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摘 要：UPS电源的容量和配电设计方式对UPS性能发挥有着决定性的作用，本文就对如何进行电源容量选择和配电设计方法展开研究，首先分析容量的选择方法，然后研究如何进行配电设计，帮助技术人员确定电源容量和配电设计的思路，发挥UPS系统的性能。
关键词：UPS电源;容量选择;配电设计
UPS是移动式车载方舱常用的重要后备电源，能够在电力不稳定、断电的情况下为系统功能，保证工作的持续性，降低电力故障对生活的影响，从而减少停电所导致的损失。为了保证UPS能发挥效率，需要确保UPS电源容量的选择合理，防止系统意外停电造成影响。
1 UPS电源容量选择概述
UPS电源容量大小选择是整个UPS系统设计首要问题，若UPS容量过小，会导致UPS长期处在重载运行状态，容易导致输出波形出现畸变，还会造成输出电压抖动值过大，之后造成UPS逆变器损坏[1]。但如多UPS系统电源容量过大，UPS 输入功率会比较低，也会增加电流谐波畸变，会造成对电网的污染，使得电网利用率降低，甚至会导致UPS内部蓄电池出现失效的情况，最终出现永久性损坏。所以，UPS的电源容量必须满足负载要求，避免UPS经过长期运行出现故障，为UPS系统的稳定性创造保证。
2 UPS电源容量选择分析研究
为了发挥UPS的作用，避免UPS的保护逆变器受损，以及防止UPS对电网造成污染，一般会将UPS的电源容量控制在有功功率的25%-80%。所以在设计UPS电源系统实际容量时，应该计算系统运行的实际容量，然后结合系统实际容量确定UPS电源容量。以下为车载UPS常用的1kVA到30kVA范围内，UPS电源容量和输出功率的关系：
结合上图，在感性负载功率因数在0.8以下，UPS将会输出高于额定电流的电流值，如果为容性负载，则输出电流会小于感性负载。实际应用中，可能会出现UPS电源负载不断分期扩容的问题，必须要增大UPS电源额定容量。由于UPS电源的备份方案和UPS电源冗余容量哟组合密切的关系，为此必须要从长远的方面考虑，保证在首次确定UPS电源容量时就可以满足用电系统、设备经过长期发展之后对UPS的需求，以及能够保证UPS系统能实现多机型运行，才能让UPS系统能够在中远期具有较高的负载容量。
3 UPS电源配电设计
UPS电源配电设计也决定了UPS的作用和效率，由于配电系统的设计形式也要考虑负荷的需求，因此设计过程中应该从负荷出发，确定电源的输出回路开关选择方法，分析如何选择输出回路的导线，以及完成对主开关和电缆的设计，以发挥UPS电源的最大功能，保证电力系统的稳定性[2]。
3.1 负荷计算方法
通过负荷计算，能够利用系统的负荷完成对之后开关整定值、配电系统导线的选择方式进行指导，所以在计算时会对单相回路电流值、三项回路电流值进行分析，然后计算配电箱的负荷情况，从而对系统的负荷完成科学的预估工作。首先，对单相回路电流的计算公式为：
在上式中，P是单相负荷大小，U是单相电路电压，cosF是功率因数，一般为0.9。
对于三相回路电流，计算方法为：
上式中，P为三相负荷，U为三相电压，cosf是功率因数，是0.9。
在分析系统总体负荷时，必须计算系统中所有输出回路的总负荷量，比如末端共有4条单相回路，而所有的回路负荷为1kW，同时末端的三相回路由2条，每条三相回路的功率为2kW，则整车的装机容量为8kW。
3.2 输出回路开关
UPS的输出回路开关一般为低压空气开关，即低压断路器，目前有塑料壳断路器、框架断路器和微型断路器三种类型，由于结构上的区别，使得断路器的性能、用法都有很大的不同[3]。比如框架断路器的额定电流比较大，为800-6300A;微型断路器一般工作在63A额定电流范围内，所以一般将微型断路器应用在末端配电箱输出回路开关的位置，以及应用到对小容量配电箱的开关控制中;塑料壳断路器的额定电流在100-800A，比较适合使用在低压母线馈电回路开关中，或者控制落地式配电柜的主开关。在选择UPS输出回路开关时，应該考虑不同位置工况情况，结合空气开关的性能选择最合适的开关。由于配电系统中的微型断路器在末端配电箱中数量比较多，经常采用密集的排列方式，一般将其降容系数视为0.8，即开关额定电流为10A时，应该应用到8A以下的计算电流中，以保证开关性能得以发挥。实际工作中，结合用电规范标准，以及确保配电系统工作的安全，插座回路的开关必须具有漏电保护器，确保配电系统的总体安全。比如弱电竖井使用了插座箱，如果插座箱已经设置了漏电保护器开关，那么就不允许继续安装漏电保护器开关，以确保配电系统的性能和安全。
