Hệ số công suất UPS: Ý nghĩa của 0,8, 0,9 và 1,0 đối với kVA và kW

Vài tháng trước, một khách hàng đã hỏi tại sao một UPS 100 kVA trong phòng máy chủ của anh ấy liên tục báo quá tải và đôi khi chuyển sang chế độ bypass.

Tải kết nối chỉ hơn 80 kW một chút, vì vậy anh ấy cho rằng UPS lẽ ra phải đủ lớn.

Chúng tôi yêu cầu anh ấy kiểm tra nhãn thông số kỹ thuật.

100 kVA / 90 kW

Điều đó giải thích phần lớn vấn đề.

UPS có định mức 100 kVA, nhưng định mức công suất thực của nó chỉ là 80 kW. Với hơn 80 kW đã kết nối, hệ thống đang hoạt động ở hoặc trên giới hạn kW định mức của nó. Một sự gia tăng nhỏ về tải hoặc một đỉnh điện áp ngắn có thể đủ để kích hoạt tình trạng quá tải.

Đây là một lỗi phổ biến trong việc lựa chọn UPS.

Mọi người nhớ con số 100 kVA hoặc 120 kVA nhưng thường bỏ qua định mức kW được in bên cạnh nó.

Đối với việc xác định kích thước UPS, cả hai đều quan trọng.

Bắt đầu bằng cách tách biệt các hệ số công suất khác nhau

Một bảng dữ liệu UPS có thể liệt kê nhiều giá trị hệ số công suất:

• Không. Kiểm tra công suất thực định mức. UPS 100 kVA có thể được định mức 80 kW, 90 kW hoặc 100 kW tùy thuộc vào mẫu.
• Hệ số đỉnh
• Hệ số công suất tải

Chúng có liên quan, nhưng chúng không mô tả cùng một thứ.

Hệ số công suất đầu vào chủ yếu là vấn đề công suất thượng nguồn

Hệ số công suất đầu vào mô tả mối quan hệ giữa công suất thực và công suất biểu kiến mà UPS rút ra từ nguồn điện lưới hoặc máy phát điện.

Các hệ thống UPS chuyển đổi kép hiện đại sử dụng bộ chỉnh lưu IGBT hoặc PFC chủ động có thể đạt được hệ số công suất đầu vào gần bằng một dưới các điều kiện hoạt động được chỉ định, với độ méo dòng điện thấp hơn nhiều so với các thiết kế bộ chỉnh lưu cũ hơn.

Điều này quan trọng khi xác định kích thước:

• Cáp đầu vào
• Bộ ngắt mạch thượng nguồn
• Máy biến áp
• Dòng điện đầu vào UPS tối đa

Đối với thiết kế điện thượng nguồn, chỉ số kVA định mức của UPS là không đủ.

Một con số hữu ích hơn thường là:

THDi đầu vào

Đầu vào UPS phải cung cấp tải kết nối, tổn thất chuyển đổi và, trong nhiều trường hợp, sạc pin cùng lúc.

Điều này trở nên quan trọng hơn trong các hệ thống thời gian chạy dài với các bộ pin lớn hơn và dòng sạc cao hơn.

Đối với việc xác định kích thước cáp và bộ ngắt mạch, dòng điện đầu vào tối đa được nhà sản xuất chỉ định thường là một tham chiếu tốt hơn là một phép tính đơn giản chỉ dựa trên định mức kVA đầu ra của UPS.

Ý nghĩa của 0,8, 0,9 và 1,0 là gì?

Khi một UPS được mô tả là có hệ số công suất đầu ra là 0,8, 0,9 hoặc 1,0, điều này thường đề cập đến mối quan hệ giữa kW định mức và kVA định mức của nó.

Một cách đơn giản để đọc nó là:

PF đầu ra định mức = kW định mức ÷ kVA định mức

Vì vậy, nếu một nhà cung cấp nói:

Đây là một UPS 100 kVA.

Vẫn còn một câu hỏi quan trọng:

Nó được định mức bao nhiêu kW?

Một UPS 100 kVA / 80 kW và một UPS 100 kVA / 100 kW có thể có cùng định mức kVA, nhưng khả năng công suất thực của chúng rất khác nhau.

Điều này cũng có thể thấy trên các thiết kế UPS tần số cao hiện tại, nơi tỷ lệ kW-to-kVA định mức phụ thuộc vào mẫu cụ thể hơn là chỉ danh mục sản phẩm.UPS tần số thấp có luôn có nghĩa là PF 0,8 không?Không.

Nhiều hệ thống dựa trên máy biến áp cũ hơn được định mức là:

100 kVA / 80 kW

Sau đó, nhiều hệ thống tần số cao không có máy biến áp đã chuyển sang:

100 kVA / 90 kW

Và ngày nay, các thiết kế 100 kVA / 100 kW ngày càng phổ biến.

