成為信息核心根基設備的中心,UPS等電源體系是營業持續性的最根基保證,而電池體系又是電源體系中至關首要的一環,電池體系的安全可控不單是電源體系的最根本需要,也是信息核心安全的中心之一?！ 〕蔀槟芰看鎯ξ锛?電池(特別是鋰電)能量高,內阻低,短路風險大,因而電池體系必需配備改善的愛護手段以規避過載或短路也許帶來的危害。怎樣為電池體系配置合適的電氣愛護體系將是本文研討的重點?！ ∫?、電池的電氣愛護體系概括 信息核心電源體系往往含蓋填寫流出配電柜、電源本體(如UPS和各類直流電源)、電池開關柜、電池組等。無輪是鉛酸蓄電池,還是當下勢頭迅猛的鋰電池,改善配置電池組的外部愛護體系都極為要害?！ ‘斚落囯姵伢w系往往以含蓋BMS模塊的整柜形態顯現,BMS模塊擁有絕對的電池監管與治理本領并自帶斷路器,相對鉛酸蓄電池而言,其感覺柜內電池的異樣本領及單組電池的愛護性能都已然被配置,但其多組并聯時外部體系的愛護方法一樣會牽連體系的完好性,不合理的配置仍然也許帶來嚴重的安全后果。而鉛酸蓄電池體系為多個單體電池的串聯,內部根本無愛護手段,完全依托于外部的監管或愛護裝置來貫串其運作安全。因而為了完好地論述電池體系的電氣愛護,本文將側重解析鉛酸蓄電池的電氣愛護設計,其配置準則一樣能夠交融到鋰電池體系中。信息核心電源體系本體(本文以UPS為例)和蓄電池間的體系構造表示如圖1(單組蓄電池)和圖2(多組蓄電池)所示:
不管是鋰電池柜還是鉛酸蓄電池組,在多組并聯時,組間往往都無均衡手段。若并聯組數過多就會造成電池組間顯現不均衡情況,進而牽連蓄電池的功能及運作壽命。實際運用中鉛酸蓄電池的并聯組數不應超越四組,GB51194或T/CECS486等規范對此也有明確需要。受制于出資、場地空間的限定和已然配置了柴油發電機組,信息核心常見的電池配置為滿載后備時間10～15分鐘,針對信息核心廣泛選取的500、600KVAUPS而言,根本就是配備3～4組200多安時的電池組并聯(每組約40～50節12V電池串聯)。3～4組的蓄電池組并聯,一經顯現短路等極度狀況毀壞性會較強，這就需要UPS蓄電池體系的愛護設計絕對要做到謹嚴和改善?！ 嵭行铍姵貝圩o的物件首要有直流斷路器和熔斷器,部份高質UPS還自帶了電池碰觸器。斷路器(Circuit Breaker)是路線愛護中最為常見的開關物件,它能接通、分斷和承載額定電流;當供電回路顯現過載或短路等故障電流時,能根據其愛護特征在對應時間內完結分閘動作以斷開回路,實行故障電流的截止。斷路器的容量配置既要保證能承載額定負載的常態運作,又要保證故障電輸出現時能供應即時的分斷愛護,即分斷故障電流。為此,斷路器需具有如下的根本前提: 1.故障電流低過斷路器的極限短路分斷本領,若超越則斷路器不能完結有效分斷,故障電流將總是連續,斷路器也許會顯現炸裂等極度情況,極易變成更重要的事故?！ ?.路線實際電抬高于斷路器的額定工作電壓,若超越則斷路器不能完結有效分斷,也有也許顯現炸裂等極度情況?！ ?.運用于交流場景和直流場景的斷路器存在較大差別。交流電的正弦波存在過零點,滅弧相對會更較易;直流電沒有過零點,滅弧會更艱難。蓄電池回路為直流電路,因而斷路器必需選取適合直流運用前提的成品?！ ∪蹟嗥?Fuse)也是一類路線愛護開關物件,當電流超越劃定值絕對時間后,以本身的熱量使熔體融化進而完結電路分斷。熔斷用具有優良的“安秒特征”,大電輸出現時根據I2t的反時限愛護方法迅速完結熔斷,在不超限的條件下,電流越大則熔斷時間越短。