電電壓(V)
B、計算方法
1、12V單體電池的數(shù)量N：N=V÷122V單體電池的數(shù)量為6N
2、電池工作電流I：I=P總÷V
3、實際電池容量C：C=I×T÷Kh
例如：功率為1KVA的電源備用時間4小時，選擇科士達(dá)UPS的型號為HP9101H，V=36V，則
①N=36V÷12V=3節(jié)
②I=1000VA÷36V=28A
③C=24A×4H÷0.9=124AH
④電池的配量可選用100AH一組3節(jié)，或65AH二組6節(jié)，選用的結(jié)果有偏離，這要看用戶的需求和成本的考慮。
注：12V蓄電池常用容量規(guī)格為7Ah、17Ah、24Ah、38Ah、65Ah、100Ah、200Ah等。
弱電系統(tǒng)中的UPS電源的如何選擇？市場上那么多的品牌到底該選擇什么樣的呢？電池如何配呢？
正文：
一、先確定功率段
簡而言之，首先就是要確認(rèn)我們希望UPS帶載的設(shè)備的功率，然后就可以確認(rèn)好UPS的功率。一般來說，我們建議負(fù)載功率占到UPS功率的30%~80%。如果負(fù)載太大的話，如同時啟動時可能會造成UPS電源過載，負(fù)載太小時，不但造成了浪費(fèi)，對電池的性能來說也不好。
二、UPS工作方式
目前市場上多見的工作方式有后備式、在線互動式、在線雙變換（線純在線）這三種，具體如下：
（1）后備式的UPS，不帶穩(wěn)壓，市電與電池轉(zhuǎn)換時有轉(zhuǎn)換時間，一般用于個人電腦保護(hù)，或?qū)PS電源性能要求不高的情況下使用，此類型的UPS功率段一般較小；
（2）在線互動式，不帶穩(wěn)壓，市電與電池轉(zhuǎn)換時有轉(zhuǎn)換時間，但有調(diào)壓功能，一般用于配線間或微型機(jī)房，保護(hù)服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，此類型的UPS功率段一般在5KVA以下。
（3）在線雙變換UPS，市電與電池轉(zhuǎn)換時無轉(zhuǎn)換時間，無切換時間一般也是用于保護(hù)服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及機(jī)房里的其他設(shè)備，此類型的UPS功率段從小到大都有，跨度比較大1KVA~1000KVA，目前市場上較為多見。
以上幾種UPS電源的性能從高到低依次為：在線雙變換、在線互動式、后備式。價格一般與性能成正比。那是不是我們一定要選擇貴的UPS呢？答案是否定的。正如我們的標(biāo)題，我們要選擇適合自己的UPS。如果是給個人電腦用，那么您選擇后備式的UPS就可以，如果是給服務(wù)器用，則應(yīng)該在在線互動式與在線雙變換中來選擇，選擇應(yīng)該按以下條件來進(jìn)行：
1、設(shè)備要求
看您的設(shè)備是否需要很高精度的供電，可查看負(fù)載設(shè)備的銘牌上的標(biāo)識或詢問設(shè)備廠家。如需高精度的供電，則需要選擇在線雙變換的UPS。其次是看負(fù)載類型，有的負(fù)載是不允許供電有閃斷，如：繼電器類的設(shè)備或開關(guān)信號的設(shè)備，若您為這種類型的設(shè)備配備在線互動式的UPS，那么就有可能在UPS市電與電池切換時，負(fù)載有斷電或誤動作，因此對于這類的設(shè)備應(yīng)該選擇在線雙變換UPS。如果您的設(shè)備沒有以上兩個要求，則可以繼續(xù)下面步驟。
2、當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)
如果當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)質(zhì)量相對較好，也就是說平時電壓波動較小，這個時候就可以考慮選擇在線互動式的UPS。但是如果當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)質(zhì)量較差，電壓波動較大，那么我們建議使用在線雙變換的UPS，這是由于這類型的UPS對市電的適應(yīng)能力要好于在線互動式。
