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信息產(chǎn)業(yè)部郵電工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心
摘要 YD/T 1095-2000《通信用不間斷電源-UPS》適應(yīng)通信技術(shù)和市場的飛速發(fā)展，對一些指標進行了強調(diào)和補充，本文將簡要介紹，并討論試驗方法。
關(guān)鍵詞 UPS 通信行業(yè)標準 試驗方法
隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，各種通信設(shè)備對不間斷電源的供電質(zhì)量提出了更高的要求，通信行業(yè)標準YD/T 1095-2000《通信用不間斷電源-UPS》的制定與實施促進并指導(dǎo)企業(yè)提高UPS產(chǎn)品質(zhì)量以適應(yīng)市場的需求。
該標準考慮到電網(wǎng)環(huán)境的差別,負載設(shè)備對供電要求的差別,UPS不同功率等級和不同結(jié)構(gòu)形式在功能上的差別,以及UPS電路技術(shù)的進步與發(fā)展,改變了過去以功率等級和結(jié)構(gòu)形式分類的習(xí)慣,而以主要性能指標的不同等級來反映以上各種差別。這樣既可以真實且全面地反映各種結(jié)構(gòu)類型UPS的優(yōu)點和缺點,又可以為使用者對綜合評價UPS產(chǎn)品時提供客觀和清晰的標準。
結(jié)合我國電網(wǎng)環(huán)境和使用要求，本標準將電氣性能指標劃分為3類，各類指標的劃分與GB/T 12707《工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量分等導(dǎo)則》無關(guān)，而是按實際使用范圍和各種型號產(chǎn)品的具體要求進行制定的，Ⅰ級為最高級, Ⅲ級是判定產(chǎn)品是否合格的最低要求。任何UPS不可能全是第Ⅰ類指標，也不可能全是第Ⅲ類指標，在實際選用和配置UPS時，用戶可根據(jù)安裝UPS的電網(wǎng)環(huán)境、負載性質(zhì)和特殊要求、使用維護條件等，確定選擇的重點項目。
隨著UPS電路技術(shù)的不斷更新,性能指標的提高以及應(yīng)用環(huán)境和使用要求的變化,本標準對一些指標進行了強調(diào)和補充，將在下面逐一介紹。另外，將討論試驗方法，以期在標準的實施貫徹中做到更科學(xué)、更統(tǒng)一、更完善。
1 輸入電壓可變范圍
輸入電壓可變范圍寬，相對來說可以減少電池供電的機會，延長電池使用壽命，適用范圍也廣，但并非越寬越好，對于在線式UPS，輸入電壓可變范圍越寬，成本越高，輸入電壓下限過低時，往往不能做到滿載輸出。后備式及互動式UPS的電路結(jié)構(gòu)決定其輸入電壓范圍不能過寬，否則輸出穩(wěn)壓精度較差。
本標準未明確規(guī)定輸入電壓過壓和欠壓保護的具體要求，可理解為隱含在此項指標中。超出可變范圍時，UPS應(yīng)告警并保護，保障UPS本身和負載設(shè)備的安全，尤其是輸入電壓過壓時更應(yīng)有完備的保護措施。當輸入電壓超過上限值時，應(yīng)報警并轉(zhuǎn)換到電池供電，整流器自動關(guān)閉，當輸入電壓恢復(fù)到允許范圍內(nèi)時，退出電池逆變模式，轉(zhuǎn)為市電供電工作狀態(tài)。當輸入電壓低于下限值時，UPS應(yīng)報警并轉(zhuǎn)換到電池供電。做這項試驗時，要準確觀察UPS的工作狀態(tài)，當電池投入工作時，就應(yīng)該記取限值，而不是UPS關(guān)斷時再記取限值。而且，比較準確的方法是接額定負載，因為有的UPS在低壓狀態(tài)降額使用，但并不報警或轉(zhuǎn)換，采用相同的試驗方法增加了可比性。
2 輸入功率因數(shù)
輸入功率因數(shù)低，意味著從電網(wǎng)吸取有功功率的同時還要吸收大量無功功率，其結(jié)果是增大系統(tǒng)配電容量，輸入無功功率大還將造成電力公害，輸入諧波電流污染市電，UPS以脈動的斷續(xù)方式向電網(wǎng)索取電流，由于電網(wǎng)系統(tǒng)中存在著傳輸阻抗，諧波電流在傳輸阻抗上形成脈動電壓疊加在電網(wǎng)電壓上，造成電壓波形失真，使由同一電網(wǎng)供電的變壓器、電動機等產(chǎn)生附加諧波損耗、過熱、加速絕緣老化，高次諧波對通信線路、測量儀器產(chǎn)生輻射干擾，影響電表計算精度。
后備式及互動式UPS本身不產(chǎn)生諧波電流，其帶線性負載時，輸入功率因數(shù)是很高的，但實際使用中，負載通常是PC機等整流/容性的非線性負載，UPS沒有功率因數(shù)，校正電路會將負載的低功率因數(shù)傳遞給UPS的輸入端，從而污染電網(wǎng)。
在線式UPS雙變換的第一級整流采用可控硅整流或二極管整流橋加濾波電路，UPS向市電吸收非正弦電流，采用無源校正方法，單相UPS的輸入功率因數(shù)可達0.8，三相UPS的輸入功率因數(shù)可達0.9，而采用有源校正方法，UPS的輸入功率因數(shù)可達0.98以上。
3 輸入電流諧波成份
輸入電流諧波成份（TDHA）是指輸入電流中非基次電流成份占總電流的百分比，該指標越低，說明UPS從市電吸收的諧波電流相對越小，對市電造成的污染越輕，機器性能越好。輸入電流諧波成份形成的輸入功率是無功的，是造成輸入功率因數(shù)低的重要原因，輸入電流諧波成份對電網(wǎng)電壓的污染比由基波電壓電流相移形成的低功率因數(shù)的危害更大。
測試前應(yīng)充分了解所用儀表的使用說明，根據(jù)不同的計算方法得出正確的數(shù)值。某些儀表直接給出輸入電流諧波成份占總電流的百分比，而某些儀表直接給出非基次電流成份，還需進行換算，這在測試中應(yīng)予以注意。
4 輸入頻率變化范圍
輸入頻率變化范圍越寬，由電池逆變供電的機會相對要少，從而延長電池的使用壽命，尤其是輸入為油機供電時，油機的頻率變化范圍很寬，若UPS輸入頻率變化范圍寬，適應(yīng)能力就強。UPS由發(fā)電機或頻率不穩(wěn)定的專用電源系統(tǒng)供電時，在輸出突然加載和負載電流中有高次諧波成份時，其輸出電壓頻率和幅度會發(fā)生較大變化，若UPS的輸入頻率變化范圍過窄，UPS與發(fā)電機就容易失去匹配，造成UPS無法穩(wěn)定工作。有的產(chǎn)品的變化范圍可達±5Hz，還能適應(yīng)輸入頻率60Hz的場合。
5 頻率跟蹤范圍
交流供電時，UPS輸出頻率跟蹤輸入交流頻率的范圍就是頻率跟蹤范圍。轉(zhuǎn)換開關(guān)只有在同步時才能順利轉(zhuǎn)換，否則，瞬時的環(huán)路電流將損壞機器，或存在較大的轉(zhuǎn)換時間，另外，隨時保持同步使輸出電壓不至于在逆變/旁路轉(zhuǎn)換過程中發(fā)生較大的相位變化。跟蹤狀態(tài)時，UPS的輸出頻率與輸入頻率一致，頻率跟蹤范圍寬，意味著輸出頻率的變化范圍也寬，計算機對頻率不很敏感，選用頻率跟蹤范圍寬的UPS較好。
6 頻率跟蹤速率
UPS輸出頻率與輸入交流頻率存在偏差時，UPS輸出頻率跟蹤輸入交流頻率變化的速度，以Hz/s表示，輸入頻率由跟蹤頻率范圍下限至上限突變時，輸入頻率突變范圍與輸出頻率跟蹤至輸入頻率上限時，所用的時間比值即為頻率跟蹤速率。制定該指標的目的是為了保證輸出頻率變化平穩(wěn)，不應(yīng)出現(xiàn)很大的瞬變現(xiàn)象。頻率跟蹤速率過大時，逆變器對市電頻率的變化過于敏感，當市電電壓波形高次諧波成份過大，或波形失真嚴重時，逆變器都可能誤認為市電頻率變化而盲目跟蹤，從而造成逆變器工作頻率不穩(wěn)定或抖動，反之，如果頻率跟蹤速率過小，則在市電頻率發(fā)生變化的過程中，逆變器工作頻率大部分時間處于與市電頻率不同步的狀態(tài)，一旦輸出過載或逆變器故障，逆變向旁路轉(zhuǎn)換的可靠性就會受影響。本標準的1Hz/s是根據(jù)UPS的實際運行情況的經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定的。
7 輸出電壓穩(wěn)壓精度與輸出頻率
UPS的穩(wěn)壓精度高對負載設(shè)備是大有好處的，對于計算機，如果UPS的穩(wěn)壓精度高，計算機內(nèi)的開關(guān)電源承受的應(yīng)力變化小，可靠性就會提高。輸出電壓穩(wěn)壓精度與電路結(jié)構(gòu)、控制方式、技術(shù)及成本等因素都有關(guān)，一般來說，在線式的UPS都有較高的穩(wěn)壓精度。
UPS不論何種電路結(jié)構(gòu)在市電供電狀態(tài)下都不具備穩(wěn)頻功能，而是跟蹤輸入頻率，所以強調(diào)該項試驗是在電池逆變工作時。
8 動態(tài)電壓瞬變范圍和瞬變響應(yīng)恢復(fù)時間
輸出動態(tài)響應(yīng)恢復(fù)時間的定義是：在輸入電壓為額定值，輸出為線性負載，輸出電流由零至額定電流或由額定電流至零突變時，輸出電壓恢復(fù)到輸出穩(wěn)壓精度范圍內(nèi)所需要的時間。這里取穩(wěn)壓精度為±5%，因為這是穩(wěn)壓精度合格的最低要求。瞬變電壓過大，會產(chǎn)生較大的浪涌電流，對負載和UPS本身都很不利。
標準中未對電流變化率做出規(guī)定，測試時有以下情況：
（1） 子負載
負載可周期性地從零突變到額定電流并從額定電流突變到零，試驗波形也成周期性變化，可用一般的記憶示波器顯示波形就可讀出數(shù)值，而不必強調(diào)負載突變與鎖定波形時機的配合，也不必把示波器設(shè)置為單次觸發(fā)，有時單次觸發(fā)時抓到的波形不一定是負載突變時的波形。
（2） 氣開關(guān)或電子開關(guān)
通過空氣開關(guān)或電子開關(guān)的通斷，負載一次性地從零突變到額定電流或從額定電流突變到零。可記錄多幅畫面、類似于記錄儀的示波器，可以比較準確地記錄突變波形。
做這項試驗時，不宜用燈泡做負載，因為燈泡的冷態(tài)電阻很小，突然加電時瞬間電流很大，可能遠遠超過UPS的額定電流，造成試驗數(shù)據(jù)的不準確。
9 市電、電池切換時間
市電中斷時，UPS從市電供電轉(zhuǎn)為電池供電，在這個轉(zhuǎn)換過程中，UPS輸出可能會出現(xiàn)短暫的斷電時間，稱為輸出電壓切換時間。但本標準未對斷電時間給出明確定義，有幾種理解：1、電壓完全為0的時間；2、電壓降至超出負載允許的下限值的時間；3、電壓降至超出標準規(guī)定的第Ⅲ類穩(wěn)壓精度指標的時間。從產(chǎn)品是否合格的角度考慮， UPS只有滿足第Ⅲ類穩(wěn)壓精度指標才是合格產(chǎn)品，因此，檢測方法統(tǒng)一為第三種可以增加可比性。在線式UPS在市電供電和電池供電情況下，都將電壓轉(zhuǎn)換成一個中間直流電壓，有較大的電解電容，因此一般市電、電池切換時間為0。后備式和互動式在市電不佳時通過繼電器切換，一般存在幾毫秒的切換時間。
10 旁路逆變切換時間
該項試驗未規(guī)定負載狀況，標準中強調(diào)是逆變器故障時的逆變轉(zhuǎn)旁路的切換時間，但一般UPS輸出過載或過溫時，都會從逆變工作方式轉(zhuǎn)為旁路工作，可用記憶示波器記錄此瞬時的UPS輸出電壓波形，由示波器上讀出切換時間。在線式UPS一般不會有斷點，但波形幅度會有瞬時變化，當旁路轉(zhuǎn)逆變時，相當于UPS的逆變器突然加載，輸出波形可能會有±10%的變化。測試該項指標時, 不應(yīng)采用關(guān)斷逆變器的方法, 應(yīng)用超載或手動控制切換置旁路。
一般情況，UPS開機瞬間是旁路工作，之后轉(zhuǎn)向逆變工作，用記憶示波器記錄此瞬時的UPS輸出電壓波形，由示波器上可讀出旁路轉(zhuǎn)逆變的切換時間。
11 輸出功率因數(shù)
這個指標是對UPS帶載能力的考察�，F(xiàn)在UPS在實際使用中均向PC、服務(wù)器這類非線性負載供電，其輸入功率因數(shù)一般是0.7左右，所以對于10kVA的負載，除了7kW有功功率以外，還需7W的無功功率，若UPS的輸出功率因數(shù)只能達到0.8，那只能提供6kW的無功功率，無法滿足需要，而只能增大UPS的輸出容量至11.7kVA。因此，僅看UPS的輸出容量和帶有功功率的能力，而不考察其輸出功率因數(shù)是不夠的。
12 輸出電流峰值系數(shù)
當輸出電流中存在著周期性非正弦波電流峰值時，UPS所允許的最大非正弦波電流峰值與輸出電流有效值之比就是輸出電流峰值系數(shù)。這個指標越大，說明帶負載能力越強。正弦波的峰值系數(shù)是1.414，PC、服務(wù)器這類非線性負載的電流峰值系數(shù)在2.5～3.0之間。
----《電信工程技術(shù)與標準化》
