解决小容量科士达UPS电源过电压防护的两种方案

在科士达UPS电源的使用中，过电压的成本与其器件等都与科士达UPS电源的使用寿命、过电压防护方案的选择有着重要的作用，一般来讲，小容量科士达UPS电源主要还不是考虑防雷，而是对电源操作过电压的防护。
小容量科士达UPS电源过电压防护有两种方案，一种方案是增加MOV的通流容量，例如选用20D471、25D471甚至32D471的MOV器件，使通流容量提高到10kA至25KA(8/20μs，一次)左右。这样，既能够承受较长时间或周期性的过电压能量泻放，也能够令线上的残压保持在较低水平。不过，这会使防护成本大大增加(数十倍的增加)。
第二种方案是增加MOV的动作电压，例如选用14D561或14D621等MOV器件，使动作电压从470V提高到560V或620V.这样，在不改变通流容量的情况下，大大减少了MOV的动作机率和泻能时间，而又不增加成本。不过，这会使线上的残压有所提高。

最后提醒大家，合理的电源过电压防护方案既能够承受较长时间或周期性的过电压能量泻放，也能够令线上的残压保持在较低水平。所以我们一定要为自己选择好的过电压防护方案。

作为负载用电可靠保障的科士达UPS电源，在各行业领域中得到了广泛的应用。科士达UPS电源的研发和应用已有几十年的历程，现有的各种品牌、机型和架构为用户提供了更多的选择余地。而在实际案例中，有些用户却因选择了不适合的科士达UPS电源产品而对供电系统带来隐患或造成经济上的损失。为此，数据中心的科士达UPS电源及其供电架构的选择和配置值得令人关注。

In the use of Corstal UPS power supply, the cost of over-voltage and its components play an important role in the service life of Corstal UPS power supply and the selection of over-voltage protection scheme. Generally speaking, the small-capacity Corstal UPS power supply does not consider lightning protection, but the protection of operating over-voltage of power supply.

There are two schemes for overvoltage protection of small-capacity Corstal UPS power supply. One is to increase the current capacity of MOV, such as using 20D471, 25D471 or even 32D471 MOV devices, so that the current capacity can be increased to about 10 kA to 25 KA (8/20 us, once). In this way, it can not only withstand the long-term or periodic overvoltage energy discharge, but also keep the residual voltage on the line at a low level. However, this will greatly increase the cost of protection (by tens of times).

The second scheme is to increase the action voltage of MOV, such as 14D561 or 14D621, so that the action voltage can be increased from 470V to 560V or 620V. Without changing the current capacity, the action rate and energy drainage time of MOV can be greatly reduced without increasing the cost. However, this will increase the residual pressure on the line.

Finally, we remind you that a reasonable power supply overvoltage protection scheme can not only withstand long-term or periodic overvoltage energy release, but also keep the residual voltage on the line at a low level. So we must choose a good overvoltage protection scheme for ourselves.



As a reliable guarantee of load power consumption, Corstal UPS power supply has been widely used in various industries. The development and application of Kosta UPS power supply has been going on for decades. The existing brands, models and architectures provide users with more choices. In the actual case, some users may cause hidden trouble or economic loss to the power supply system by choosing unsuitable UPS power supply products. For this reason, the choice and configuration of UPS power supply and its power supply architecture in the data center deserve our attention.


1 根据需求选择适用的科士达UPS电源

随着科士达UPS电源技术的成熟与进步，行业厂商开发并提供了工频机型、高频机型、模块化机型和专用工业机型等多种科士达UPS电源。用户可以根据自己的需求选择适用的机型。

2 单相或三相科士达UPS电源的选择

根据科士达UPS电源要保护的负载以及设备的电压范围或功率值，就可以确定是需要单相还是三相科士达UPS电源。通常情况下，20kVA或更低的负载可以采用单相科士达UPS电源，而功率较大的负载则需要三相科士达UPS电源。

如果确定采用三相科士达UPS电源，那么需要确定使用三相输入/单相输出配置还是三相输入/三相输出配置？这与负载类型有关。数据中心的服务器等IT设备通常使用单相电源，如磁共振成像系统(MRI)等医疗设备或大型工厂车间机器可能使用三相电源。