3、UPS轉(zhuǎn)電池后續(xù)航時間
如果您要求較長時間延時，可以考慮選擇標(biāo)長兩用的機(jī)器或買不帶內(nèi)置電池的UPS，這兩種UPS電源都可以外配原裝電池或第三方電池，以達(dá)到較長時間延時的目的。
4、安裝方式
一般來說，UPS電源有兩種安裝方式，一種是塔式安裝，一種是機(jī)架式安裝，可根據(jù)您的機(jī)房環(huán)境或現(xiàn)場環(huán)境來選擇，而且還需要注意，不是所有的UPS電源都同時支持這兩種安裝方式，大多數(shù)情況下，機(jī)架式的UPS也可以做塔式安裝，但塔式的UPS不一定能做機(jī)架式安裝，因為塔式的UPS可能沒辦法安裝導(dǎo)軌。因此，確認(rèn)好UPS功率段及工作方式后一定要確認(rèn)一下UPS電源是否可以滿足您的安裝要求。
三、UPS不同種類電池的優(yōu)點和缺點
一：UPS常用電池的種類，影響電池壽命的因素，不同種類電池的優(yōu)點和缺點：
在UPS應(yīng)用中的電池共有三種：包括開放型液體鉛酸電池，免維護(hù)電池，鎳鉻電池。現(xiàn)UPS廠家所配的電池一般為免維護(hù)電池，下面以免維護(hù)電池為主介紹三種電池的特點：
1：開放型液體鉛酸電池：此類電池按結(jié)構(gòu)可分為8-10年，15-20年壽命兩種。由于此電池硫酸電解會產(chǎn)生腐蝕性氣體，此類電池必須安裝在通風(fēng)并遠(yuǎn)離精密電子設(shè)備的房間，且電池房應(yīng)鋪設(shè)防腐蝕瓷磚。
由于蒸發(fā)的原因，開放電池需定期測量比重，加酸加水。此電池可忍受高溫高壓和深放電。電池房應(yīng)禁煙并用開放型電池架。
此電池充電后不能運(yùn)輸，因而必須在現(xiàn)場安裝后充電初充電一般需55-90小時。正常每節(jié)電壓為2V，初充電電壓為2.6-2.7v。
2：免維護(hù)電池：又名閥控式密封鉛酸蓄電池，在使用和維護(hù)中需遵循下列原則：
a：密封電池可允許的運(yùn)行范圍為15度-50度，但5度-35度之內(nèi)使用可延長電池壽命。在零下15度以下電池化學(xué)成分將發(fā)生變化而不能充電。在20度到25度范圍內(nèi)使用將獲得最高壽命.電池在低溫運(yùn)行將獲得長壽命但較低容量，在高溫運(yùn)行將獲得較高容量但短壽命。
b：電池壽命和溫度的關(guān)系可參考如下規(guī)則，溫度超過攝氏25度后，每高8.3度電池壽命將減一半。
c：免維護(hù)電池的設(shè)計浮充電壓為2.3V/節(jié)。12V的電池為13.8V。CSB公司建議每節(jié)2.25-2.3V。在120節(jié)電池串聯(lián)的情況下，溫度高于攝氏25度后，溫度每升高一度浮充電壓應(yīng)下調(diào)3MV。同樣溫度每升高一度為避免充電不足電壓應(yīng)上調(diào)3MV。放電終止電壓在滿負(fù)荷(<30分鐘)情況下為1.67V每節(jié)。在低放電率情況下(小電流長時間放電)要升高至1.7V-1.8V每節(jié)，APCSYMMETRA可根據(jù)負(fù)載量調(diào)節(jié)充電電壓。
d:放電結(jié)束后電池若在72小時內(nèi)沒有再次充電。硫酸鹽將附著在極板上絕緣充電，而損壞電池。
e：電池在浮充或均充時，電池內(nèi)部產(chǎn)生的氣體在負(fù)極板電解成水，從而保持電池的容量且不必外加水。但電池極板的腐蝕將減低電池容量。
f：電池隔板壽命在環(huán)境溫度為30-40度時僅為5-6個月。長時間存放的電池每6個月必須充電一次。電池必須存放在干燥涼爽的環(huán)境。在20度的環(huán)境下免維護(hù)電池的自放電率為3-4%每個月，并隨溫度變化。
