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UPS 交流稳压电源可靠性运行的安全安装要求技术方案

如果您企业的数据中心不能保证24/7全天候供给效劳,那么您的事务可能不会坚持长期正常的作业。我们生活在一个始终不间断运营的商业环境中,终究用户需求随时随地的拜访他们所需求的应用程序。

  

  您企业需求增强数据中心的弹性和可靠性。本文中,我们将与您同享有关不间断电源(UPS 交流稳压电源)设备的安全要求和技巧,以及进步电源可靠性的一些技巧。

  

  在今天的24/7全天候运营的商业大环境中,“永久坚持在线运转”的事务环境、可靠性和耐性始终是要害使命设备的首要使命。可是,这方面的方针极有可能遭到这些设备的日常运用和运转的实践方面的要挟。

  

  有鉴于此,来自Eaton公司的业界专家们将在本文中为您供给对数据中心配电体系的全面了解;其学习了该公司在这些范畴多年的经验,供给了教科书可能无法供给的相关规划辅导和实用性的提示,但却有助于明显提升您企业体系的可靠性、电源可用性和正常运转时刻,一同保证安全性和关于相关规范的恪守。

  

  数据中心配电体系作为一个全体是从可用电源延伸而来的——其一般往往是从变压器、发电机和不间断电源(UPS 交流稳压电源)输入,然后经过交流设备、断路器进入到所支持的ICT、冷却设备和相关负载进行输出。因而,我们不只要了解与电力设备的每个项目相关的问题,还有必要了解这些项目是怎么相互影响的。而鉴于这些项目之间的相互影响还可能跟着数据中心负载的改变而改变的本质属性,使得我们关于这方面需求特别留心。

  

  在正常运转和发作毛病的两种状况下,坚持安全和消除人员和设备的危险无疑是至关重要的。一同还需求考虑电弧,留心其危险性及怎么缓解。在本文中,我们将看到一同具有变压器和发电机的电力体系的规划应该可以处理过载的电流和短路条件以及额外运转,尤其留心三极和四极开关的影响、静态旁路、不同的断路器类型和挑选性问题。与此一同,电力基础设备未来添加的相关影响也被考虑了——当模块被添加到可扩展体系时,发作毛病状况和挑选性问题应怎么处理?还评论了怎么最大极限地削减人为差错所形成的影响,并回忆了经过互锁完成的保护。

  

  文章中还探讨了有必要避免静态开关毛病引起的反向馈电电流;凭借现代UPS 交流稳压电源体系减轻这些现象,以及过载条件,特别是阶跃改变,以及整流器电流约束。文中还涉及到相关的世界安全立法。在正常运转、保护期间及发作毛病的不同条件下的UPS 交流稳压电源操作的详细考虑要素;体系的可用性和对要害负载的保护及安全性的影响将凸显在开端任何新的UPS 交流稳压电源设备或晋级之前,咨询经验丰富的UPS 交流稳压电源供货商的可行性。

  

  虽然本文榜首部分着眼于配电,但其重点是UPS 交流稳压电源。而在接下来的几个部分中,则涵盖了UPS 交流稳压电源和配电主题;馈线和优化,三极和四极开关和挑选性问题。总的来说,本文将为我们供给关于怎么进步数据中心可靠性和安全性的相关常识,以及怎么避免不必要的停机中止。

  

  在动态环境中坚持最新状况

  

  最要害应用程序的管理人员发现自己需求不断地在可靠性与出资之间进行最佳平衡。伴跟着新课题的呈现,相关的焦点也随之呈现频频的改变;这方面的比如包含抗震性、环境硫磺污染、EMI、散热、职责的变换等等。

  

  反向馈电保护(Backfeedprotection)立法

  

