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如何計(jì)算新的UPS的容量需求？
數(shù)據(jù)中心UPS需求取決于多種可變因素。開發(fā)配置工具并確定UPS的估計(jì)容量，可滿足企業(yè)當(dāng)下和未來的需求。當(dāng)企業(yè)需要一臺(tái)不間斷電源單元時(shí)，該如何對(duì)容量需求進(jìn)行計(jì)算?
部分不間斷電源(UninterruptiblePowerSupply，UPS)系統(tǒng)是按照額定千瓦(kW)參數(shù)進(jìn)行分級(jí)的，而另一些按照千伏安(VA)參數(shù)進(jìn)行分級(jí)的。
UPS術(shù)語與現(xiàn)狀
千瓦(KW)和千伏特安培(kVA)僅僅簡單意味著1000瓦特或1000伏特安培——而k(千)前綴用于較大量級(jí)的數(shù)字。
對(duì)直流電路來說，物理學(xué)的基本規(guī)律是瓦特=伏特x安培。交流(AC)電源為我們的建筑物和設(shè)備供電。對(duì)于電力公司來說交流電源更具有效率，但當(dāng)其到達(dá)設(shè)備的變壓器，它會(huì)展現(xiàn)出一種稱為電抗的特性。
電抗降低會(huì)降低視在功率(伏特安培)中的有用功率(瓦特)。這兩個(gè)數(shù)的比值稱為功率因數(shù)(PowerFactor，PF)。因此，交流電路的實(shí)際功率公式是瓦特=伏特x安培x功率因數(shù)。不幸的是，大多數(shù)設(shè)備的PF都不固定，但其數(shù)字一般是1.0或更少，1.0的PF一般是指一只燈泡。
多年來，大型UPS系統(tǒng)是基于PF0.8的數(shù)值設(shè)計(jì)的，這意味著一個(gè)10萬伏特安培UPS只能支持80千瓦的電力負(fù)載。
大多數(shù)大型商業(yè)UPS系統(tǒng)現(xiàn)在是按照PF0.9的數(shù)值設(shè)計(jì)的。這讓我們認(rèn)識(shí)到當(dāng)今大多數(shù)的計(jì)算技術(shù)對(duì)UPS的PF值都在0.95和0.98之間。有些系統(tǒng)甚至被設(shè)計(jì)成PF值為1，這意味著千伏特安培千瓦額定值是相同的(100千伏特安培=100千瓦)。然而，由于IT負(fù)載不會(huì)對(duì)這些UPS系統(tǒng)表現(xiàn)出1.0的PF值，實(shí)際的負(fù)載限制取決于千伏特安培的參數(shù)。
不論參數(shù)是如何標(biāo)明的，在真實(shí)世界的數(shù)據(jù)中心100KVAUPS事實(shí)上將無法支持100千瓦的負(fù)載。真正了解您設(shè)備容量的唯一方法是閱讀UPS顯示器。負(fù)載百分比會(huì)告訴您的設(shè)備在多大程度上接近最大千瓦值或千伏特安培值，但要注意，這一比例會(huì)會(huì)在負(fù)載最重的一相上展示出來，并非總計(jì)的UPS容量。
大型UPS系統(tǒng)是三相電源設(shè)計(jì)。在美國，您可以在任何一個(gè)相位和所謂的中性導(dǎo)體之間獲得120伏特，而在任意兩個(gè)相位導(dǎo)體之間，您可以獲得208伏特(而不是220或是240伏特)電壓。在歐洲，您在任一相位和中性線之間可獲得230或240伏特。相位間是不連接的。除非所有三個(gè)相位之間的負(fù)載接近相等，否則您不會(huì)像顯示器所展示那樣接近最大總?cè)萘俊Ｄ枰M(jìn)一步檢查所有三個(gè)相位之間的負(fù)載以確定該數(shù)值。舉例來說，某臺(tái)100kVA的UPS擁有0.9的PF數(shù)值，或90kW容量。如果相位A加載到95%，相位B加載到60%，、而相位C只有25%，UPS將仍然有40kVA或36kW處于未使用狀態(tài)。盡管度數(shù)95%之多，這40%的剩余容量。