g：免維護(hù)電池都配有安全閥，當(dāng)電池內(nèi)部氣壓升高到一定程度時安全閥可自動排除過剩氣體，在內(nèi)部氣壓恢復(fù)時安全閥會自動恢復(fù)。
h：電池的周期壽命(充放電次數(shù)壽命)取決于放電率，放電深度，和恢復(fù)性充電的方式，其中最重要的因素是放電深度。在放電率和時間一定時，放電深度越淺，電池周期壽命越長。免維護(hù)電池在25度100%深放電情況下周期壽命約為200次。
i：電池在到達(dá)壽命時表現(xiàn)為容量衰減，內(nèi)部短路，外殼變形，極板腐蝕，開路電壓降低。
j：IEEE定義電池壽命結(jié)束為容量不足標(biāo)稱容量AH的80%。標(biāo)稱容量和實際后備時間非線性關(guān)系，容量減低20%相應(yīng)后備時間會減低很多。一些UPS廠家定義電池的壽命終止為容量降至標(biāo)稱容量的50-60%。
四、如何計算UPS所配電池的數(shù)量
4.1、蓄電池計算方法：
例如一臺40KVAUPS,直流電壓為384V，每組為12V電池32節(jié)，如果后備時間要求2小時，則計算電池的容量為：
40000VA*2H/(0.7*384V)=297AH
所以選擇3組100AH電池，共96節(jié)。
電池組的電流為40KVA/384V=104A，所以電池連線選擇50mm2電纜。
電池總數(shù)=(功率/直流電壓*小時)/每塊安時*每組塊數(shù)
其中功率為UPS的功率，直流電壓為UPS電池供電所要求的電壓，不同功率的UPS直流電壓不同，每組塊數(shù)為所要求電池的最小塊數(shù)，一般配置電池時，必須為每組塊數(shù)的整數(shù)倍，常見的UPS直流電壓和每組塊數(shù)如下(電池每塊以12V為計算依據(jù))：
舉例來說，配置一臺5K8小時延時的UPS，其功率為5000，直流電壓為96V，每組電池8塊，配置100AH電池，其所需電池總數(shù)為：(5000/96*8)/100*8=32塊
UPS是不間斷電源系統(tǒng)的簡稱。作用是提供不間斷的穩(wěn)定可靠的交流電源，在市電中斷(停電)時UPS之所以能不間斷的供電。是有蓄電池儲能的結(jié)果。所能供電時間的長短由蓄電池的容量大小決定。現(xiàn)將4.2、UPS蓄電池配置的計算方法介紹如下：
A、下列因素影響備用時間：
1、負(fù)載總功率P總(W)，考慮到UPS的功率因數(shù)，在計算時可直接以P總的伏安(VA)為單位來
2、V低是蓄電池放電后的終止電壓(V)，2V電池V低=1.7V;12V電池V低=10.2V
3、V浮是蓄電池的浮充電壓(V)，2V電池V浮=2.3V;12V電池V浮=13.8V
4、Kh為電池容量換算系數(shù)(Ct/C10)，10Hr放電率為1，5Hr放電率0.9，3Hr放電率為0.75，1Hr放電率為0.6
5、I為電池工作電流(A)，T為連續(xù)放電時間(H)，V為UPS外接電池的直流供電電壓(V)
B、計算方法
1、12V單體電池的數(shù)量N：N=V÷122V單體電池的數(shù)量為6N
2、電池工作電流I：I=P總÷V
3、實際電池容量C：C=I×T÷Kh
例如：功率為1KVA的電源備用時間4小時，選擇科士達(dá)UPS的型號為HP9101H，V=36V，則
①N=36V÷12V=3節(jié)
②I=1000VA÷36V=28A
③C=24A×4H÷0.9=124AH
④電池的配量可選用100AH一組3節(jié)，或65AH二組6節(jié)，選用的結(jié)果有偏離，這要看用戶的需求和成本的考慮。
注：12V蓄電池常用容量規(guī)格為7Ah、17Ah、24Ah、38Ah、65Ah、100Ah、200Ah等。
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