在UPS供電系統(tǒng)中,其重要的一個組成部分就是蓄電池組。蓄電池組體積龐大,重量很重,在目前占地面積小的機房中越來越不適宜。但是蓄電池組是后備時間的保障,電池數(shù)量少了又不能滿足日常使用。解決這個矛盾的方法就是將蓄電池組移出機房,但是UPS為了使用和操作上的方便,又不能與電池組一起移出機房,而蓄電池組如果遠離UPS主機,那么就會在過長的直流線纜上產(chǎn)生線損,線損過大又會影響系統(tǒng)的正常供電。因此,什么是線損?為什么過大的線損會影響系統(tǒng)的運行?如何計算線損的大?。窟@就成了一個關(guān)鍵的問題。
1.線損影響UPS供電系統(tǒng)正常運行
*,直流電流流經(jīng)一定長度的電纜是有線損的。這里所說的線損是指直流電流流過一定長度的電纜所產(chǎn)生的電壓,也就是說所要計算的線損就是一個電壓值。線損對UPS及負載有很大的影響,因此掌握線損的計算方法,對供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有很大的關(guān)系。
以12V的蓄電池為例,其放電起始電壓為13.5V(由UPS的浮充電壓決定),其臨界放電電壓為10.5V(由UPS的逆變器終止電壓決定)。也就是說單只電池的端電壓只允許下降3V左右。這下降的3V如果全部損耗在線纜上,那么無疑,只要市電一停,負載就會全部宕掉,電池組根本就起不到作用。有的用戶會說這是電池組沒有起到作用,電池壞掉了,其實不然。而盲目更換電池,不但會造成人力和資源的浪費,并且不能解決問題。電池組直流母線端電壓減去UPS直流母線端電壓,差值即為線損(關(guān)閉UPS充電器或直流輸入開關(guān))。線損值一般來說不應(yīng)大于3V.
2.影響線損的主要因素
線損值當然越小越好,影響線損的因素主要有三點:
(1)端子接觸電阻
采用電力金具(直流接線端子),設(shè)計合理的安裝方式,減少端子的連接,可以顯著地降低端子的接觸電阻。
?。?)線纜材質(zhì)
?。?)線纜線徑及長度
這是zui主要的因素。計算直流線纜線損值,合
理選用線徑及長度,是減小線損的關(guān)鍵。
3.線損的計算
線損的計算方法如下:
(1)直流電纜承擔兩個電流
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充電電流是隨著時間變化而變化的,這是一個變量。*充電電流一般來說是單只蓄電池的額定容量的0.1C.也就是說一只100Ah的電池*的充電電流是100Ah×0.1C=10A.且這個值是雖時間變化而變化的。當?shù)竭_這只電池或這組電池的浮充電壓值時,充電電流就會變得很小,小到毫安級,所以充電電流流過電纜不計線損。
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放電電流是一個相對恒定的量,它是和設(shè)備(UPS或其它逆變設(shè)備)的負載成正比關(guān)系的。一般來說,負載是不變的,那么這個放電電流就是一個恒定值,它流過一定長度的電纜時,就會產(chǎn)生壓降(即線損)。
?。?)線損的定義
指單位大小的電流流過單位長度的電纜所產(chǎn)生的電壓。也可以這么認為,所謂的線損就是指電流從電池的末端流到充電器的輸入端所產(chǎn)生的壓降。
(3)線損的計算方法
根據(jù)歐姆定律,線損:U=IRU:線損電壓,I:電池組的zui大放電電流,R:電纜阻值。
zui大放電電流:
式中P:UPS的額定功率cosφ:負載功率因數(shù),Uf:電池的臨界放電電壓n:電池個數(shù),η:UPS逆變器的效率(0.88~0.95)
電纜的電阻值與電纜的長度成正比,與截面積成反比。即R=ρ?L/S(ρ:導(dǎo)體的電導(dǎo)率)。
?。?)根據(jù)上述方法和公式,以一臺400kVA的UPS為例,后備時間為1h,滿載工作,直流線纜長度為60m時的線損。
按公式計算:
?、費X系列400kVAUPS的直流啟動電壓為384V,32只/組(關(guān)于大功率UPS延時時間與電池容量的計算方法在這里不做論述)。zui大負載功率因數(shù)為0.9,逆變器效率取0.92.
zui大放電電流:
?、陔姵仉娎|的截面積
先選取BVR240的電纜,其線徑為240mm2.
?、劬€損
U=IR=1164.59A×0.00425Ω=4.94V
④由于線損不能大于3V,所以選取240mm2的線纜顯然是不合適的。
⑤那么選取BVR240的電纜兩根并聯(lián),經(jīng)計算線損為:U=IR=1164.59A×0.002125Ω=2.47V.這個規(guī)格的電纜是適宜的。
4.結(jié)束語
經(jīng)上述可以得出結(jié)論,400kVA的UPS,如果其直流電纜長度為60m的話,那么它要選取的電纜截面是480mm2,其線損為2.47V.這是符合要求的。這里還有一點要說明的是,線損與電池組的組數(shù)和電池組的容量是沒有關(guān)系的,它只和UPS所帶的負載容量(zui大放電電流)和UPS本身的直流啟動電壓有關(guān)(也就是單組電池的只數(shù))。