UPS的kW或kVA的容量都不能被超出額定值，但由于較高的PF數(shù)字，當(dāng)今通常是kW這一參數(shù)更加重要。然而市面上也有部分UPS系統(tǒng)的功率因數(shù)經(jīng)過校正，使得這些產(chǎn)品的kW和kVA額定數(shù)值是相同的。
臺(tái)達(dá)蓄電池-在線式UPS電源的發(fā)展歷程
最早的在線式UPS電源現(xiàn)在看起來是個(gè)非常古怪的東西：采用了非常原始的機(jī)械儲(chǔ)能方式，是帶有一個(gè)大飛輪的電動(dòng)機(jī)——發(fā)電機(jī)組，在發(fā)電機(jī)上帶有一個(gè)數(shù)噸重的飛輪，市電停電后該發(fā)電機(jī)可以維持正常供電數(shù)秒鐘?，F(xiàn)代的逆變式在線式UPS問世后，在近十幾年中得到了迅速發(fā)展。就其技術(shù)性能講，它走過了從方波到正弦波、從離線式到在線式、從小功率到大功率、從常規(guī)延時(shí)(分鐘級(jí))到長延時(shí)(小時(shí)級(jí))、從簡單不停電供電到智能化操作和處理功能的發(fā)展歷程。隨著蓄電池和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，其控制電路也發(fā)展很快，由開始的立分元件的簡單控制發(fā)展到今天的微處理機(jī)控制，由硬件控制又發(fā)展成軟件控制，如軟件濾波器;甚至光纖通訊也被引入在線式UPS，而且，微處理機(jī)也已被廣泛應(yīng)用于小容量的在線式UPS中，甚至還專門為蓄電池的監(jiān)控設(shè)立了微處理機(jī)，以保持電池的最佳狀態(tài)。
隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展，現(xiàn)在在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的在線式UPS不再只是單純的電源設(shè)備，而逐步成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中電源的管理中心，在線式UPS由最初單純不間斷供電已發(fā)展到今天的智能化、多功能。新型的在線式UPS本身融合了多種新技術(shù)， 在線式UPS不僅是提供不間斷電源的工具，而且當(dāng)作為負(fù)載的設(shè)備在無人值守時(shí)，當(dāng)市電故障后，在線式UPS可以按照事先的約定順序關(guān)機(jī)，甚至還可以自動(dòng)發(fā)傳呼或E-mail給管理者?，F(xiàn)代的在線式UPS與服務(wù)器上的軟件協(xié)同工作，還能實(shí)現(xiàn)事件記錄、故障告警、在線式UPS參數(shù)自動(dòng)測(cè)試分析、調(diào)節(jié)等多項(xiàng)功能，提供了完全的電源管理解決方案?，F(xiàn)在有些在線式UPS甚至可以對(duì)環(huán)境溫度、濕度和煙霧等進(jìn)行監(jiān)視。
在線式UPS的智能化還表現(xiàn)在加強(qiáng)在線式UPS的節(jié)能功能即所謂“綠色在線式UPS”上?！熬G色在線式UPS”可以減少PC系統(tǒng)使用的電能量，既降低了費(fèi)用又保護(hù)了環(huán)境。比如“綠色在線式UPS”在檢測(cè)到打印機(jī)長時(shí)間空閑后,就會(huì)把打印機(jī)的電源關(guān)閉。當(dāng)出現(xiàn)打印排隊(duì)請(qǐng)求時(shí)，在線式UPS可以馬上給打印機(jī)恢復(fù)供電，隨著“綠色在線式UPS”的出現(xiàn)，為節(jié)約能源又提供了理想的解決方案。
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利用離線式測(cè)量方法進(jìn)行電池組容量試驗(yàn)時(shí),應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:
