消防EPS電源:建筑電氣設(shè)計中EPS應(yīng)急電源設(shè)計的注意事項

由于EPS應(yīng)急電源在消防行業(yè)相對來說還是一個新產(chǎn)品項目，正式面向市場時間不長，建筑電氣設(shè)計部門的部分設(shè)計人員對該產(chǎn)品還不是完全熟悉，因此，從客觀上講，在現(xiàn)實的EPS建筑規(guī)劃設(shè)計中肯定會存在一些對EPS應(yīng)急電源設(shè)計上的不足或不合理的地方。

（1）逆變照明型EPS功率在5kW以下的，應(yīng)盡可能設(shè)計為單相型的，因為三相型價格較高，經(jīng)濟上浪費，反而存在一些不利因素，如一旦三相中的其中一相斷相（也叫掉相）或者輸入相序反相（一般為電力部門的線路檢修工造成）就有可能增添EPS的故障甚至癱瘓，無斷相（或相序）保護功能的三相EPS更是如此。照明用途的三相型EPS最大的好處是負(fù)載總功率較大時可以平均分配到三相輸出上，實際應(yīng)用中一般在6kW以上可綜合比較考慮三相型的選用。

（2）沒有考慮燈具的功率因數(shù)與EPS逆變輸出功率因數(shù)的匹配：有的燈具功率因數(shù)很低，只有0.4，甚至更低，設(shè)計確定EPS的功率時，應(yīng)加大常規(guī)EPS功率匹配的裕量（即EPS需降功率使用），既需滿足有功功率還需滿足無功功率的匹配需要。例如，2kW功率因數(shù)為0.4的燈具選用的EPS功率（逆變輸出功率因數(shù)0.7），至少需要2kW×（1-0.4）÷（1-0.7）=4kW（無功功率匹配要求）以上才行。或者要求EPS廠商在EPS輸出上并加合適的功因補償電容器使其負(fù)載端的功率因數(shù)得到校正提高。因此，設(shè)計人員在設(shè)計的圖樣上凡涉及到EPS產(chǎn)品的，應(yīng)該在圖樣上注明除功率外的燈具功率因數(shù)，以及標(biāo)注需定的EPS輸出功率因數(shù)（差異較大時，一般要求對負(fù)載補償功率因數(shù)，可在現(xiàn)場燈具上也可在EPS輸出端上實施，但實施非常麻煩困難）。

（3）EPS應(yīng)急電源的輸出回路必須是全封閉式，不應(yīng)在EPS輸出的終端設(shè)計備用的插座、插銷等。即使需設(shè)計備用照明回路，也只需在EPS輸出的配電排上預(yù)留。否則，就會存在一定的安全隱患，因為終端的插座、插銷給人的思想空間是任何需要方便使用的電器均可方便插用，這樣往往會造成一般的裝修工的電焊、切割、電鉆、氣動工具，或值班員的一些生活用具如風(fēng)機、電視機等家電在應(yīng)急狀態(tài)下的插接，對固定功率的照明型EPS可能造成逆變中斷、故障甚至毀壞。

（4）動力型EPS應(yīng)急電源輸出回路中不應(yīng)再設(shè)置減壓起動柜等之類緩起動器設(shè)備；動力型EPS輸出回路中不應(yīng)設(shè)置中繼性質(zhì)的斷路器等開關(guān)，因為動力型EPS本身具有變頻起動的軟緩起動功能，如果輸出后端再接有二次起動開關(guān)，則電機的二次起動沖擊電流會造成運行中的EPS死機，甚至直接故障損壞。

（5）EPS輸入/輸出端的供電設(shè)計不應(yīng)加裝任何形式的漏電開關(guān)或節(jié)電器，否則存在較大的安全隱患（人逃生的重要性遠遠大于輕微的漏電保護）。

（6）EPS的逆變切換時間不是越小越好，要看具體的負(fù)載或場合的實際需要所需！一般是：A）安全應(yīng)急照明逆變切換時間應(yīng)<0.5S(如醫(yī)院的手術(shù)室);B) 疏散應(yīng)急照明逆變切換時間應(yīng)<5S(如消防通道的疏散應(yīng)急照明);C) 備用應(yīng)急照明逆變切換時間應(yīng)<15S(如地下商場的日常備用應(yīng)急照明)。

附：EPS逆變切換時間與切換可靠性的關(guān)系

EPS逆變切換時間是由EPS的逆變切換設(shè)計方式?jīng)Q定的。逆變器有冷備份和熱備份兩種工作狀態(tài)，冷備份時逆變器僅控制部分處于工作狀態(tài)，其功率部分處于加電待機狀態(tài)，但不起動；熱備份時整個逆變器處于正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)，但不承擔(dān)負(fù)載。當(dāng)逆變器處于熱備份時，最短切換時間基本決定于所用切換裝置的動作時間，而當(dāng)逆變器處于冷備份時，最短切換時間還要受逆變器起動時間的制約。功率較大的EPS如果起動過快，逆變輸出變壓器和低通濾波器會產(chǎn)生很大的暫態(tài)沖擊，甚至?xí)�損壞半導(dǎo)體功率器件，因此，大功率逆變器均具備軟起動特性，且功率越大，起動越慢。毫秒級（ms）的切換時間只能采用晶閘管固態(tài)切換開關(guān)，且逆變器要處于熱備份狀態(tài)并保持與市電鎖相。對切換時間無苛刻要求的應(yīng)用場合一般采用機械切換開關(guān)進行切換，功率較小的EPS一般采用功率繼電器，功率較大的EPS一般采用互鎖的交流接觸器或自動互投開關(guān)。與交流接觸器相比，自動互投開關(guān)動作較慢，但由于互投開關(guān)具有機械自保持特性，對于不頻繁切換而言，在長期運行的可靠性方面更具優(yōu)勢。設(shè)計方式一般有五種。

 （1）ATS雙電源機電轉(zhuǎn)換設(shè)計：轉(zhuǎn)換時間一般在1~3s，市電正常時逆變器不工作，處于待起動的冷起（也叫冷備份）狀態(tài)。

（2）接觸器式的常規(guī)轉(zhuǎn)換設(shè)計：轉(zhuǎn)換時間一般在1~3s，市電正常時逆變器不工作，處于待起動的冷起狀態(tài)。

（3）繼電式的快速轉(zhuǎn)換設(shè)計：轉(zhuǎn)換時間一般在100~250ms，市電正常時逆變器工作但不帶載，處于熱備份的待切換狀態(tài)。

（4）晶閘管式的靜態(tài)高速轉(zhuǎn)換設(shè)計：轉(zhuǎn)換時間一般在ms級以內(nèi)，市電正常時逆變器工作不帶載，處于熱備份的待切換狀態(tài)。

（5）零切換：相當(dāng)于在線式UPS電源（或常規(guī)變頻器）的雙變換式電路設(shè)計。

上述第一、二種設(shè)計一般采用高可靠機械互鎖交流接觸器或互投開關(guān)，切換時間決定于逆變器的起動時間（小功率一般零點幾秒，大功率一般為1~3秒），具有如下優(yōu)點和缺點。

優(yōu)點：①降低損耗，市電正常時逆變器的功率器件不工作，有利于延長逆變器的使用壽命（逆變器如果長期運行，三五年需更換一些易損的器件，如不長期使用，則可能延長到15年以上）。②此種低速轉(zhuǎn)換裝置的逆變一般均設(shè)有軟起動功能，減小暫態(tài)沖擊，可以在配帶強感性負(fù)載、風(fēng)機/水泵類負(fù)載、大功率負(fù)載中避免因為相位/電壓誤差而造成環(huán)流增大，引起逆變保護或故障跳閘保護。③不具有晶閘管切換電路，故障點減少，有利于可靠性的增加。

缺點：切換時間較長，不適合安全等級的應(yīng)急場合使用。

第三種設(shè)計具有如下優(yōu)點和缺點。

優(yōu)點：①不具有晶閘管切換電路，故障點減少，有利于可靠性的增加。②可以避免因為相位/電壓誤差而造成環(huán)流增大，引起逆變保護或故障跳閘保護。③切換時間短，較適合安全等級的應(yīng)急照明使用。

