应急电源系统

满足消防行业等特殊要求的应急电源

应急电源系统是满足消防行业等特殊要求的应急电源。应急电源作为独立于电网之外的备用电源，被广泛应用于各种建筑工程之中，应急电源包括柴油发电机组和蓄电池，近年来含蓄电池的EPS作为应急电源，被广泛应用，尤其是被用做消防应急电源。它的工作原理就是采用单体逆变技术双路供电以备应急，优点是自动切换、带载能力强。

发展

随着社会的发展，建筑技术水平的不断提高，城市的建筑趋向于大规模，高层化发展随之而来对建筑的供电要求越来越高，社会的信息化，建筑的现代化，使建筑对供电的依赖也越来越大，尤其是一些重要的公共建筑，一旦中断供电，将造成重大的政治影响或经济损失，如果是发生火灾，后果就更不堪设想.所以现行的《高层民用建筑设计防火规范》及《民用建筑电气设计规范》就有严格规定:“一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不致同时受到损坏.一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源，常用的应急电源有:(1)独立于正常电源的发电机组;(2)供电网络中有效地独立于正常电源的专门供电线路;(3)蓄电池.”多年来，运行经验表明，电网供电时采用两路独立的电源．若主供电线路停电，则由备用才路供电，采用这种方式虽然简单、可靠，但供电线路复杂.当发生大面积停电事故时，两路电源均可能发生停电事故。

工作原理

应急电源采用单体逆变技术，集充电器、蓄电池、逆变器及控制器于一体.系统内部设计了电池检测、分路检测回路，采用后备式运行方式.

⑴ 当市电正常时，由市电经过互投装置给重要负载供电，同时进行市电检测及蓄电池充电管理，然后再由电池组向逆变器提供直流能源.在这里，充电器是一个仅需向蓄电池组提供相当于10%蓄电池组容量(Ah)的充电电流的小功率直流电源，它并不具备直接向逆变器提供直流电源的能力.此时，市电经由EPS的交流旁路和转换开关所组成的供电系统向用户的各种应急负载供电.与此同时，在EPS的逻辑控制板的调控下，逆变器停止工作处于自动关机状态.在此条件下，用户负载实际使用的电源是来自电网的市电，因此，EPS应急电源也是通常说的一直工作在睡眠状态，可以有效的达到节能的效果.

⑵ 当市电供电中断或市电电压超限(±15%或±20%额定输入电压)时，互投装置将立即投切至逆变器供电，在电池组所提供的直流能源的支持下，此时，用户负载所使用的电源是通过EPS的逆变器转换的交流电源，而不是来自市电.

⑶ 当市电电压恢复正常工作时，EPS的控制中心发出信号对逆变器执行自动关机操作，同时还通过它的转换开关执行从逆变器供电向交流旁路供电的切换操作.此后，EPS在经交流旁路供电通路向负载提供市电的同时，还通过充电器向电池组充电.

2、如何选配EPS

EPS通常产品特征分为以下三类产品

⑴ EPS功率在0.5~10KW

由单路、双路供电输入二类产品组成(输入电压220Vac 或380Vac，输出电压220Vac)，适应于应急照明和事故照明的照明负载.

(2) EPS功率在2.2~400KW

由单路、双路供电输入二类产品组成(输入电压380Vac，输出电压380Vac)，除可用于应急照明、事故照明，同时也适应于消防电梯、卷帘门、风机、水泵、淋浴泵、供水泵等电感性负载或混合供电.

(3) EPS功率在2.2~400KW

由单逆变单台负载、单逆变单台负载一用一备用、双逆变单台负载一用一备用三类产品组成(输入电压3800Vac，输出电压380Vac)，仅为只有一路电源的消防设施或一级负荷中的电动机提供一种可变频的三相应急电源系统，在电源和电机之间无需任何启动装置就可以解决电动机的应急供电及其启动过程中对供电设备的冲击.适应于高层建筑的电梯、中央空调、消防水泵等电机负载.

根据产品所带负载特征如何选用您所需求的EPS及其注意的要点:

2.1应急照明或事故照明用EPS(1~50KVA)

按GB17945-2000国家标准(消防应急灯具)，为确保大楼的应急照明系统能正常运行，对EPS提出如下基本要求:

(1) 要求负责向普通应急照明灯供电EPS的供电中断时间＜5s.但对于高危险工作区及关键工作区的应急照明而言，则要求EPS的供电中断时间＜0.25s.

(2) 为尽可能的利用市电，当市电电压在187~242V(220V，-15%，+10%)的范围内不允许EPS进入逆变器供电状态.

(3) 要求EPS配置足够容量的电池组，以便在市电供电中断时，至少确保应急照明灯可以继续工作90min以上.

(4) EPS中的充电器对电池组的最长充电时间小于24H，最大充电电流小于0.4C(A)

在市电供电正常时，EPS是通过它的交流旁路向负载供电.原则上，它可以带具有各种不同功率因数的负载.然而.在市电供电中断或市电电压或频率超限时，则是有EPS中的逆变器来供电的.在此条件下，EPS的带载能力不仅需要考虑逆变器在不同功率因数值负载时的降额度输出特性.而且，还需要根据所使用的应急照明灯具的不同来选配EPS的输出功率和机型.在选配EPS时应注意以下几个问题:

(1) 普通的应急照明灯具.由于应急照明的功耗是用有功功率P(KW)来标注的，而EPS逆变器的输出功率是用功率因数cosφ=0.8(滞后)时的视在功率S(KVA)来标注的.所以，实际选用EPS的满载输出功率应为:S=P/0.8.

