前端UPS電源設(shè)計(jì)與維護(hù)技術(shù)
近幾年，有線電視事業(yè)在我國得到了飛速發(fā)展，為觀眾提供豐富多彩的電視節(jié)目，豐富了我們的文化生活，特別是有線電視網(wǎng)新近開發(fā)的多功能增值業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，更為我國信息化建設(shè)注入了新的活力，因此，要確保有線電視網(wǎng)的安全運(yùn)營和優(yōu)質(zhì)播出是至關(guān)重要的。有線電視前端是該系統(tǒng)的心臟，為了保證系統(tǒng)心臟工作穩(wěn)定，前端必需使用UPS不間斷電源。UPS電源可以解決電源斷電、電壓下陷、電源浪涌、減幅振蕩、電源干擾、電源突波、電源波動(dòng)、交換瞬變及諧波失真等由市電電源質(zhì)量差對(duì)前端設(shè)備造成的危害。本文就如何設(shè)計(jì)和維護(hù)UPS電源談一下自己的經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)。
一、如何設(shè)計(jì)UPS電源系統(tǒng)
1、UPS不間端電源的工作原理
UPS（uninterrupted power supply）電源包括兩部分主機(jī)和蓄電池，按工作方式可分為后備式和在線式兩種。后備式UPS電源在市電正常供電時(shí)，市電通過交流旁路通道直接向負(fù)載供電，此時(shí)主機(jī)上的逆變器不工作，只是在市電停電時(shí)，才由蓄電池供電，經(jīng)逆變器驅(qū)動(dòng)負(fù)載。因此它對(duì)市電品質(zhì)基本沒有改變。
而在線式UPS電源卻有所不同，在市電正常時(shí)，它首先將交流變成直流電，然后進(jìn)行脈寬調(diào)制、濾波，再將直流電重新變成交流電源向負(fù)載供電；一旦市電中斷，立即改為蓄電池 逆變器對(duì)負(fù)載供電；因此,在線式UPS電源輸出的是與市電網(wǎng)完全隔離的純凈的正弦波電源，大大改善了供電的品質(zhì)，保護(hù)了負(fù)載安全、有效的工作。
2、UPS額定輸出容量的選擇
首先計(jì)算前端的負(fù)載功率，為確保UPS的系統(tǒng)高效率和盡可能地延長UPS的使用壽命，一般負(fù)載功率應(yīng)滿足UPS額定功率的60-70%。例如我們前端，需要不間斷供電的設(shè)備有衛(wèi)星接收機(jī)、調(diào)制器、混合器、光發(fā)光收電腦及網(wǎng)絡(luò)交換等，統(tǒng)計(jì)總功率為4500VA，因此我們選擇4500÷75%≈6428VA，所以就選擇了6500W的在線式主機(jī)。
3、計(jì)算蓄電池的工作時(shí)間
蓄電池的基本參數(shù)：電壓（2V、6V、12V等）、容量（65AH、100AH等）
在實(shí)踐過程中，我們總結(jié)出下面的公式，可以計(jì)算出蓄電池的工作時(shí)間：
蓄電池組容量×電壓/主機(jī)額定功率×0.75（功率因數(shù)）= 滿載時(shí)蓄電池工作時(shí)間
例如我們的UPS系統(tǒng)，主機(jī)額定工作功率6500W，3個(gè)電池柜共30塊鉛酸蓄電池，每塊電壓12V，容量100AH。
所以 電池組電壓=12V×10=120V
電池組容量=100AH×3=300AH
該系統(tǒng)滿載時(shí)蓄電池工作時(shí)間為：300AH×120V/6500W×0.75= 7.4小時(shí)
說明該系統(tǒng)在斷電時(shí)蓄電池至少可以工作7.4小時(shí)。
以實(shí)際負(fù)載功率計(jì)算：
300AH×120V/4500W = 8小時(shí)
