民用建筑电气设计规范-第6章自备应急电源.ppt

6自备应急电源 一 本章内容与原版本相比主要有下列修改: 1 删除了原规范中自备应急燃气发电机组。 2 增加了EPS应急电源的内容。 二 本章主要内容 1 柴油发电机的选择。 6.1.2 柴油发电机组的选择，应符合下列规定： 1 机组容量与台数应根据应急负荷大小和投入顺序以及单台电动机最大启动容量等因素综合确定。当应急负荷较大时，可采用多机并列运行，机组台数宜为24台。当受并列条件限制，可实施分区供电。当用电负荷谐波较大时，应考虑其对发电机的影响；,【注释】 机组的选择 第1款 确定机组容量时，除考虑应急负荷总容量之外，应着重考虑启动电动机容量。因单台电动机最大启动容量对确定机组容量有直接关系。另外机组能启动电动机容量大小的因素又很多，它与发电机的技术性能、柴油机的调速性能和启动时发电机所带负荷大小和功率因数的高低、发电机的励磁和调压方式以及用电负荷对电压指标的要求等因素有关。因此，设计确定机组容量，应具体分析区别对待。 为了便于设计参考，对三相低压柴油发电机组在空载时，能全电压直接启动的空载四极笼型三相异步电动机最大容量可参见表6-1。,但应注意，表6-1所列数值，没有考虑电动机直接启动对机组母线电压降加以限制，是以全电压直接启动电动机时，电动开关和失压保护不应跳闸为条件。 在发电机组选型时应考虑以下基本因素： 1) 负载的大小； 2) 用电设备瞬间电压/频率波动变化的允许值； 3) 用电设备稳态电压/频率波动变化的允许值； 4) 可允许的谐波含量； 5) 机房的通风、排烟状况； 6) 负载的特性（如非线性负载、用电设备单机最大功率等）。,负载特性及负载大小是选择发电机组最关键的因素。当考虑负载特性时，以下几点需深入分析： 1) 是否有对电压，频率要求特别高的负载，如电脑、通讯设备等； 2) 是否有大型的电动机负载，为何种启动方式，是否频繁启动； 3) 是否有非线性负载，如整流器、UPS、高频开关等； 4) 是否有频率变化的固定负载，如发射机等； 5) 是否有产生再生功率的负载，如电梯等。,2 在方案及初步设计阶段，柴油发电机容量可按配电变压器总容量的10%20%进行估算。在施工图设计阶段，可根据一级负荷、消防负荷以及某些重要二级负荷的容量，按下列方法计算的最大容量确定： 1）按稳定负荷计算发电机容量； 2）按最大的单台电动机或成组电动机启动的需要，计算发电机容量； 3）按启动电动机时，发电机母线允许电压降计算发电机容量。 【注释】第2款 根据国内外一些高层建筑用电指标统计，应急发电机容量约占供电变压器总容量的10 20。,国外建筑物配电变压器容量一般选择得较富余，因此后一个指标偏差较大。根据我国现实情况，建筑物规模大时取下限，规模小时取上限。 发电机组的容量可分别按下列公式计算： 1 按稳定负荷计算发电机容量,式中 Pm 启动容量最大的电动机或成组电动机的容量（kW） cos 电动机的启动功率因数，一般取0.4； K 电动机的启动倍数； C 按电动机启动方式确定的系数； 全压启动：C=1.0 Y一启动C=0.67 自耦变压器启动： 50抽头C=0.25 65抽头C=0.42 80抽头C=0.64 意义同公式（6-2）。,E 应急负荷中心母线允许的瞬时电压降一 般E取0.250.3（有电梯时取0.2UH）； K、C 意义同公式（6-3）。 公式（6-4）适用于柴油发电机与应急负荷中心距离很近的情况。,即，实际功率=额定功率C 见表6-2、表6-3 如果外界气压、温度、湿度等条件不同时，应按照表6-2、6-3、6-4、6-5中所列之校正系数进行校正。 不同相对湿度和大气压下的（增压）非增压柴油机功率修正系数C% 3 当有电梯负荷时，在全电压启动最大容量笼型电动机情况下，发电机母线电压不应低于额定电压的80%；当无电梯负荷时，其母线电压不应低于额定电压的75%。