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    EPS应急电源应该必须具备的三大系统功能  

      EPS应急电源是根据消防设施、应急照明、事故照明等一级负荷供电设备需要而组成的电源设备。其一般应该需要具备三大功能系统:

      一、由消防应急工作照明灯,所组成的消防工作照明功能系统,为灭火以及救援人员而设置,一般设置在发电配电房、消防泵房、消防控制中心、通讯中心等此类的重要场所,其应急工作时间不应低于90min,并满足正常工作照度要求。

      二、由消防应急疏散照明灯所组成的,消防疏散功能系统,是为了在人员疏散时,提供必须的照度而设置,一般设置于公共走道、竖向楼梯间,其应急工作时间不低于90min,照度不低于0.5Lx。

      三、由低位消防应急疏散照明和疏散指示,及其他标志形式组成的应急疏散标识功能系统,在紧急情况下为人员的疏散,提供了明确的引导方向及途径,一般安装于商场、影院等人员密集的大型公共场所的公共走道,以及竖向楼梯中,通常位于地面或距地面1m以下,这种应急照明其应急工作时间不能低于90min,标志灯主标界面表面亮度不能低于15cd/m2。

      UPS电源测试主要目的是的UPS电源的实际技术指标是否满足使用要求,人们对于UPS电源测试通常是进行稳态测试和动态测试与常规测试这三类,但是除此之外,UPS电源的测试内容还有其他种。

      UPS电源的测试一般包括稳态测试和动态测试和常规测试三类。稳态测试是在空载、50%额定负载以及100%额定负载条件下,测试输入端和输出端的各相电压、线电压、空载损耗、功率因数、效率、输出电压波形、失真度以及输出电压的频率等。动态测试一般是在负载突变(一般选择负载由0%~100%和由100%~0%)时,测试UPS输出电压波形的变化,以检验UPS的动态特性和能量反馈通路。常规测试是测试其过载能力和检测蓄电池。

      对于一台UPS来说,进行上述3项内容的测试就可以了,但对于大批生产的UPS还必须进行专项测试。专项测试可用抽样的方式进行,其内容有:

      (1)在额定负载为超前及滞后两种情况下,观测UPS电源输出的稳压效果。

      (2)小负载条件下的效率测试。在25%~35%的额定负载(滞后)条件下,质量好的UPS电源,效率可超过80%。

      (3)频繁操作试验。此项试验包括频繁起动与频繁转换。

      ①频繁起动的目的在于检验逆变器、锁相环、静态开关和滤波电容的动态稳定和热稳定。其方法是起动UPS电源,当逆变器起动成功,有输出电压和输出电流,并且达到技术要求后,带负载运行;然后减去负载,停机,再起动UPS电源。这样连续多次操作。

      ②频繁切换试验。主要是检测转换时供电有无断点,在线式UPS电源是不应该出现断点的。

      (4)充电器的起动试验。为了保护蓄电池,避免充电器起动时对电网的冲击,一般UPS的充电器起动,均有限流起动功能,充电器由起动到正常运行的过渡过程,时间一般在10s以上,电流一般限定在蓄电池容量的1/10。

      (5)不带蓄电池加载试验。UPS电源不带蓄电池时,UPS只具有稳压功能。不带蓄电池情况下加负载,可以检验整流器的动态性能。一般要求在20ms内保证输出电压恢复到(100±1)%以内。对于这一功能,不同UPS有不同的设计。

      (6)高次谐波测试。一般UPS的高次谐波分量总和小于5%,可用谐波分析仪来测试。良好的UPS能全部滤掉11次谐波以下的全部谐波,而且波形很稳。选用UPS也应尽量选用不含11次谐波以下谐波的UPS。

      (7)输出短路试验。此种试验一般不予进行,以防损坏UPS电源设备。这是因为有的UPS的输出短路保护功能不够完善。对于具有旁路电源的UPS,进行输出短路测试时,必须在断开旁路电源的情况下进行。否则当输出短路时,UPS电源会在限流的同时,将负载切入旁路电源,会烧断旁路电源保险丝来进行保护。这样,既看不出输出短路保护的限流情况,还将烧毁旁路电源的保险丝,是应该避免的。

      UPS电源的测试内容还可有,如温升保护性能试验、工作温度试验、振动试验、耐压试验、蓄电池再充电试验、高温试验、高湿试验、可靠性试验和不同性质的负载试验等等。作为一个产品正式生产,尤其是批量生产时,上述内容都有必要测试。但作为用户对产品的鉴定和验收,一般进行静态测试、动态测试和常规测试就可以了。UPS是一种含有储能装置,以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的电源设备。它主要作用是为单台计算机、计算机网络系统或其它电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时,不间断电源将市电稳压后提供负载使用,此时的不间断电源就相当于是一台交流市电稳压器。