  反向馈电保护是由《IEC62040-1:2008不间断电源体系(UPS 交流稳压电源)规范》的第1部分:《UPS 交流稳压电源运用的一般要求和安全要求》所规则的。该规范也是欧洲规范,并规则了带有法令强制性要求,以保证UPS 交流稳压电源设备过程中修理人员的安全。该规范答应反向馈电保护的两种代替计划;在UPS 交流稳压电源内设备一款内部反向馈电阻隔设备,或设备外部输入线路阻隔设备,只在UPS 交流稳压电源内部履行反应检测和操控,一同在安全规范描绘的相关开关设备中需求正告标签。当输入电源丢失时,反应保护设备有必要在15秒内经过别离的办法将电源中任何永久衔接的UPS 交流稳压电源的输出阻隔,以避免在上游导致可能的危险电压。请留心,“反应”这一术语和本文中涉及到的人员安全和危险电压或能量要求,并不是有时被误以为的反向功率流。

  

  重要的是要了解,包含半导体和晶闸管的静态开关以及相关联的操控和缓冲电路可能不能为上游电气网络的安全保护供给满意的阻隔,即使其正如企业所预期的那样作业。当静态开关晶闸管的门极信号(gatesignal)封闭而且不经过电源时,电路可能会在上游走漏一些电压和电流,其足以对人员形成危害。因而,反向馈电保护主要是在正常运转条件下用于UPS 交流稳压电源体系,而不只仅是经常被以为的毛病状况。

  具有内部反应保护设备的UPS 交流稳压电源与左侧静态旁路开关串联;外部输入线阻隔设备的原理在右边完成

  图1:具有内部反应保护设备的UPS 交流稳压电源与左侧静态旁路开关串联;外部输入线阻隔设备的原理在右边完成。

  

  如果依赖于一款外部设备,则该要求将涉及到设备,而不是产品自身。在这种状况下,实行最低立法要求的职责在于电气承包商或设备业主,他们对UPS 交流稳压电源设备和设备产品的特定安全规范要求可能缺少满意的了解。

  

  如果外部衔接的反应保护设备在存储能量形式下作业,则可能会遭到来自UPS 交流稳压电源的危险电压的影响。为了让修理人员知晓这种危险,UPS 交流稳压电源产品安全规范要求用户在UPS 交流稳压电源和外部反应保护设备之间的一切开关设备接入点和开关设备上均需清晰标明正告标签。

  IEC62040-1:2008中所述的正告标签,与外部反应保护设备以及在永久衔接的UPS 交流稳压电源上游运用四极开关时一同运用

  图2:IEC62040-1:2008中所述的正告标签,与外部反应保护设备以及在永久衔接的UPS 交流稳压电源上游运用四极开关时一同运用。

  

  一些UPS 交流稳压电源类型有内部反应保护作为规范,但其他UPS 交流稳压电源类型则没有。在某些状况下,来自同一家供货商的不同UPS 交流稳压电源类型产品是否具有内部设备会依据版别的不同而改变。因而,在挑选UPS 交流稳压电源产品,并验证是否有必要将反应保护设备设备到UPS 交流稳压电源电源中时,有必要当心留心。

  

  关于某些UPS 交流稳压电源产品类型而言,依托外部反向馈电保护可能会影响UPS 交流稳压电源供电装备。其可以强制运用双馈电源,为整流器和旁路供电,而不是选用在许多状况下可以接受的单一馈电,一同节约本钱。

  

  还值得一提的是,在UPS 交流稳压电源外部的反应保护设备将为UPS 交流稳压电源体系添加“躲藏本钱”。该设备将需求与开关设备内的UPS 交流稳压电源相同或相似的组件,以响应主电源状况进而操控其开关。一款电动机断路器或与过流保护串联的接触器是完成此意图的典型办法。

  

  这些可能会对同意的开关设备的类型产生影响,并带来额外的本钱。在设备外部反应保护设备和相关的操控线路时,也会存在与规划、和谐、人力和资料相关的本钱。

  

  运用具有设备安排妥当且经过了工厂测验的内部反应保护设备的UPS 交流稳压电源产品有助于保证安全要求是由UPS 交流稳压电源供货商来实行,而不是依托他人来处理;这使得处理计划对企业客户而言更简单。

  

