Συντελεστής Ισχύος UPS: Τι σημαίνουν οι τιμές 0,8, 0,9 και 1,0 για kVA και kW

Πριν από λίγους μήνες, ένας πελάτης ρώτησε γιατί ένα UPS 100 kVA στο δωμάτιο του διακομιστή του ανέφερε συνεχώς υπερφορτώσεις και περιστασιακά μεταφερόταν σε παράκαμψη.

Το συνδεδεμένο φορτίο ήταν λίγο πάνω από 80 kW, οπότε υπέθεσε ότι το UPS θα έπρεπε να ήταν αρκετά μεγάλο.

Του ζητήσαμε να ελέγξει την πινακίδα.

100 kVA / 80 kW

Αυτό εξήγησε το μεγαλύτερο μέρος του προβλήματος.

Το UPS είχε ονομαστική ισχύ 100 kVA, αλλά η ονομαστική ενεργός ισχύς του ήταν μόνο 80 kW. Με περισσότερα από 80 kW ήδη συνδεδεμένα, το σύστημα λειτουργούσε στο ή πάνω από το ονομαστικό όριο kW. Μια μικρή αύξηση του φορτίου ή μια σύντομη αιχμή ισχύος θα μπορούσε να είναι αρκετή για να προκαλέσει συνθήκη υπερφόρτωσης.

Αυτό είναι ένα συνηθισμένο λάθος στην επιλογή UPS.

Οι άνθρωποι θυμούνται τη φιγούρα των 100 kVA ή 120 kVA, αλλά συχνά παραβλέπουν την ονομαστική ισχύ kW που αναγράφεται δίπλα της.

Για τον υπολογισμό μεγέθους UPS, και τα δύο έχουν σημασία.

Ξεκινήστε διαχωρίζοντας τους διαφορετικούς συντελεστές ισχύος

Ένα φύλλο δεδομένων UPS μπορεί να αναφέρει διάφορες τιμές συντελεστή ισχύος:

• Συντελεστής ισχύος εισόδου
• Ονομαστικός συντελεστής ισχύος εξόδου
• Συντελεστής ισχύος φορτίου

Σχετίζονται, αλλά δεν περιγράφουν το ίδιο πράγμα.

Ο συντελεστής ισχύος εισόδου είναι κυρίως ένα πρόβλημα ισχύος ανάντη.

Ο συντελεστής ισχύος εισόδου περιγράφει τη σχέση μεταξύ της ενεργού ισχύος και της φαινόμενης ισχύος που αντλεί το UPS από την παροχή δικτύου ή τη γεννήτρια.

Τα σύγχρονα συστήματα UPS διπλής μετατροπής που χρησιμοποιούν ανορθωτές IGBT ή ενεργό PFC μπορούν να επιτύχουν συντελεστή ισχύος εισόδου κοντά στη μονάδα υπό καθορισμένες συνθήκες λειτουργίας, με πολύ χαμηλότερη παραμόρφωση ρεύματος από παλαιότερες σχεδιάσεις ανορθωτών.

Αυτό έχει σημασία κατά τον υπολογισμό μεγέθους:

• Καλώδια εισόδου
• Ασφάλειες ανάντη
• Μετασχηματιστές
• Γεννήτριες ντίζελ

Για τον σχεδιασμό ηλεκτρικών συστημάτων ανάντη, το ονομαστικό kVA του UPS από μόνο του δεν αρκεί.

Μια πιο χρήσιμη τιμή είναι συνήθως:

Μέγιστο Ρεύμα Εισόδου

Η είσοδος του UPS πρέπει να τροφοδοτεί το συνδεδεμένο φορτίο, τις απώλειες μετατροπής και, σε πολλές περιπτώσεις, τη φόρτιση της μπαταρίας ταυτόχρονα.

Αυτό γίνεται πιο σημαντικό σε συστήματα μεγάλης διάρκειας λειτουργίας με μεγαλύτερες τράπεζες μπαταριών και υψηλότερα ρεύματα φόρτισης.