3.3 输出回路的导线选择方法
在配电箱末端位置，应做好对输出回路导线的选择和布置，比如对弱电竖井中的插座箱，配置导线时应该使用桥架;如果UPS系统在移动指挥方舱中，则配电系统的导线必须具备阻燃功能。导线额选择工作应该以导线负载流量作为基础，假如导线的负载流量高于开关的整定电流量，就要结合相关数据完成导线的选择。UPS 的插座和插座箱之间，回路必须使用PE线，选择PE线的截面必须以相线的截面积作为参考。例如在相线界面低于16平方毫米时，PE线就可以和相线有相同的截面。如果相线的截面达到35平方毫米，则PE线的截面为16平方毫米。
3.4 主开关设计
主开关设计以电流大小作为基础，可以选择微型断路器或者塑料断路器，一般以63A作为标准，在整定电流小于63A时，选择微型断路器，如果电路的负载比较高，整定电流超过63A，就可以选择塑料壳断路器。实际工作中需要做好对电流的计算，才能完成对系统的合理设计，通过电流计算的结果，也能进一步完成后续线缆的选择，可以保证选择的精确性。
结束语：UPS是生产、工作维持稳定、连续的关键系统，在设计UPS系统时，最为重要的就在于做好对容量的设计，设计人员一方面需要考虑用电整体负载的情况，也要结合长远情况分析未来的容量需求;配电系统设计中，应做好计算，保证对线路、元件选择的科学性。通过科学的设计，降低UPS的运行成本，同时保证UPS电源具备最佳的运行状态。
参考文献：
[1]刘希禹. UPS铅酸蓄电池容量的确定[J]. 邮电设计技术，2015（12）：79-86.
[2]李晶. UPS电源容量选择及配电设计[J]. 科技与创新，2016（07）：139-140.
[3]樊峰. 关于大容量UPS电源应用的探讨[J]. 通信电源技术，2019，36（07）：218-219+222.
（南京金城轨道交通设备有限公司，江苏 南京 210000）
关键词：UPS电源;容量选择;配电设计
UPS是移动式车载方舱常用的重要后备电源，能够在电力不稳定、断电的情况下为系统功能，保证工作的持续性，降低电力故障对生活的影响，从而减少停电所导致的损失。为了保证UPS能发挥效率，需要确保UPS电源容量的选择合理，防止系统意外停电造成影响。
1 UPS电源容量选择概述
UPS电源容量大小选择是整个UPS系统设计首要问题，若UPS容量过小，会导致UPS长期处在重载运行状态，容易导致输出波形出现畸变，还会造成输出电压抖动值过大，之后造成UPS逆变器损坏[1]。但如多UPS系统电源容量过大，UPS 输入功率会比较低，也会增加电流谐波畸变，会造成对电网的污染，使得电网利用率降低，甚至会导致UPS内部蓄电池出现失效的情况，最终出现永久性损坏。所以，UPS的电源容量必须满足负载要求，避免UPS经过长期运行出现故障，为UPS系统的稳定性创造保证。
2 UPS电源容量选择分析研究
为了发挥UPS的作用，避免UPS的保护逆变器受损，以及防止UPS对电网造成污染，一般会将UPS的电源容量控制在有功功率的25%-80%。所以在设计UPS电源系统实际容量时，应该计算系统运行的实际容量，然后结合系统实际容量确定UPS电源容量。以下为车载UPS常用的1kVA到30kVA范围内，UPS电源容量和输出功率的关系：
结合上图，在感性负载功率因数在0.8以下，UPS将会输出高于额定电流的电流值，如果为容性负载，则输出电流会小于感性负载。实际应用中，可能会出现UPS电源负载不断分期扩容的问题，必须要增大UPS电源额定容量。由于UPS电源的备份方案和UPS电源冗余容量哟组合密切的关系，为此必须要从长远的方面考虑，保证在首次确定UPS电源容量时就可以满足用电系统、设备经过长期发展之后对UPS的需求，以及能够保证UPS系统能实现多机型运行，才能让UPS系统能够在中远期具有较高的负载容量。
