消防EPS電源:建筑電氣設(shè)計(jì)中EPS應(yīng)急電源設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

由于EPS應(yīng)急電源在消防行業(yè)相對(duì)來(lái)說(shuō)還是一個(gè)新產(chǎn)品項(xiàng)目，正式面向市場(chǎng)時(shí)間不長(zhǎng)，建筑電氣設(shè)計(jì)部門的部分設(shè)計(jì)人員對(duì)該產(chǎn)品還不是完全熟悉，因此，從客觀上講，在現(xiàn)實(shí)的EPS建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)中肯定會(huì)存在一些對(duì)EPS應(yīng)急電源設(shè)計(jì)上的不足或不合理的地方。

（1）逆變照明型EPS功率在5kW以下的，應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)為單相型的，因?yàn)槿�相型價(jià)格較高，經(jīng)濟(jì)上浪費(fèi)，反而存在一些不利因素，如一旦三相中的其中一相斷相（也叫掉相）或者輸入相序反相（一般為電力部門的線路檢修工造成）就有可能增添EPS的故障甚至癱瘓，無(wú)斷相（或相序）保護(hù)功能的三相EPS更是如此。照明用途的三相型EPS最大的好處是負(fù)載總功率較大時(shí)可以平均分配到三相輸出上，實(shí)際應(yīng)用中一般在6kW以上可綜合比較考慮三相型的選用。

（2）沒有考慮燈具的功率因數(shù)與EPS逆變輸出功率因數(shù)的匹配：有的燈具功率因數(shù)很低，只有0.4，甚至更低，設(shè)計(jì)確定EPS的功率時(shí)，應(yīng)加大常規(guī)EPS功率匹配的裕量（即EPS需降功率使用），既需滿足有功功率還需滿足無(wú)功功率的匹配需要。例如，2kW功率因數(shù)為0.4的燈具選用的EPS功率（逆變輸出功率因數(shù)0.7），至少需要2kW×（1-0.4）÷（1-0.7）=4kW（無(wú)功功率匹配要求）以上才行。或者要求EPS廠商在EPS輸出上并加合適的功因補(bǔ)償電容器使其負(fù)載端的功率因數(shù)得到校正提高。因此，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的圖樣上凡涉及到EPS產(chǎn)品的，應(yīng)該在圖樣上注明除功率外的燈具功率因數(shù)，以及標(biāo)注需定的EPS輸出功率因數(shù)（差異較大時(shí)，一般要求對(duì)負(fù)載補(bǔ)償功率因數(shù)，可在現(xiàn)場(chǎng)燈具上也可在EPS輸出端上實(shí)施，但實(shí)施非常麻煩困難）。

（3）EPS應(yīng)急電源的輸出回路必須是全封閉式，不應(yīng)在EPS輸出的終端設(shè)計(jì)備用的插座、插銷等。即使需設(shè)計(jì)備用照明回路，也只需在EPS輸出的配電排上預(yù)留。否則，就會(huì)存在一定的安全隱患，因?yàn)榻K端的插座、插銷給人的思想空間是任何需要方便使用的電器均可方便插用，這樣往往會(huì)造成一般的裝修工的電焊、切割、電鉆、氣動(dòng)工具，或值班員的一些生活用具如風(fēng)機(jī)、電視機(jī)等家電在應(yīng)急狀態(tài)下的插接，對(duì)固定功率的照明型EPS可能造成逆變中斷、故障甚至毀壞。

（4）動(dòng)力型EPS應(yīng)急電源輸出回路中不應(yīng)再設(shè)置減壓起動(dòng)柜等之類緩起動(dòng)器設(shè)備；動(dòng)力型EPS輸出回路中不應(yīng)設(shè)置中繼性質(zhì)的斷路器等開關(guān)，因?yàn)閯?dòng)力型EPS本身具有變頻起動(dòng)的軟緩起動(dòng)功能，如果輸出后端再接有二次起動(dòng)開關(guān)，則電機(jī)的二次起動(dòng)沖擊電流會(huì)造成運(yùn)行中的EPS死機(jī)，甚至直接故障損壞。

（5）EPS輸入/輸出端的供電設(shè)計(jì)不應(yīng)加裝任何形式的漏電開關(guān)或節(jié)電器，否則存在較大的安全隱患（人逃生的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輕微的漏電保護(hù)）。

（6）EPS的逆變切換時(shí)間不是越小越好，要看具體的負(fù)載或場(chǎng)合的實(shí)際需要所需！一般是：A）安全應(yīng)急照明逆變切換時(shí)間應(yīng)<0.5S(如醫(yī)院的手術(shù)室);B) 疏散應(yīng)急照明逆變切換時(shí)間應(yīng)<5S(如消防通道的疏散應(yīng)急照明);C) 備用應(yīng)急照明逆變切換時(shí)間應(yīng)<15S(如地下商場(chǎng)的日常備用應(yīng)急照明)。

