EPS应急电源的技术与应用

　　
　　摘要:EPS是近几年才迅猛发展起来的一个新兴产业，但目前EPS已经被广泛应用于建筑电气领域了。EPS（EmergencypowerSupply），它主要由输入输出单元、充电器、电池组、逆变器、监控器、输出切换装置等部分组成。
　　关键词:应急电源装置（EPS）；
　　一、前言
　　现在随着社会信息化、现代化，自动化的的发展，突然的断电必然会给人们正常的生活秩序和学习带来影响，尤其是对于生产、生活中特别重要的负荷，一旦中断供电，将会造成重大的经济损失。因此，对供电可靠性就提出了越高的要求。尽管目前城市电网采用并网供电、电网设施也更加先进，可靠性已大大提高，但意外的断电也在所难免，所以仅仅靠城市电网还远远不够，必须具备应急供电系统。相对于传统应急电源中的柴油发电机与UPS来说，EPS是近几年才迅猛发展起来的一个新兴产业，但目前EPS已经被广泛应用于建筑电气领域了。
　　在2008版《民用建筑设计规范》中3.3.4及6.2节均对于EPS作为应急电源做出了明确要求。如：
　　3.3.4根据允许中断供电的时间，可分别选择下列应急电源：
　　1．快速自动启动的应急发电机组，适合于允许中断供电时间为15~30s的供电；
　　2.带有自动投入装置的独立于正常电源的专用电源的专用馈电线路，适用于允许中断供电时间大于电源切换时间的供电；
　　3.不间断电源装置（UPS）,适用于要求连续供电或允许中断供电时间为毫秒级的供电；
　　4.应急电源装置（EPS）,适合于允许中断供电时间为毫秒级的应急照明供电。
　　二、EPS与UPS的比较
　　EPS（EmergencypowerSupply），它主要由输入输出单元、充电器、电池组、逆变器、监控器、输出切换装置等部分组成。相比于发展成熟的UPS(uninterruptiblepowersupply)而言，有相同之处，也有不同之处。其相同点在于都采用蓄电池组，都具备在市电故障(中断)情况下继续向负载提供交流电源的功能，均采用了IGBT逆变技术。不同点是：UPS除了提供不间断供电外，还兼备改善市电品质的功能，可以实现对负载的稳频、稳压供电，且在由市电供电转换到蓄电池供电时，其转换时间要求很短(0～10ms)。而EPS则主要解决市电故障时的应急供电问题，转换时间相对较宽(0～4s)；UPS主要是为IT行业设备提供用电保障，以维护信息传输畅通为主要目的，EPS则适用面更广，以防止断电带来重大人员伤亡的事故为主要目的。可以形象地比喻，UPS以“救数据”为主，而EPS以“救人”为主。一般EPS功率较大，机内的逆变器处于备用状态，因而可以简单地理解为：EPS就是大功率后备式UPS。EPS与UPS的比较详见下表。
　　

EPS与UPS的比较

　　三、EPS的工作原理
　　EPS的工作原理框图下图所示:

EPS的工作原理
　　（1）当市电正常时，由市电经过互投装置给重要负载供电，同时进行市电检测及蓄电池充电管理,然后再由电池组向逆变器提供直流能源。充电器是一个仅需向蓄电池组提供相当于10%蓄电池组容量(Ah)的充电电流的小功率直流电源,它并不具备直接向逆变器提供直流电源的能力。市电经由EPS的交流旁路和转换开关所组成的供电系统向用户的各种应急负载供电。与此同时,在EPS的逻辑控制板的调控下,逆变器停止工作处于自动关机状态。在此条件下,用户负载实际使用的电源是来自电网的市电,因此,EPS应急电源也是通常说的一直工作在睡眠状态,可以有效的达到节能的效果。
　　（2）当市电供电中断或市电电压超限(±15%或±20%额定输入电压)时,互投装置将立即投切至逆变器供电，在电池组所提供的直流能源的支持下,此时,用户负载所使用的电源是通过EPS的逆变器转换的交流电源,而不是来自市电。
　　（3）当市电电压恢复正常工作时，EPS的控制中心发出信号对逆变器执行自动关机操作,同时还通过它的转换开关执行从逆变器供电向交流旁路供电的切换操作。此后,EPS在经交流旁路供电通路向负载提供市电的同时,还通过充电器向电池组充电。
　　四、EPS的切换时间
　　1.2008版《民用建筑设计规范》中6.2.2对于EPS的切换时间做出了明确要求：
　　6.2.2.4EPS的蓄电池初装容量应保证备用时间不小于90min。
　　6.2.2.5EPS装置的切换时间应满足下列要求：
　　（1）用作安全照明电源装置时，不应大于0.25S。
　　（2）用作疏散照明电源装置时，不应大于5S。
　　（3）用作备用照明电源装置时不应大于5S；金融、商业交易场所不应大于1.5S。
　　2.高压气体放电灯（HID灯）是公共建筑中高大空间及特殊场所广泛使用的灯具，如体育馆、展览馆、机场、地下铁路、公路隧道等场所。由于HID灯的共同特点是断电后再点燃必须等待灯具冷却后才可以实现，因此，对于HID灯的供电中断时间不能超过20ms时,否则就有可能致使气体灯中的放电电弧“熄灭或中断”。一旦发生放电电弧中断现象,即使马上恢复供电也可能导致长达数分钟的灯具熄灭现象发生，而这对于大型体育馆和演出场地的照明系统来说,是不允许出现这种故障的。
　　当应急照明灯具为高压气体灯时,宜选用切换时间小于20ms的EPS产品.
　　五、EPS的分类
　　目前市场上的EPS品牌众多，大家在设计上所采用的控制方式和控制手段不尽相同，但针对所带负载的种类大致可以归纳为以下三种：
　　第一类是用于应急照明和事故照明的照明负载。EPS的输入为一路或两路电源(单相或三相),输出为单相。当输入电源正常时，市电一路通过转换装置输出给日常照明，另一路通过充电器给电池组充电，当控制器检测到市电中断或异常(偏低或偏高)时，向逆变器发出启动信号，并控制互投转换装置转至逆变器输出。当然，对于EPS的接法不同，还可以把EPS当作二路电源、三路电源使用。
　　第二类是除可用于应急照明、事故照明之外，还有应用于消防电梯、卷帘门、排气风机、水泵等电感性负载或兼而有之的混合性负载供电的三相系列EPS。输入为一路或两路三相电源，输出为三相。
　　第三类是直接给电动机供电的变频系列EPS。适应于高层建筑的电梯、中央空调、消防水泵等电机负载。输入为一路或两路三相电源，输出为三相。
　　六、选择EPS容量计算
　　在市电供电正常时,EPS是通过它的交流旁路向负载供电.原则上,它可以带具有各种不同功率因数的负载.然而.在市电供电中断或市电电压或频率超限时,则是有EPS中的逆变器来供电的.在此条件下,EPS的带载能力不仅需要考虑逆变器在不同功率因数值负载时的降额度输出特性。EPS作为应急照明系统备用电源时的选择应根据照明灯具的不同来选配EPS的输出功率。常用照明灯具的EPS选配参见下表：
　　照明负载功率因数（COSφ） 1kW负载配EPS容量
　　白炽灯 1 1kW
　　电子镇流器荧光灯 0.9 1.1kW
　　电感镇流器荧光灯 0.65~0.75 1.5kW
　　金卤灯 kW
　　选配EPS容量的计算方法：
　　1.照明型EPS容量选择
　　(1)当应急照明灯具负载为白炽灯时：
　　EPS容量（kW）=白炽灯功率的总和（kW）x1倍。
　　(2)当应急照明灯具负载为电子镇流器荧光灯时：
　　EPS容量（kW）=含电子镇流器功率的荧光灯功率总和（kW）x1.1倍。
　　(3)当应急照明灯具负载为电感镇流器荧光灯时：
　　EPS容量（kW）=含电子镇流器功率的荧光灯功率总和（kW）x1.5倍。
　　(4)当应急照明灯具负载为金卤灯时：
　　EPS容量（kW）=金卤灯功率总和（kW）x2倍。
　　2.三相混合型负载用EPS容量选择
　　对于电机负载而言,因用户所选的机型及工作方式的不同,它的启动电流可能高达5~10倍额定工作电流.为确保电机及EPS本身的安全运行。对这部分电机负载而言,不仅要求所选的EPS输出功率不仅与所带电动机台数有关，还与电动机启动方式、是否同时启动等条件有关，EPS容量的计算方法如下：
　　

#p#副标题#e#(1)当EPS带多台电动机且都同时启动时：
　　EPS容量（kW）=带变频启动电动机功率的总和（kW）+带软启动电动机功率总和x2.5倍+带星三角启动电动机功率总和x3倍+直接启动电动机功率总和x5倍。
　　(2)当EPS带多台电动机且分别单台启动时（不是同时启动）：
　　EPS容量（kW）=各个电动机功率总和，但必须满足以下条件：
　　•上述电动机中直接启动的最大单台电动机功率是EPS容量的1/7.
　　•星三角启动的最大的单台电动机功率是EPS容量的1/4.
　　•软启动的最大的单台电动机功率是EPS容量的1/3.
　　•变频启动的最大的单台电动机功率不大于EPS的容量
　　•如果不满足上述条件，则应按照上述条件中最大数调整EPS的容量，电动机启动时的顺序应为直接启动的在先，其次是带星三角的启动，带软启动的再启动，最好是带变频启动的启动。
　　(3)当用三相系列EPS带混合负载时：
　　EPS容量（kW）=所有负载功率总和，但必须满足以下条件，若不满足，则按其中最大的容量来确定EPS容量：
　　•负载中直接同时启动的电动机功率之和是EPS容量的1/7.
　　•负载中星三角同时启动的电动机功率之和是EPS容量的1/4.
　　•负载中有软启动同时启动的电动机功率之和是EPS容量的1/3.
　　•负载中有变频启动同时启动的电动机功率之和不大于EPS的容量。
　　•同时启动的电动机
　　3.动力变频型的EPS容量选择：
　　EPS容量（kW）=所带电动机功率的总和。
　　七．EPS的发展趋势
　　尽管EPS是迅猛迅速，越来越被人们重视，但在使用中也出现了一些问题，如对于气体放电灯的断电熄灭后要等其冷却后才能重新点亮的切换时间问题；又如对于当负载为感性冲击负载必须加大容量，造成资源浪费、加大投资等等的问题。不过，问题的出现也为EPS的带来了新的发展方向，许多新产品应运而生，如HEPS、在线式EPS等在解决0ms切换上迈出了前进脚步。通过对负载启动的顺序、时间进行控制，来解决启动冲击电流和加大选型容量的问题。
　　我相信，随着社会进步和技术发展，EPS以其特有的优越性将被更多人们认识并采用，并为整个社会的供电安全提供更有力的保障。
　　参考文献
　　（1）《民用建筑设计规范》JGJ16-2008
　　（2）《应急电源用的EPS和UPS》李成章
　