①電池組離線式容量試驗(yàn),測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,電池組實(shí)際容量計(jì)算方便,便于了解電池組實(shí)際容量。但當(dāng)該供電系統(tǒng)只剩下一組電池后備,系統(tǒng)備用電池供電時(shí)間明顯縮短,且不清楚在線電池組是否存在質(zhì)量問題;尤其使用六年以上的電池組,一旦市電中斷,該電池組對(duì)通信設(shè)備放電保障風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)增大。所以用此種方法對(duì)電池組進(jìn)行容量試驗(yàn)時(shí),要求柴油發(fā)電機(jī)組必須處于最佳工況狀態(tài),以確保發(fā)電機(jī)組、開關(guān)電源等設(shè)備正常運(yùn)行;
②放電結(jié)束后的電池組充滿電后再并入供電系統(tǒng),此時(shí)與在線電池組間存在電壓差,若操作不當(dāng)將引起開關(guān)電源對(duì)并入的電池組進(jìn)行大電流充放電,產(chǎn)生火花,易發(fā)生安全事故。為了解決打火花問題,必須調(diào)整開關(guān)電源輸出電壓,然后與充滿電的電池組電壓相等后進(jìn)行并聯(lián)浮充;
③利用離線式測(cè)量方法時(shí),放電方式操作難度偏大,既要脫離電池組的正極電源線,又要脫離電池組的負(fù)極保險(xiǎn),尤其是脫離電池組負(fù)極保險(xiǎn)時(shí),需要特別小心并做好絕緣處理。操作不當(dāng)引起負(fù)極短路,將造成系統(tǒng)供電中斷和人身安全事故的發(fā)生。同時(shí)放電電池組通過假負(fù)載以熱量形式消耗,浪費(fèi)電能,增大了機(jī)房空調(diào)的制冷時(shí)間,影響機(jī)房設(shè)備運(yùn)行環(huán)境,需要維護(hù)人員時(shí)刻守護(hù),以免假負(fù)載高溫引發(fā)通信供電設(shè)備故障;
④關(guān)電源直流輸出電壓為46.4V,使電池組直接對(duì)實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行放電至開關(guān)電源直流輸出電壓保護(hù)設(shè)置值。由于電池組放電電流大,應(yīng)按電源維護(hù)規(guī)程考慮48V供電范圍40～57V的最低供電低壓門限,電池組至設(shè)備供電回路全程壓降3.2V及電池單體放電最低1.8V的要求考慮。為了保證供電系統(tǒng)安全,所以帶實(shí)際負(fù)載的放電電流和放電時(shí)間掌控較困難,對(duì)電池組容量評(píng)估不夠準(zhǔn)確,對(duì)電池性能測(cè)試存在不確定因素,尤其對(duì)使用3年以上電池組性能檢測(cè)難以達(dá)到試驗(yàn)的預(yù)期效果。
(2)在線式測(cè)量法
在利用在線式測(cè)量法進(jìn)行蓄電池組容量試驗(yàn)時(shí),應(yīng)按如下步驟進(jìn)行:
①在供電系統(tǒng)中,關(guān)掉整流器或降低整流器輸出電壓后,由蓄電池組放電供給通信設(shè)備,在蓄電池組放電中找出蓄電池組中電壓最低、容量最差的一只電池來作為容量試驗(yàn)的對(duì)象;
②恢復(fù)整流器至正常工作狀態(tài),對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電,等蓄電池組充滿電后穩(wěn)定1h以上;
③對(duì)①中放電時(shí)找出最差的那只電池進(jìn)行10h率放電試驗(yàn)。放電前后要測(cè)記該只電池的端電壓、溫度、放電時(shí)間和室溫。以后每隔30min測(cè)記一次,放電快到終止電壓時(shí),應(yīng)隨時(shí)測(cè)記,以便準(zhǔn)確記錄放電時(shí)間;
