EPS的设计与应用
(2005-11-10 10:49:01) 人气：1024
EPS的设计与应用 上海青辰集团 肖先生(13338691205) * 引言 EPS也称应急电源,即英文Emergency Power Supply的简称,被广泛应用于建筑电气领域和特殊应急供电场合。随着社会发展，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。 1应急电源的分类 目前市场上的EPS品牌众多，大家在设计方面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单相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。不难看出，EPS的应用范围尤为广泛，市场容量颇大，发展前景广阔，谁抓住了这个市场发展方向，谁就会在这个行业中崭露头角。 2应急电源的设计要求 应急电源可以说是近两年才讯猛发展起来的一个新兴产业，相比于发展很成熟的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IGBT逆变技术和脉宽调制PWM技术。不同之处为UPS除了提供应急供电外，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（0-4s）；EPS所带负载混杂，EPS主要带计算机类的负载EPS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以维护信息传递通为主要目的，EPS以防范重大灾难事故为主要目的。 鉴于EPS的主要设计思想是在市突然由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。 3 EPS的设计原理 3.1应急照明和事故照明类 照明型的EPS一般以单相为主，主要为应急照明场合提供集中供电（见图1），比如：商场、娱乐场所、办公场所、交易场所等的灯光指向，应急照明等负载 当输入正常时，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入逆变器输出。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。 3.2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（见图2）。适用场合为宾馆、高层建筑、医院、大型商场等。 3.3电机专用的变频启动类 顾名思义，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的大电流冲击而损坏设备。这种EPS被广泛应用于功率电动机负载，比如电梯、消防水泵、大型风机等。与其他EPS的不同之处是此类型EPS一般只有单路输出，见图3。 工作方式：当三相输入市电正常时经整流后给逆变器提供直流电，同时给充电器对电池组充电；如果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。 4 EPS领域的现状 随着科技的不断发展，众多的智能大厦拔地而起，人们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。但由于EPS的起步较发电机和UPS要晚，直到近两年才迅速发展，人们对其认识的程度还不够，所以在众多应急供电场合，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。 4.1 用柴油发电机组作为应急电源 柴油发电机组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，无论发电机的启动速度有多快，从停电后使发电机接到启动信号开始，至发电机电压、频率等达到稳定可以供电时为止，至少需要数十秒至数分钟，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生命财产的安全。而EPS的启动一般不会超过25ms，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。 将EPS与柴油发电机的性比价作一个比较：以负载容量为200KW为例，选用EPS时，其额定功率与负载功率为1：1即可，其总价约为60万元左右；而选用柴油发电机时，其额定功率与负载功率应为1.3-1.5：1。所以，200KW的负载，用柴油发电机则需要用250KVA规格，该机组价格为40万元左右，但是除机组本身价格之外，还需油罐（2-3万元）、控制屏（2-3万元）、ATS（2-3万元）、自启动（3-5万元）、噪音治理器（1-2万元）、通风/排烟/冷却等设施（1-3万元）、机组本身消防措施（2-3万元）、后期的维护费用（1-2万元）、专用房屋费用（2-5万元），所以使用柴油发电机的费用除机组本身价格外，还需外加其他辅助装置费用约16-29万元，现以20万元计算，即选用柴油发电机机组的总价格为60万元左右，所以，二者价格差不多。从中也不难看出，如果EPS容量小于200KW时，其价格要小于进口柴油发电机的综合造价。当EPS容量介于200KW-400KW之间时，其价格接近进口柴油发电机的综合造价。因目前消防应急供电场合的负载总容量一般在200KW以下，从投资的长远利益考虑，EPS较柴油发电机经济得多。 4.2用UPS作为应急电源 EPS从原理结构上和UPS大同小异，可以看成是一种离线（后备）式的UPS，如图4所示。UPS不论市电是否正常，它都一直有逆变器供电，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如图所示，当市电正常时，市电通过S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，使切换开关S切换至逆变输出状态，响负载提供电能。 从以上供电系统图可以看出，UPS是一种双变换结构的不简断电源，主要为负载提供稳定的高质量电能，不受市电电网影响，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、医疗设备以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的工作，因此，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，只能放在计算机或空调房间里。 由于UPS专为IT行业的计算机类和通讯类负载而设计，所以其负载适应能力不及EPS，比如带感性负载和冲击性负载。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%时为10s，大于150%时仅200ms。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。 5、选用EPS参考事项 EPS产品的品种归类性差，用电环境复杂，负载类型多，运行环境恶劣，用户应根据实际的电力环境，选择最佳的、合理的配置，可参考以下项目： （1）EPS的主要技术性能（输入范围、过载能力、互投转换时间、保护功能等）是否优越； （2）EPS的电气性能（电网的适应能力、输出能力、管理能力等）是否超群； （3）EPS的系统性能（环境适应能力、噪音、干扰等）是否达标； （4）EPS的物理性能（安装形式、安装尺寸、接线方式、输入、输出路数等）是否合理。 6、结语 EPS种类繁多，何为最佳，见仁见智。上述对EPS的结构、特点、应用作了简单介绍，对用户在选择EPS产品时可能有所裨益。
(2005-11-10 10:49:01) 人气：1024