Για τον υπολογισμό μεγέθους καλωδίων και ασφαλειών, το καθορισμένο από τον κατασκευαστή μέγιστο ρεύμα εισόδου είναι συνήθως καλύτερη αναφορά από έναν απλό υπολογισμό που βασίζεται μόνο στην ονομαστική ισχύ kVA εξόδου του UPS.

Τι σημαίνουν οι τιμές 0,8, 0,9 και 1,0;

Όταν ένα UPS περιγράφεται ότι έχει συντελεστή ισχύος εξόδου 0,8, 0,9 ή 1,0, αυτό συνήθως αναφέρεται στη σχέση μεταξύ του ονομαστικού kW και του ονομαστικού kVA του.

Ένας απλός τρόπος ανάγνωσης είναι:

Ονομαστικός Συντελεστής Ισχύος Εξόδου = Ονομαστικό kW ÷ Ονομαστικό kVA

Έτσι, αν ένας προμηθευτής λέει:

Αυτό είναι ένα UPS 100 kVA.

Υπάρχει ακόμα μια σημαντική ερώτηση:

Για πόσα kW είναι ονομαστικό;

Ένα UPS 100 kVA / 80 kW και ένα UPS 100 kVA / 100 kW μπορεί να έχουν την ίδια ονομαστική ισχύ kVA, αλλά η ικανότητα ενεργού ισχύος τους είναι πολύ διαφορετική.

Αυτό είναι ορατό και σε σύγχρονες σχεδιάσεις UPS υψηλής συχνότητας, όπου η αναλογία ονομαστικού kW προς kVA εξαρτάται από το συγκεκριμένο μοντέλο και όχι μόνο από την κατηγορία προϊόντος.

Το UPS χαμηλής συχνότητας σημαίνει πάντα συντελεστή ισχύος 0,8;

Όχι.

Πολλά παλαιότερα συστήματα βασισμένα σε μετασχηματιστές είχαν ονομαστική ισχύ:

100 kVA / 80 kW

Αργότερα, πολλά σύγχρονα συστήματα χωρίς μετασχηματιστή μετακινήθηκαν σε:

100 kVA / 90 kW

Και σήμερα, οι σχεδιάσεις 100 kVA / 100 kW γίνονται όλο και πιο συχνές.

Αυτό το ιστορικό δημιούργησε μια συντόμευση:

UPS χαμηλής συχνότητας = 0,8
UPS υψηλής συχνότητας = 0,9
Modular UPS = 1,0

Δεν είναι ένας αξιόπιστος κανόνας.

Η πραγματική ονομαστική ενεργός ισχύς εξαρτάται από τη σχεδίαση του μετατροπέα, την ικανότητα ρεύματος των ημιαγωγών, τη θερμική σχεδίαση και τη μέθοδο ονομαστικής ισχύος του κατασκευαστή.

Ένας μετασχηματιστής απομόνωσης εξόδου δεν καθιστά αυτόματα ένα UPS με συντελεστή ισχύος 0,8. Ούτε μια σχεδίαση χωρίς μετασχηματιστή ή modular είναι αυτόματα με συντελεστή ισχύος 1,0.

Κατά τη σύγκριση UPS χαμηλής συχνότητας, συστημάτων υψηλής συχνότητας και modular UPS, η ασφαλέστερη προσέγγιση είναι ακόμα να ελέγξετε το ονομαστικό kVA και το ονομαστικό kW στο φύλλο δεδομένων.

Για μια ευρύτερη σύγκριση των δύο κύριων τοπολογιών UPS, δείτε τον οδηγό μας για UPS χαμηλής συχνότητας έναντι UPS υψηλής συχνότητας.

Το φορτίο έχει επίσης τον δικό του συντελεστή ισχύος.

Το UPS έχει όρια kW και kVA.

Το φορτίο έχει επίσης το δικό του kW, kVA και συντελεστή ισχύος.