④放電時(shí)間乘以放電電流即為該只電池的容量。當(dāng)室溫不是25℃時(shí),應(yīng)按式(1)換算成25℃時(shí)的容量;
⑤放電試驗(yàn)結(jié)束后,用充電機(jī)對(duì)該只電池進(jìn)行充電,恢復(fù)其容量;
⑥根據(jù)測(cè)記的數(shù)據(jù)繪制放電曲線。
在利用在線式測(cè)量法進(jìn)行蓄電池組容量試驗(yàn)時(shí),應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:
①若兩組電池的單體電池都有失容、落后等質(zhì)量問題,其放電至輸出保護(hù)值的時(shí)間,不易被維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn),此時(shí)可能后備電池組容量所剩無幾,因此該放電方式比離線放電方式不安全系數(shù)更大。同時(shí)由于放電深度有限,對(duì)電池組的測(cè)試的目的無法達(dá)到,關(guān)鍵是在全容量放電的實(shí)踐中會(huì)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有些單體電池在放電前期電壓正常,但到中后期,有些落后電池才開始逐步暴露出來;
②這一部分落后單體電池,由于放電深度不夠而沒有被及時(shí)發(fā)現(xiàn),此放電方式只能大致評(píng)估電池組容量,而無法準(zhǔn)確檢測(cè)具體放電多長時(shí)間。同時(shí)兩組電池組間放電電流不完全均衡,各電池組將根據(jù)自身情況自然分?jǐn)傁到y(tǒng)的負(fù)載電流。落后電池組內(nèi)阻大、放電電流小,而正常電池組內(nèi)阻小、放電電流大。這就造成某些落后電池因放電電流不夠大而無法暴露出來,達(dá)不到進(jìn)行電池組放電性能質(zhì)量檢測(cè)目的。
(3)單組全在線式節(jié)能容量試驗(yàn)很明顯,離線式測(cè)量法和在線式測(cè)量法,在實(shí)際運(yùn)用時(shí),存在重大缺陷:
?工作量太大,耗時(shí)耗力,一年內(nèi)無法保證對(duì)所有的蓄電池組進(jìn)行一輪放電試驗(yàn),亦即蓄電池組得不到及時(shí)有效的維護(hù);
?這兩種測(cè)量方法追求的是結(jié)果而不是過程,所以當(dāng)發(fā)現(xiàn)該組蓄電池有質(zhì)量問題時(shí),可能問題在很早以前就存在了。也就是說,即使非常嚴(yán)格地按照維護(hù)規(guī)程進(jìn)行著維護(hù),仍然無法確保在用蓄電池的性能良好、保證通信網(wǎng)絡(luò)的順暢運(yùn)行;
?離線全容量放電測(cè)試存在嚴(yán)重的安全隱患問題,操作不當(dāng)會(huì)對(duì)系統(tǒng)供電安全造成嚴(yán)重的影響,同時(shí)嚴(yán)重浪費(fèi)能源,而且放電結(jié)束后被測(cè)蓄電池組和系統(tǒng)存在巨大的壓差,回接系統(tǒng)相當(dāng)困難且危險(xiǎn)。而一些單位采用定期的在線式放電測(cè)試,雖然這種在線式放電測(cè)試相比離線放電測(cè)試,操作較簡單,也沒有電能的浪費(fèi)和電池組回接困難的問題。但是在線式放電測(cè)試是將系統(tǒng)電壓降低,系統(tǒng)上所有的電池組同時(shí)對(duì)實(shí)際負(fù)載放電,如果市電停了,系統(tǒng)上就沒有滿容量的電池組,同樣存在巨大的安全隱患問題。而在線式放電測(cè)試的放電深度不夠,且放電不恒流,不能準(zhǔn)確的測(cè)試出蓄電池的剩余容量,達(dá)不到檢測(cè)蓄電池性能的目的,給系統(tǒng)維護(hù)留下安全隱患。