当条件允许时，电动机可采用降压启动方式； 【注释】,第3款 规定母线电压不得低于80，包括下述几方面的因素： 1 保证电动机有足够的启动转矩，因启动转矩与电源电压的平方成正比； 2 不致因母线电压过低而影响其它用电设备的正常工作，尤其是对电压比较敏感的负荷； 3 要保证接触器等开关接触设备的吸引线圈能可靠的工作。 当直接启动大容量的笼型电动机时，发电机母线的电压降落太大，影响应急电力设备启动或正常运行时，不应首先考虑加大发电机组的容量，而应采取其它措施来减少发电机母线的电压波动，例如采用降压启动方式等。,4 多台机组时，应选择型号、规格和特性相同的机组和配套设备； 5 宜选用高速柴油发电机组和无刷励磁交流同步发电机，配自动电压调整装置。选用的机组应装设快速自启动装置和电源自动切换装置。 【注释】第5款 据有关资料介绍，国外高层建筑中所采用的应急柴油发电机组基本上为高速机组。目前国内一些高层建筑用的应急柴油发电机已向高速型转化，此种机组具有体积小、重量轻、启动运行可靠等优点。 无刷励磁交流同步发电机的特点：当与自动电压调整装置配套使用时，其静态电压调整率可保证在1.0%2.5以内。,这种类型机组能适应各种运行方式，易于实现机组自动化或对发电机组的遥控。 目前国产柴油发电机组启动时间可以小于15s，有的厂产品可在47s，保证值为15s。 6.1.8 发电机组的自启动应符合下列规定： 1 机组应处于常备启动状态。一类高层建筑及火灾自动报警系统保护对象分级为一级建筑物的发电机组，应设有自动启动装置，当市电中断时，机组应立即启动，并应在30s内供电； 当采用自动启动有困难时，二类高层建筑及二级保护对象建筑物的发电机组，可采用手动启动装置； 机组应与市电联锁，不得与其并列运行。当市电恢复时，机组应自动退出工作，并延时停机；,【注释】 发电机组的自启动 第1款 应急机组是保证建筑物安全的重要设备，它的首要任务必须在应急情况下，能够可靠启动并投入正常运行，以满足使用要求。 与市网不得并列运行，是考虑到一旦机组发生故障时，不要波及到市网，而扩大了故障范围。如市网有故障，因与机组未并网，也易于临机处理，避免发生意外事故。联锁的目的就是防止误并列。 2 为了避免防灾用电设备的电动机同时启动而造成柴油发电机组熄火停机，用电设备应具有不同延时，错开启动时间。重要性相同时，宜先启动容量大的负荷；,3 自启动机组的操作电源、机组预热系统、燃料油、润滑油、冷却水以及室内环境温度等均应保证机组随时启动。水源及能源必须具有独立性，不得受市电停电的影响； 【注释】第3款 机房在寒冷地区应采暖，为保证机组应急时顺利启动，机房最低温度应根据产品要求。但一般不应低于5，最高温度不超过35，相对湿度小于75。 自启动机组的冷却水应能自流供给，若水源不可靠，应设储水箱或储水池。 为了确保机组启动具有足够的能量，除机组具有充电能力外，在备用过程中应具有浮充电装置。,为保证机组在应急时使用，必须储备一定数量的燃料油，还应设两个以上柴油储油箱，便于新油沉淀。 4 自备应急柴油发电机组自启动宜采用电启动方式，电启动设备应按下列要求设置： 1）电启动用蓄电池组电压宜为12V或24V，容量应按柴油机连续启动不少于6次确定； 2）蓄电池组宜靠近启动电机设置，并应防止油、水浸入； 3）应设置整流充电设备，其输出电压宜高于蓄电池组的电动势50%，输出电流不小于蓄电池10h放电率电流。,【注释】 第4款 启动蓄电池由机组随机供给，工作电压为12V或24V。机组启动时启动电流很大，为减少启动电压降，启动蓄电池应设置在机组的启动电动机附近。因机组不经常工作，为了补充蓄电池自放电，应设置充电装置。 6.1.9 发电机组的中性点工作制应符合下列规定： 1 发电机中性点接地应符合下列要求： 1）只有单台机组时，发电机中性点应直接接地，机组的接地型式宜与低压配电系统接地型式一致；,2）当两台机组并列运行时，机组的中性点应经刀开关接地。当两台机组的中性导体存在环流时，应只将其中一台发电机的中性点接地； 3）当两台机组并列运行时，两台机组的中性点可经限流电抗器接地。 