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UPS电池组中怎么计算线损?

UPS电池组中怎么计算线损?

UPS供电系统中,其重要的一个组成部分就是蓄电池组。蓄电池组体积庞大,重量很重,在目前占地面积小的机房中越来越不适宜。但是蓄电池组是后备时间的保障,电池数量少了又不能满足日常使用。解决这个矛盾的方法就是将蓄电池组移出机房,但是UPS为了使用和操作上的方便,又不能与电池组一起移出机房,而蓄电池如果远离UPS主机,那么就会在过长的直流线线上产生线损,线损过大又会影响系统的正常供电。因此,什么是线损?为什么过大的线损会影响系统的运行?如何计算线损的大小?这就成了关键的问题。

一、线损影响UPS供电系统正常运行

众所周知,直流电流流经一定长度的电缆是有线损的,这里所说的线损是指直流电流流过一定长度的电缆所产生的电压,也就是说所要计算的线损就是一个电压值,线损对UPS及负载有很大的影响,因此掌握线损的计算方法,对供电系统的稳定运行有很大的关系。

以12V的蓄电池为例,其放电起始电压为13.5V(由UPS的浮充电压决定),其临界放电电压为10.5V(由UPS的逆变器终止电压决定)。也就是说单只电池的端电压只允许下降3V左右。这下降的3V如果全部损耗在线缆上,那么无疑,只要市电一停,负载就会全部宕掉,电池组根本就起不到作用。有的用户会说这是电池组没有起到作用,电池坏掉了,其实不然,而盲目更换电池,不但会造成人力和资源的浪费,并且不能解决问题。电池组直流母线端电压减去UPS直流母线端电压,差值即为线损(关闭UPS充电器或直流输入开关)。线损值一般来说不应该大于3V。

二、影响线损的主要因素

线损值当然越小越好,影响线损的因素主要有三点:

(1)端子接触电阻

采用优质电力金具(专用直流接线端子),设计合理的安装方式,减少端子的连接,可以显著的降低端子的接触电阻。

(2)线缆材质

(3)线缆缆径及长度

这是主要的原因。计算直流线缆线损值,合理选用线径长度,是减少线损的关键。

三、线损计算

线损的计算方法下:

(1)直流电缆承担两个电流

①充电电流(长期)

充电电流是随着时间变化而变化的,这是一个变量,充电电流一般来说单只蓄电池的额定容量的0.1C,也就是说一只100AH的电池的充电电流是100ah*0.1C=10A,且这个值是随时间变化而变化的,当到达这只电池或这组电池的浮充电压值时,充电电流就会变得很小,小到毫安级,所以充电电流流过电缆不计线损。

②放电电流

放电电流是一对恒定的量,它是和设备(UPS或其它逆变设备)的负载成正比关系的,负载是不变的,那么这个放电电流就是一个恒定值,它流过一定长度的电缆时,就会产生压降(即线损)。

(2)线损的定义

指单位大小的电流流过单位长度的电缆所产生的电压,也可以这么认为,所谓的线损就指电流从电池的末端流到充电器的输入端所产生的压降。

(3)线损的计算方法

根据欧姆定律,线损:U=IR U:线损电压, I:电池组的大放电电流,R:电缆阻值。

大放电电流:

公式中P: UPS的额定功率cosφ:负载功率因数,Uf:电池的临界放电电压n:电池个数,η:UPS逆变器的效率(0.88〜0.95)电缆的电阻值与电缆长度成正比,与截面积反比。即R=p?L/S(p:导体的电导率)。

(4)根据上述方法和公式,以一台400KVA的UPS为例,后备时间为1h,满载工作,直流线缆长度为60m时的线损。

按公式计算:

①如400kVAUPS的直流启动电压为384V, 32只/组(关于大功率UPS延时时间与电池容量的计算方法在这里不做论述)。大负载功率因数为0.9,逆变器效率取0.92。

②电池电缆的截面积

先选取BVR240的电缆,其线径为240mm²。

③线损

U=IR=1164.59Ax0.00425Ω=4.94V

④由于线损不能大于3V,所以选取240mm²的线缆显然是不合适的。

⑤那么选取BVR240的电缆两根并联,经计算线损为:U=IR=1164.59A*0.002125Ω=2.47V,这个规格的电缆是适宜的。

四、结束语

经上述可以得出结论,400KVA的UPS,如果其直流电缆长度为60m的话,那么它要选取的电线截面是480mm²,其线损为2.47V,这是符合要求的,这里还有一点要说明的是,线损与电池组的组数和电池组的容量是没有关系的,它只和UPS所带的负载容量(大放电电流)和UPS本身的直流启动电压有关(也就是单组电池的只数)。

 

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题图来自Unsplash,基于CC0协议

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