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深圳山特UPS电源和您一起聊聊 UPS 开关选型的快速时间：2022-11-17 山特UPS电源您一起聊聊 UPS 开关选型的快速估算
在进行 UPS 系统解决方案设计时，往往需要对 UPS 系统的输入端、输出端及电池端进行配电设计。配电设计需要参考国标相关规范进行设计，比如 GB50054 《低压配电设计规范》。一般情况下厂商提供配电设计的相关参数供设计者进行参考，设计者依据现场工况进行产品解决方案设计。
在实际应用中，大多数人往往对于国标设计要求以及不同工况下的设计没有经验，且在配电设计时需要考虑因素有很多，设计复杂度高。越是复杂的大众越是接受不了，所以复杂问题简单化才是真正掌握了，推荐一个 UPS 开关选型计算快速估算方法，供大家在对 UPS 系统进行配电设计时进行参考。
01 UPS 配电设计选型依据
UPS 开关及线缆的选型设计都是依据 UPS 的计算电流作为参考依据。UPS 的计算电流在不同工况下有不同的电流值，那么 UPS 开关及线缆选型依据什么工况下的 UPS 计算电流值呢？由于 UPS 现场工况很多，无法具体统计。所以我们讨论通常工况下的 UPS 计算电流。
UPS 开关的作用
UPS 开关有两处，出厂标配的开关，一般都是隔离开关，它是为了方便 UPS 上电及维修等装设的，进行 UPS 配电开关设计是指的 UPS 输入、输出及电池线缆上端的开关，它是为了保护电力线缆而装设的。所以 UPS 的外部输入、输出及电池开关是对电力线缆进行保护，而不是对 UPS 进行保护。UPS 自身有保护功能，无需开关来进行保护。
国标 GB50054-2011《低压配电设计规范》要求配电线路应装设短路保护和过负荷保护，所以 UPS 输入、输出及电池开关有两个主要作用，一是短路保护，二是过负荷保护。
短路故障是带电导体之间非正常的金属性接触，通过故障电流大，但其发生的概率远低于接地故障，其危害性有两个：首先大电流产生机械应力，使带电导体及其固定件扭曲、变形等损害配电系统的正常运行。其次大电流导致带电导体及连接件发热，温度急剧上升，引起电缆的绝缘材料损坏或失效，甚至酿成火灾。
断路器做为短路保护，是指断路器的瞬时过电流脱扣器。断路器瞬时脱扣器的切断时间大多在 10~30ms,都小于 0.1s，基本上不用做选择，在复核短路电流和导体的最小截面积时，UPS 系统常规设计也都满足。
过负荷保护是指被保护线路过电流导致的热效应，对电缆、端子和邻近的物料产生损害之前，切断过电流。
过负荷保护
同时满足以下两个条件
Ib≤In ≤Iz
I2 ≤1.45Iz
Ib：被保护线路的计算电流
In：断路器反时限过电流脱扣器额定电流，对于可调的脱扣器，为给定的整定电流
Iz：电缆持续载流量
I2：约定时间内的动作电流
说明：计算电流是计算负荷在额定电压下的正常工作电流。它是选择导体、电器、计算电压偏差、功率损耗等的重要依据。Ib 对应的就是 UPS 的计算电流。
UPS 输入输出计算电流计算
UPS 输入计算电流考虑因素有很多，比如充电电流、逆变器效率、过载能力、电压下降、输入功率因数等，为了方便快速计算，可以将充电电流或电压下降以及逆变器损耗带来的输入电流影响进行估算，经过对比，将影响 UPS 输入电流的系数估算为 UPS 输出容量的 20% 较为合理。
UPS 输出电流相对简单，在正常情况下计算即可。因为 UPS 的标称容量就是 UPS 的额定输出功率。
以山特 3C3 HD80K 为例，计算结果如下：
UPS 输出电流计算
UPS 输出电流=UPS 输出容量/UPS 输出电压
方法 1：UPS 输出电流=80KVA/380*1.732=121.55A
方法 2：UPS 输出电流=80KVA/220*3=121.21A
优化：UPS 输出电流=80KVA/660=121.21A
UPS 输入电流计算
UPS 输入电流=UPS 输出容量*120%/UPS 输入电压
方法 1：UPS 输入电流=80KVA*120%/380*1.732=145.86A
方法 2：UPS 输入电流=(80KVA/660)* 120%=145.45A
优化：UPS 输入电流= UPS 输出电流* 1.2