2 发电机中性导体上的接地刀开关，可根据发电机允许的不对称负荷电流及中性导体上可能出现的零序电流选择； 3 采用电抗器限制中性导体环流时，电抗器的额定电流可按发电机额定电流的25%选择，阻抗值可按通过额定电流时其端电压小于10V选择。,【注释】 发电机组的中性点工作制 第13款 三相四线制发电机组中性点是直接接地的，它的优点是降低了系统的内部过电压倍数，一相接地后，相间电压为中性点所固定，基本不会升高。而且电力与照明可以由同一发电机母线供电。 在三相四线制中，当两台或多台机组并列运行时，中性导体就会产生三次谐波环流，环流的大小与下列因素有关： 1 三相负载的不平衡度； 2 两机组有功负载分配的不平衡度； 3 两机组无功负载分配即功率因数的差异程度。,又因中性点引出导体上的三次谐波电流，徒然使发电机发热，降低其出力，必须加以限制，其限制中性导体电流的方法如下： 1 中性点引出导体上加装刀开关。在每台发电机的中性点引出导体上装刀开关，以切断发电机间谐波电流的环流回路。在运行中根据谐波电流的大小和分布情况，决定断开一台发电机的中性点引出导体，但至少应保持一台发电机的中性点和中性母线接通，以保证对220V设备的供电。但这种方法的缺点是把220V的不平衡（零序）负荷完全加在少数发电机上，加大了这些发电机三相负荷的不平衡程度，而且系统单相接地短路电流也集中在这些发电机上。,2 中性点引出导体上装设电抗器。在每台发电机的中性点引出导体上装设电抗器，在保持中性母线电位偏移不大的条件下，有效地限制了中性点引出导体的谐波电流在允许范围内。 6.1.10 柴油发电机组的自动化应符合下列规定： 1 机组与电力系统电源不应并网运行，并应设置可靠联锁； 2 选择自启动机组应符合下列要求： 1）当市电中断供电时，单台机组应能自动启动，并应在30s内向负荷供电； 2）当市电恢复供电后，应自动切换并延时停机；,4）应自动控制负荷的投入和切除； 5）应自动控制附属设备及自动转换冷却方式和通风方式。 3 机组并列运行时，宜采用手动准同期。当两台自启动机组需并车时，应采用自动同期，并应在机组间同期后再向负荷供电。 【注释】 柴油发电机组的自动化 第2款 机组作为应急电源时应设自启动装置，即当市电中断供电时，机组自动启动，并在30s内向负荷供电。当市电恢复正常后，能自动或手动切换电源停机，其它均为就地操作。,近年来柴油发电机组自动化控制发展很快，在许多工程中已广泛应用，控制系统已从最早的继电器系统，发展至今的计算机控制系统。控制功能已比较完善，可以做到机组无人值守。自动化机组具有自启动、自动调压、自动调频、自动调载、自动并车、按负荷大小自动增减机组、故障自动处理及辅机自动控制等功能。 按照国标自动化柴油发电机组分级要求，其自动化程度分为三级，可依具体工程选定。 第3款 机组并车方法，包括手动准同期及自动同期并车。即在频率相同、电压相位相同时并车。,手动准同期方法，并车时冲击电流小，但操作要求高，特别在负荷波动和事故情况下要使待接入的发电机和运行的发电机的频率相同、电压相同、相位一致会有一定困难，所以应急发电机组并车宜采用自动同期法。 并车装置可以使多台发电机组同时并列工作，并根据负载的多少而自动将发电机组并车或停机，以达到最经济最佳的运行状态，还可以远程监控对运行参数做分析报告。,6.2 应急电源装置（EPS） 6.2.1 本节适用于应急电源装置（EPS）用作为应急照明系统备用电源时的选择和配电设计。 【注释】 EPS（Emergency Power System）应急电源装置是由电力变流器、储能装置（蓄电池）和转换开关（电子式或机械式）等组合而成的一种电源设备。这种电源设备在交流输入电源正常时，交流输入电源通过转换开关直接输出。交流输入电源同时通过充电器对蓄电池组进行充电。发生中断（如电力中断、电压不符合供电要求）时，EPS装置利用蓄电池组的储能放电经过逆变器变换并且经转换开关切换至应急状态向负荷供电。