  对容错的影响

  

  在UPS 交流稳压电源体系中,反应保护的主要意图是避免当供电从UPS 交流稳压电源中移除,而且UPS 交流稳压电源正在以存储能量形式运转时,在上游发作危险电压。由于在实践中,反应保护将UPS 交流稳压电源体系输出与输入电源阻隔,并与静态开关串联,因而也可用于另一意图;具体来说,将体系中的毛病静态开关阻隔开来。

  

  这种反向保护的辅佐功用有助于进步体系的弹性,而且在考虑UPS 交流稳压电源体系中的反应保护时,其一般成为更广泛评论的论题。可是,应该着重的是,如前所述,反应保护是为了保证人员安全和强制性的要求。

  

  阻隔毛病旁路电路的功用可以使UPS 交流稳压电源体系在线,并保护要害作业负载,即使是有毛病的静态开关;从体系中消除单点毛病并添加容错才能。因而,在UPS 交流稳压电源的二次运用反应保护功用,以削减毛病静态开关的影响是十分受欢迎的。

  

  单一UPS 交流稳压电源体系中的反应保护

  

  如图3所示,Eaton公司所供给的三相UPS 交流稳压电源设备包含一款内部反应保护设备作为规范。其包含一款内部反应接触器(K5),可在静态开关内主动避免毛病状况。

  

  如果一款静态开关发作毛病,将其驱动到不需求的导电状况,则将在UPS 交流稳压电源输出和电源之间供电;电源可以在任一方向上依据变频器及输入电源之间的电压差和相位移动进行传输。

  

  这种意外的电流可能导致UPS 交流稳压电源体系过载,激活变频器的电流约束,而且由于各种原因导致旁路跳闸乃至封闭。因而,毛病可能对体系运转和可靠性产生严重影响。

  

具有静态开关和内部反应保护(K5)的UPS 交流稳压电源

  

  当UPS 交流稳压电源不处于旁路形式且静态旁路开关未翻开时,反应检测电路和UPS 交流稳压电源固件可以检测旁路线路中的电流。然后翻开内部反应接触器以阻隔毛病并避免UPS 交流稳压电源输出和电源之间的电力活动,然后答应UPS 交流稳压电源在双变换形式下仍持续运转,即使是在静态开关毛病时。

  

  警报将告诉现场人员,或许长途监控站(如果运用的话)检测到了单元中的缺点,将以激活一系列计划中的纠正办法。

  

  并联UPS 交流稳压电源体系中的反应保护

  

  UPS 交流稳压电源在UPS 交流稳压电源体系中并联,以获得更高的可用性或更大的容量。图4显示了具有内部反向馈电接触器K5的分布式旁路装备的并联UPS 交流稳压电源体系。

  

  在其间一个静态开关中所呈现的毛病将潜在地答应并联的逆变器在体系输出和电源之间馈送或抽取电流。因而,单个静态旁路开关中的毛病终究可能导致体系中的严重毛病。可是,由于电路毛病导致的电流丢失可以被检测到,而且在相关联的UPS 交流稳压电源模块内部的反应接触器会主动翻开,答应体系坚持两层变换操作,以保护负载。

  

  并联体系的静态旁路线路具有冗余性,由于一个静态旁路毛病不会阻挠其他旁路线路的运转。在冗余并行体系中,静态旁路毛病不会以任何办法影响体系的旁路才能;可是,在容量并行体系中,旁路容量将略有下降。

  

  一些并联UPS 交流稳压电源体系运用会集旁路拓扑,其间体系旁路模块(SBM)为一切并联UPS 交流稳压电源单元供给了一条通用的旁路线路,如图4所示。

  

  SBM与UPS 交流稳压电源的内部旁路开关一样,包含反并联衔接的晶闸管。因而,效劳人员存在相同的安全隐患,可能会发作相似的毛病机制;因而,反应保护关于会集式旁路体系相同重要,也是强制性的要求。在并联UPS 交流稳压电源体系中,内部反应保护意味着分布式旁路体系中的每个静态开关都包含反应接触器,因而可以坚持装备冗余。相比之下,具有外部反应接触器一般意味着仅为多个静态开关设备一个接触器,因而其间一个开关的毛病或将导致衔接到公共反应接触器的一切静态旁路线路的悉数丢失。在一些模块化UPS 交流稳压电源规划中运用了相似的实施计划,其间一个反应电源接触器用于多个或一切静态开关。对体系冗余和弹性的影响可能更大。

  

  有一种观念以为,反应保护设备自身可能会下降体系的可靠性,由于它是一个组件,就也可能会呈现毛病失利。

  

  这是十分实在的,但有很多要素要考虑。这些要素包含组件一般怎么发作毛病失利,其在体系中怎么运用以及可能的影响。

  

  如果反应接触器毛病封闭,而且在供电丢失时不翻开,那么直到静态旁路开关发作毛病,都不会影响UPS 交流稳压电源体系的运转;需求发作第二次毛病才会影响UPS 交流稳压电源体系的运转。该体系将简直像一个没有反应保护的体系。无论怎么,这种毛病失利是稀有的。

  

  另一种更典型的毛病形式是反应接触器未依照适当需求被翻开或封闭。在实践中,这意味着如果有相应的需求时,旁路线路不可用。只有一条静态旁路线路的体系将失去一切旁路容量;那些具有多个静态旁路,而且每个都有自己的反应接触器的,仅会丢失部分容量。

  

  请留心,只有当主旁路电源可用时,UPS 交流稳压电源旁路线路才可用——旁路管路可用性不能高于其供电。明显,具有相关操控电路的反应保护设备的可靠性远远高于主电源,因而对旁路线路总体可用性的影响可以忽略不计。

  

  具有反应保护和短路静态开关检测的UPS 交流稳压电源可以阻隔毛病的静态旁路开关,任何时候这都是体系的要害毛病,并将消除体系中的单点毛病。这种优势胜过由反应保护引起的对旁路可用性的边沿影响,并进步全体体系的弹性。

  

  最终,个人偏好不是决定要素。保证修理人员的安全是UPS 交流稳压电源设备和设备设备的强制性要求。UPS 交流稳压电源体系的规划有必要安全;仅有的问题是怎么完成安全规划,以进步体系级弹性的形式完成最大的额外收益。图4:左侧是分布式旁路装备中的并行UPS 交流稳压电源体系,右侧是会集旁路体系。这两个比如都有内部反应保护设备;UPS 交流稳压电源单元内的接触器(K5)和用于大型会集旁路的阻隔器/开关(无跳闸单元)的电动机空气断路器(FBP)。

  

  IEC62040-1:2008——2013修正件

  

  《IEC62040-1:2008不间断电源体系(UPS 交流稳压电源)规范》的第1部分:《UPS 交流稳压电源运用的一般要求和安全要求》为UPS 交流稳压电源产品及其设备供给了强制性的安全相关要求。CE标明要求恪守本规范,并具有法令效力。最新要求,IEC62040-1:2008——2013修订版,于2016年2月起正式成为强制性要求。这要求UPS 交流稳压电源制造商声明:

  

  ●短时耐受电流(ICW):短时电流的有效值由UPS 交流稳压电源制造商声明,可以依据当时电流和时刻界说在特定条件下进行,而不形成损坏,

  

  或许

  

  ●额外约束短路电流(ICC):依据UPS 交流稳压电源制造商声明的预期短路电流的价值,可以在特定条件下饱尝对短路保护设备(SCPD)的总运转时刻(铲除时刻)。

  

  实践上,UPS 交流稳压电源供货商有必要阐明UPS 交流稳压电源输入终端答应的最大答应毛病电流水平,以维持UPS 交流稳压电源产品的安全和设备。所选设备的额外值有必要等于或超越UPS 交流稳压电源设备中发现的毛病电流水平,而且在任何状况下不得超越这些声明值。

  

  当运用条件短路电流ICC额外值时,经过短路保护设备(SCPD)(一般为保险丝)将毛病电流下降到UPS 交流稳压电源内部电路和组件的安全水平。SCPD可以是UPS 交流稳压电源的内部部分,也可以是UPS 交流稳压电源的上游电源中的外部。

  

  鉴于规范中的要求仅适用于UPS 交流稳压电源的低阻抗途径,假定存在这样的途径的话。这个低阻抗途径既可以是UPS 交流稳压电源的内部旁路电路,也可以是多个UPS 交流稳压电源的大型通用旁路。它包含从旁路输入终端到UPS 交流稳压电源输出终端的静态旁路开关电路;如果其是UPS 交流稳压电源的一个组成部分,或根据UPS 交流稳压电源产品规范所出售的UPS 交流稳压电源体系组件,那么其也可以延伸到UPS 交流稳压电源机械(保护)旁路电路。当外部保护旁路用作低压开关柜组件的一部分时,它将主动落入开关设备产品类别和相关要求。

  

  该规范还要求每个旁路电路有必要在可用毛病电流水平下坚持独立安全。假定一切电路都将同享毛病电流,则不能在体系等级评价安全性,由于在修理活动和调试期间或许体系的某些部件呈现毛病或不运转时,产品和人员的安全也有必要得到保证。换句话说,并联更多的UPS 交流稳压电源单元或静态开关不会下降对各个静态开关或UPS 交流稳压电源单元的要求。

  UPS 交流稳压电源的耐受额外电流有必要匹配或超越设备中的可用毛病电流。

  图5:UPS 交流稳压电源的耐受额外电流有必要匹配或超越设备中的可用毛病电流。在上述示例中,UPS 交流稳压电源接受电流要求是根据主电源可用的毛病电流。如果发电机与变压器并联运转,导致更高的毛病电流水平,则有必要挑选额外值以习惯此条件,而且有必要连同UPS 交流稳压电源的合规性一同验证,以及将来的可能的设备改变。

  

  在规范中给出了毛病电流水平的最低要求,但这些要求可以略低于实践设备中一般所见,特别是在较大的UPS 交流稳压电源单元内。无论怎么,UPS 交流稳压电源供货商可以声称比所需数字更高的数字;从应用程序的视点来看,这些也是可取的。

  

  契合安全要求的UPS 交流稳压电源产品有必要经过由UPS 交流稳压电源供货商(制造商)进行的测验来验证。测验是强制性的,仅有两个破例,即:要么声明的耐受电流额外值≤10kA要么峰值经过的电流被SCPD约束在≤17kA。

  

  在测验结束时,产品需求被证明满意了以下规范的合规性:

  

  a)UPS 交流稳压电源不得宣布火焰、熔融金属或焚烧颗粒,除了当铲除毛病时一般从断路器所发射出的金属颗粒

  

  b)从带电部件到UPS 交流稳压电源底盘或外壳不得宣布电弧

  

  c)组件,例如用于设备带电部件的母线支架不得远离其初始方位

  

  d)任何外壳门不得快速翻开(由于可能形成人身损伤),只能经过其正常闩锁来避免

  

  e)导体不得从其终端衔接器拔出,不得损坏导体或导体绝缘体

  

  f)UPS 交流稳压电源应成功经过电气强度试验

  

  当运用约束短路电流ICC额外值时,UPS 交流稳压电源供货商将对所选SCPD进行产品测验。UPS 交流稳压电源供货商有职责挑选保护设备,并依据需求进行测验来验证规划。如果运用外部保护设备,UPS 交流稳压电源供货商应阐明设备类型。只有当保护设备经由UPS 交流稳压电源供货商阐明,并经过测验进行了验证,其才可以被运用。

  

  如果UPS 交流稳压电源供货商依托UPS 交流稳压电源供电开关设备内的外部短路保护设备,则UPS 交流稳压电源体系安全要求落在设备设备方面,并由其规划人员、电气承包商和业主担任。这些人可能不具有满意的产品特定规范和要求的相关常识,以保证保护设备的正确运用,而且从未被替换为具有较少保护和具有较高的经过能量的设备。