(2) 应急照明灯具为荧光灯时，所选用的EPS满载输出功率应为S=(1.3~1.5)P/0.8.其原因是荧光灯启动时存在较大的”启动浪涌”电流.

(3) 应急照明灯具为高压气体灯时(例:高压钠灯，高压钯灯等)，宜选用切换时间小于20ms的EPS产品.这是因为.如果对高压气体灯的供电中断时间超过20ms时，就有可能致使气体灯中的放电电弧”熄灭或中断”.一旦发生放电电弧中断现象，即使马上恢复供电也可能导致长达数分钟的灯具熄灭现象发生.这因为它需要足够长时间来重新预热高压气体灯中灯丝的缘故.显然，对于大型体育馆和演出场地的照明系统来说，是不允许出现这种故障的.

2.2 应急照明+电动机混合型负载用EPS (三相，5~400KVA )

为了正确的选用EPS的输出功率，应首先分别统计电阻性照明负载与电感性机电负载的比例.对于电机负载而言，因用户所选的机型及工作方式的不同，它的启动电流可能高达5~10倍额定工作电流.为确保电机及EPS本身的安全运行，对这部分电机负载而言，不仅要求所选的EPS输出功率应为6倍以上的电机标称功率.而且，还宜选用其切换时间小于15ms的EPS机型.

2.3 带电机负载的EPS

(1) 采用电机”硬启动:工作方式，对于这种EPS输出功率的选用方案同22所述.采用这种方案的优点是:不管在市电供电中断时还是在市电恢复正常工作时，EPS均可确保电机的连续运行.其缺点是:需选用大功率的EPS，成本较高.

(2) 选用带变频启动功能的电机专用型EPS

市电供电正常时，经交流旁路和转换开关向电机负载供电.与此同时，市电还经充电器向电池组充电.当市电供电中断时，为确保EPS的安全运行，希望他执行”延时切换”操作，以便让电机彻底停止转动后再启动变频器，由它对后接电机执行从0~220Hz的频率逐渐增高的变频启动的操作(启动时间为几秒钟).采用变频启动方案带来的好处是:

① 防止在EPS与处于”惯性运动状态”下的电机所产生的自激励电源处于互相”非同步入锁”状态而产生的鼓掌隐患;

② 可以降低EPS的输出功率和降低投资成本.此时，EPS的输出功率只需选取1.2~1.4倍电机的额定功率就可满足要求.

其缺点是:

① 要求用户的电机负载首先停机，然后在满速”变频启动”，从而造成电机负载工作的”不连续性”

② 如果后接的几台电机需要在不同的时刻进行”分时启动”操作时，可能会遇到这样的技术难题:在启动处于静止状态的电机时，若EPS的输出功率足够大它可能承受5~10倍的电机启动浪涌电流的冲击.否则，就会迫使EPS重新进入新一轮的”变频启动”工作状态.由此带来的问题之一是:原来处于正常工作转速的电机，会再次转入转速由0~50Hz的变速启动阶段，从而给用户的工作带来麻烦.

3、EPS与UPS的差别

3.1、后备式UPS在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电超出其工作范围或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。其特点是：结构简单，体积小，成本低，但输入电压范围窄，输出电压稳定精度差，有切换时间，且输出波形一般为方波

3.2、在线互动式UPS在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电偏低或偏高时，通过UPS内部稳压线路稳压后输出，当市电异常或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。其特点是：有较宽的输入电压范围，噪音低，体积小等特点，但同样存在切换时间。

3.3、在线式UPS在市电正常时，由市电进行整流提供直流电压给逆变器工作，由逆变器向负载提供交流电，在市电异常时，逆变器由电池提供能量，逆变器始终处于工作状态，保证无间断输出。其特点是，有极宽的输入电压范围，基本无切换时间且输出电压稳定精度高，特别适合对电源要求较高的场合，但是成本较高。功率大于3KVA的UPS几乎都是在线式UPS。

UPS同时具备稳压、滤波等功能，有些UPS可以在故障或过载时改由市电旁路供电。

后备式的电压输出有较大的波动，在170V-260V之间，采用高速继电器实现市电和蓄电池之间的转换，转换时间小于10毫秒。在线式始终使用逆变电路工作，其电压的稳定性高，基本上在220V±5%范围内，对蓄电池基本不存在转换时间；与市电旁路转换采用静态开关，转换时间可以达到微秒级。

UPS输出精度高、转换时间快，同时造价较高（约为EPS的两倍），平时能耗大（在线式），主机寿命较短（8-10年）。

EPS有点类似于后备式的UPS，平时逆变器不工作，市电断电时才投入蓄电池。一般不对电源进行恒流、恒压处理。通常采用接触器转换，切换时间均为0.1～0.25S。其优点是结构较简单，造价较低，平时能耗小无噪音，主机寿命长（15-20年），可适应于电感性、电容性及综合性负载，需要时可实现变频软启动。

《应急电源用的EPS和UPS》李成章

GB17945-2000国家标准(消防应急灯具)

优点

（1）电网有电时，处于静态，无噪音；供电时，噪音小于60dB。不需排烟和防震处理，具有节能无公害、无火灾隐患的特点；

（2）自动切换，可实现无人值守，电网供电与EPS电源供电相互切换时间均为0.1～0.25s；

（3）带载能力强，EPS适应于电感性电容性、及综合性负载的设备，如电梯、水泵、风机办公自动化设备、应急照明等；（4）使用可靠。主机寿命长达20年以上；（5）适应恶劣环境。可放置于地下室或配电室，也可紧靠应急负荷使用场所就地设置以减少供电线路。

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