附：EPS逆變切換時(shí)間與切換可靠性的關(guān)系

EPS逆變切換時(shí)間是由EPS的逆變切換設(shè)計(jì)方式?jīng)Q定的。逆變器有冷備份和熱備份兩種工作狀態(tài)，冷備份時(shí)逆變器僅控制部分處于工作狀態(tài)，其功率部分處于加電待機(jī)狀態(tài)，但不起動(dòng)；熱備份時(shí)整個(gè)逆變器處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，但不承擔(dān)負(fù)載。當(dāng)逆變器處于熱備份時(shí)，最短切換時(shí)間基本決定于所用切換裝置的動(dòng)作時(shí)間，而當(dāng)逆變器處于冷備份時(shí)，最短切換時(shí)間還要受逆變器起動(dòng)時(shí)間的制約。功率較大的EPS如果起動(dòng)過(guò)快，逆變輸出變壓器和低通濾波器會(huì)產(chǎn)生很大的暫態(tài)沖擊，甚至?xí)�損壞半導(dǎo)體功率器件，因此，大功率逆變器均具備軟起動(dòng)特性，且功率越大，起動(dòng)越慢。毫秒級(jí)（ms）的切換時(shí)間只能采用晶閘管固態(tài)切換開關(guān)，且逆變器要處于熱備份狀態(tài)并保持與市電鎖相。對(duì)切換時(shí)間無(wú)苛刻要求的應(yīng)用場(chǎng)合一般采用機(jī)械切換開關(guān)進(jìn)行切換，功率較小的EPS一般采用功率繼電器，功率較大的EPS一般采用互鎖的交流接觸器或自動(dòng)互投開關(guān)。與交流接觸器相比，自動(dòng)互投開關(guān)動(dòng)作較慢，但由于互投開關(guān)具有機(jī)械自保持特性，對(duì)于不頻繁切換而言，在長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性方面更具優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)方式一般有五種。

 （1）ATS雙電源機(jī)電轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)：轉(zhuǎn)換時(shí)間一般在1~3s，市電正常時(shí)逆變器不工作，處于待起動(dòng)的冷起（也叫冷備份）狀態(tài)。

（2）接觸器式的常規(guī)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)：轉(zhuǎn)換時(shí)間一般在1~3s，市電正常時(shí)逆變器不工作，處于待起動(dòng)的冷起狀態(tài)。

（3）繼電式的快速轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)：轉(zhuǎn)換時(shí)間一般在100~250ms，市電正常時(shí)逆變器工作但不帶載，處于熱備份的待切換狀態(tài)。

（4）晶閘管式的靜態(tài)高速轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)：轉(zhuǎn)換時(shí)間一般在ms級(jí)以內(nèi)，市電正常時(shí)逆變器工作不帶載，處于熱備份的待切換狀態(tài)。

（5）零切換：相當(dāng)于在線式UPS電源（或常規(guī)變頻器）的雙變換式電路設(shè)計(jì)。

上述第一、二種設(shè)計(jì)一般采用高可靠機(jī)械互鎖交流接觸器或互投開關(guān)，切換時(shí)間決定于逆變器的起動(dòng)時(shí)間（小功率一般零點(diǎn)幾秒，大功率一般為1~3秒），具有如下優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：①降低損耗，市電正常時(shí)逆變器的功率器件不工作，有利于延長(zhǎng)逆變器的使用壽命（逆變器如果長(zhǎng)期運(yùn)行，三五年需更換一些易損的器件，如不長(zhǎng)期使用，則可能延長(zhǎng)到15年以上）。②此種低速轉(zhuǎn)換裝置的逆變一般均設(shè)有軟起動(dòng)功能，減小暫態(tài)沖擊，可以在配帶強(qiáng)感性負(fù)載、風(fēng)機(jī)/水泵類負(fù)載、大功率負(fù)載中避免因?yàn)橄辔?電壓誤差而造成環(huán)流增大，引起逆變保護(hù)或故障跳閘保護(hù)。③不具有晶閘管切換電路，故障點(diǎn)減少，有利于可靠性的增加。

缺點(diǎn)：切換時(shí)間較長(zhǎng)，不適合安全等級(jí)的應(yīng)急場(chǎng)合使用。

第三種設(shè)計(jì)具有如下優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：①不具有晶閘管切換電路，故障點(diǎn)減少，有利于可靠性的增加。②可以避免因?yàn)橄辔?電壓誤差而造成環(huán)流增大，引起逆變保護(hù)或故障跳閘保護(hù)。③切換時(shí)間短，較適合安全等級(jí)的應(yīng)急照明使用。