  UPS 交流稳压电源的耐受额外电流适用于UPS 交流稳压电源静态旁路电路

  图6:如上所述,UPS 交流稳压电源的耐受额外电流适用于UPS 交流稳压电源静态旁路电路,无论是在UPS 交流稳压电源内仍是作为会集式体系级旁路。如果这是UPS 交流稳压电源(体系)的组成部分,它也适用于机械旁路。一般运用外部保护旁路;如果是这样的话,其有必要遵从低压开关设备要求。

  

  从一开端,UPS 交流稳压电源毛病电流额外值就有必要大于现场最坏的状况。关于多个馈电,有必要答应可能的并行运转电源以及将来更改和晋级到上游电气基础设备的可能。并联多个器材不会下降每个单元的毛病电流要求。任何影响毛病电流水平的设备改变后,都有必要从头评价UPS 交流稳压电源的合规性。如果运用外部SCPD来保护UPS 交流稳压电源,这一点尤为重要。这些有必要是经同意的类型,而且将来不该替换为其他类型,例如在开关设备组件上履行更改和晋级时。

  

  作为法令要求,UPS 交流稳压电源的设备有必要满意人员和基础设备的安全要求。可是,很少有人意识到UPS 交流稳压电源产品特定的安全要求,形成了这些方面可能被忽视的危险。

  

  为了下降安全相关要求中的过错危险,指定和运用具有内部SCPD而且具有高毛病电流水平的,经过了实验室测验的产品可能是有利的。市场上有具有内部SCPD且高达100kA额外值的UPS 交流稳压电源产品。这些超出了规范的最低要求,而且答应它们在简直任何设备中运用,关于榜首天设备运用或之后的改变的供电没有特殊要求。这样,作为产品技能专家的UPS 交流稳压电源供货商们将经过在产品中内置安全和验证的规划来保护自己。他将定心,产品和设备契合了一切法令监管的强制性要求。

  

  定论

  

  本文从回忆《IEC62040-1:2008不间断电源体系(UPS 交流稳压电源)规范》的第1部分:《UPS 交流稳压电源运用的一般要求和安全要求》的相关规则入手,翻开探讨。阐明当输入电源丢失时,永久衔接的UPS 交流稳压电源的输出有必要在15秒内与电源阻隔。这可以保护人员免受危险电压或能量的危害;事实上,反应保护在正常运转和发作毛病的条件下都在运转。

  

  反向馈电保护可以进步体系弹性,虽然这作为强制性要求是为遵从安全机制所带来的非必须影响。UPS 交流稳压电源可以检测反应电流,并在宣布报警时翻开内部反应衔接器。这答应UPS 交流稳压电源持续选用双变换形式,明显进步体系运转和可靠性。

  

  在本文中,我们还了解到怎么将反应保护应用于分布式和会集式的多UPS 交流稳压电源装备,一同坚持相同等级的安全性、体系冗余性和可用性。评论了UPS 交流稳压电源供货商和UPS 交流稳压电源内部已设备反应保护关于用户的优势。

  

  本文还回忆了IEC62040-1:2008-2013修订版,要求UPS 交流稳压电源制造商声明UPS 交流稳压电源的额外短时耐受电流或额外约束短路电流。如果运用外部短路保护设备,整个体系安全的职责便转移给了可能不具有必要的技能和法令常识的企业用户。而经过运用具有内置保护功用的UPS 交流稳压电源则可以避免这些问题。

  

  总的来说,我们强烈建议企业用户提早咨询一家完善的UPS 交流稳压电源供货商。这不只有助于消除企业用户因缺少对一切相关要求的了解而导致的违规行为,一同还保证使用现代UPS 交流稳压电源技能为企业用户供给每一项利益;进而保证了人员和设备在正常运转、保护和发作毛病的条件下均可以享有他们有权享有的安全,一同体系弹性和可用性也坚持在最高水平。

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