缺點：①逆變器始終在工作，不利于延長逆變器的使用壽命（三五年需更換一些易損的器件）。②切換時間短，無法設(shè)計使用逆變器軟起動功能，配帶強感性負(fù)載時的硬起動會引起大電流沖擊；但對于電機轉(zhuǎn)動類負(fù)載，轉(zhuǎn)動的慣性運動可減低起動時引起大電流的沖擊，有時可兩者相抵，但有時也難以判斷完全相抵。

第四種設(shè)計具有如下優(yōu)點和缺點。

優(yōu)點：切換時間極短，可用于HID型高強度氣體放電燈的使用場合，以及適合安全等級的應(yīng)急照明場合使用。在電網(wǎng)及供電質(zhì)量較高的地區(qū)，配帶非要害負(fù)載，它可以取代在線式UPS的使用。

缺點：①具有晶閘管和鎖相環(huán)切換電路，增加了設(shè)備的復(fù)雜性和造價，同時故障點增多，可靠性降低。②逆變器始終在工作，不利于延長逆變器的使用壽命（三五年需更換一些易損的器件）。③切換時間極短，配帶強感性負(fù)載或大功率設(shè)備的硬起動會引起很大電流沖擊，容易引起快速切換電路的故障，因為電子器件的過載能力和可靠性相對比接觸器、ATS開關(guān)小得多。④對于強電感性負(fù)載，由于反電動勢的存在，又由于采樣電路的誤差和反應(yīng)時間，不可能做到與市電完全同步，電壓也做不到完全一致。只要在逆變輸出與市電間存在一點誤差，理論上只要存在70相位差或15%的電壓差，就會在切換中不可避免存在環(huán)流，引起切換電路的損壞。為何UPS電源一般均采用晶閘管式靜態(tài)高速轉(zhuǎn)換設(shè)計而少出問題呢？那是因為UPS配帶的一般是計算機類弱容性負(fù)載，采用高速切換運行模式一般是沒有問題的。 ⑤雷電等浪涌電流容易造成快速切換電路的損壞。

第五種的零切換設(shè)計具有如下優(yōu)點和缺點：

優(yōu)點是可實現(xiàn)嚴(yán)格的不間斷供電，供電質(zhì)量不受市電質(zhì)量的影響。缺點是逆變器始終承擔(dān)負(fù)載，工作應(yīng)力大，老化速度較其他幾種工作方式快，并需要消耗8~15%的電能，效率較低。

用晶閘管固態(tài)切換開關(guān)實現(xiàn)市電與逆變器輸出之間的快速切換技術(shù)已在UPS電源領(lǐng)域應(yīng)用較久，其在EPS設(shè)計應(yīng)用中同樣可行。關(guān)鍵是要實現(xiàn)逆變器的鎖相運行和對市電異常的快速檢測。切換需要在無預(yù)知市電突然發(fā)生中斷或故障的時進行，檢測市電故障需要時間，此時的切換時間不可能小于檢測/確認(rèn)市電故障的時間。為防止各種電源干擾導(dǎo)致誤動作，檢測時間不能太短，實踐證明：當(dāng)檢測時間小于2ms時，其檢測可靠性會明顯下降，因此，小于2ms的切換時間對整機來說是不可靠的。

綜合以上結(jié)論是：

①低速轉(zhuǎn)換方式是最可靠的EPS應(yīng)急轉(zhuǎn)換方式，主要是由EPS的復(fù)雜的負(fù)載特性決定的。

②快速轉(zhuǎn)換方式是以犧牲逆變部分和蓄電池的壽命來換取的。

③高速轉(zhuǎn)換方式是以逆變器產(chǎn)生環(huán)流、浪涌、短路、起動沖擊等導(dǎo)致的高故障率來換取的。

④轉(zhuǎn)換時間每提高一個級別，EPS應(yīng)急電源壽命和可靠度就下降一個層次。⑤在某些毫秒級或零切換的特殊要求場合，建議使用在線式UPS不間斷電源。