| 加入桌面 | 无图版 |
中国建筑电气网_供配电|智能建筑|能效管理|电气人才平台|电气节能开关|建筑电气|智能开关|b2b网站|b2b行业|b2b企业  
 
当前位置: 首页 » 资料 » 供电配电 » 正文

UPS供配电系统接地分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-02-28

1 概述

  (1)UPS供电系统是由外部电源、变换装置、内部电源、电源转换装置(STS及TSE)及配电装置组成。

  外部电源可以是公用电网、发电设备;
  内部电源是蓄电池;
  变换装置是整流器、DC/DC变换器、逆变器;
  电源转换装置是静态开关(STS)、机械开关(TSE)。

  (2)外部电源及蓄电池使UPS可以用于正常电源、备用电源、应急电源供电系统

  国家标准《电工术语电气装置》GB/T 2900.71-2008定义:备用电源(standby electrical source)。当正常电源断电时,由于非安全原因用来维持电气装置或其某些部分所需的电源。

  应急供电系统electric supply systems for safety services,安全设施供电系统。

  维持电气设备和电气装置运行的供电系统,主要是:为了人体和家畜的健康和安全,如果国家规范要求,为避免对环境或其它设备造成损失。

  (3)UPS的应用基于其功能

  在线式UPS的稳频、稳压功能使其可作为稳频器及稳压器。其用于信息设备的正常电源供电系统是作为稳频器和稳压器使用的。

  蓄电池并接于UPS直流环节使其能够在交流电源故障时作为动力源替代外部电源供电。

  蓄电池独立于公用电网属于“低压发电设备”,使UPS可以作为应急电源及公用电网的备用电源。依据数据处理设备的工作特性,UPS是用于备用电源供电系统。

  UPS装置电源转换采用STS,使其用于不间断供电;采用TSE用于解列UPS旁路维修。

  蓄电池供电时间与其容量有关,基于技术经济的合理性,为此设置的柴油发电机组作为备用或应急电源,UPS作为过渡电源。

  正常电源与备用电源之间采用机械开关倒闸, UPS作为过渡电源实现对负载不间断供电。

  (4)UPS供电不等于应急电源供电

  在国家标准/IEC标准《低压电气装置 第1部分:基本原则、一般特性评估和定义》GB/T 16895.1-2008 /IEC 60364-1:2005中规定了“对于安全设施和/或备用电源系统的供电电源的特性,应分别予以评估。这样的电源应有足够的容量、可靠性和额定能力以及对于规定操作的适当的转换时间。

  用于安全设施电源的进一步要求,见此后的35条和IEC 60364-5-55的556条。对于备用系统,在本标准中没有特殊的要求。

  《建筑物电气装置 第5部分:电气设备的选择和安装 第56章:应急供电》(IEC 60364-5-55),第556条为“应急供电”。

  数据中心设置UPS及柴油发电机是为了维持正常工作,不是为了向安全设施供电,其使用特性是公用电力网的备用电源。

  从GB/T 16895.1-2008/IEC 60364-1:2005的规定可以看出用于安全设施的电源需符合应急供电的规定;备用电源是否符合应急供电的要求未做规定,既可以同正常(主)电源,也可同应急电源。所以凡看到采用UPS供电就是应急供电是不对的,数据中心采用UPS供电其应用特性是备用电源。

  (5)UPS装置的电源及配电系统电击防护与接地型式有关

  国家标准《低压配电设计规范》GB50054-95中规定“配电线路应装设短路保护、过负荷保护和接地故障保护”;

  国家标准/IEC标准GB16895.20-2003/IEC60364-5-551:1994《建筑物电气装置 第5部分:电气设备的选择和安装 第55章:其它设备 第551节:低压发电设备》中的“低压发电设备”规定了“电气装置中凡能独立于其它电源或电源组合而运行的每一个电源或电源组合,应有间接接触防护”。

  UPS外部电源的供电线路及其输出配电线路都须设置防电击的间接接触防护,不同的接地型式其做法也不同,需明确UPS的配出系统的接地型式。

  (6)三相UPS装置输出处中性线接地是应对单相负载造成输出三相不平衡的措施

  国家标准《供配电系统设计规范》GB50052-95规定的三相负荷平衡措施可以减小电压偏差及降低三相低压配电系统的不对称度;

  在指导节能的国家标准《评价企业合理用电技术导则》GB/T3485中量化规定了“企业单相用电设备应均匀地接在三相网络上,降低三相电压不平衡度,供电网络的电压不平衡度应小于2%”。