Lịch sử đó đã tạo ra một lối tắt:

UPS tần số thấp = 0,8

UPS tần số cao = 0,9

UPS mô-đun = 1,0
Đó không phải là một quy tắc đáng tin cậy.
Định mức công suất thực thực tế phụ thuộc vào thiết kế bộ biến tần, khả năng dòng điện bán dẫn, thiết kế nhiệt và phương pháp định mức của nhà sản xuất.

Một máy biến áp cách ly đầu ra không tự động làm cho UPS có PF 0,8. Một thiết kế không có máy biến áp hoặc mô-đun cũng không tự động có PF 1,0.

Khi so sánh UPS tần số thấp, hệ thống tần số cao và UPS mô-đun, cách tiếp cận an toàn nhất vẫn là kiểm tra kVA định mức và kW định mức trên bảng dữ liệu.

Để so sánh rộng hơn hai loại cấu trúc UPS chính, hãy xem hướng dẫn của chúng tôi về UPS tần số thấp so với UPS tần số cao.

Tải cũng có hệ số công suất riêngUPS có giới hạn kW và kVA.Tải cũng có kW, kVA và hệ số công suất riêng.Giả sử tải thực tế là:80 kW ở PF 0,95

Công suất biểu kiến là:80 ÷ 0,95 ≈ 84,2 kVAKhi xác định kích thước:

80 kW công suất thực

khoảng 84,2 kVA công suất biểu kiến

Bây giờ kết nối tải đó với UPS 100 kVA / 80 kW.

Tải là khoảng:

kW: 100%

kVA: 84%

UPS chưa hết kVA.

Nó đã hết kW.

• Đặt cùng một tải lên UPS 100 kVA / 100 kW và các số liệu trở thành:
• kW: 80%

kVA: 84%

Cả hai đều nằm trong định mức UPS.

• Đó là lý do tại sao việc xác định kích thước UPS không bao giờ nên chỉ dựa trên kW hoặc kVA.
• Nếu một UPS được định mức:

Bất kỳ giới hạn nào đạt được trước sẽ trở thành ràng buộc.

Để có quy trình xác định kích thước hoàn chỉnh, hãy xem hướng dẫn của chúng tôi về cách xác định kích thước và chọn UPS công nghiệp hoặc y tế.

PF 1,0 không có nghĩa là bất kỳ tải 100 kW nào cũng có thể được kết nối

• Đây là một hiểu lầm phổ biến khác.
• Nếu một UPS được định mức:

100 kVA / 100 kW

điều đó không có nghĩa là mọi tải dưới 100 kW đều được chấp nhận tự động.

Lấy một tải 80 kW.

Ở PF 1,0:

80 kW = 80 kVAỞ PF 0,8:Khi xác định kích thước:

Công suất thực vẫn chỉ là 80 kW, nhưng tải đã đạt đến giới hạn 100 kVA của UPS.

Vì vậy, định mức PF 1,0 có nghĩa là UPS có thể có công suất kW và kVA định mức bằng nhau.

Nó không có nghĩa là hệ số công suất tải có thể bị bỏ qua.

Bài viết này dựa trên kinh nghiệm của TAFENG về xác định kích thước UPS và các ứng dụng thực tế. Thiết kế hệ thống cuối cùng nên được kiểm tra với dữ liệu kỹ thuật của mẫu UPS đã chọn và các yêu cầu của dự án cụ thể.

Hệ số công suất tải 0,8 không phải là toàn bộ câu chuyện.

Nó có thể là:

0,8 trễ

0,8 sớm

Những điều này đại diện cho các điều kiện hoạt động khác nhau cho bộ biến tần.

Máy chủ, bộ nguồn chuyển mạch, VFD, động cơ và các tải công nghiệp khác không phải tất cả đều hoạt động giống nhau.

Đó là lý do tại sao một bảng dữ liệu UPS dung lượng trung bình hoặc lớn tốt thường bao gồm nhiều hơn:

PF đầu ra = 1,0

Nó cũng có thể chỉ định:

Phạm vi hệ số công suất tải

và đôi khi cung cấp đường cong giảm công suất đầu ra cho biết có bao nhiêu kW hoặc kVA có sẵn ở các hệ số công suất sớm và trễ khác nhau.

Đối với các tải IT thông thường, điều này có thể không phải là vấn đề lớn.

• Đối với thiết bị như:
• VFD

Động cơ

Máy CNC

Thiết bị hình ảnh y tế

Các tải động hoặc phi tuyến khác

phạm vi PF tải, khả năng quá tải và yêu cầu dòng điện đỉnh cũng nên được kiểm tra.