缺點(diǎn)：①逆變器始終在工作，不利于延長(zhǎng)逆變器的使用壽命（三五年需更換一些易損的器件）。②切換時(shí)間短，無(wú)法設(shè)計(jì)使用逆變器軟起動(dòng)功能，配帶強(qiáng)感性負(fù)載時(shí)的硬起動(dòng)會(huì)引起大電流沖擊；但對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)類負(fù)載，轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性運(yùn)動(dòng)可減低起動(dòng)時(shí)引起大電流的沖擊，有時(shí)可兩者相抵，但有時(shí)也難以判斷完全相抵。

第四種設(shè)計(jì)具有如下優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：切換時(shí)間極短，可用于HID型高強(qiáng)度氣體放電燈的使用場(chǎng)合，以及適合安全等級(jí)的應(yīng)急照明場(chǎng)合使用。在電網(wǎng)及供電質(zhì)量較高的地區(qū)，配帶非要害負(fù)載，它可以取代在線式UPS的使用。

缺點(diǎn)：①具有晶閘管和鎖相環(huán)切換電路，增加了設(shè)備的復(fù)雜性和造價(jià)，同時(shí)故障點(diǎn)增多，可靠性降低。②逆變器始終在工作，不利于延長(zhǎng)逆變器的使用壽命（三五年需更換一些易損的器件）。③切換時(shí)間極短，配帶強(qiáng)感性負(fù)載或大功率設(shè)備的硬起動(dòng)會(huì)引起很大電流沖擊，容易引起快速切換電路的故障，因?yàn)殡娮悠骷�的過(guò)載能力和可靠性相對(duì)比接觸器、ATS開關(guān)小得多。④對(duì)于強(qiáng)電感性負(fù)載，由于反電動(dòng)勢(shì)的存在，又由于采樣電路的誤差和反應(yīng)時(shí)間，不可能做到與市電完全同步，電壓也做不到完全一致。只要在逆變輸出與市電間存在一點(diǎn)誤差，理論上只要存在70相位差或15%的電壓差，就會(huì)在切換中不可避免存在環(huán)流，引起切換電路的損壞。為何UPS電源一般均采用晶閘管式靜態(tài)高速轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)而少出問(wèn)題呢？那是因?yàn)閁PS配帶的一般是計(jì)算機(jī)類弱容性負(fù)載，采用高速切換運(yùn)行模式一般是沒有問(wèn)題的。 ⑤雷電等浪涌電流容易造成快速切換電路的損壞。

第五種的零切換設(shè)計(jì)具有如下優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的不間斷供電，供電質(zhì)量不受市電質(zhì)量的影響。缺點(diǎn)是逆變器始終承擔(dān)負(fù)載，工作應(yīng)力大，老化速度較其他幾種工作方式快，并需要消耗8~15%的電能，效率較低。

用晶閘管固態(tài)切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)市電與逆變器輸出之間的快速切換技術(shù)已在UPS電源領(lǐng)域應(yīng)用較久，其在EPS設(shè)計(jì)應(yīng)用中同樣可行。關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)逆變器的鎖相運(yùn)行和對(duì)市電異常的快速檢測(cè)。切換需要在無(wú)預(yù)知市電突然發(fā)生中斷或故障的時(shí)進(jìn)行，檢測(cè)市電故障需要時(shí)間，此時(shí)的切換時(shí)間不可能小于檢測(cè)/確認(rèn)市電故障的時(shí)間。為防止各種電源干擾導(dǎo)致誤動(dòng)作，檢測(cè)時(shí)間不能太短，實(shí)踐證明：當(dāng)檢測(cè)時(shí)間小于2ms時(shí)，其檢測(cè)可靠性會(huì)明顯下降，因此，小于2ms的切換時(shí)間對(duì)整機(jī)來(lái)說(shuō)是不可靠的。

綜合以上結(jié)論是：

①低速轉(zhuǎn)換方式是最可靠的EPS應(yīng)急轉(zhuǎn)換方式，主要是由EPS的復(fù)雜的負(fù)載特性決定的。

②快速轉(zhuǎn)換方式是以犧牲逆變部分和蓄電池的壽命來(lái)?yè)Q取的。

③高速轉(zhuǎn)換方式是以逆變器產(chǎn)生環(huán)流、浪涌、短路、起動(dòng)沖擊等導(dǎo)致的高故障率來(lái)?yè)Q取的。

④轉(zhuǎn)換時(shí)間每提高一個(gè)級(jí)別，EPS應(yīng)急電源壽命和可靠度就下降一個(gè)層次。⑤在某些毫秒級(jí)或零切換的特殊要求場(chǎng)合，建議使用在線式UPS不間斷電源。