Ας υποθέσουμε ότι το πραγματικό φορτίο είναι:

80 kW με συντελεστή ισχύος 0,95

Η φαινόμενη ισχύς είναι:

80 ÷ 0,95 ≈ 84,2 kVA

Έτσι, το φορτίο χρησιμοποιεί:

• 80 kW ενεργού ισχύος
• περίπου 84,2 kVA φαινόμενης ισχύος

Τώρα συνδέστε αυτό το φορτίο σε ένα UPS 100 kVA / 80 kW.

Η φόρτιση είναι περίπου:

• kW: 100%
• kVA: 84%

Το UPS δεν έχει ξεμείνει από kVA.

Έχει ξεμείνει από kW.

Τοποθετήστε το ίδιο φορτίο σε ένα UPS 100 kVA / 100 kW και οι αριθμοί γίνονται:

• kW: 80%
• kVA: 84%

Και τα δύο παραμένουν εντός της ονομαστικής ισχύος του UPS.

Γι' αυτό ο υπολογισμός μεγέθους UPS δεν πρέπει ποτέ να βασίζεται μόνο σε kW ή kVA.

Το φορτίο πρέπει να παραμένει εντός και των δύο ορίων.

Όποιο φτάσει πρώτο γίνεται ο περιορισμός.

Για μια πλήρη διαδικασία υπολογισμού μεγέθους, δείτε τον οδηγό μας για πώς να υπολογίσετε και να επιλέξετε ένα βιομηχανικό ή ιατρικό UPS.

Ο συντελεστής ισχύος 1,0 δεν σημαίνει ότι μπορεί να συνδεθεί οποιοδήποτε φορτίο 100 kW.

Αυτή είναι μια άλλη κοινή παρεξήγηση.

Εάν ένα UPS έχει ονομαστική ισχύ:

100 kVA / 100 kW

αυτό δεν σημαίνει ότι κάθε φορτίο κάτω από 100 kW είναι αυτόματα αποδεκτό.

Πάρτε ένα φορτίο 80 kW.

Σε συντελεστή ισχύος 1,0:

80 kW = 80 kVA

Σε συντελεστή ισχύος 0,8:

80 ÷ 0,8 = 100 kVA

Η ενεργός ισχύς είναι ακόμα μόνο 80 kW, αλλά το φορτίο έχει ήδη φτάσει στο όριο των 100 kVA του UPS.

Έτσι, μια ονομαστική ισχύς συντελεστή ισχύος 1,0 σημαίνει ότι το UPS μπορεί να έχει ίση ονομαστική χωρητικότητα kW και kVA.

Δεν σημαίνει ότι ο συντελεστής ισχύος του φορτίου μπορεί να αγνοηθεί.

Ο επαγωγικός και ο χωρητικός συντελεστής ισχύος έχουν επίσης σημασία.

Ένας συντελεστής ισχύος φορτίου 0,8 δεν είναι η πλήρης εικόνα.

Μπορεί να είναι:

• 0,8 επαγωγικός
• 0,8 χωρητικός

Αυτά αντιπροσωπεύουν διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας για τον μετατροπέα.

Οι διακομιστές, τα τροφοδοτικά μεταγωγής, οι VFD, οι κινητήρες και άλλα βιομηχανικά φορτία δεν συμπεριφέρονται όλα με τον ίδιο τρόπο.

Γι' αυτό ένα καλό φύλλο δεδομένων UPS μεσαίας ή μεγάλης χωρητικότητας συχνά περιλαμβάνει περισσότερα από:

Συντελεστής Ισχύος Εξόδου = 1,0

Μπορεί επίσης να καθορίζει:

Εύρος Συντελεστή Ισχύος Φορτίου

και μερικές φορές παρέχει μια καμπύλη μείωσης ισχύος εξόδου που δείχνει πόσο kW ή kVA είναι διαθέσιμο σε διαφορετικούς επαγωγικούς και χωρητικούς συντελεστές ισχύος.

Για συμβατικά φορτία IT, αυτό μπορεί να μην είναι σημαντικό πρόβλημα.

Για εξοπλισμό όπως:

• VFD
• Κινητήρες
• Μηχανές CNC
• Εξοπλισμός ιατρικής απεικόνισης
• Άλλα δυναμικά ή μη γραμμικά φορτία

το εύρος συντελεστή ισχύος φορτίου, η ικανότητα υπερφόρτωσης και οι απαιτήσεις αιχμής ρεύματος πρέπει επίσης να ελέγχονται.

Για εφαρμογές κινητήρων και επαγωγικές, δείτε τι να ελέγξετε κατά την επιλογή ενός UPS για επαγωγικά φορτία.

Η ίδια αρχή ισχύει και για τα συστήματα ιατρικής απεικόνισης. Σε ένα πρόσφατο έργο, ένα UPS χαμηλής συχνότητας 120 kVA χρησιμοποιήθηκε για έναν αξονικό τομογράφο στο Καμερούν, όπου η δυναμική συμπεριφορά του φορτίου και η παροδική ζήτηση ήταν εξίσου σημαντικές με την ονομαστική ισχύ kVA στην πινακίδα.

Μην προσθέτετε απλώς 15% ισχύ φόρτισης μπαταρίας στην έξοδο του UPS.

Μια κοινή συντόμευση υπολογισμού μεγέθους μοιάζει κάπως έτσι:

Φορτίο 80 kW
+ 15% φόρτιση μπαταρίας
+ 20% εφεδρική χωρητικότητα
= επιλογή UPS 120 kVA

Είναι εύκολο να υπολογιστεί, αλλά αναμιγνύει την πλευρά εισόδου και εξόδου του UPS.

Η φόρτιση της μπαταρίας αυξάνει κυρίως την απαίτηση ισχύος στην πλευρά εισόδου.

Η χωρητικότητα του φορτιστή μπορεί επίσης να διαφέρει σημαντικά μεταξύ των μοντέλων.

Δύο συστήματα UPS 100 kVA μπορεί να έχουν πολύ διαφορετικά ρεύματα φόρτισης, ειδικά αν το ένα έχει σχεδιαστεί για εξωτερική τράπεζα μπαταριών μεγάλης διάρκειας λειτουργίας.

Κατά τον υπολογισμό μεγέθους:

• Καλώδια εισόδου UPS
• Ασφάλειες εισόδου
• Μετασχηματιστές ανάντη
• Γεννήτριες ντίζελ

ελέγξτε τις προδιαγραφές του κατασκευαστή για:

Μέγιστο Ρεύμα Εισόδου

και:

Μέγιστο Ρεύμα Φόρτισης

Αυτές οι τιμές είναι πιο χρήσιμες από την υπόθεση ότι η φόρτιση της μπαταρίας είναι πάντα 10%, 15% ή 20% της χωρητικότητας του UPS.

Ο υπολογισμός μεγέθους γεννήτριας δεν πρέπει να χρησιμοποιεί έναν σταθερό πολλαπλασιαστή.

Ένας άλλος κοινός κανόνας είναι:

Χωρητικότητα γεννήτριας = Χωρητικότητα UPS × 1,5

Μερικές φορές η σύσταση είναι ×2.

Υπάρχουν συστήματα όπου αυτό το περιθώριο είναι λογικό, ειδικά παλαιότερες σχεδιάσεις UPS με χαμηλότερο συντελεστή ισχύος εισόδου και υψηλότερη παραμόρφωση ρεύματος.

Αλλά δεν πρέπει να αντιμετωπίζεται ως καθολικός κανόνας.

Οι σύγχρονοι ανορθωτές UPS που χρησιμοποιούν IGBT ή ενεργό PFC μπορούν να επιβαρύνουν μια γεννήτρια με πολύ διαφορετικό τρόπο.