  国家标准《建筑电气工程施工质量验收规范》GB50303-2002以强制性条文形式规定了“不间断电源输出端的中性线(N极),必须与接地装置直接引来的接地干线相连接,做重复接地”,但国家标准/IEC标准《建筑物电气装置 第5部分:电气设备的选择和安装 第54章:接地配置和保护导体》GB16895.3-2004/IEC 60364-5-54:2002中规定了PEN导体从“任何一点起,中性导体和保护导体的作用是由各自的导体提供的,则从该点起不允许再将这些导体互相连接”,电力行业标准《交流电气装置的接地》DL/T 621-1997也有相同的规定。

  从GB/T 16895.1-2008/IEC 60364-1:2005“312.1.2系统接地的型式”所示的TN系统“注”的“对装置的PE导体可另外增设接地”、“对配电系统的PEN和装置的PE导体可另外增设接地”及所示的TT系统、IT系统“注”的“对装置的PE导体可另外增设接地”及“对装置的PE导体可提供附加的接地”的内容。

  从上述规定可以看出,UPS输出中性线接地降低三相不平衡度措施不是简单地连接即可,但需符合相关标准规范的规定。

  为此本文就UPS电源系统接地、降低三相不平衡度接地进行讨论。

2 数据处理设备配电系统的接地型式

  国家标准《建筑物电气装置 第7部分:特殊装置或场所的要求 第707节:数据处理设备用电气装置的接地要求》GB/T 16895.9-2000(idt IEC60364-7-707:1984)对用于抑制射频干扰的滤波器对地泄漏电流类似数据处理的设备,有如下规定:

  707.471.3.3.3 使用双绕组变压器

  应注意提出这些要求的目的是使泄漏电流的通路局部化和减少该通路连续性被中断的可能性。

  707.471.4 对TT系统的附加要求

  707.471.4.1 当回路是用剩余电流保护器保护时,总泄漏电流I1(A)、接地极电阻RA(Ω)和保护器的额定剩余动作电流I△n(A)应符合以下关系式:I1≤I△n/2≤50/2RA

  707.471.4.2 如不能满足707.471.4.1的要求应执行707.471.3.3.3的要求。

  707.471.5 对IT系统的附加要求

  707.471.5.1 由于在第一次故障后难于满足接触电压的要求,所以大泄漏电流设备首先考虑不直接接入IT系统中。

  可能有时,设备宜由IT系统电源经双绕组变压器后形成的TN系统来供电。

  我国公用电网采用TN系统和TT系统,应急供电系统IEC标准推荐采用IT系统。从GB/T16895.9的规定可以看出该标准要求采用TT系统通过极限对地电压50V来校验是否需采用双绕组变压器;推荐不直接IT系统,若是IT系统建议通过双绕组变压器将其接地型式转换为TN系统。

  向数据处理设备供电,显然采用TN系统最简便。但对于电源系统的接地型式存在TN、TT、IT之分,对于TT系统、IT系统在其配电部分可以仍保留原有的接地型式,仅在数据处理设备负载的前端或末级配电装置处设置双绕组变压器,将接地型式转换为TN系统即可。采用双绕组变压器转换接地型式的接线见图1。

3 数据处理中心变配电系统的接地型式采用TN-C-S系统是可行的

  采用IEC标准《低压电气装置 第4-44部分:安全防护电压骚扰和电磁骚扰防护》IEC 60364-4-44:2007替代GB 16895.11-2001、GB 16895.12-2001、GB 16895.10-2001、GB 16895.16-2002的国家标准征求意见稿对于“TN系统”“为降低电磁干扰”作如下规定:“装有或可能装有大量信息技术设备的现有建筑物内,建议不宜采用TN-C系统。装有或可能装有大量信息技术设备的新建的建筑物内,不应采用TN-C系统”;

  “由公共低压电网供电且装有或可能装有大量信息技术设备的现有建筑物内,在电源进线点之后宜采用TN-S系统”;

  “在新建的建筑物内,在装置的电源进线点之后应采用TN-S系统”。

  从IEC 60364-4-44:2007的规定可以看出:数据中心采用TN系统从降低电磁骚扰出发,对建筑物内供电系统的接地型式是分别对待的,新建的不应采用TN-C系统;现有的不宜采用TN-C系统;现有的数据中心外电源是TN-C系统,进户后宜采用TN-S系统。其程度词“不应”和“不宜”不是“不须”,实际上是认可了TN-C-S系统在数据中心的应用。