UPS 输入输出开关选型
UPS 输入输出开关要保证 UPS 在正常工作情况下开关不断开，保证负载设备安全运行。也就是说开关要保证 UPS 在合理过载或是低电压等各种情况下可以正常工作。
UPS 过载 125% 可以持续 10 分钟，过载 150% 可以持续运行 30~60 秒，低电压一般情况下为下降 20%，那么UPS 输入输出开关在选型时是不是要扩大 1.25~1.5 倍，保证 UPS 的过载或低电压运行时不跳闸呢？
断路器选型分析
按 UPS 设计要求，UPS 带载量不会超过 UPS 额定容量的 80%，扩大裕量在 UPS 容量设计时已经有了。其实 UPS 长期过载运行就是非正常模式运行了，但是还有人反应 UPS 过载运行，这是因为 UPS 前期设计时就偏差了，所以 UPS 过载运行应该是负载设备启动时或负载短路短时运行状态，而不是长期的运行情况。
断路器本身也有过载能力的，在实际应用中，因为经济原因，多选 C 曲线的断路器（建议 UPS 选择 D 曲线的断路器），以某厂 C 曲线脱扣曲线为例，当过载电流为 1.13 倍时，断路器可以长期工作。当过载电流为 1.25 倍时，断路器延时断开，断开时间超过 10 分钟，当过载电流为 1.5 倍时，断路器延时断开时间超过 60 秒。当过载电流为 7 倍时，断路器延时断开时间超过 2 秒。断路器过载能力和 UPS 过载能力基本一样。
所以 UPS 输入、输出、及电池开关在选型时无须扩大 1.25~1.5 倍。下面是某厂家微型断路器的 C 曲线图，供大家参考。
UPS 输入输出开关选型总结
■UPS 输出电流= UPS 容量÷660
（三相：660V，单相：220V）
■UPS 输入电流= UPS 输出电流× 1.2
■UPS 断路器额定（整定）电流≥ UPS 的计算电流（无需按倍数增加）
UPS 电池组计算电流
电池组开关选型取决于电池组最大放电计算电流，什么情况下电池组的电流最大呢？
考虑因素：
1.电池组放电到截止电压附近时，我们选取截止电压；
2.逆变器效率；
3.电池数量最少时，在常规情况，当计算电池电流时，电池数量都已经选定好了，所以电池数量以实际为准。
电池组最大放电电流= UPS 容量*负载功率因数/逆变器效率*电池组截止电压
以 3C3 HD 80K 为例，计算结果如下：
电池组最大放电电流= UPS 容量*负载功率因数/逆变器效率/电池组截止电压
方法 1：电池组最大电流=80KVA*1/0.96/(1.67*6*36)（截止电压）=231.01
方法 2：电池组额定电流=80KVA*1/0.96/432（额定电压）=192.90
优化：电池组最大放电电流=（80KVA*1/432）*1.2（系数）=231.48
电池组最大放电电流=（UPS 额定功率/电池组额定电压）*1.2
说明：为什么取 1.2 系数，在实际应用中，产品彩页或使用手册标称的都是电池组的额定电压，比如，40 块电池彩页会标称电池电压为 480V，如果需要计算电池最大放电电流还需要重新计算一下截止电压，所以取 1.2 系数方便计算。
UPS 电池组开关选型
电池开池须选择直流断路器，作用同 UPS 输入输出开关是一样。
电池开关选型需符合以下规则：
1.直流断路器额定电压应大于或等于回路的最高工作电压，在此特别注意一下，电池组最高电压按电池组的浮充电压计算，快速估算为每块电池电压 14V；
2.断路器额定(整定)电流≥电池组最大放电电流（无需按倍数），电池断路器同输入输出断路器选型原则是一样的，不在重复。
优化后电池组开关选型计算公式为：
■ 电池组最高电压=电池数量× 14V
■ 电池组放电最大电流=(UPS 容量÷电池组额定电压)× 1.2
在实际应用中，快速估算可以极大方便在产品销售过程中的设计和实施，尤其是对一些刚入行或是电气方面不太了解的朋友来说非常实用，有能力和有水平专业人员也不要去计较数值上的那么一点差别，一切事物都是为人民服务的，搞复杂了就应用不起来了。
注：此方法是快速估算法，具体配电设计需严格按照 GB50054 《低压配电设计规范》等相关国标要求设计。
获得国家一级建造师执业资格，从事数据中心物理基础设施的设计及技术支持工作已有十多年工作经验，对于 UPS、空调、微模块等机房基础设施的解决方案设计有独特的见解。 |