EPS的设计与应用 上海青辰集团 肖先生(13338691205) * 引言 EPS也称应急电源,即英文Emergency Power Supply的简称,被广泛应用于建筑电气领域和特殊应急供电场合。随着社会发展，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。 1应急电源的分类 目前市场上的EPS品牌众多，大家在设计方面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单相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。不难看出，EPS的应用范围尤为广泛，市场容量颇大，发展前景广阔，谁抓住了这个市场发展方向，谁就会在这个行业中崭露头角。 2应急电源的设计要求 应急电源可以说是近两年才讯猛发展起来的一个新兴产业，相比于发展很成熟的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IGBT逆变技术和脉宽调制PWM技术。不同之处为UPS除了提供应急供电外，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（0-4s）；EPS所带负载混杂，EPS主要带计算机类的负载EPS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以维护信息传递通为主要目的，EPS以防范重大灾难事故为主要目的。 鉴于EPS的主要设计思想是在市突然由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。 3 EPS的设计原理 3.1应急照明和事故照明类 照明型的EPS一般以单相为主，主要为应急照明场合提供集中供电（见图1），比如：商场、娱乐场所、办公场所、交易场所等的灯光指向，应急照明等负载 当输入正常时，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入逆变器输出。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。 3.2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（见图2）。适用场合为宾馆、高层建筑、医院、大型商场等。 3.3电机专用的变频启动类 顾名思义，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的大电流冲击而损坏设备。这种EPS被广泛应用于功率电动机负载，比如电梯、消防水泵、大型风机等。与其他EPS的不同之处是此类型EPS一般只有单路输出，见图3。 工作方式：当三相输入市电正常时经整流后给逆变器提供直流电，同时给充电器对电池组充电；如果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。 4 EPS领域的现状 随着科技的不断发展，众多的智能大厦拔地而起，人们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。但由于EPS的起步较发电机和UPS要晚，直到近两年才迅速发展，人们对其认识的程度还不够，所以在众多应急供电场合，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。 4.1 用柴油发电机组作为应急电源 柴油发电机组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，无论发电机的启动速度有多快，从停电后使发电机接到启动信号开始，至发电机电压、频率等达到稳定可以供电时为止，至少需要数十秒至数分钟，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生命财产的安全。而EPS的启动一般不会超过25ms，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。 将EPS与柴油发电机的性比价作一个比较：以负载容量为200KW为例，选用EPS时，其额定功率与负载功率为1：1即可，其总价约为60万元左右；而选用柴油发电机时，其额定功率与负载功率应为1.3-1.5：1。所以，200KW的负载，用柴油发电机则需要用250KVA规格，该机组价格为40万元左右，但是除机组本身价格之外，还需油罐（2-3万元）、控制屏（2-3万元）、ATS（2-3万元）、自启动（3-5万元）、噪音治理器（1-2万元）、通风/排烟/冷却等设施（1-3万元）、机组本身消防措施（2-3万元）、后期的维护费用（1-2万元）、专用房屋费用（2-5万元），所以使用柴油发电机的费用除机组本身价格外，还需外加其他辅助装置费用约16-29万元，现以20万元计算，即选用柴油发电机机组的总价格为60万元左右，所以，二者价格差不多。从中也不难看出，如果EPS容量小于200KW时，其价格要小于进口柴油发电机的综合造价。当EPS容量介于200KW-400KW之间时，其价格接近进口柴油发电机的综合造价。因目前消防应急供电场合的负载总容量一般在200KW以下，从投资的长远利益考虑，EPS较柴油发电机经济得多。 4.2用UPS作为应急电源 EPS从原理结构上和UPS大同小异，可以看成是一种离线（后备）式的UPS，如图4所示。UPS不论市电是否正常，它都一直有逆变器供电，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如图所示，当市电正常时，市电通过S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，使切换开关S切换至逆变输出状态，响负载提供电能。 从以上供电系统图可以看出，UPS是一种双变换结构的不简断电源，主要为负载提供稳定的高质量电能，不受市电电网影响，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、医疗设备以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的工作，因此，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，只能放在计算机或空调房间里。 由于UPS专为IT行业的计算机类和通讯类负载而设计，所以其负载适应能力不及EPS，比如带感性负载和冲击性负载。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%时为10s，大于150%时仅200ms。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。 5、选用EPS参考事项 EPS产品的品种归类性差，用电环境复杂，负载类型多，运行环境恶劣，用户应根据实际的电力环境，选择最佳的、合理的配置，可参考以下项目： （1）EPS的主要技术性能（输入范围、过载能力、互投转换时间、保护功能等）是否优越； （2）EPS的电气性能（电网的适应能力、输出能力、管理能力等）是否超群； （3）EPS的系统性能（环境适应能力、噪音、干扰等）是否达标； （4）EPS的物理性能（安装形式、安装尺寸、接线方式、输入、输出路数等）是否合理。 6、结语 EPS种类繁多，何为最佳，见仁见智。上述对EPS的结构、特点、应用作了简单介绍，对用户在选择EPS产品时可能有所裨益。
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