  一般UPS与数据处理设备不布置在同一设备间;UPS与馈出的配电装置有可能共处一室;变配电设备、柴油发电机组和数据处理设备的机柜不会布置在同一房间,适当的布线方式及采用需要的抗干扰措施,可以使PEN导体对数据处理设备的电磁骚扰能够控制在允许的范围内。PEN导体可以引出PEN线、PE线、N线,变电所采用TN-C-S系统,在低压配电柜的PEN母排上分别按TN-S或TN-C出线,TN-C出线进入数据处理设备用房前转换为TN-S系统,显然不违背国家标准/IEC标准的相关规定,数据中心变配电系统可采用TN-C-S系统。

4 国家标准对低压发电设备接地的规定

  在IEC标准《建筑物电气装置 第5部分:电气设备的选择和安装 第56章:应急供电》IEC 60364-5-56有如下规定:

  556.5.1.6一个应急电源可以被用作非应急供电,如果不会因此而使应急电源受到损坏。另外,除556.2条的要求外,作为非应急电源发生的故障不应导致应急电源任何供电电路的中断。

  但注意在紧急情况下,需要应急供电时,非应急供电的设备可能需要切除。556.2中,用电设备供电当电气设备由两个电源供电时,从一个电源供电的电路发生的断电,应不损坏其他电源的电击保护或正确运行。当那些设备需要保护导体时,它应连接到两个电路的保护导体上。

  从IEC 60364-5-56标准的规定可以看出:IEC标准允许应急电源用于正常电源或备用电源的供电,但前提是不会因其影响应急供电,即不能改变应急供电的属性及各项要求,应急供电具有优先权。显然UPS的交流电源的接地型式除公用电网的TN系统或TT系统,也可能存在柴油发电机组作为应急供电系统采用的IT系统。

  国家标准/IEC标准GB16895.20-2003/IEC60364-5-551:1994中规定的“低压发电设备”“应有间接接触防护”。

  国家标准/IEC标准《低压电气装置 第4-41部分:安全防护 电击护》GB 16895.21-200X/IEC60364-4-41:2005中规定了“电气装置的不同部分应按照外部影响条件的不同而分别采用一种或多种保护措施。通常允许采用下列保护措施:自动切断电源;双重或加强绝缘;向单台设备供电的电气分隔,特低电压(SELV和PELV)。在设备的选择及安装中,应考虑上述电气装置保护措施的要求。注意在电气装置中最常用的保护措施是自动切断电源。”。

  自动切断电源措施在标准GB 16895.21中规定了可用于TN系统间接接触防护的保护电器是“过电流保护电器”和“剩余电流保护器(RCD)”(剩余电流保护器不应用于TN-C系统,在TN-C-S系统在RCD的负荷侧不得出现PEN导体)。

  标准GB 16895.21中规定“在TT系统中通常采用RCD作接地故障保护。当故障回路的阻抗Zs值足够小,且确保其值可靠又能保持稳定,也可选用过电流保护电器用于接地故障保护”自动切断电源。

  对于IT系统的自动切断电源可以采用监视器和保护电器措施,标准GB 16895.21中规定了“为了提高供电的连续性而采用IT系统时,应设置绝缘监视器以检测第一次带电部分与外露可导电部分或与地之间的故障”;“除非装用保护电器能使发生第一次接地故障时切断电源,则可采用RCM或绝缘故障定位系统显示出现第一次带电部分与外露可导电部分或与地之间的故障”;“发生第一次故障后在不同带电部分又发生第二次故障时”“当所有外露可导电部分保护导体连接到同一接地系统时,其自动切断电源条件与TN系统的情况相似”,采用“过电流保护电器”;“当外露可导电部分成组地或单独接地时”“当采用RCD”“能满足类似TT系统切断电源的时间要求” 采用“剩余电流保护电器”。

  不同接地系统的“自动切断供电”做法也不完全相同,间接接触防护的设置与其接地型式密不可分,所以选择UPS配电系统的间接接触防护应首先确定其接地型式。但UPS仅是向数据处理设备供电时,且其交流电源是由公用电网或柴油发电机组供给,UPS输出配电系统的接地须与其交流电源的接地系统合并考虑。

  国家标准/国际标准GB16895.20-2003/IEC60364-5-551:1994规定“当发电设备作为(公用电网的)替代电源(备用系统)时运行而接到TN系统时,其自动切断供电的防护不应依赖于与公用电网接地点的连接,而应设一个适当的接地极”。

  显然奥运场馆比赛照明UPS如图2所示的做法,与上述规定不符。UPS输出侧故障电流经配电变压器的N导体及经UPS输出N线回流到UPS的隔离变压器二次绕组的中性点,线路阻抗影响其保护特性。