,由于EPS应急电源装置，目前尚无统一的国家标准，各生产厂家的产品，其技术性能极不一致。为安全、可靠，本规范仅对EPS应急电源装置在建筑物应急照明系统中的应用做了相关规定。 6.2.2 EPS装置的选择应符合下列规定： 1 EPS装置应按负荷性质、负荷容量及备用供电时间等要求选择； 2 EPS装置可分为交流制式及直流制式。电感性和混合性的照明负荷宜选用交流制式；纯阻性及交、直流共用的照明负荷宜选用直流制式；,3 EPS的额定输出功率不应小于所连接的应急照明负荷总容量的1.3倍； 4 EPS的蓄电池初装容量，应保证备用时间不小于90min； 5 EPS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。,【注释】 EPS应急电源装置的选择 第1款 EPS应电源装置，应按负荷性质、负荷容量及备用供电时间等要求选择，其系统主电路分为常规配电和直流应急两种型式。 常规配电型 当所供电的应急用电负荷均为单相设备（如应急照明灯、消防报警设备等），且总安装功率不大于10kW时。宜采用单相输入单相输出的EPS。若总安装功率大于10kW时，则宜采用三相输入单相输出的EPS。当应急负荷中既有单相负荷，又有三相负荷时，应选用三相输入、三相输出的EPS。每一套EPS装置均包含了一组完善的蓄能电源和配电保护措施。,直流应急型 当应急用电负荷全部为交直流电源通用的用电设备时，宜采用直流应急输出的主电路结构。“交直流电源通用的用电设备”主要为白炽灯（也包括卤钨灯）和配用电子镇流器的荧光灯。 第2款 根据生产厂家介绍，EPS电源装置适用于阻性、感性负载和混合性负荷，本规范推荐用在应急照明的混合性负荷中。 第3款 EPS容量选择的特殊性在于它对负荷冲击十分敏感。选小了很容易因负荷冲击超过安全限值而封闭输出，停止供电，结果是急需用电的紧急时刻却因EPS承受不起负荷冲击而断电。若保护封闭功能不够灵敏，则会损坏逆变器。,若保护封闭功能不够灵敏，则会损坏逆变器。容量选得过大时，作为单位容量价格较高的EPS产品，又会因预算价过高而失去其综合优势。可见合理选配EPS的主线路结构和优化容量配置就显得十分重要了。 EPS应急电源装置的额定输出功率不应小于所连接的应急照明负荷的总容量，可按下式计算：,合理选定冲击系数。当所供负载均为无明显启动冲击的小功率设备时，宜取冲击系数K=1.3。当所供负荷中的单台最大冲击负荷值接近于总计算负荷值的1/3时，宜取冲击系数K=1.5。由于EPS的逆变器过载能力较低，正常运行时，过载量不得超过其额定值的120%，瞬时冲击也不允许超过150%。 第4款 EPS电源装置的备用时间为4090min。条文规定备用时间不应小于90min是考虑到由于对蓄电池的维护、管理不到位，应急时满足不了应急照明所要求供电时间。,第5款 EPS电源装置的应急切换时间，不同厂家的产品各不相同，但不超过0.2s。采用EPS电源装置是完全可以满足条文1） 3）项各类应急照明的要求。 自动切换开关应使主备电源的相导体与中性导体同时切换。EPS装置的应急输出与市电之间的切换，由自动切换开关完成。切换三相电源时，应采用四极开关，切换单相电源时应采用双极开关，以防止市电电网的中性导体通过EPS接地系统再次接地。,6.2.3 当EPS装置容量较大时，宜在电源侧采取高次谐波的治理措施。 【注释】 大容量EPS应急电源装置，属于大功率谐波骚扰源，其馈电电源上宜设置滤波装置或在电源输入端设置隔离变压器。 6.2.4 EPS配电系统的各级保护装置之间应有选择性配合。 6.2.5 EPS装置的交流输入电源应符合下列要求： 1 EPS宜采用两路电源供电，交流输入电源的总相对谐波含量不宜超过10%； 2 EPS系统的交流电源，不宜与其他冲击性负荷由同一变压器及母线段供电。,6.3 不间断电源装置（UPS） 6.3.1 本节适用于不间断电源装置（UPS）的选择和配电设计。 【注释】 UPS不间断电源装置（Uninterruptible Power System）是由电力变流器、储能装置（蓄电池）和切换开关（电子式或机械式）等组合而成的一种电源设备。这种电源处理设备能在交流输入电源发生故障（如电力中断、瞬间电压波动、频率波形等不符合供电要求）时，保证负荷供电的电源质量和供电的连续性。,6.3.2 符合下列情况之一时，应设置UPS装置： 1 当用电负荷不允许中断供电时； 2 允许中断供电时间为毫秒级的重要场所的应急备用电源。 【注释】 所述供电对象主要指实时系统，即在事件或数据产生的同时，能以足够快的速度予以处理，其处理结果在时间上又来得及控制被监测或被控制过程的一种处理系统。 在民用建筑电气设计中，UPS多数用于实时性电子数据处理装置系统的计算机设备的电源保障方面。 当用电负荷允许中断供电时间为毫秒级时，只能采用UPS不间断电源装置。,6.3.3 UPS装置的选择，应按负荷性质、负荷容量、允许中断供电时间等要求确定，并应符合下列规定： 1 UPS装置，宜用于电容性和电阻性负荷； 2 对电子计算机供电时，UPS装置的额定输出功率应大于计算机各设备额定功率总和的1.2倍，对其它用电设备供电时，其额定输出功率应为最大计算负荷的1.3倍； 3 蓄电池组容量，应由用户根据具体工程允许中断供电时间的要求选定； 4 不间断电源装置的工作制，宜按连续工作制考虑。,【注释】 不间断电源装置的输出的电性能的指标都能满足负载对供电的要求。如输出电压稳定的精度、输出电压波形的失真度、输出电压频率稳定的精度、输出电压三相不平衡度、市电失电切换时间等等。但是如何提高UPS运行安全性、可靠性，要注意以下几方面： 1 UPS输出电性能指标是否会对电网形成污染，从而影响输出能力及可靠性； 2 系统故障中70%左右是由于配电系统其它环节的质量问题，人为维护操作等引起； 3 UPS已具备智能管理和通讯管理功能，但没有很好使用，当前的应用率为20%。,第1款 不间断电源装置UPS的选择应根据负荷的性质、容量来确定。需要注意的是，虽然现代UPS设备对于负载的容性、感性性质已经不敏感了，但是UPS在承受功率因数比较低的容性、感性负荷时，不同品牌的UPS可能有不同的降容运行系数。 第3款 蓄电池组容量决定了不间断电源UPS装置的储能（蓄电池放电）时间。 不间断电源装置 UPS与快速自动启动的备用发电机配合使用时，其储能时间应按不少于10min设计。 不间断电源UPS装置与无备用发电设备或手动启动的备用发电设备配合使用时，其工作时间应按不少于1h或按工艺设置安全停车时间考虑。 第4款 绝大部分不间断电源装置UPS的负荷都需要长期连续运行，不间断电源装置UPS的工作制，宜按照连续工作制考虑。,6.3.4 当UPS装置容量较大时，宜在电源侧采取高次谐波的治理措施。 【注释】 不间断电源装置UPS内的整流器输入电流高次谐波，对于UPS装置上游的配电系统有影响时，应该在采用不间断电源装置UPS的整流器输入侧配置有源滤波器、无源滤波器，降低从UPS装置上游的配电系统向UPS整流器提供的谐波电流的比率。 6.3.5 UPS配电系统各级保护装置之间，应有选择性配合。 6.3.6 UPS系统的交流输入电源应符合本规范第6.2.5条的规定。 在TN-S供电系统中，UPS装置的交流输入端宜设置隔离变压器或专用变压器；当UPS输出端的隔离变压器为TN-S、TT接地型式时，中性点应接地。,【注释】 在TN-S供电系统中，为满足负荷对于UPS输出接地型式的要求，必要时应该配置隔离变压器。这是因为UPS装置的旁路系统，输入中性导体与输出中性导体连接在一起，UPS装置的输入端与输出端的中性导体必须是同一个系统。但是，在一些应用中UPS的负荷对于中性导体系统有特别的要求，这时有可能在UPS的旁路输入侧配置隔离变压器，通过隔离变压器使得UPS装置输入端与输出端的中性导体系统是两个不同的中性导体系统。,