課件9：EPS應(yīng)急電源設(shè)備

城市軌道交通低壓配電技術(shù)城市軌道交通機(jī)電技術(shù)專業(yè)資源庫(kù)項(xiàng)目四：城市軌道交通低壓配電設(shè)備4.6、EPS應(yīng)急電源設(shè)備定義：EPS應(yīng)急電源設(shè)備應(yīng)急電源設(shè)備（Emergencypowersupply，以下簡(jiǎn)稱“EPS”）在系統(tǒng)停電時(shí)，能在不同場(chǎng)合為各種用電設(shè)備供電。它適用范圍廣、負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)、安裝方便、效率高，減少不必要的電能浪費(fèi)。EPS作為應(yīng)急照明電源的一般要求：1、向應(yīng)急照明燈供電的EPS，供電中斷時(shí)間小于5s；2、為盡可能地利用正常交流電源，減少EPS的能耗，當(dāng)交流電源電壓在187~242V（220V：-15%，+10%）的范圍內(nèi)，EPS允許仍為交流旁路供電，而不采用逆變器供電；3、EPS配置蓄電池的容量，應(yīng)滿足在交流電源供電中斷時(shí)，保證應(yīng)急照明的供電時(shí)間要求：對(duì)于地下車站和控制中心不小于60min，對(duì)于地面車站等建筑物，不小于30min。規(guī)格：EPS應(yīng)急電源設(shè)備按輸入方式：?jiǎn)蜗?20V、三相380V；按輸出方式：?jiǎn)蜗?、三相及單、三相混合輸出；安裝形式：落地式、壁掛式和嵌墻式；容量：0.5kW~800kW各個(gè)級(jí)別；服務(wù)對(duì)象：動(dòng)力負(fù)載和應(yīng)急照明兩種；備用時(shí)間一般有90～120分鐘，如有特殊要求還可按設(shè)計(jì)要求配置備用時(shí)間。作用：EPS應(yīng)急電源設(shè)備

在地鐵車站低壓配電系統(tǒng)中，EPS應(yīng)急電源作用是在市電斷電或消防狀態(tài)時(shí)，輸出額定電壓為380/220V，額定頻率為50HZ的電流，向車站應(yīng)急照明、疏散指示、導(dǎo)向標(biāo)識(shí)提供后備電源，保證事故情況下地鐵乘客和地鐵員工能安全疏散，供電維持時(shí)間不小于90分鐘。EPS應(yīng)急電源裝置為柜式結(jié)構(gòu)，由饋線柜、主機(jī)柜、兩組電池柜組成。每個(gè)應(yīng)急電源單體機(jī)柜的外形尺寸：高×深×寬=2200mm×600mm×800mm。EPS柜結(jié)構(gòu)及組成：EPS應(yīng)急電源主要包括：雙電源自動(dòng)切換裝置ATS、靜態(tài)切換開(kāi)關(guān)裝置、整流/充電機(jī)、逆變器、蓄電池組、監(jiān)控裝置及饋線單元等部分。EPS主要元器件：1、交流雙電源自動(dòng)切換裝置交流雙電源自動(dòng)切換裝置

為了保證重要用電場(chǎng)所的供電可持續(xù)性。當(dāng)主電源斷電、過(guò)壓、欠壓、缺相時(shí)，ATS能夠把負(fù)載電路自動(dòng)轉(zhuǎn)換至備用電源。主電源重新通電，ATS把負(fù)載切換至主電源。EPS主要元器件：2、靜態(tài)切換開(kāi)關(guān)裝置

靜態(tài)開(kāi)關(guān)又稱靜止開(kāi)關(guān)，它是一種無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，是用兩個(gè)可控硅（SCR）反向并聯(lián)組成的一種交流開(kāi)關(guān)，其閉合和斷開(kāi)由邏輯控制器控制?？煽毓?，是可控硅整流元件的簡(jiǎn)稱，是一種具有三個(gè)PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件，亦稱為晶閘管。具有體積小、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，是比較常用的半導(dǎo)體器件之一。可控硅的原理：如何觸發(fā)可控硅?可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個(gè)PN結(jié)，要使晶閘管導(dǎo)通，一是在它的陽(yáng)極A與陰極K之間外加正向電壓，二是在它的控制極G與陰極K之間輸入一個(gè)正向觸發(fā)電壓。晶閘管導(dǎo)通后，去掉觸發(fā)電壓，仍然維持導(dǎo)通狀態(tài)。斷開(kāi)陽(yáng)極電源（或使陽(yáng)極電流小于維持導(dǎo)通的最小值（稱為維持電流）。如果晶閘管陽(yáng)極和陰極之間外加的是交流電壓或脈動(dòng)直流電壓，那么，在電壓過(guò)零時(shí)，晶閘管會(huì)自行關(guān)斷。如何斷開(kāi)可控硅?可控硅的原理：EPS主要元器件：2、靜態(tài)切換開(kāi)關(guān)裝置

應(yīng)急電源的靜態(tài)切換開(kāi)關(guān)裝置的電力模塊采用雙向可控晶閘管，該電力模塊體積小，使用方便，并且功耗低，導(dǎo)通速度快，性能安全可靠。車站現(xiàn)場(chǎng)安裝如圖所示：現(xiàn)場(chǎng)安裝的切換單元EPS主要元器件：2、靜態(tài)切換開(kāi)關(guān)裝置EPS主要元器件：3、整流/充電機(jī)

整流器（rectifier）是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電的裝置，可用于供電裝置及偵測(cè)無(wú)線電信號(hào)等。整流器可以由真空管，引燃管，固態(tài)矽半導(dǎo)體二極管等制成。整流器有兩個(gè)主要功能：第一是將交流電變成直流電，經(jīng)濾波后供給負(fù)載，或者供給逆變器；第二是給蓄電池提供充電電壓。因此，它同時(shí)又起到一個(gè)充電器的作用。在雙變換EPS中，此裝置既為逆變器供電，又給蓄電池充電，故稱為整流器/充電機(jī)。整流/充電機(jī)電池檢測(cè)板連接結(jié)構(gòu)圖充電單元結(jié)構(gòu)由充電器、電池檢測(cè)板組成。EPS主要元器件：3、整流/充電機(jī)EPS主要元器件：4、逆變器

逆變器是一種將直流轉(zhuǎn)換成交流的裝置，它與轉(zhuǎn)換器其實(shí)都是一種電壓逆變的過(guò)程。整流器作用是將電網(wǎng)的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的12V直流輸出，而逆變器是將輸出的12V直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l的高壓交流電。EPS主要元器件：4、逆變器逆變器面板按下顯示板啟動(dòng)按鈕ON，使輔助電源工作，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，顯示板數(shù)碼管顯示“50.00HZ”閃動(dòng)。驅(qū)動(dòng)板輔助電源啟動(dòng)后，延時(shí)25s后，接觸器吸合，接觸器吸合后延時(shí)2s，即可操作顯示板上的按鍵。此時(shí)逆變器方可正常工作。逆變器操作：EPS主要元器件：4、逆變器在應(yīng)急供電時(shí),當(dāng)設(shè)備中的電池放電完畢進(jìn)入過(guò)放電保護(hù)而停止逆變輸出時(shí)，打開(kāi)強(qiáng)制開(kāi)關(guān)，可強(qiáng)制啟動(dòng)逆變器工作,從而繼續(xù)為負(fù)載供電。注意：讓過(guò)放電的電池繼續(xù)工作會(huì)造成電池的永久損壞，因此，此強(qiáng)制運(yùn)行開(kāi)關(guān)只在十分緊急的情況下使用。通常情況下，此開(kāi)關(guān)處在“正?！睜顟B(tài)。EPS主要元器件：5、蓄電池EPS主要元器件：5、蓄電池鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)：正極板組、負(fù)極板組、隔板、容器、電解液等組成。EPS主要元器件：5、蓄電池蓄電池充、放電化學(xué)方程式：PbO2+2H2SO4+Pb

PbSO4+2H2O+PbSO4正極電解液負(fù)極放電充電正極水負(fù)極充電：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；放電：蓄電池連接外部電路放電時(shí)，正極板接受負(fù)極板送來(lái)的電子，鉛離子由+4價(jià)變?yōu)?2價(jià)；負(fù)極板的鉛輸出2個(gè)電子，變+2價(jià)，化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。EPS主要元器件：5、蓄電池鉛酸蓄電池特點(diǎn)：EPS主要元器件：5、蓄電池（1）須為全密封免維護(hù)型。因?yàn)镋PS為電池、主機(jī)一體化設(shè)計(jì)，開(kāi)口的富液式電池在充電中會(huì)產(chǎn)生酸霧，腐蝕EPS內(nèi)部電路元器件；（2）具有深度放電能力。EPS均設(shè)有強(qiáng)制啟動(dòng)功能，即此功能被強(qiáng)制執(zhí)行時(shí)蓄電池?zé)o過(guò)放電保護(hù)，可以無(wú)限制地放電下去；深度放電性能差的蓄電池，可能由于EPS此功能的啟動(dòng)就一次性損害而無(wú)法再次利用。EPS對(duì)所配蓄電池的要求：EPS容量＝燈具功率總和÷燈具功率因數(shù)在未知燈具功率因數(shù)的情況下，一般可采用估算法：（1）當(dāng)負(fù)載為電子鎮(zhèn)流器熒光燈時(shí)，EPS容量估算方法為：EPS容量＝電子鎮(zhèn)流器熒光燈功率總和Χ1.3（2）當(dāng)負(fù)載為電感鎮(zhèn)流器熒光燈時(shí)，EPS的容量可估算為：EPS容量＝電感鎮(zhèn)流器熒光燈功率總和Χ1.6（3）當(dāng)負(fù)載為金屬鹵化物燈或鈉燈時(shí)，EPS容量估算方法為：EPS容量＝金屬鹵化物燈或鈉燈功率總和Χ2.2（4）在EPS逆變輸出功率因數(shù)和燈具的功率因數(shù)相差太大的情況下（相差超過(guò)0.3)，EPS的容量可估算為：EPS容量＝燈具功率總和÷燈具功率因數(shù)（在此計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上再適當(dāng)增大EPS功率）照明型EPS匹配燈具負(fù)載時(shí)容量的估算方式：功率因數(shù)：有功功率/視在功率視在功率：有功功率+無(wú)功功率（5）應(yīng)急照明燈具的光源也可采用高壓氣體燈，但城市軌道交通工程目前尚未使用。此是宜選用切換時(shí)間小于20ms的EPS設(shè)備。因?yàn)?，如果?duì)高壓氣體燈的供電中斷時(shí)間超過(guò)20ms，就有可能導(dǎo)致氣體燈中的放電電弧“熄滅或中斷”。一旦發(fā)生放電電弧中斷現(xiàn)象，即使馬上恢復(fù)供電也可能導(dǎo)致長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘的黑燈現(xiàn)象，因?yàn)樾枰銐蜷L(zhǎng)的時(shí)間來(lái)重新預(yù)熱高壓氣體燈中的燈絲。應(yīng)急電源所配置的蓄電池采用18節(jié)額定電壓12V電池串聯(lián)組成216V直流供電系統(tǒng)，蓄電池的容量按照下列公式計(jì)算：

