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云计算和大数据时代的UPS供电系统(四)
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解析数据中心对供配电系统设计和安装时的误区
1、认为一般电源变压器具有隔离干扰的能力,所以列头柜中增加了变压器
像UPS这类设备中的电源变压器并没有隔离干扰的功能。原因是变压器在正常工作时呈线性状态,而线性状态是不会使波形发生变化的。换言之,对变压器的基本要求是输入输出波形不失真,即输入波形什么样子输出也要一摸一样。这在有关文章中已有多次论述和实际例子,在此不累述。
2、认为发电机和UPS在任何负载下都可以给出按功率因数算出的有功功率
这个认识误区比较普遍,笔者虽在多篇文章和专著中已有论述,但仍在某些读者中坚定地不这么认识,以致于在多处出现纰漏:机器跳闸的,损坏器件的屡屡出现。实际上道理很简单,只要电源的输出能力和负载不匹配就必须降额使用。至于降多少这要看不匹配的程度。比如负载功率因数为0.8的电源在带输入功率因数为1的负载时只能供出53%的额定值(即有功功率),尽管在输出功率表上带载率才53%,但对于内部电动势产生源就已经满载了。比如某政府机关数据中心购置了负载功率因数为0.8的UPS,在70%带载率时屡屡烧毁逆变器功率管。发电机也不例外。比如某省农商行发电机在带线性负载验机时,70%负载时电机跳闸,某省工业园也是发电机在带线性负载验机时,70%负载时电机过载告警。因此这种后备发电机在带高频机UPS时,其功率比不是1:1,而是2:1,如果考虑过载能力和充电功率至少要选2.5 :1。
3、给具有32节12V的电池组配备交直流断路器
UPS的后备电池组必须配备短路器或熔断器,但必须配备直流断路器。但直流断路器不论从制造材料和机械结构上都比交流断路器负载得多,因此价格也更昂贵。就因如此在很多地方都给电池组配备了所谓“交直流断路器”。到底是交流断路器还是直流断路器?二者是不同的。
因为直流断路器很少见,虽然在48V直流电压时灭弧容易一 些,但在240V高电压时就非常困难了。因此直流断路器价格数倍于同容量的交流断路器,故在很多场合大都用交流断路器代替。
直流断路器可以用交流断路器代替吗?
这要看电流等级,几个安培到十几个安培的情况下肯定可以通用。当电流达到几百安培的时候断口间的电弧只会在电流过零点时才熄灭,而直流电流不存在过零点,因此无法熄弧,此时必须用专门的直流断路器。如果电弧持续时间超过20ms,就可以称为爆炸。
直流断路器有何特点?
交流断路器分断直流短路电流相对困难。因为电弧分断的条件是:分断电弧电压大于电源电压。直流电与交流一个重大区别是没有电压自然过零点,所以直流电弧分断就更为困难,为此直流断路器需要专门的吹弧线圈或者使用永磁体吹弧技术,强制直流电弧进入熄弧室,使电弧被切割、拉长,弧电压升高并迅速冷却,并且已经假设了直流线路接线时严格注意了极性,实际上交流断路器并没有完全在设计上采取类似于此的技术措施,在许多直流电路上使用时的可靠性、耐久性和分断能力远不如直流断路器。
交流断路器单极能分断的直流电压值有限,标称电压是交流230V的交流断路器并不一定就可直接用于直流220V的线路中,在GB10963-2标准中就规定额定电压为230V的单极微型交流断路器用于直流系统时,直流电源电压一般不能超过220V,大于220V应考虑2极串联使用,从安全角度出发,并考虑大量工程实践的经验,建议如图13所示:
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在上述建议方案中当直流电压为250V时就需4个触点串联。有鉴于此,在有些情况下继续使用交流断路器就不如直接选取直流断路器更经济。但目前采用的所谓交直流断路器实际上就是交流断路器。因为在交流用途时有谁多花钱去买交直流产品呢!更可怕的是在大功率UPS中一般都采用了32节电池,额定电压就近400V,仍用交流断路器的两个触点串联,就存在到时不能断开的危险,并从而导故障致事态扩大。
4、电池组安装时的误区
一般与UPS配套电池组安装时大都不太注意了解UPS的充电电压和电池组的额定浮充电压是否匹配。比如原UPS规定电池组是12V´32节,有的在安装时就机械地把32节12V电池串接成一组连接上了,一般情况下不会出问题。但在有的情况下就会发现电池的寿命缩短了。比如某UPS额定电池为12V´10节,但该进口UPS的浮充电压为138V,结果电池接上去不到一年就报废了。原因是UPS的浮充电压和电池的浮充电压不匹配,一般电池的浮充电压是2.25V´6=13.5V,10节12V电池的浮充电压应该是135V,但该进口UPS是按某电池单体浮充电压2.3V设计的,10节12V电池的浮充电压就是2.3V´6´10=138V。由于高于目前电池的浮充电压应该是135V才合适,如果电压高出此值就会导致电池内水的过度电解,使电池寿命缩短。
反之,如果浮充电压太低于推荐值,也会由于电解液的反应不充分导致服务寿命提前结束。
5、发电机与UPS的匹配误区
当前高频机UPS或直流UPS的输入功率因数都大于0.99,所以就有的提出前置后备发电机的容量和UPS的容量比就可以1:1,一般说这样的比例大都会导致发电机容量不足。原因是当前绝大多数发电机的负载功率因数仍保持在0.8的水平,此种情况的发电机容量应是UPS的2~2.5倍。某银行选了前置后备发电机的容量和UPS的容量比1:1,作容量测试时发电机只带了不到70%负载就跳闸了;某工业园在同样的情况下,即发电机后面带的是电阻负载,也是在不到70%负载时出现了过载告警。