UPS蓄電池組的計算

2021-01-09 自控貓

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UPS的不間斷供電時間取決於蓄電池自身儲存能量的大小。UPS可內置蓄電池,其備用時間在10min左右,而要求服務於過程控制的UPS後備時間不低於30min,則需配置外置蓄電池組。

蓄電池的好壞對UPS的質量有著至關重要的影響,在UPS的選型採購過程中往往容易被忽略,UPS配套的蓄電池國際品牌有陽光、海志、湯淺、松下、瓦爾塔、柯咖姆等,國內品牌有風帆、德賽、天能等。

常用的蓄電池有鉛酸、鎳鎘、鎳氫和鋰電池,UPS中主要使用的是鉛酸蓄電池,其優點是穩定性好、自放電率較低、無記憶效應等,缺點是體積比能量和重量比能量較低、含有重金屬、抗熱性差以及使用壽命短。鉛酸蓄電池又分防酸式和閥控式,由於防酸式鉛酸蓄電池技術落後,現已逐步停止使用。

蓄電池的容量對於UPS來說是很重要的參數,若蓄電池容量過高帶來成本增加,且在電池放電時容易出現電流小而深度放電,影響電池的使用壽命;若蓄電池的容量過小則不滿足供電的要求,出現電流過大,同樣影響電池的壽命。因此需合理的配置蓄電池組,蓄電池容量的計算通常有恆功率法(查表法)、恆流法、電流估算法和電源法,不同計算方法計算出來的結果也有所不同,其中恆功率法是最常用的UPS蓄電池容量的計算方法。

恆功率法是遵循能量守恆定律,蓄電池提供的功率大於負荷消耗的功率,當後被時間小於1h時,採用恆功率法計算結果較為精確。蓄電池恆功率數據來自於新蓄電池的試驗數據,由於沒有考慮蓄電池的折舊以及溫度的變化,故恆功率法適用於UPS蓄電池運行環境穩定,負載長時間在額定容量80%以下運行的工況。恆功率法計算如下所示:

式中:P負荷為蓄電池組提供的總功率,單位W;S額為UPS的額定容量,單位VA;cosφ為負載功率因素;η逆為UPS逆變器效率。

式中:Pnc為每節蓄電池需要提供的功率值,單位W;N為UPS配置的蓄電池單體數量,交流UPS蓄電池一組電池設30塊,則N=30;n為單體蓄電池節數,每塊12V蓄電池內部是由6個2V基本單元電池組成,故n=6。

通過上述計算確定蓄電池對應時間下提供的功率值數據,實際配置時查表配置合適的蓄電池使得蓄電池實際試驗的恆功率數據大於等於上述公式2計算的結果。

如某UPS額定容量為40KVA,負載功率因素為0.8,逆變器逆變效率為0.93,要求後備時間30min。

將上述數據代入公式(1)~(2)計算,可得Pnc=191W,通常2V鉛酸蓄電池放電截止電壓為1.75V,美國海志HZY12系列蓄電池恆功率參數見下表所示。

表 HZY12系列蓄電池恆功率表

根據上表的數據,選用HZY12-110(30min後備時間下放電功率為193W>191W)蓄電池1組。

在蓄電池計算過程中,如蓄電池容量不足時可並聯,但並聯數不應超過4組,以免影響電池組的均流和充電效果。此外,不同廠家、不同容量、不同型號、不同時期(出廠時間相差1年以上)的蓄電池組嚴禁並聯使用。

目前中小功率UPS(10KVA以下)電池壽命一般為3~5年,中大功率UPS(10KVA以上)電池壽命一般為5~8年,在使用過程中應適當的放電有助於電池的激活;如長期不停市電,每隔三個月可人為斷掉市電用UPS帶負載放電一次,可以延長電池的使用壽命,對於容量低於80%的或已達到使用年限的蓄電池組應及時更換。

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