我們的前端UPS系統(tǒng)在斷電時(shí)，最多堅(jiān)持8個(gè)小時(shí)，此結(jié)果經(jīng)過我們多次放電實(shí)驗(yàn)，證明是正確的.上述公式如果反推，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，確定蓄電池所需要的工作時(shí)間，就可以決定所需的蓄電池容量和電壓。
4、配線選擇
合理選擇配線是很重要的，線徑太細(xì)，電流太大，容易發(fā)熱而引起火災(zāi)；線徑太粗，則造成浪費(fèi)。根據(jù)金屬導(dǎo)線的電氣特性，一般多股銅芯線容量為6A/mm ,鋁線容量為4A/mm ，確定主機(jī)功率后，可以參考下表選擇配線和空氣開關(guān)。
5、選擇品牌
在購買UPS電源時(shí)，應(yīng)主要考慮下列因素：輸入電壓范圍、輸出電壓范圍、輸出頻率范圍、旁路逆變零切換以及抗突波、干擾、諧波失真的能力，另外，售后服務(wù)也很重要。大量實(shí)踐證明，如果UPS輸出端的零線對(duì)地線的"干擾"電位過高，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通訊的誤碼率增高，如果使用高頻機(jī)型，由于高頻輻射，它會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)造成影響，因此選型時(shí)應(yīng)考慮這些問題。
二、UPS系統(tǒng)維護(hù)
1、主機(jī)的維護(hù)及注意事項(xiàng)
UPS主機(jī)一般是智能型的，它對(duì)環(huán)境溫度要求不高，但要求室內(nèi)清潔衛(wèi)生，否則灰塵遇潮濕會(huì)引起主機(jī)工作紊亂；主機(jī)中的參數(shù)在使用中不能隨意改變；在斷電時(shí)，應(yīng)避免帶負(fù)載啟動(dòng)UPS電源，應(yīng)先關(guān)掉負(fù)載，等UPS啟動(dòng)后再開啟負(fù)載，否則會(huì)有多負(fù)載的沖擊電流和供電電流造成UPS電源瞬間過載，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞變換器；不能讓UPS電源經(jīng)常處于滿載或過載。
2、蓄電池的維護(hù)及注意事項(xiàng)
盡管使用的是免維護(hù)蓄電池，但從廣義來說一定的維護(hù)還是必要的。首先它對(duì)環(huán)境溫度要求較高，工作環(huán)境一般要求在20℃-25℃之間，低于15℃時(shí)，其放電容量下降，溫度每降低1℃，其容量下降1%，而溫度過高（大于30℃）其壽命就會(huì)縮短；其次，要防止電池短路或深度放電，深度放電會(huì)造成電池內(nèi)阻增大或充電電壓過低從而導(dǎo)致降低甚至失去充電能力，放電程度越深，循環(huán)壽命越短；第三，要避免大電流充放電，否則會(huì)造成電池極板膨脹變形，使得極板活性物質(zhì)脫落，內(nèi)阻增大，容量下降，壽命縮短；第四，由于組合電池電壓很高，存在電擊危險(xiǎn)，因此裝卸導(dǎo)電聯(lián)接條、輸出線時(shí)應(yīng)有安全保障；第五，對(duì)于不經(jīng)常停電的地區(qū)，建議用戶每隔一個(gè)月對(duì)UPS進(jìn)行一次人為的斷電，讓UPS電源在逆變狀態(tài)下工作一段時(shí)間，防止電解液沉淀，以便讓蓄電池維持良好的充放電特性，延長使用壽命；第六，搬運(yùn)電池時(shí)不要觸動(dòng)極柱和安全排氣閥；第七，不能用二氧化碳滅火器，一旦發(fā)生火災(zāi)，可用四氧化碳之類的滅火器；第八，不能把不同容量、不同廠家、不同性能的電池聯(lián)在一起，否則會(huì)影響整組蓄電池的性能。
5、選擇品牌