Đối với các ứng dụng động cơ và cảm kháng, hãy xem những gì cần kiểm tra khi chọn UPS cho tải cảm kháng.

Nguyên tắc tương tự cũng áp dụng cho các hệ thống hình ảnh y tế. Trong một dự án gần đây, một UPS tần số thấp 120 kVA đã được sử dụng cho máy quét CT ở Cameroon, nơi hành vi tải động và nhu cầu tạm thời quan trọng như định mức kVA trên nhãn.

Không chỉ đơn giản cộng 15% công suất sạc pin vào đầu ra UPS

Một lối tắt xác định kích thước phổ biến trông như thế này:

• Tải 80 kW
• + 15% sạc pin
• + 20% dung lượng dự phòng
• = chọn UPS 120 kVA
• Nó dễ tính toán, nhưng nó trộn lẫn các phía đầu vào và đầu ra của UPS.

Sạc pin chủ yếu làm tăng yêu cầu công suất phía đầu vào.

Dung lượng bộ sạc cũng có thể khác nhau đáng kể giữa các mẫu.Hai hệ thống UPS 100 kVA có thể có dòng sạc rất khác nhau, đặc biệt nếu một hệ thống được thiết kế cho bộ pin ngoài thời gian chạy dài.Khi xác định kích thước:

Cáp đầu vào UPSBộ ngắt mạch đầu vàoMáy biến áp thượng nguồn

Máy phát điện diesel

kiểm tra của nhà sản xuất:

Dòng điện đầu vào tối đa
và:
Dòng sạc tối đa
Các con số đó hữu ích hơn là giả định sạc pin luôn là 10%, 15% hoặc 20% dung lượng UPS.

Xác định kích thước máy phát điện không nên sử dụng một hệ số nhân cố định

Một quy tắc phổ biến khác là:

Dung lượng máy phát điện = Dung lượng UPS × 1,5

Đôi khi khuyến nghị là ×2.

Có những hệ thống mà biên độ đó là hợp lý, đặc biệt là các thiết kế UPS cũ với hệ số công suất đầu vào thấp hơn và độ méo dòng điện cao hơn.

• Nhưng nó không nên được coi là một quy tắc phổ quát.
• Bộ chỉnh lưu UPS hiện đại sử dụng IGBT hoặc PFC chủ động có thể đặt tải rất khác lên máy phát điện.
• Việc xác định kích thước máy phát điện nên tính đến:
• Dòng điện đầu vào UPS tối đa

Hệ số công suất đầu vào

THDi đầu vào

Công suất sạc pin

Thời gian khởi động mềm hoặc thời gian đi bộ của bộ chỉnh lưu

Phản ứng AVR của máy phát điện

Phản ứng của bộ điều tốc

Các tải khác kết nối với cùng một máy phát điện

Nếu máy phát điện cũng cung cấp điều hòa không khí, máy bơm, chiếu sáng hoặc các thiết bị khác, các tải đó cũng cần được bao gồm.

Đối với các hệ thống quan trọng, việc xác định kích thước máy phát điện chỉ là một phần của kiến trúc điện tổng thể. Khả năng dự phòng cũng quan trọng không kém. Bài viết của chúng tôi về dự phòng UPS N+1 so với 2N đề cập đến chủ đề đó riêng biệt.

Đối với các dự án có máy phát điện dự phòng, UPS và máy phát điện lý tưởng nên được kiểm tra cùng nhau bằng cách sử dụng các mẫu thực tế thay vì hệ số nhân cố định.

Những gì nên được bao gồm trong thông số kỹ thuật UPS?

Đối với UPS dung lượng trung bình hoặc lớn, chỉ định:

UPS trực tuyến 100 kVA

• là không đủ.
• Không. Kiểm tra công suất thực định mức. UPS 100 kVA có thể được định mức 80 kW, 90 kW hoặc 100 kW tùy thuộc vào mẫu.
• Nó thường có nghĩa là UPS có thể có công suất kVA và kW định mức bằng nhau, ví dụ: 100 kVA / 100 kW. Tải kết nối vẫn phải được kiểm tra kW, kVA và hệ số công suất.
• Kiểm tra gì
• Công suất biểu kiến định mức
• kVA định mức
• Công suất thực định mức
• kW định mức

Hệ số công suất đầu ra định mức

Mối quan hệ kW/kVA định mứcPhạm vi hệ số công suất tảiPhạm vi hoạt động sớm và trễ

Giảm công suất đầu ra

Liệu đầu ra có giảm ở các giá trị PF tải nhất định không

Hệ số công suất đầu vào

Đặc điểm công suất phía đầu vào

THDi đầu vào

Độ méo dòng điện đầu vào

90 kW?

hoặc: