電能質(zhì)量與供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
| 摘要：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將負(fù)荷按重要程度分為3級(jí)，IEc標(biāo)準(zhǔn)將負(fù)荷分為2類(應(yīng)急負(fù)荷和正常工作負(fù)荷)和電源 分為3類(主電源、應(yīng)急電源、后備電源)，本文對(duì)此進(jìn)行對(duì)比分析，認(rèn)為IEc標(biāo)準(zhǔn)的定義和措施都很明確，適應(yīng)新形勢(shì)下的要求，建議仿效。 關(guān)鍵詞：主電源(工作電源)應(yīng)急電源后備電源 1老問(wèn)題需要再認(rèn)識(shí) 供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是個(gè)老問(wèn)題，長(zhǎng)期以來(lái)，一直是先尋找電源，根據(jù)負(fù)荷的重要等級(jí)，有可能要求幾個(gè)電源，在解決電源的有或無(wú)的同時(shí)，再關(guān)注電源的質(zhì)量。隨著電子設(shè)備的普及，對(duì)電能質(zhì)量的要求，愈來(lái)愈高，不僅是停電，就是供電的短時(shí)中斷或電壓暫降，也可能會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后果。為了明確問(wèn)題的性質(zhì)和問(wèn)題討論的范圍，先介紹幾個(gè)重要術(shù)語(yǔ)的定義，簡(jiǎn)述產(chǎn)生這些現(xiàn)象的根源和現(xiàn)行的有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB，然后再作深入分析。 1．1定義[11> ①電壓暫降一一電氣系統(tǒng)某一點(diǎn)的電壓突然下降，經(jīng)歷幾周到數(shù)秒的短暫持續(xù)期后，又恢復(fù)正常。 很明顯，標(biāo)準(zhǔn)[l>沒(méi)有規(guī)定電壓下降到什么程度。它的英文名IEC為Voltage dip，美國(guó)IEEE標(biāo)準(zhǔn)[2>為Voltagesag，含義相同，但規(guī)定持續(xù)時(shí)間為工頻半周到幾秒。 ②(供電電壓的)短時(shí)中斷 供電電壓消失一段時(shí)間，其中斷時(shí)間在規(guī)定的時(shí)限內(nèi)。 注：供電電壓降低到低于額電電壓的l％，且其(降低的)持續(xù)時(shí)間的下限為十分之幾秒，上限為lmin(有些情況下可達(dá)3min)時(shí)，可以認(rèn)為是短時(shí)中斷。 美國(guó)IEEE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定完全失壓或降到低于10％，中斷持續(xù)時(shí)間從半周到3s為瞬時(shí)(momentary)中斷，3s到lmin為短暫(temporary)中斷[3>，完全失壓lmin以上為持續(xù)性(sustained)中斷[2>。 從實(shí)用觀點(diǎn)出發(fā)，用電設(shè)備允許的電源中斷時(shí)間的長(zhǎng)短決定選用什么樣的補(bǔ)救措施：UPS(不停電電源)、EPS應(yīng)急電源系統(tǒng)、后備電源系統(tǒng)(第二電源等)或它們的某種組合。 1．2中斷或暫降的原因 由上節(jié)可知，電壓暫降和短時(shí)中斷是一類現(xiàn)象中的兩小類，即電壓降至很低或完全消失但很快又能恢復(fù)，電壓異常持續(xù)時(shí)間很短的叫電壓暫降，略長(zhǎng)一點(diǎn)的叫短時(shí)中斷。產(chǎn)生的原因多數(shù)是系統(tǒng)發(fā)生短路后斷路器斷開或重合閘。 至于停電，由于正常電源故障，一時(shí)難以修復(fù)，則斷電時(shí)間更長(zhǎng)，為了維持生產(chǎn)，可能需要后備電源，這是性質(zhì)不同的另一類問(wèn)題了。 1．3有關(guān)的現(xiàn)行GB 涉及上述問(wèn)題的國(guó)標(biāo)主要是《GB50052-95供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[4>(在本文中簡(jiǎn)稱為GB[4>)。該GB[4>雖然未明確適用范圍，但眾所周知，它是從《工業(yè)與民用供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ52-83》修訂而成，因此，它應(yīng)該與IEC的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)，即都不涉及電力公司直接管制的電力系統(tǒng)?？陀^現(xiàn)實(shí)也如此，主要由非電力行業(yè)所自行編制的電氣標(biāo)準(zhǔn)大都參照IEC標(biāo)準(zhǔn)，下面先介紹該GB的主要規(guī)定，再與IEC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。 2現(xiàn)行GB[41的主要規(guī)定 《GB50052-95供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[4>的主要規(guī)定如下： 2．1負(fù)荷分為三曩： 一級(jí)負(fù)荷中斷供電將有下列后果之一時(shí)： 1)造成人身傷亡時(shí)； 2)在政治、經(jīng)濟(jì)上造成重大損失時(shí)；例如……(略) 3)對(duì)有重大政治、經(jīng)濟(jì)意義的用電單位的正常工作有影響；例如……(略) 4)發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況，則為一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷。 二級(jí)負(fù)荷中斷供電將有下列后果之一時(shí)： 1)在政治上、經(jīng)濟(jì)上有較大損失；例如……(略)。 2)對(duì)重要用電單位的正常工作有影響；例如……(略)。 三級(jí)負(fù)荷不屬于上述一級(jí)、二級(jí)負(fù)荷者。 2．2各級(jí)負(fù)荷對(duì)電曩的要求： 2．2．1一級(jí)負(fù)荷 1)不會(huì)同時(shí)損壞的兩個(gè)電源； 2)特別重要的一級(jí)負(fù)荷，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源。應(yīng)急電源選擇，按允許中斷供電時(shí)間分： 1)>15s時(shí)—快速自啟動(dòng)的發(fā)電機(jī)組； 2) 獨(dú)立電源； 3)毫秒級(jí)一UPS或UPS與其它(如發(fā)電機(jī))裝置的組合。 2．2．2二級(jí)負(fù)荷宜由二回線供電，一回也可以。 2．2．3三級(jí)負(fù)荷無(wú)規(guī)定，有電就行。 2．3電麓質(zhì)量 該GB[4>在第4章中關(guān)于電能質(zhì)量談到了電壓波動(dòng)和電壓閃變(4．0．10條)，沒(méi)有定量規(guī)定指標(biāo)，卻有限制騷擾的措施。 3 IEC標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定 IEC標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于電源系統(tǒng)的規(guī)定如下： 這見(jiàn)之于《IEC 60364-3建筑物電氣裝置一般特性的評(píng)估》[5>，它提出了對(duì)電源系統(tǒng)的要求。 3．1關(guān)于電曩系統(tǒng)類嗣的規(guī)定1．電源有三類：主電源、應(yīng)急電源、后備電源。 對(duì)這三類都應(yīng)明確其頻率、電壓、受電點(diǎn)予期短路電流，包括適應(yīng)用戶裝置要求如******需量。 2．在有關(guān)防火以及其它需要緊急撤離情況的權(quán)力機(jī)構(gòu)的規(guī)定下，和戚裝置的當(dāng)事人要求設(shè)置后備電源的條件下，對(duì)應(yīng)急電源和／或后備電源應(yīng)當(dāng)分別加班乎估，都應(yīng)有適當(dāng)?shù)娜萘浚煽啃院投~以及適應(yīng)運(yùn)行需要的倒換操作時(shí)間。 3．2對(duì)應(yīng)急電薄的要求 3．2．1性能要求 對(duì)應(yīng)急電源及其性能的要求，常由法定權(quán)力當(dāng)局所規(guī)定，必須遵守其要求。 認(rèn)可下列電源作為應(yīng)急電源：蓄電池、一次電池、與正常電源無(wú)關(guān)系的發(fā)電機(jī)組、有效獨(dú)立于正常饋電線的單獨(dú)饋電線。 3．2．2應(yīng)急電源分類 非自動(dòng)一由人員切換操作 自動(dòng)～不依靠人員啟動(dòng) 自動(dòng)應(yīng)急電源按切換時(shí)間又分為5類如下表： 自動(dòng)應(yīng)急電源分類 3．2．3關(guān)于對(duì)應(yīng)急電源的進(jìn)一步要求還要參看標(biāo)準(zhǔn)《IEC364-5-556建筑物電氣裝置第5部分：電氣設(shè)備的選擇和安裝第55章其它設(shè)備第556節(jié)應(yīng)急供電》[9>，其中556．5條為應(yīng)急供電系統(tǒng)。 3．3對(duì)于后備電源除了和主電源有相同的要求外，IEC標(biāo)準(zhǔn)并無(wú)特殊要求。主電源即工作電源，由公用電網(wǎng)電源來(lái)。 4對(duì)各類電源系統(tǒng)分類的進(jìn)一步分析 如上所述，有三大類：主電源、應(yīng)急電源和后備電源。為了更明確，IEC600~6,在1999年對(duì)建筑物電氣裝置中的部分術(shù)語(yǔ)的定義作了新的規(guī)定和補(bǔ)充，現(xiàn)錄下有關(guān)的4條： 1)<826--01-05應(yīng)急供電系統(tǒng)用來(lái)維持下列至關(guān)重要設(shè)備和裝置運(yùn)行的供電系統(tǒng)： 一為了人員的健康和安全，和威 一為了避免對(duì)環(huán)境和其它設(shè)備的重大損壞，如果有規(guī)范要求時(shí)。 注：供電系統(tǒng)包括電源和直到設(shè)備端頭的電路，在一定條件下，也可包括設(shè)備。 按本條原文，直譯名可為安全服務(wù)的供電系統(tǒng)，現(xiàn)從眾譯名為應(yīng)急供電系統(tǒng)和IECl990年版的原條文相比，增加了避免對(duì)環(huán)境和其它設(shè)備的重大損害一款，并取消了并列的美國(guó)“應(yīng)急電力系統(tǒng)”的另一名稱。 2)《826-01-07應(yīng)急電源用來(lái)維持對(duì)應(yīng)急設(shè)備供電的電源》原文直譯可為“安全電源”，日本就譯為安全電源，“應(yīng)急設(shè)備”直譯則為“安全服務(wù)設(shè)備”，現(xiàn)均從眾。 3)《826-01-06后備供電系統(tǒng)在正常電源中斷 時(shí)，用來(lái)維持裝置或某一部分的功能的供電系統(tǒng)，其理由不是為了安全性的緣故》和1990年版的原文相比，現(xiàn)條文的“安全性”也包含了環(huán)境和其它設(shè)備，而1990年版原文為“其理由不是為了人員安全性的緣故”。 4)《826-01-08后備電源(略)》簡(jiǎn)述就是后備供電系統(tǒng)用的電源。從上面所述可知，客觀事實(shí)也如此，現(xiàn)實(shí)工程中并沒(méi)有真正意義上的完全不中斷的公用供電系統(tǒng)或電源。在建筑物電氣裝置有關(guān)的正C標(biāo)準(zhǔn)中，只出現(xiàn)了正常電源、應(yīng)急電源和后備電源及相應(yīng)的供電系統(tǒng)。 5關(guān)于UPS產(chǎn)品及其應(yīng)用 5．1 UPS產(chǎn)品 現(xiàn)已成為產(chǎn)品名稱的縮寫，并已寫入了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中即《GB／T7260(IEC62043)不間斷電源設(shè)備(UPs)>[6>，其基本功能是確保交流電源的連續(xù)供電， 可用于改善電源的質(zhì)量使其保持在預(yù)定的特性范圍之內(nèi)，其大多數(shù)用途都與信息技術(shù)設(shè)備(ITE)相關(guān)。 既然有了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，所稱的連續(xù)供電，也就有確定的性能規(guī)定指標(biāo)，根據(jù)UPS產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)[6>，按動(dòng)態(tài)輸出性能將UPS分成3類，一類性能最好，輸出中沒(méi)有電壓為0的瞬間，電壓羞為±30％的時(shí)間只有5ms，經(jīng) lOOms后減小到±10％；二類性能居中，有l(wèi)ms電壓為O，經(jīng)10ms差值到±10％，三類性能最低，輸出電壓為O的瞬間最長(zhǎng)可達(dá)10ms，經(jīng)過(guò)lOOms后偏差縮小為一20％和+10％成為穩(wěn)態(tài)值。 這第三類UPS因而僅適用于例如開關(guān)式電源的負(fù)載(整流后有大電容平波再斬波)。因此，只有具有產(chǎn)品國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的性能的設(shè)備才能叫真正的UPS設(shè)備。關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)的情況也許有點(diǎn)特殊，是UPS生產(chǎn)大國(guó)之一。筆者經(jīng)過(guò)多種渠道，卻找不到UPS的美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或IEEEF_,~準(zhǔn)，也許可能有行業(yè)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。不懷疑美國(guó)產(chǎn)品可能對(duì)信息技術(shù)設(shè)備的適用性，但沒(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)技術(shù)交流確有不便之處，特別是將UPS應(yīng)用于信息技術(shù)設(shè)備之外的場(chǎng)合?？傊?a >UPS也是應(yīng)急電源設(shè)備中的一種，是轉(zhuǎn)換過(guò)程中動(dòng)態(tài)輸出指標(biāo)很好的一類。UPS(包括EPS)在建筑物電氣裝置中(低壓配電系統(tǒng))的應(yīng)用，若深入加以研究，有許多問(wèn)題要研究，例如它的電磁兼容性(EMC)，系統(tǒng)接地．合理選型等等。今后將根據(jù)國(guó)內(nèi)應(yīng)用實(shí)況針對(duì)上述重點(diǎn)問(wèn)題展開討論，作為基礎(chǔ)資料，可以參看梅蘭日蘭電子(中國(guó)公司)印發(fā)的《UPS和電源保護(hù)解決方案一一設(shè)計(jì)指南(2003版)》[7>，厚厚的一本資料適用于工程設(shè)計(jì)人員參考，美中不足的是一些專業(yè)術(shù)語(yǔ)沒(méi)有和GB[6>的中文術(shù)語(yǔ)取得一致，希望再版時(shí)能改正過(guò)來(lái)。 5．2信息技術(shù)設(shè)備(ITE)等對(duì)電源的要求： 信息技術(shù)設(shè)備(ITE)以及過(guò)程控制自動(dòng)化儀表系統(tǒng)中的電子設(shè)備對(duì)交流電源的要求是很嚴(yán)格的，即使只是電壓暫降和短時(shí)中斷也可能破壞它們的正常工作，按理，IEC在電磁兼容系列標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)該規(guī)定電壓哲降和短時(shí)中斷的兼容水平值，但是在已經(jīng)出版的mc標(biāo)準(zhǔn)[>01中，只是對(duì)工作在第l類電磁環(huán)境即涉及到使用了那些對(duì)電源的騷擾很敏感的設(shè)備例如試驗(yàn)室的電氣儀表，某些自動(dòng)化和保護(hù)設(shè)備，某些計(jì)算機(jī)等，在這種場(chǎng)合下，規(guī)定“要考慮用UPS來(lái)保護(hù)而不希望有電壓暫降”。在另一本IEC技術(shù)報(bào)告[ll>中，還只是討論這個(gè)問(wèn)題。之所以不能規(guī)定出電壓暫降和短時(shí)中斷的兼容水平值的原因是目前還未獲得足夠的數(shù)據(jù)來(lái)完成這個(gè)工作。 美國(guó)雖然再次公布了經(jīng)修改后的眾所周知的《新ITIC(CBEMA)曲線(1996)》但同時(shí)指出該曲線確是需要的，但不完滿，尚有許多工作要做。 IEC在上述[>01和[ll>文件中也提到了這個(gè)曲線圖，可是認(rèn)為只能作參考用。從本文中的第5．1節(jié)中的介紹中可知，UPS設(shè)備按mC標(biāo)準(zhǔn)(GB也一樣)，它的動(dòng)態(tài)輸出曲線的性能中有真正意義上的“不停電”的一類，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出美國(guó)曲線描述的要求。因此，如何根據(jù)具體工程的實(shí)際需要來(lái)區(qū)分選擇不同動(dòng)態(tài)輸出特性的UPS，是需要認(rèn)真研究的。 6關(guān)于EPS 現(xiàn)在，在我國(guó)它已作為一種電源設(shè)備的簡(jiǎn)稱，即應(yīng)急電源EPS而為大家所接受，既然已廣為流傳，也就先認(rèn)下再說(shuō)，但是，如果要和GB標(biāo)準(zhǔn)融合在一起，其中就有一些問(wèn)題，不光是名詞稱呼上，在技術(shù)內(nèi)容和指標(biāo)上也有模糊不清之處： 6．1 EPS沒(méi)有產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB 由于沒(méi)有產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)根據(jù)一些廠家產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)來(lái)作分析比較，其最關(guān)鍵的一點(diǎn)，EPS的切換時(shí)間為0．1-0．25秒，主要用途為火災(zāi)時(shí)消防用或其它場(chǎng)合的應(yīng)急電源，而UPS中斷供電時(shí)間最長(zhǎng)的一類也只有0．01秒，主要用途為供信息技術(shù)設(shè)備等應(yīng)用，因此按自動(dòng)應(yīng)急電源的正C標(biāo)準(zhǔn)的分類，UPS自然也是應(yīng)急電源中的一種，但它是和EPS的指標(biāo)完全不同的一種，文[8>在其概述中提到“……EPS作為自備不間斷電源”，這種提法是有問(wèn)題的，因“EPS”并不是“不問(wèn)斷電源”。按定義，自動(dòng)起動(dòng)的發(fā)電機(jī)組也是應(yīng)急電源，但靜止型的EPS和UPS在線路結(jié)構(gòu)上確有相似處，只是在論及關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)(中斷供電時(shí)間或切換時(shí)間)時(shí)，二者為差別極大的兩類設(shè)備。 6．2 EPS的中文名稱“應(yīng)急電薄”有多義 全國(guó)建筑物電氣裝置標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)在許多國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中將“安全電源Safety Electric Source”意譯為“應(yīng)急電源”，同時(shí)又有產(chǎn)品命名為“應(yīng)急電源”，有容易混淆之誤，宜妥善解決。為EPSjE名和建立產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，是為了更好地發(fā)展它和應(yīng)用它。 7如何處理供電電源與負(fù)荷性質(zhì)的關(guān)系 供電電源的 |