在購買UPS電源時(shí)，應(yīng)主要考慮下列因素：輸入電壓范圍、輸出電壓范圍、輸出頻率范圍、旁路逆變零切換以及抗突波、干擾、諧波失真的能力，另外，售后服務(wù)也很重要。大量實(shí)踐證明，如果UPS輸出端的零線對(duì)地線的"干擾"電位過高，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通訊的誤碼率增高，如果使用高頻機(jī)型，由于高頻輻射，它會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)造成影響，因此選型時(shí)應(yīng)考慮這些問題。
二、UPS系統(tǒng)維護(hù)
1、主機(jī)的維護(hù)及注意事項(xiàng)
UPS主機(jī)一般是智能型的，它對(duì)環(huán)境溫度要求不高，但要求室內(nèi)清潔衛(wèi)生，否則灰塵遇潮濕會(huì)引起主機(jī)工作紊亂；主機(jī)中的參數(shù)在使用中不能隨意改變；在斷電時(shí)，應(yīng)避免帶負(fù)載啟動(dòng)UPS電源，應(yīng)先關(guān)掉負(fù)載，等UPS啟動(dòng)后再開啟負(fù)載，否則會(huì)有多負(fù)載的沖擊電流和供電電流造成UPS電源瞬間過載，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞變換器；不能讓UPS電源經(jīng)常處于滿載或過載。
2、蓄電池的維護(hù)及注意事項(xiàng)
盡管使用的是免維護(hù)蓄電池，但從廣義來說一定的維護(hù)還是必要的。首先它對(duì)環(huán)境溫度要求較高，工作環(huán)境一般要求在20℃-25℃之間，低于15℃時(shí)，其放電容量下降，溫度每降低1℃，其容量下降1%，而溫度過高（大于30℃）其壽命就會(huì)縮短；其次，要防止電池短路或深度放電，深度放電會(huì)造成電池內(nèi)阻增大或充電電壓過低從而導(dǎo)致降低甚至失去充電能力，放電程度越深，循環(huán)壽命越短；第三，要避免大電流充放電，否則會(huì)造成電池極板膨脹變形，使得極板活性物質(zhì)脫落，內(nèi)阻增大，容量下降，壽命縮短；第四，由于組合電池電壓很高，存在電擊危險(xiǎn)，因此裝卸導(dǎo)電聯(lián)接條、輸出線時(shí)應(yīng)有安全保障；第五，對(duì)于不經(jīng)常停電的地區(qū)，建議用戶每隔一個(gè)月對(duì)UPS進(jìn)行一次人為的斷電，讓UPS電源在逆變狀態(tài)下工作一段時(shí)間，防止電解液沉淀，以便讓蓄電池維持良好的充放電特性，延長使用壽命；第六，搬運(yùn)電池時(shí)不要觸動(dòng)極柱和安全排氣閥；第七，不能用二氧化碳滅火器，一旦發(fā)生火災(zāi)，可用四氧化碳之類的滅火器；第八，不能把不同容量、不同廠家、不同性能的電池聯(lián)在一起，否則會(huì)影響整組蓄電池的性能。
同時(shí)，要定期對(duì)電池進(jìn)行檢查、測(cè)量，并做好記錄。檢查項(xiàng)目包括：整組電池的浮充電壓，單體電池浮充電壓，測(cè)單體電池電壓時(shí)，應(yīng)在電池放電狀態(tài)下進(jìn)行，否則測(cè)得的結(jié)果會(huì)是假電壓，經(jīng)驗(yàn)作法是在測(cè)量時(shí)，萬用表兩端并聯(lián)一個(gè)1-3歐母的電阻絲；檢查電池是否損壞，殼、蓋間有無泄漏，表面是否有灰塵等雜物，電池架、連接線、端子是否有松動(dòng)或銹蝕等。單體電池電壓不能低于標(biāo)稱值的70%，判斷是漏液還是酸霧的標(biāo)志是觀察極柱是否有晶體淅出，有晶體淅出證明是漏液現(xiàn)象，否則是酸霧，漏液主要集中在蓄電池正、負(fù)極接線端子處，酸霧溢出主要是排氣閥附近。一旦當(dāng)發(fā)現(xiàn)電池電壓異常、物理損傷、電解液泄漏、溫度異常等現(xiàn)象，應(yīng)找出原因并及時(shí)更換有故障的蓄電池。