Ο υπολογισμός μεγέθους γεννήτριας πρέπει να λαμβάνει υπόψη:

• Μέγιστο ρεύμα εισόδου UPS
• Συντελεστής ισχύος εισόδου
• THDi εισόδου
• Ισχύς φόρτισης μπαταρίας
• Χρόνος ομαλής εκκίνησης ή walk-in του ανορθωτή
• Απόκριση AVR γεννήτριας
• Απόκριση ρυθμιστή στροφών
• Άλλα φορτία συνδεδεμένα στην ίδια γεννήτρια

Εάν η γεννήτρια τροφοδοτεί επίσης κλιματισμό, αντλίες, φωτισμό ή άλλο εξοπλισμό, αυτά τα φορτία πρέπει να συμπεριληφθούν επίσης.

Για κρίσιμα συστήματα, ο υπολογισμός μεγέθους γεννήτριας είναι μόνο ένα μέρος της συνολικής αρχιτεκτονικής ισχύος. Η πλεοναστικότητα μπορεί να είναι εξίσου σημαντική. Το άρθρο μας για πλεοναστικότητα N+1 έναντι 2N UPS καλύπτει αυτό το θέμα ξεχωριστά.

Για έργα με υποστήριξη γεννήτριας, το UPS και η γεννήτρια θα πρέπει ιδανικά να ελέγχονται μαζί χρησιμοποιώντας τα πραγματικά μοντέλα αντί για έναν σταθερό πολλαπλασιαστή.

Τι πρέπει να περιλαμβάνεται σε μια τεχνική προδιαγραφή UPS;

Για ένα UPS μεσαίας ή μεγάλης χωρητικότητας, η προδιαγραφή μόνο:

100 kVA online UPS

δεν αρκεί.

Τουλάχιστον, επιβεβαιώστε:

Για ασυνήθιστα ή εξαιρετικά δυναμικά φορτία, αξίζει επίσης να ζητήσετε την καμπύλη μείωσης ισχύος εξόδου του κατασκευαστή σε σχέση με τον συντελεστή ισχύος φορτίου.

Αυτό είναι πολύ πιο χρήσιμο από το να σας πουν ότι ένα UPS "μπορεί να χειριστεί οποιοδήποτε φορτίο."

Ένα τελευταίο σημείο

Την επόμενη φορά που θα δείτε ένα UPS 100 kVA, μην υποθέσετε ότι μπορεί να παρέχει 100 kW.

Ελέγξτε την επόμενη γραμμή του φύλλου δεδομένων.

Είναι:

80 kW;

90 kW;

ή:

100 kW;

Στη συνέχεια, συγκρίνετε αυτές τις ονομαστικές τιμές με το πραγματικό φορτίο kW και kVA.

Εάν η εφαρμογή περιλαμβάνει κινητήρες, VFD, ιατρικό εξοπλισμό ή άλλα δυναμικά φορτία, ελέγξτε επίσης το επιτρεπόμενο εύρος συντελεστή ισχύος φορτίου και την ικανότητα υπερφόρτωσης.

Πολλά λάθη στον υπολογισμό μεγέθους UPS δεν οφείλονται σε κακό τύπο.

Ξεκινούν επειδή κάποιος κοίταξε 100 kVA και σταμάτησε εκεί.

Αυτό το άρθρο βασίζεται στην εμπειρία της TAFENG με τον υπολογισμό μεγέθους UPS και τις εφαρμογές πεδίου. Ο τελικός σχεδιασμός του συστήματος πρέπει να ελέγχεται έναντι των τεχνικών δεδομένων του επιλεγμένου μοντέλου UPS και των απαιτήσεων του συγκεκριμένου έργου.

Χρειάζεστε βοήθεια στον έλεγχο του μεγέθους του UPS σας;

Στείλτε μας το φορτίο του εξοπλισμού σας, τον συντελεστή ισχύος και τον απαιτούμενο χρόνο εφεδρείας. Μπορούμε να βοηθήσουμε στην αναθεώρηση της χωρητικότητας του UPS και της διαμόρφωσης της μπαταρίας.

Στείλτε μας τη Λίστα Φορτίου σας
Λάβετε Βοήθεια με τον Υπολογισμό Μεγέθους UPS