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中性线的转换对UPS电源性能的影响和对策

发布时间:2015-11-30 07:26:00  来源:大电流电感厂家   查看:

1 引言

在UPS供电系统中,UPS设备功率电感器位于交流输入电源和关键负载之间,其上游是交流输入电源亦即低压配电系统,下游是各种关键负载。任何UPS在正常情况下都是以市电电源为输入能源,UPS 将市电电源进行适当的变换和调节,供给负载稳定可靠地交流电源。当市电电源停电或技术指标超出预定的容限时,UPS利用内部储能装置(蓄电池)继续运行为负载供电。市电长时间停电时,则必共模电感须启动备用发电机组供电。

在电信和数据中心等重要应用场合,低压电感器直标法配电系统通常采用两路市电和多台变压器,并配置一台或多台备用发电机组。为了确保UPS输入电源的供给,市电与备用发电机组之间需要进行转换。

传统的转换电路采用3极自动转换开关(ATS)。在3极ATS的转换电路中,当配电电路中发生接地故障时,接地故障电流有分流现象,导致接地故障保护装置(GFP)拒动。此外,中性线电流的分流将导致接地故障保护装置误动。近年来,在重要应用中均要求采用具有包括GFP的4段保护断路器,为了避免接地故障保护装置工作异常,4极ATS的转换电路应用日益增加。4极ATS的转换电路除了转换3个相线外,还增加第4个极转换中性线,4极ATS的特点,是保证互相转换的两个电源完全隔离,消除了接地故障电流和中性线电流的分流,保证了接地故障保护装置的正常工作。但转换过程中性线可能有中断,导致UPS中性线基准(接地)断开,引发UPS系统故障。

现已发现由于中性线基准断开,引起UPS设备工作异常,甚至导致UPS停机和负载停电的严重故障。UPS上游电源中性线的转换对GFP和UPS的影响,已成为最受关注和亟待解决的问题。也是当前UPS系统设计必须考虑的重要内容。

本文讨论UPS上游电源转换电路的种类及原理,分析中性线基准断开对UPS运行的影响,提出工程设计实用解决方法。

2 电信和数据中心低压配电接地系统和保护要求

按照YD/T5040-2005《通信电源设备安装工程设计规范》的规定,电信和数据中心的低压交流供电系统应采用TN-S系统。

TN-S系统具有许多优越性,例如,在TN-S系统中,有三相不对称负载和非线性负载时,中性线N中有电流流过,但保护地线PE中在正常时没有电流流过,因此保护地线PE上没有电压,对于设备机壳接保护地线PE的各个负载设备不会产生电磁干扰,所以适用于通信、数据处理和精密电子设备的应用场合。TN-S系统当保护地线PE断开时,在正常情况下不会使负载设备机壳接保护地线PE的设备机壳带电,比较安全。

需要说明的是,TN系统包括TN-S、TN-C和TN-C-S三个分系统,而电信和数据中心一般只采用TN-S系统。TN-C系统的PEN 线有PE线和N线的作用,可节省一根导线。但是,TN-C系统在有三相不对称负载和有非线性负载时,其PEN线中有电流流过,因此对机壳接PEN线的各个负载设备会产生电磁干扰。TN-C系统还存在以下问题:① 对于单相负载设备,如果PEN线断开,则设备外壳将带220V故障电压;② 不能直接装设GFP(或RCD)保护器。 TN-C-S系统在前面一段配电系统具有TN-C系统的特性,在后面一段配电系统具有TN-S的特性。

过去通信局站曾广泛采用TN-C,由于存在上述缺陷,现在已不允许采用。TN-C-S系统仅在特殊情况下采用, 但应特别注意,禁止在TN-S后面再采用TN-C系统。

TN-S系统的保护,主要有过载长延时、短路短延时、短路瞬时、接地故障保护。其中接地故障保护(GFP)是指相线与电气设备外露可导电部分(如机壳、建筑金属构件等)之间的短路,这与相线与中性线之间的短路、相线之间的短路不同。接地故障电流较小,常常不能使过流保护电器动作。接地故障点有时会出现电电感器厂家弧,故有易引起火灾的危险。因此,GFP接地故障保护十分重要。根据NEC的要求, TN系统中大于(等于)1000A的断路器必须采用GFP,欧盟有些国家已将GFP定为强制性要求。近年来,我国电信和数据中心等的低压配电系统工程中,重要开关均要求具有GFP接地故障保护功能。因此,如下所述,在进行市电和发电机转换电路设计时,应特别注意与GFP兼容的问题。

3 市电电源与备用发电机组的转换电路

市电电源与备用发电机组的转换电路,有采用3极ATS和采用4极ATS的两类转换电路。

3.1 采用3极ATS的转换电路

传统的市电和发电机转换电路采用3极ATS一体成型电感器,只进行三个相线的转换,不进行中性线的转换。市电和发电机组中性线是公用的(两者的中性线固定连接在一起)。3极ATS 转换电路在转换过程中中性线没有中断现象。

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