      UPS是能够提供持续、稳定、不间断的电源供应的重要电源保护设备。维护是使用过程中比较重要的一项工作,能使不间断电源能稳定可靠的工作,预防发生机器故障的问题而导致损失。在UPS设备中,除了使用冷却用的风扇和断路器开关部件外,还有大量的固态电子器件。这些电子器件经过长时间的使用,虽不会存在机器磨损,但易受外围环境,因此在日常维护工作中需要做好温度控制工作。

      同时它还向机内电池进行充电;当市电中断时,UPS就会立即将机内电池的电能,通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电,使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。此外,不间断电源作为保护性的电源设备,它的性能参数具有重要意义是我们选购时的考虑重点之一。

      UPS电源在小型场合应用中缺乏专业的技术人员对UPS系统的日常运行进行有效的管理与维护,因此对UPS电源系统的操作使用方面越简单方便越好,且对于不间断电源厂家在维护服务的反应速度越快越好,维修服务时间越短越好。1 电力负荷的分级及其意义

      根据国标GB50052-2009《供配电系统设计规范》的要求,电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电时,对人身安全、经济损失所造成的影响程度进行分级,负荷分级主要是从安全和经济损失两个方面来确定,安全包括了人身生命安全和生产过程、生产装备的安全。为此,国标GB50052-2009将负荷进行如下定义与分级:

      (1)符合下列情况之一时,应视为一级负荷

      ①中断供电将造成人身伤亡时;

      ②中断供电将在经济上造成重大损失时;

      ③中断供电将影响重要用电单位的正常工作时。

      一级负荷应由双重电源供电,即负荷的电源是由两个电路提供的,这两个电路就安全供电而言,被认为是互相独立的,当一路电源发生故障时,另一路电源不应同时受到损坏。

      在一级负荷中,当中断供电将造成重大设备损坏或发生中毒、爆炸或火灾等情况的负荷,以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷,应视为一级负荷中特别重要的负荷。

      给一级负荷中特别重要的负荷供电,应符合下列要求:

      ①除应由双重电源供电外,还应增设应急电源,并严禁将其它负荷接入应急供电系统。

      备用电源与应急电源是两个完全不同用途的电源。备用电源是当正常电源断电时,由于非安全原因用来维持电气装置或其某些部分正常运行所需的电源;而应急电源,又称安全设施电源,是用作应急供电系统组成部分的电源。此条是从安全角度考虑,其目的是为了防止其它负荷接入应急供电系统。

      ②设备的供电电源的切换时间,应满足设备允许中断供电的要求。

      (2)符合下列情况之一时,应视为二级负荷

      ①中断供电将在经济上造成较大损失时;

      ②中断供电将影响较重要用电单位的正常工作时。

      二级负荷的供电系统,宜由两条线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时,二级负荷可由一路6kV及以上专用的架空线路供电。

      (3)不属于一级和二级负荷的,应视为三级负荷

      通过上述用电负荷分级,可正确地界定不同等级的负荷对供电可靠性的要求,以便恰当地选择符合实际水平的供电方式,提高投资的经济效益,保护人员的生命安全。有必要强调的是,规范中对特别重要负荷及一、二、三级负荷的供电要求是最低要求,工程设计中,用户可以根据其本身的特点确定其供电方案。

      2 数据中心负载的供电分级与UPS配置

      数据中心作为现代电力系统的重要而特殊的负荷之一,其供电保障方式的配置必须既符合GB50052-2009的要求,又必须满足GB50174-2008的定义及条款要求,其对应关系如表1所示。

      

     

      数据中心通过UPS供电的负载一般分为三类:无人区机房的IT设备、有人区机房的IT设备及机房基础设施设备等。其中:

      ①无人区机房的IT设备包括小型机、服务器、存储、网络通信和介质存储等;

      ②有人区机房的IT设备包括总控中心机房设备、研发机房设备、测试机房设备及OA系统设备等;

      ③UPS供电的应急照明系统、消防控制及撤离指示系统、机房空调风机、楼宇监控系统、综合布线系统等。

      无人区机房IT设备的UPS供电可参照GB50174-2008的分级标准来配置,有人区和基础设施区负载的UPS供电通常参照B级或C级来配置。此外,UPS配置还应满足:

      ①除主机房外,辅助区、支持区和行政管理区IT设备,宜单独计算与配置,避免多区域共用一套UPS系统;若不得不共用时,应为非主机房外的设备设独立回路,并采取完全选择性保护的措施;

      ②调水泵、空调风扇等非IT设备的UPS,应单独计算与配置;

      ③消防、监控、安防等与生命安全相关设备的UPS或EPS,不属于备用电源范畴,应列入应急电源单独计算与配置。

      3 数据中心IT负载的供电特性

      (1) IT负载的相关供电指标

      数据中心IT负载具有什么样的供电特性,这是我们在数据中心UPS备用电源配置时,需要首先考虑的问题。而服务器是数据中心IT负载中占比最大的设备,所以服务器电源的供电特性是整个数据中心供配电系统建设的出发点和归宿点。

      与UPS供电系统相关的服务器电源指标主要包括输入电压、输入频率、输入电流、输入功率、输入功率因数等输入数据以及输出功率等。典型的输入电压范围为AC100~240V,输入频率范围为45~65Hz;随着服务器电源技术的发展以及节能要求的提高,PFC技术(PowerFactorCorrected)越来越广地被采用,输入功率因数约为0.9;输入电流、功率及发热量视具体服务器而定。

      在实际计算服务器功率时需要注意的是,服务器电源上标注的,例如INPUT(输入):220VAC /4A50Hz,容易让人误解为服务器的输入功率就是220V×4A=880VA,就是该服务器的额定视在功率。需要特别强调的是,INPUT(输入)中,220V是服务器电源额定输入电压,而4A指的是最大额定输入电流能力,表征服务器电源在最低输入工作电压时的最大输入电流能力。因此,直接用输入额定电压×输入额定最大电流来表征额定输入功率是不合适的,也是不正确的。

      正确计算服务器功率的方法应该用INPUT(输入)功率,例如600W(MAX),这个参数才是该服务器电源的最大输入功率,但很遗憾的是,通常服务器厂家不一定将这个参数标识在服务器外壳上,这个参数通常只有在服务器电源铭牌上才能看到。

      那么,接下来的问题是负载的容量是否直接等同于服务器电源的最大功率?答案依然是否定的。

      对应服务器有三种工况:

      ①铭牌功率:指的是服务器电源铭牌功率;

      ②最大工况设置:指的是服务器系统工作在最大用电负荷时的耗电功率;

      ③CPU100%利用率典型工况:CPU工作在100%利用率时的耗电功率。

      通常服务器最大的功率消耗是铭牌额定值的80%,这是因为服务器厂家在选择电源时,放宽了大约20%的裕量。而CPU的100%利用率典型工况是铭牌额定值的67%。事实上服务器正常工作时的能耗还要小于这个值。因此,在具体的设计工作中,这种裕量和工况差异也建议设计者纳入考虑之中。

      对于不同负载持续率下的额定功率或额定容量,应换算为统一负载持续率下的有功功率,即设备功率Pe。IT设备功率Pe的确定,可详参ChinaDCC发行的《数据中心供配电系统技术白皮书》第3章“数据中心IT设备电源用电特性”。

      (2) IT负载电源的工作原理介绍

      当前IT负载内部的输入电源模块基本采用两种制式,即ATX标准和SSI标准。

      无论是ATX电源还是SSI电源,UPS输出的220V交流电进入IT负载内部后,都必须经四级变换,最后转换成稳定的12V、5V、3.3V的直流电压,提供给IT负载内部的CPU、内存、存储设备、网络通信芯片等“真正的负载”使用。这四级变换分别为(见图1):

      

     

      第一级:桥式整流器,将220V交流电变为约200~300V的直流电;

      第二级:高频逆变器,将直流电再转换成几十到几百kHz稳压的高频交流电;

      第三级:高频隔离变压器,将高频交流电降压并隔离;

      第四级:高频整流器,将稳定的高频交流电转换成稳定的直流12V(或5V、3.3V)输出。

      了解服务器电源的具体工作原理,对于我们后续进行正确的供电系统设计是非常必要的。

      4 结束语

      数据中心作为现代电力系统的重要而特殊的负荷之一,其供电保障方式的配置必须既符合GB50052-2009的要求,又必须满足GB50174-2008的定义及条款要求。在数据中心UPS备用电源配置时,需要首先考虑数据中心IT负载供电特性。而服务器是数据中心IT负载中占比最大的设备,所以服务器电源的供电特性是整个数据中心供配电系统建设的出发点和归宿点。

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