其中：C：電池計(jì)算容量，單位AH；Pe：EPS功率，單位KW；N：每組蓄電池的串聯(lián)個(gè)數(shù)，本系統(tǒng)中采用電壓等級(jí)216V，N=18；η：逆變器的效率≥92%，選擇η=92%；T：應(yīng)急時(shí)間，單位小時(shí)，T=1.5h。蓄電池容量的計(jì)算方法：雙電源進(jìn)線斷路器ASCO雙電源自動(dòng)切換裝置整流/充電器電池組靜態(tài)切換裝置逆變器EPS主要部件：EPS應(yīng)急電源設(shè)備運(yùn)行方式：EPS設(shè)備運(yùn)行的控制模式有三種：正常工作模式、旁路維修模式、應(yīng)急工作模式。EPS應(yīng)急電源設(shè)備運(yùn)行方式（1）正常時(shí)工作狀態(tài)正常時(shí)工作狀態(tài)EPS應(yīng)急電源設(shè)備運(yùn)行方式（2）維修時(shí)工作狀態(tài)EPS應(yīng)急電源設(shè)備運(yùn)行方式（3）應(yīng)急時(shí)工作狀態(tài)EPS容量及選擇：根據(jù)所使用的應(yīng)急照明燈具的不同來(lái)選配EPS的輸出功率和機(jī)型：1、應(yīng)急照明燈具光源為白熾燈：由于應(yīng)急照明的功耗是有功功率P（KW）來(lái)標(biāo)注的，而EPS逆變器的輸出功率是用功率因數(shù)cosφ=0.8（滯后）時(shí)的視在功率S（KV?A）來(lái)標(biāo)注的，實(shí)際選用EPS的滿載輸出功率S（KV?A）=P/0.82、應(yīng)急照明燈具光源為熒光燈：由于熒光燈啟動(dòng)時(shí)存在較大的“啟動(dòng)浪涌”電流，EPS滿載輸出功率應(yīng)為S=（1.3~1.5）P/0.8EPS容量及選擇：3、應(yīng)急照明燈具的光源也可采用高壓氣體燈，但城市軌道交通工程目前尚未使用。此是宜選用切換時(shí)間小于20ms的EPS設(shè)備。因?yàn)?，如果?duì)高壓氣體燈的供電中斷時(shí)間超過(guò)20ms，就有可能導(dǎo)致氣體燈中的放電電弧“熄滅或中斷”。一旦發(fā)生放電電弧中斷現(xiàn)象，即使馬上恢復(fù)供電也可能導(dǎo)致長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘的黑燈現(xiàn)象，因?yàn)樾枰銐蜷L(zhǎng)的時(shí)間來(lái)重新預(yù)熱高壓氣體燈中的燈絲。EPS與UPS的區(qū)別：1、應(yīng)用不同：

在國(guó)內(nèi)，EPS電源主要用于消防行業(yè)用電設(shè)備，強(qiáng)調(diào)能夠持續(xù)供電這一功能。UPS電源一般用于精密儀器負(fù)載（如通信、信號(hào)、電腦、服務(wù)器等IT行業(yè)設(shè)備），要求供電質(zhì)量較高，強(qiáng)調(diào)逆變切換時(shí)間、輸出電壓、頻率穩(wěn)定性、輸出波型的純正性等要求。EPS與UPS的區(qū)別：2、功能不同：EPS電源具有持續(xù)供電功能，一般對(duì)逆變切換時(shí)間要求不高，特殊場(chǎng)合的應(yīng)用具有一定要求，有多路輸出且對(duì)各路輸出及單個(gè)蓄電池具有監(jiān)控檢測(cè)功能。日常著重市電供電，市電停電時(shí)才轉(zhuǎn)為逆變供電，電能利用率高。UPS電源如在線式僅有一路總輸出，一般強(qiáng)調(diào)其三大功能：（A）穩(wěn)壓穩(wěn)頻（B）對(duì)切換