除了上述的計算與查表相結(jié)合的辦法以外,還有一種純粹用計算的方法來確定電池的 容量。

        1 .計算式一 

        為了選擇電池的方便,市場上流行著以下計算公式,據(jù)說利用該式就可方便地確定電池的 容量為

 式中: Q 1 為單個電池的容量,Ah; N 為電池總數(shù); U 為單個電池端電壓,V; S 為UPS額定 容量,VA; T 為后備時間,h。 

        等式的左邊是后備時間與UPS額定容量的乘積,單位是VAh;等式的右邊是單個電池的 容量和電池總節(jié)數(shù)構(gòu)成的電池總?cè)萘颗c單個電池電壓的乘積,單位也是VAh。以數(shù)學(xué)的眼光找 不出式 ( 5-18)的紕漏,因?yàn)榈忍杻蛇叺牧烤V一樣。不妨用一個例子的計算來說明。 

        例5-6 一采用功率因數(shù)為0.8的1kVA負(fù)載,要求在市電斷電后能延時8h。用戶要求 采用100Ah電池,需多少節(jié)? 

       解:根據(jù)要求選某標(biāo)稱值為10kVA的UPS,已知逆變器效率 η =0 .95,直流電壓采用8節(jié)12V蓄電池,按一般情況計算,額定直流電壓應(yīng)為

逆變器的關(guān)機(jī)電壓值應(yīng)是

首先根據(jù)式 ( 5-9)求出滿載時的放電電流為 

        根據(jù)要求從100Ah對應(yīng)8h做水平線,相交于25℃的曲線由交點(diǎn)向下引垂直線正好對應(yīng) 15A,用100A/15A=7,得出用8節(jié)100Ah電池7組,即56節(jié)電池 ( 5600Ah)可延時8h(見 圖5-19)。 

       以上是采用式 ( 5-14)的方法得出的結(jié)果。下面就用式( 5-18)再算一遍?，F(xiàn)將該式變換一下,先算出電池的總?cè)萘?span>Q1N為 

       從得出的結(jié)果可以看出相差了1000Ah。從編者的具體試驗(yàn)已證明按式 ( 5-9)的方法得出的結(jié)果是正確的。那么式 ( 5-18)問題出在何處呢? 從式(5-9)的方法可以看出,它考慮了很多因素,如工作溫度 (溫度不同放電曲線也不同)、負(fù)載功率因數(shù)、逆變器效率和逆變器關(guān)機(jī)電壓。這些至關(guān)重要的指標(biāo) 在式 ( 5-18)中一個也沒考慮,這就導(dǎo) 致了以下問題。 

       1)可以在任何溫度下都能延時8h嗎?按式 ( 5-14)的方法得出在-15℃環(huán)境下若延時8h則需7200Ah,如圖5-20所示。

       2)對任何負(fù)載功率因數(shù)都具有同樣的功能嗎? 因?yàn)殡姵氐娜萘渴桥c有功功率密切相關(guān)的,負(fù)載功率因數(shù)越大,有功功率消耗也越大。所以電池的容量是隨功率因數(shù)而變的,但在這里卻是個固定值。 

圖5-19 根據(jù)25℃曲線查電池容量

        3)UPS逆變器關(guān)機(jī)電壓是與電池放電電流相關(guān)的。放電電流大,則關(guān)機(jī)電壓就低,反之, 關(guān)機(jī)電壓就高。但在市場公式中就沒考 慮這一點(diǎn),不知道關(guān)機(jī)電壓是多少,也 就影響了后備時間的準(zhǔn)確性。 

       4)逆變器的效率和電池的容量關(guān) 系也很密切。效率高就節(jié)省電池容量, 否則就需增加容量。

       式( 5-14)的方法是計算與查表相結(jié)合,所以適合所有的情況;而式( 5-18)由于沒有考慮諸多重要因素,可能在某一點(diǎn)或某一段是正確的,在其范圍之外就很難說了,甚至和正確值相差甚遠(yuǎn)。究其原因就是在這里將伏安值都當(dāng)成了瓦特計算,這在功率因數(shù)很低的情況下就更不能用,這就形響了它的通用性,所以在用式( 5-18)時需慎重。

圖5-20 根據(jù)-15℃曲線查電池容量

      在使用式 ( 5-18)時還容易使用戶陷入誤區(qū),比如有個用戶招標(biāo)書規(guī)定要采購一臺30kVA,需延時4h。根據(jù)式 ( 5-18)算出100Ah電池數(shù)為 

在投標(biāo)商中由于各自的產(chǎn)品不同,UPS的直流電壓也不同,有的直流電壓240V,一組電池是20節(jié);有的直流電壓192V,一組電池是16節(jié)。前者正好是5組電池100節(jié),而后者6組電池 才96節(jié),當(dāng)然少了4節(jié)后延時就不夠了,也不符合標(biāo)書要求了。于是這個廠家就利用了式 ( 5-18)的模糊概念采用了圖5-15所示的給其中4組電池中的一只再并上一只,如圖5-21所 示。同容量 ( 100Ah)的電池,這4組就是68只,再加上另外兩組的32只,正好是100只, 聲稱 “滿足”了要求。更可悲的是用戶居然接受了這個方案,當(dāng)有人提出疑義時,用戶還理直氣壯地讓異議者提供電池不能這樣并聯(lián)的證據(jù)。

圖5-21 不正當(dāng)?shù)碾姵夭⒙?lián)方案 

        眾所周知,5號電池是不能和2號電池串聯(lián)使用的,在這里同樣100Ah電池也不能和 200Ah電池串聯(lián)使用。其后果是當(dāng)充電時并聯(lián)的兩節(jié)一直充不滿,放電時這兩節(jié)100Ah只能放 出一半,在這些電池中長期有一部分電解液處在靜止不變的狀態(tài),久而久之就使這部分電池的 極板硫化而成為 “死板”,積累的作用就會造成這兩節(jié)電池的提前失效,從而影響整組電池的性能。 

       正因?yàn)槭?( 5-18)沒有反映出整組電池電壓的概念,只給出單個電池電壓、容量和總電池節(jié)數(shù),就好像一個倉庫堆積了100Ah/12V電池N節(jié),至于如何分組應(yīng)用是一概不管,因此令 使用者陷入誤區(qū) (也可能是故意為之)。而式 ( 5-9)則不然,式中用的是整組電池和電壓,換 言之,上述倉庫里放置了成組串聯(lián)好了的100Ah/12V電池,這就決定了它們的固有特性,換言之,每組電池的數(shù)量和電壓是不可任意更改的,這就決定了它的唯一性。 

       2 .市場計算式二 

       式 (5-19)就是這個計算式的表達(dá)方式

式中: C為電池容量,Ah; P為負(fù)載功率,W; T為后備時間,h; U為電池組電壓,V; η 為逆變器效率; K為修正系數(shù),后備時間15mi n時, K =0 .5,后備時間30mi n時, K =0 .55。

       式 ( 5-19)比式 ( 5-18)就進(jìn)了一步,其中有了功率因數(shù)的概念,比如這里指出的P是負(fù)載的有功功率。給出了電池組的串聯(lián)電壓,而不是像式 ( 5-18)那樣給出的是電池數(shù),給人 容易造成誤會,這里也給出了逆變器的效率。 

      不足之處為:①電池電壓應(yīng)指明是UPS逆變器關(guān)機(jī)電壓,所以在使用時應(yīng)取電池組的 U mi n 值;②修正系數(shù) K 并不是隨處就可找到的,給使用者增加了困難;③由于是純計算而不是查電 池放電曲線,就沒有溫度的概念。這樣一來就有了局限性,如圖5-22所示,同是90A的放電 電流,100Ah電池在25℃時可后備53mi n,而在-15℃時只可后備30mi n,差了幾乎一半的時 間。所以式 ( 5-9)加查曲線法的應(yīng)用范圍是不受任何限制的。當(dāng)然除此外還有恒放電功率查 表法,也比較準(zhǔn)確,因?yàn)楹惴烹姽β什楸硎菑S家給出的,所以使用什么方法視實(shí)際情況而定。

圖5-22 不同溫度下的后備時間 

文章摘自：【云機(jī)房供配電系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計與運(yùn)維】本書在講解UPS基本知識、基本原理、基本電路的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)對機(jī)房供電 系統(tǒng)的認(rèn)識誤區(qū)進(jìn)行了逐一討論,并給出了對于規(guī)劃、設(shè)計和選型的正確認(rèn)識和理解。書中明確了高頻機(jī)和模塊化UPS供電系統(tǒng)是今后數(shù)據(jù)中心電源的主流設(shè)備, 它不但符合我國的國策,而且也克服了工頻機(jī)UPS無法解決的所有缺陷。在此基礎(chǔ)之上,在本書的最后,對機(jī)房供電系統(tǒng)的運(yùn)維、故障分析和處理進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述,并列舉了相當(dāng)數(shù)量的實(shí)例加以說明。

專注于數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維管理，分享運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，分享數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展趨勢及新技術(shù)應(yīng)用。

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