熔斷器的功能與精度品級有關,精度品級高的熔斷器愛護會愈加精確。熔斷器的配置一樣須要關心其額定電壓、額定電流、極限短路分斷本領等。蓄電池采取熔斷器愛護時必需選取直流熔斷器,且額定電壓需高過路線直流最高工作電壓。針對UPS體系而言電池熔斷器往往選用直流750V規格;假設電池配置節數在40節(12V電池)下列,也可采取直流600V的電壓規格?！ PS電源體系在蓄電池顯現短路時也許會導致重要事故,因而關心蓄電池的短路成因,解析短路電流的產生,進而設置有效的防備手段就變得極為首要。下文將對UPS配套電池組在不同位子顯現短路及相應愛護手段做逐一解析。為了便利描繪及解讀,將電池分組開關成為電池組“內部”或“外部”的分界限,開關下端至全部蓄電池組的一切短路狀況稱作“電池組內部短路”;開關上端至UPS的一切短路狀況稱作“電池組外部短路”。須要闡明的是,本文旨在解析電池顯現大短路電流后的愛護體制,未對電池單體內部短路原因及防備手段做過多論述?！ 《?、電池組內部短路的狀況解析 2.1單節電池內部短路 單節電池內部短路首要體現為局部微短路,對外僅展現出該單節電池功能下落,對UPS體系的供片子響不大。短路電流僅限于在單節電池內部,不會流過外部電池開關。單節電池功能下落后所引發的整組電池電壓減低并非顯著,多組電池狀況下因為電池本身內阻的限定,并非會顯現其他電池組為本組電池長時間大電流充電的狀況?！ ?.2部份（或整個）電池串顯現短路 當一節或多節電池成串被短路時(如電池漏液造成),短路電流將會在被短路的電池串中流動,該短路電流不會流過外部愛護開關,因而沒有裝置會被動解除該短路電流。當連續短路造成電池極柱熔斷后,電池組將被總體斷開,短路電流消散。部份電池串短路表示圖如圖3所示?！ ?/p>
蓄電池組內部顯現短路時,外部的電池開關不會流過電池短路電流,也就不能供應愛護。針對鉛酸蓄電池而言,配置電池監管體系十分首要,通過對單節電池的電壓、電流、內阻、熱度等進行實時監測,能即時獲知電池也許顯現的異樣,進而防患于未然?？上驳氖?當下電池監管體系已然根本變成了信息核心電源體系的規范配置?！ ‰姵爻纱@現短路時,短路電流大,危害高,UPS運用中必需被重點關心。當僅配置單組電池時,UPS和電池串間僅1個愛護開關,體系愛護聯系簡潔。多組電池狀況下的互相制衡會促使愛護聯系變得高難。下文將以四組電池并聯運作為例,解析不同短路狀況下的牽連及愛護體制?！ I內時常會聽到如此的說法——在配置多組蓄電池的狀況下,應配置電池主開關和分組開關,且主開關和分組開關間需具有選取性愛護聯系,即分路顯現短路時僅分組開關跳閘,以免主開關“越級跳閘”。電池分路顯現短路情況時能否真的也許“越級跳閘”呢? 圖4模仿了多個電池成串被短路(短路點1)或電池組被總體短路(短路點2)時的狀況。依據最短路徑準則,短路電流僅會在電池組1內部流動,并非會流過外部的分組開關,也不會流過總開關,且總開關或分組開關能否斷開并非會變化電池組正在經受大短路電流的現實。這時電池組1的蓄電池短路電流沒有任意裝置能夠供應愛護,直達電池極柱或銅排熔斷回路被斷開短路狀況才會消散,該時間往往在1s~5s左右,且緊隨電池的逐漸老化,熔斷時間會逐漸變長?！ ?/p>
