應急電源系統

隨著社會的發展，建築技術水平的不斷提高，城市的建築趨向於大規模，高層化發展隨之而來對建築的供電要求越來越高，社會的信息化，建築的現代化，使建築對供電的依賴也越來越大，尤其是一些重要的公共建築，一旦中斷供電，將造成重大的政治影響或經濟損失，如果是發生火災，後果就更不堪設想。所以現行的《高層民用建築設計防火規範》及《民用建築電氣設計規範》就有嚴格規定:“一級負荷應由兩個電源供電，當一個電源發生故障時，另一個電源不致同時受到損壞。一級負荷中特別重要的負荷，除上述兩個電源外，還必須增設應急電源，常用的應急電源有:(1)獨立於正常電源的發電機組;(2)供電網路中有效地獨立於正常電源的專門供電線路;(3)蓄電池.”多年來，運行經驗表明，電網供電時採用兩路獨立的電源．若主供電線路停電，則由備用才路供電，採用這種方式雖然簡單、可靠，但供電線路複雜。當發生大面積停電事故時，兩路電源均可能發生停電事故。

應急電源採用單體逆變技術，集充電器、蓄電池、逆變器及控制器於一體。系統內部設計了電池檢測、分路檢測迴路，採用後備式運行方式.

⑴ 當市電正常時，由市電經過互投裝置給重要負載供電，同時進行市電檢測及蓄電池充電管理，然後再由電池組向逆變器提供直流能源。在這裡，充電器是一個僅需向蓄電池組提供相當於10%蓄電池組容量(Ah)的充電電流的小功率直流電源，它並不具備直接向逆變器提供直流電源的能力。此時，市電經由EPS的交流旁路和轉換開關所組成的供電系統向用戶的各種應急負載供電。與此同時，在EPS的邏輯控制板的調控下，逆變器停止工作處於自動關機狀態。在此條件下，用戶負載實際使用的電源是來自電網的市電，因此，EPS應急電源也是通常說的一直工作在睡眠狀態，可以有效的達到節能的效果.

⑵ 當市電供電中斷或市電電壓超限(±15%或±20%額定輸入電壓)時，互投裝置將立即投切至逆變器供電，在電池組所提供的直流能源的支持下，此時，用戶負載所使用的電源是通過EPS的逆變器轉換的交流電源，而不是來自市電.

⑶ 當市電電壓恢復正常工作時，EPS的控制中心發出信號對逆變器執行自動關機操作，同時還通過它的轉換開關執行從逆變器供電向交流旁路供電的切換操作。此後，EPS在經交流旁路供電通路向負載提供市電的同時，還通過充電器向電池組充電.

2、如何選配EPS

EPS通常產品特徵分為以下三類產品

⑴ EPS功率在0.5~10KW

由單路、雙路供電輸入二類產品組成(輸入電壓220Vac 或380Vac，輸出電壓220Vac)，適應於應急照明和事故照明的照明負載.

(2) EPS功率在2.2~400KW

由單路、雙路供電輸入二類產品組成(輸入電壓380Vac，輸出電壓380Vac)，除可用於應急照明、事故照明，同時也適應於消防電梯、捲簾門、風機、水泵、淋浴泵、供水泵等電感性負載或混合供電.

(3) EPS功率在2.2~400KW

由單逆變單台負載、單逆變單台負載一用一備用、雙逆變單台負載一用一備用三類產品組成(輸入電壓3800Vac，輸出電壓380Vac)，僅為只有一路電源的消防設施或一級負荷中的電動機提供一種可變頻的三相應急電源系統，在電源和電機之間無需任何啟動裝置就可以解決電動機的應急供電及其啟動過程中對供電設備的衝擊。適應於高層建築的電梯、中央空調、消防水泵等電機負載.

根據產品所帶負載特徵如何選用您所需求的EPS及其注意的要點:

2.1應急照明或事故照明用EPS(1~50KVA)

按GB17945-2000國家標準(消防應急燈具)，為確保大樓的應急照明系統能正常運行，對EPS提出如下基本要求:

(1) 要求負責向普通應急照明燈供電EPS的供電中斷時間<5s.但對於高危險工作區及關鍵工作區的應急照明而言，則要求EPS的供電中斷時間<0.25s.

(2) 為儘可能的利用市電，當市電電壓在187~242V(220V，-15%，+10%)的範圍內不允許EPS進入逆變器供電狀態.

(3) 要求EPS配置足夠容量的電池組，以便在市電供電中斷時，至少確保應急照明燈可以繼續工作90min以上.

(4) EPS中的充電器對電池組的最長充電時間小於24H，最大充電電流小於0.4C(A)

在市電供電正常時，EPS是通過它的交流旁路向負載供電。原則上，它可以帶具有各種不同功率因數的負載。然而。在市電供電中斷或市電電壓或頻率超限時，則是有EPS中的逆變器來供電的。在此條件下，EPS的帶載能力不僅需要考慮逆變器在不同功率因數值負載時的降額度輸出特性。而且，還需要根據所使用的應急照明燈具的不同來選配EPS的輸出功率和機型。在選配EPS時應注意以下幾個問題:

(1) 普通的應急照明燈具。由於應急照明的功耗是用有功功率P(KW)來標註的，而EPS逆變器的輸出功率是用功率因數cosφ=0.8(滯后)時的視在功率S(KVA)來標註的。所以，實際選用EPS的滿載輸出功率應為:S=P/0.8.

(2) 應急照明燈具為熒光燈時，所選用的EPS滿載輸出功率應為S=(1.3~1.5)P/0.8.其原因是熒光燈啟動時存在較大的”啟動浪涌”電流.

(3) 應急照明燈具為高壓氣體燈時(例：高壓鈉燈，高壓鈀燈等)，宜選用切換時間小於20ms的EPS產品。這是因為。如果對高壓氣體燈的供電中斷時間超過20ms時，就有可能致使氣體燈中的放電電弧”熄滅或中斷”.一旦發生放電電弧中斷現象，即使馬上恢復供電也可能導致長達數分鐘的燈具熄滅現象發生。這因為它需要足夠長時間來重新預熱高壓氣體燈中燈絲的緣故。顯然，對於大型體育館和演出場地的照明系統來說，是不允許出現這種故障的.

2.2 應急照明+電動機混合型負載用EPS (三相，5~400KVA )

為了正確的選用EPS的輸出功率，應首先分別統計電阻性照明負載與電感性機電負載的比例。對於電機負載而言，因用戶所選的機型及工作方式的不同，它的啟動電流可能高達5~10倍額定工作電流。為確保電機及EPS本身的安全運行，對這部分電機負載而言，不僅要求所選的EPS輸出功率應為6倍以上的電機標稱功率。而且，還宜選用其切換時間小於15ms的EPS機型.

2.3 帶電機負載的EPS

(1) 採用電機”硬啟動：工作方式，對於這種EPS輸出功率的選用方案同22所述。採用這種方案的優點是：不管在市電供電中斷時還是在市電恢復正常工作時，EPS均可確保電機的連續運行。其缺點是：需選用大功率的EPS，成本較高.

(2) 選用帶變頻啟動功能的電機專用型EPS

市電供電正常時，經交流旁路和轉換開關向電機負載供電。與此同時，市電還經充電器向電池組充電。當市電供電中斷時，為確保EPS的安全運行，希望他執行”延時切換”操作，以便讓電機徹底停止轉動后再啟動變頻器，由它對後接電機執行從0~220Hz的頻率逐漸增高的變頻啟動的操作(啟動時間為幾秒鐘).採用變頻啟動方案帶來的好處是:

① 防止在EPS與處於”慣性運動狀態”下的電機所產生的自激勵電源處於互相”非同步入鎖”狀態而產生的鼓掌隱患;

② 可以降低EPS的輸出功率和降低投資成本。此時，EPS的輸出功率只需選取1.2~1.4倍電機的額定功率就可滿足要求.

其缺點是:

① 要求用戶的電機負載首先停機，然後在滿速”變頻啟動”，從而造成電機負載工作的”不連續性”

② 如果後接的幾台電機需要在不同的時刻進行”分時啟動”操作時，可能會遇到這樣的技術難題：在啟動處於靜止狀態的電機時，若EPS的輸出功率足夠大它可能承受5~10倍的電機啟動浪涌電流的衝擊。否則，就會迫使EPS重新進入新一輪的”變頻啟動”工作狀態。由此帶來的問題之一是：原來處於正常工作轉速的電機，會再次轉入轉速由0~50Hz的變速啟動階段，從而給用戶的工作帶來麻煩.

3、EPS與UPS的差別

3.1、後備式UPS在市電正常時直接由市電向負載供電，當市電超出其工作範圍或停電時，通過轉換開關轉為電池逆變供電。其特點是：結構簡單，體積小，成本低，但輸入電壓範圍窄，輸出電壓穩定精度差，有切換時間，且輸出波形一般為方波

3.2、在線互動式UPS在市電正常時直接由市電向負載供電，當市電偏低或偏高時，通過UPS內部穩壓線路穩壓后輸出，當市電異常或停電時，通過轉換開關轉為電池逆變供電。其特點是：有較寬的輸入電壓範圍，噪音低，體積小等特點，但同樣存在切換時間。

3.3、在線式UPS在市電正常時，由市電進行整流提供直流電壓給逆變器工作，由逆變器向負載提供交流電，在市電異常時，逆變器由電池提供能量，逆變器始終處於工作狀態，保證無間斷輸出。其特點是，有極寬的輸入電壓範圍，基本無切換時間且輸出電壓穩定精度高，特別適合對電源要求較高的場合，但是成本較高。目前，功率大於3KVA的UPS幾乎都是在線式UPS。

UPS同時具備穩壓、濾波等功能，有些UPS可以在故障或過載時改由市電旁路供電。

後備式的電壓輸出有較大的波動，在170V-260V之間，採用高速繼電器實現市電和蓄電池之間的轉換，轉換時間小於10毫秒。在線式始終使用逆變電路工作，其電壓的穩定性高，基本上在220V±5%範圍內，對蓄電池基本不存在轉換時間；與市電旁路轉換採用靜態開關，轉換時間可以達到微秒級。

UPS輸出精度高、轉換時間快，同時造價較高（約為EPS的兩倍），平時能耗大（在線式），主機壽命較短（8-10年）。

EPS有點類似於後備式的UPS，平時逆變器不工作，市電斷電時才投入蓄電池。一般不對電源進行恆流、恆壓處理。通常採用接觸器轉換，切換時間均為0.1～0.25S。其優點是結構較簡單，造價較低，平時能耗小無噪音，主機壽命長（15-20年），可適應於電感性、電容性及綜合性負載，需要時可實現變頻軟啟動。

《應急電源用的EPS和UPS》 李成章

GB17945-2000國家標準(消防應急燈具)

（1）電網有電時，處於靜態，無噪音；供電時，噪音小於60dB。不需排煙和防震處理，具有節能無公害、無火災隱患的特點；

（2）自動切換，可實現無人值守，電網供電與EPS電源供電相互切換時間均為0.1～0.25s；

（3）帶載能力強，EPS適應於電感性電容性、及綜合性負載的設備，如電梯、水泵、風機辦公自動化設備、應急照明等；（4）使用可靠。主機壽命長達20年以上；（5）適應惡劣環境。可放置於地下室或配電室，也可緊靠應急負荷使用場所就地設置以減少供電線路。