  三相输入三相输出的UPS的内部,其旁路电源的N导体、直流环节的M导体、输出的N导体是连通的。TN-S系统、TT系统、带中性导体的IT系统,当UPS由蓄电池供电或旁路电源供电时,其输出中性导体接地将改变TN-S系统、TT系统故障电流的回流路径影响保护的性能;改变了IT系统的接地型式或致使保护失效。UPS外部电源接地型式和馈出配电系统采用TN-C、TN-C-S系统,由于PEN导体可以另外增设接地,对于GB16895.20针对TN系统设置接地极的要求方能够正确实施。

  上述分析表明,UPS配电系统电击防护决定其必须有其接地型式,即电源接地。UPS的交流输入电源为TN-C系统,且UPS输出配电系统也为TN-C系统时,UPS输出的PEN导体可重复接地并分成N导体和PE导体馈出,即TN-C-S或TN-S系统,并满足数据处理设备TN-S的需求。UPS的交流输入电源为TN-S、TT、IT系统,满足数据处理设备TN-S的需求,UPS需设置双绕组变压器,将输出的配电系统的接地型式转换为TN-S系统,或TN-C-S系统。

5 UPS输出中性线接地强制性条文的实施

  执行国家标准GB 50303-2002关于不间断电源中性线接地的强制性条文,涉及到中性导体能否再接地的问题,显然其适用于UPS输入输出接地型式均为TN-C的场所。为解决UPS输入输出电源TN-S系统的接地型式,并符合GB 16895.3-2004/IEC 60364-5-54:2002的规定,建筑行业标准《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008中规定了“在TN-S供电系统中,UPS装置的交流输入端宜设置隔离变压器或专用变压器”的做法。

  针对UPS输入电源存在TN-C、TN-S、TT、IT接地型式,国家建筑标准设计图集《智能建筑弱电工程设计与施工》09X700(下)“供电电源”中编入了其输出为TN系统的做法图,现摘录部分见图3~图7。

  UPS输入电源接地型式为TN-C系统、输出为TN-C-S或TN-S系统做法图见图3。

  图中UPS的交流电源、旁路电源的接地型式为TN-C系统,其输出处合适的位置设接地极,PEN导体重复接地,然后PEN导体分成N导体和PE导体馈出,构成TN-C-S或TN-S系统。

  UPS输入电源接地型式为TN-S系统、输出为TN-C-S系统做法见图4。

  图中UPS的交流电源、旁路电源的接地型式为TN-S系统,在旁路电源接入处设置双绕组变压器转换为TN-C系统,变压器就近在合适的位置设接地极,PEN导体接地,在UPS输出为TN-C系统,在配电列头柜中,PEN导体分成N导体和PE导体馈出,构成TN-C-S系统。

  UPS输入电源接地型式为TN-S系统、输出为TN-S系统的做法见图5。

  图中UPS的交流电源、旁路电源的接地型式为TN-S系统,UPS设置有输出三角/星形接线的双绕组变压器,变压器就近在合适的位置设接地极,变压器二次中性点接地,UPS输出为TN-S系统。UPS输出和旁路电源的电源转换TSE采用四级开关。

  UPS输入电源接地型式为TT系统、输出为TT或TN-S系统的做法见图6。

  图中UPS的交流电源的接地型式为TT系统,在电源接入处设置三角/星形接线的双绕组的输入变压器,就近在合适的位置设接地极,变压器二次中性点接地,该接地点使UPS输出中性导体的接地,其输出电源的接地型式随变压器的接地不同而不同。变压器的接地为独立接地其输出为TT系统;其接地与系统保护接地共用,UPS输出为TN-S系统。

  UPS输入电源接地型式为IT系统、输出为IT系统经变压器转换为IT系统的做法见图7。

  图中UPS输入交流电源及输出的接地型式均为IT系统,在终端配电箱的前端电源接入处设置三角/星形接线的双绕组变压器,使其引出中性导体,成为引出中性线的IT系统。若就近在合适的位置设接地极与保护导体连接,中性线接地则为TN-S系统。若就近在合适的位置设接地极,中性导体独立接地,则为TT系统。该输出IT系统做法是为了加强其供电可靠性。

6 结束语

  本文分析UPS电源系统接地不仅仅是为了执行国家标准GB 50303-2002关于不间断电源输出中性线正确接地的强条,更主要是让广大设计人员能够认识到UPS电源系统接地是为了保障人身安全。&

 
 
[ 资料搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 关闭窗口 ]

 
0条 [查看全部]  相关评论

 
推荐图文
推荐资料
点击排行
 
更多
网站首页 | 电子期刊 | 关于我们 | 联系方式 | 使用协议 | 版权信息 | 网站地图 | | RSS订阅

北京网络警察报警平台

公共信息安全网络监察

经营性网站备案信息网

不良信息违法举报中心

购物车(0)    站内信(0)     新对话(0)