常態運作流程中各電池組并聯運作,各分組開關均處于閉合狀況,當電池組1在短路標志點1顯現短路時,電池組1的總體電壓減低,壓差的顯現造成電池組2、3、4會向電池組1放電。電池組1分組開關上流過的放電電流將會是其他3個分組開關的3倍。緊隨被短路電池串的節數加大,壓差會逐漸加大,放電電流會逐漸提升,到短路點2的整組短路時,電池組2、3、4也會被短路,這時流過電池組1分組開關的放電電流(實際為短路電流)也將到達最大(如圖5所示)。表1給出了12V-200AH蓄電池在配置4組,每組40節時,不同的電池短路節數相應的考慮放電電流(參考碰觸電阻及線纜阻抗,電池內阻根據3mΩ核算)?！ ‘旊姵亟M1整組短路時,其他的各組電池也都被短路，從表1因此這時的故障電流已達12000安培，短路電流最大，風險也就最大，下文將側重研討該種狀況下的愛護體制?！ ?/p>
當電池組1顯現總體短路時,分組開關1流過的短路電流并非來自相應的電池組1,而是來自于其它電池組,分組開關1經受的短路電流是另3個分組開關的3倍。假設分組開關的脫扣特征合理,電流越大動作時間越短,3倍短路電流狀況下能實行先愛護動作,分組開關1提早分斷后將短路點隔離,2、3、4電池組的短路狀況消散,可持續為UPS供應后備;假設分組開關愛護選取性不好,則能能顯現一切分組開關同時分斷的情況,這時單組電池短路將造成一切電池組擺脫UPS體系,此情況與“越級跳閘”結果相近,但卻并非是越級跳閘?！ ∫?00KVAUPS配置4組12V-200Ah蓄電池為例,選取某國際有名品牌的直流斷路器,主開關1200A,分組開關400A,愛護曲線如圖6所示。依據前述,當電池組1顯現整組短路時,分組開關1上流過的短路電流將達12000A,這時的短路電流到達了開關額定運作電流(Ir)的30倍,從圖6能夠看出,斷路器早已加入了瞬動范疇,脫扣時間<20ms。而針對2、3、4分組開關而言,4000A短路電流也到達了額定運作電流的10倍,也早已加入了瞬動范疇,脫扣時間<20ms。一樣的20ms內都必需跳閘,誰先動作很難預測,一切開關也許顯現同時跳閘?！ ?/p>
即使分路采取了直流斷路器,且額定電壓也適合需要,但由于開關的短路愛護曲線范疇窄,愛護原始點低(如圖6的直流斷路器在2.5倍即加入短路愛護),不能拉開不同短路電流相應的動作時間差異,分路顯現短路時一切分組開關也許都跳閘,進而造成一切電池組擺脫UPS體系,UPS得到后備本領。為了減低上述危害,分路直流斷路器應盡快選取愛護曲線范疇寬,且愛護原始點相對高的物件,以盡也許擴大動作間隔時間,使得短路分路所相應的斷路器更先愛護跳閘,實行短路點隔離?！ ♂槍Ψ纸M開關而言,實則還有1個更好的選取——直流熔斷器。直流熔斷器的反時限愛護動作時機清楚,電流越大分斷越快。以FLZ系列直流熔斷器為例,愛護曲線如圖7所示。4000A相應的分斷時間約為1.5ms,而12000A相應的分斷時間會變短到0.15ms,分斷時間相差10倍。充足的時間差使得短路電池組相應熔斷器會先斷開,其他分路電池組短路電流將隨之智能消散,不會顯現一切電池加入體系的狀況?！ ?/p>
采取熔斷器計劃須要參考分組養護的方便性,倡議采取可插拔熔芯帶底座的熔斷器,或者分路采取負荷隔分開關加熔斷器方法。負荷隔分開關加熔斷器方法愛護牢靠,也利于養護?！ D4的短路狀況風險極大,本組的短路電流不會流過相應的外部電池愛護開關,直達電池內部產生熔斷才能斷開回路。正如前面提及的,設置電池監管體系十分有必須,唯獨實時監測單節電池的運作情況,才能即時獲知電池也許顯現的異樣,進而即時發掘問題,杜絕隱患?！ ∈聦嵣?單組電池短路也會造成UPS充電器短路。假設UPS正處于放電狀況,短路產生時UPS體系將轉旁路以貫串負載的持續供電;假設UPS正處于充電狀況,則愛護體制將與UPS機型及設計觀念有關。在充電狀況下產生上述短路時,充電器的短路電流同時流經主開關和分組開關,路徑如圖8所示。假設UPS充電器本身不具有設備限流手段(如工頻機,須要在市電過零點時關斷),瞬時短路電流會較大,主開關和分組開關之間就須要具有選取性配合聯系,分組開關要先于主開關分斷,不然主開關愛護斷開會造成一切電池擺脫UPS體系,顯現真實的“越級跳閘”。固然,假設短路電流充足大,即使參考了豐富的選取性,主開關也難以以免愛護斷開?！ ∨c前述狀況不同,有類UPS充電用具備改善的設備限流手段,上述短路電輸出現時充電器會將回路電流鉗定在額定最大電流(最低電池電壓下,額定功率相應的最大電流值),不會顯現超越范疇的大電流,開關就不會施行分斷動作,也就不會顯現“越級跳閘”。假設短路狀況連續存在,經過一段較長的鑒別期,體系將智能關閉充電器?！ ≈档靡惶岬氖?如今某類UPS的填寫市電整流與電池放電回路共用,其間采取機器或電子開關進行切換,如此的設計雖然能省去電池放電變換器,減低UPS的生產本錢,可是在某類市電斷電狀況下,也許造成較長的切換間隙,進而造成UPS從市電雙變換形式轉為電池逆變放電形式時,顯現較大的沖擊電流,該電流沖擊也許造成電池開關誤動作,進而引發負載掉電。某品牌UPS在云南某金融客戶機房就顯現過該品種似供電事故——因市電斷電,UPS轉電池時沖擊電流造成電池開關跳閘,進而引發負載供電中止,須要引發警示。因此UPS充放電器的獨立設計并具有改善的限流手段是十分首要的。信息核心UPS所擔當的責任重要,唯獨保證了UPS技術的超前性和愛護體制的改善性,才能確保信息核心的連續安全運行?！ ?/p>
其次,業內有部份廠商給客戶舉薦的UPS電池開關柜配置計劃是:“主開關采取直流斷路器、分組開關采取負荷隔分開關”。負荷隔分開關不具有愛護性能,當單個電池組顯現短路時,并聯運作的各電池組因不具有愛護手段將連續被短路,短路電流不單流過電池內部,還會涉及到電池組外部的開關和線纜,后果也是不堪試想的。不論是單組還是多組蓄電池,離電池較近的開關必需具有愛護性能! 三、電池組外部短路的狀況解析 3.1短路顯現在分組開關與主開關之間 圖9展現了在多組電池狀況下,分組開圖8單個電池組短路時UPS充電器的短路解析關與主開關之間顯現短路的狀況。各電池組均被短路,短路電流流過各分組開關。不論開關采取何種方法,也不論愛護特征怎樣,只需相應電池分組開關具有愛護性能則早晚會斷開,電池總體擺脫UPS體系。一樣的狀況,假設分組開關采取的是不具有愛護性能的物件,如負荷隔分開關,則各電池組的短路將沒有任意的愛護手段,局勢將迅速好轉?！ ∨c此同時UPS充電器也被短路,不具有限流本領或限流性能不夠的UPS機型其主開關會因大電流的存在而迅速愛護斷開,但主開關的斷開已然不會構成額外的牽連,一切電池已然因連續短路而擺脫UPS體系。
3.2短路顯現在UPS直流流出側 假設短路點顯現在UPS的直流流出側(圖10所示),如UPS電池連通端口至電池組總開關間的線纜顯現短路,分組開關和主開關均流過蓄電池短路電流,主開關或分組開關誰先分斷已然沒有實際意思了,盡量愛護將短路點隔離是要害?！ ?/p>
該短路也會造成UPS充電器被連續硬短路,這時對UPS充電器的限流本領或愛護本領就是極大的戰斗。假設UPS本身的設備限流本領不夠,或者UPS內部愛護體制不足改善,連續的大短路電流也許造成UPS顯現炸機等極度情況?！ ∷?、蓄電池愛護體系設計根本準則 為UPS蓄電池體系制訂安全牢靠的愛護方略是信息核心建造之初就必需看重的，基于前面的解析，信息核心電池體系愛護的設計需遵循以下準則: 1.多組蓄電池狀況下分組開關必需采取直流熔斷器或直流斷路器。直流熔斷用具有優良的反時限愛護特征,擁有更好的選取性,理應成為優選計劃。采取熔斷器計劃須要參考養護的方便性,若不可實行熔芯的可插拔養護則分路須要加裝負荷隔分開關?！ ?.若分組開關采取直流斷路器,選型容量不可過大,過大也許造成愛護不即時導致電池毀壞;也須要參考斷路器間的愛護配合聯系——例如分組斷路器整個采取了定期限計劃,或者斷路器脫扣曲線的短路愛護原始點不足高,則能能因短路電流充足大造成單組短路時一切分組開關跳閘. 3.分組開關不可采取隔分開關,不然單組電池短路或主開關與分組開關之間顯現短路時，一切電池均被短路卻沒有愛護手段?！ PS充電器優良的限流本領有助于規避電池短路造成負載宕機的危害。針對具有優良限流本領的UPS機型,多組電池狀況下主開關能夠采取負荷隔分開關;針對限流本領不夠的UPS機型，主開關只可采取直流斷路器或直流熔斷器。主開關配置容量不應太少，盡快與UPS容量匹配?！ ≈鏖_關成為短路愛護開關和應急時的一次性割斷操控開關,因為電壓高、電流大,同時性、安全性需要高，不應采取2個開關并聯擴容的簡配方法?！ 圩o開關應盡快挨近電池側,以實行完好的路線愛護?！ 圩o開關的額定工作電壓需高過路線實際運作電壓,不然電壓應力超越其規格后會造成不能常態分斷,且存在炸裂的危害?！ ‰姵乇O管體系的首要性:鋰電池往往配備了改善的電池監管,內部也標配了愛護開關,在電池側的運用相對簡便。鉛酸蓄電池內部無愛護體制,本身顯現短路時風險大且難并且時斷開,電池監管體系是防止鉛酸蓄電池失效或防備顯現極度狀況的有效工具。當下信息核心項目廣泛采取的仍舊是鉛酸蓄電池,須要配置電池監管體系?！ ∵x取擁有優良充電限流本領的UPS:UPS的安全設計也會極大牽連蓄電池的運用安全,如伊頓9395、93E、93PR等各系列UPS機型均具有改善的電池愛護體制,充電器優良的限流本領能給蓄電池愛護帶來極大的安全保證。在外部電池組顯現短路時UPS通過設備限流將內部短路電流限制在安全范疇下列,不會使短路問題泛濫。與此同時,UPS能即時供應電池故障的報警數據,將外部正在經受的電流沖擊告訴客戶,優良的報警性能給運維供應了方便?！ 〔糠軺PS還在UPS的電池回路流出端口設置了直流碰觸器開關來實行故障容錯,以便在UPS電池端口以外埠方(最常見的是電池本體和電池開關箱母排)短路時,被動實行故障的機器斷點隔離,雙重防備短路事故的進一步加大和保證要害負載的連續運作?！ ∥?、論斷 綜上所述,信息核心電源本體電池愛護性能與電池體系愛護設計的交融與改善性牽連著信息核心的運作安全。信息核心建造者首先須要仔細了解所選電源本體(如UPS)的電池愛護護性能與機理,盡快選取愛護性能相對改善的UPS,并依此建立電池體系的安全愛護;其次,在UPS改善設計的根基上,需要電池開關配置必需具有齊備的愛護方略,電池主開關能夠采取直流負荷隔分開關(針對充電器限流愛護性能不全的UPS機型,主開關必需采取直流斷路器),而分組開關必需采取愛護曲線范疇寬且愛護原始點相對高的直流斷路器,或安秒特征體現更好的直流熔斷器,以盡快規避各類電池短路也許帶來的危害。第三,單體電池監管體系是信息核心蓄電池運用必不能少的環節。信息核心建造著唯獨緊緊地掌控電池愛護體系中的上述要害環節,信息核心經營才能長治久安?！ ?/p>