3 UPS电源配电设计
UPS电源配电设计也决定了UPS的作用和效率，由于配电系统的设计形式也要考虑负荷的需求，因此设计过程中应该从负荷出发，确定电源的输出回路开关选择方法，分析如何选择输出回路的导线，以及完成对主开关和电缆的设计，以发挥UPS电源的最大功能，保证电力系统的稳定性[2]。
3.1 负荷计算方法
通过负荷计算，能够利用系统的负荷完成对之后开关整定值、配电系统导线的选择方式进行指导，所以在计算时会对单相回路电流值、三项回路电流值进行分析，然后计算配电箱的负荷情况，从而对系统的负荷完成科学的预估工作。首先，对单相回路电流的计算公式为：
在上式中，P是单相负荷大小，U是单相电路电压，cosF是功率因数，一般为0.9。
对于三相回路电流，计算方法为：
上式中，P为三相负荷，U为三相电压，cosf是功率因数，是0.9。
在分析系统总体负荷时，必须计算系统中所有输出回路的总负荷量，比如末端共有4条单相回路，而所有的回路负荷为1kW，同时末端的三相回路由2条，每条三相回路的功率为2kW，则整车的装机容量为8kW。
3.2 输出回路开关
UPS的输出回路开关一般为低压空气开关，即低压断路器，目前有塑料壳断路器、框架断路器和微型断路器三种类型，由于结构上的区别，使得断路器的性能、用法都有很大的不同[3]。比如框架断路器的额定电流比较大，为800-6300A;微型断路器一般工作在63A额定电流范围内，所以一般将微型断路器应用在末端配电箱输出回路开关的位置，以及应用到对小容量配电箱的开关控制中;塑料壳断路器的额定电流在100-800A，比较适合使用在低压母线馈电回路开关中，或者控制落地式配电柜的主开关。在选择UPS输出回路开关时，应該考虑不同位置工况情况，结合空气开关的性能选择最合适的开关。由于配电系统中的微型断路器在末端配电箱中数量比较多，经常采用密集的排列方式，一般将其降容系数视为0.8，即开关额定电流为10A时，应该应用到8A以下的计算电流中，以保证开关性能得以发挥。实际工作中，结合用电规范标准，以及确保配电系统工作的安全，插座回路的开关必须具有漏电保护器，确保配电系统的总体安全。比如弱电竖井使用了插座箱，如果插座箱已经设置了漏电保护器开关，那么就不允许继续安装漏电保护器开关，以确保配电系统的性能和安全。
3.3 输出回路的导线选择方法
在配电箱末端位置，应做好对输出回路导线的选择和布置，比如对弱电竖井中的插座箱，配置导线时应该使用桥架;如果UPS系统在移动指挥方舱中，则配电系统的导线必须具备阻燃功能。导线额选择工作应该以导线负载流量作为基础，假如导线的负载流量高于开关的整定电流量，就要结合相关数据完成导线的选择。UPS 的插座和插座箱之间，回路必须使用PE线，选择PE线的截面必须以相线的截面积作为参考。例如在相线界面低于16平方毫米时，PE线就可以和相线有相同的截面。如果相线的截面达到35平方毫米，则PE线的截面为16平方毫米。
3.4 主开关设计
主开关设计以电流大小作为基础，可以选择微型断路器或者塑料断路器，一般以63A作为标准，在整定电流小于63A时，选择微型断路器，如果电路的负载比较高，整定电流超过63A，就可以选择塑料壳断路器。实际工作中需要做好对电流的计算，才能完成对系统的合理设计，通过电流计算的结果，也能进一步完成后续线缆的选择，可以保证选择的精确性。
结束语：UPS是生产、工作维持稳定、连续的关键系统，在设计UPS系统时，最为重要的就在于做好对容量的设计，设计人员一方面需要考虑用电整体负载的情况，也要结合长远情况分析未来的容量需求;配电系统设计中，应做好计算，保证对线路、元件选择的科学性。通过科学的设计，降低UPS的运行成本，同时保证UPS电源具备最佳的运行状态。
参考文献：
[1]刘希禹. UPS铅酸蓄电池容量的确定[J]. 邮电设计技术，2015（12）：79-86.
[2]李晶. UPS电源容量选择及配电设计[J]. 科技与创新，2016（07）：139-140.
[3]樊峰. 关于大容量UPS电源应用的探讨[J]. 通信电源技术，2019，36（07）：218-219+222.
（南京金城轨道交通设备有限公司，江苏 南京 210000）