在需要三相输入/三相输出科士达UPS电源的情况下，负载平衡问题将会很棘手。例如在石油天然气等行业中，不希望花费更多的精力去处理其负载平衡的问题，因此通常选用三相输入/单相输出科士达UPS电源。

另一方面，使用三相输入/三相输出的优势在于可以采用集中式电源保护方案，使用一台大型科士达UPS电源用于保护整栋建筑物或一组关键电路。从这个意义上讲，可以简化用户的电源保护方案。

3 如何确定科士达UPS电源和电池容量

3.1 科士达UPS电源的容量

根据所保护的负载的能耗确定科士达UPS电源容量。科士达UPS电源基本容量E与负载能耗P的关系如下：

E≥1.2P

应考虑其运行时不超过其额定容量的60％至70％，出于安全性和将来扩容的需要，实际上40％至50％更常见。

3.2科士达UPS电源 电池的容量

电池容量的计算可按恒电流法或恒功率法进行计算。

一个粗略估算法如下：

科士达UPS电源功率（VA）×后备时间（h）÷UPS启动直流电压（V）=电池容量（Ah）

3.3 科士达UPS电源后备时间的选择

当市电中断时客户所需后备时间的长短取决于现场是否有发电机。如果现场有发电机，那么在发电机启动之前，客户只需要一两分钟的延时来为负载供电即可。如果现场没有发电机，科士达UPS电源将单独为负载供电，必须确定客户需要多长时间。

4 科士达UPS电源功能的选择

科士达UPS电源供电系统所具备的功能对于系统的运维管理来说是相当重要的。用户所关注的功能主要有：远程管理、自动关机、冗余、断电通知、电池更换警告、环境监控、状态显示、事件日志等。

5 科士达UPS电源的供电架构配置

按可靠性高低依次增加，科士达UPS电源五种供电架构配置如下：

（1）科士达UPS电源满容量或N设计

N系统包括单个科士达UPS电源或一组UPS，其容量与关键负载容量相匹配，如图1所示。

N冗余配置的缺点是如果科士达UPS电源出现问题，负载可能不会得到保护。特别是在具有多个模块的三相科士达UPS电源中，这种结构带来了多个单点故障的风险。

（2）科士达UPS电源串联冗余

通过隔离冗余配置，主科士达UPS电源通常为负载供电，而第二级科士达UPS电源则为主科士达UPS电源的静态旁路供电，如图2所示。这要求主科士达UPS电源具有用于静态旁路电路的单独输入。如果主科士达UPS电源所带负载切换到静态旁路，那么第二级科士达UPS电源会立即承载全部负载，而非将其转移到市电回路。该设计提供了一种增加冗余而无需完全替换已有科士达UPS电源的方法。但其复杂程度大为提升，增加了更多的器件，引入了新的故障风险，从而导致可靠性降低。

（3）科士达UPS电源并联冗余（N+1）

并联冗余配置由多个容量相同的科士达UPS电源并联运行并提供公共输出总线。如果“备用”科士达UPS电源容量至少等于一个科士达UPS电源的容量，则该系统被认为是N+1冗余，如图3所示。与串联冗余结构相比，故障概率较低，因为所有科士达UPS电源始终在线运行。这也是一种更简单、更具成本效益的结构。

（4）科士达UPS电源分布式冗余

分布式冗余设计是在20世纪90年代后期开发的，用以提供完全冗余的能力而无需增加相关成本。这种设计通常用于大型数据中心，尤其是金融机构。此设计将用到3个或以上带有独立输入和输出馈线的科士达UPS电源，输出总线通过多个PDU连接到关键负载，在某些情况下还连接到静态转换开关（STS）。STS有两个输入和一个输出。其通常接受来自两个不同UPS的电源，并为负载提供来自其中一个科士达UPS电源的电源。如果主科士达UPS电源发生故障，STS将在大约4到8毫秒内将负载切换到辅助科士达UPS电源，从而始终为负载提供电源保护。

这种方案效率较低，因为科士达UPS电源通常在远低于满载的情况下运行。如图4所示。

（5）系统+系统（2N，2N+1）

“系统+系统”模型是业内公认的最可靠的设计。该设计可以组成一个可能永远不需要将负载切换到市电的科士达UPS电源系统，因为这个设计旨在消除所有可能存在的单点故障。

与分布式冗余方案一样，对于如何配置系统+系统模型存在许多选项，其中还包含多种架构，其中包括：串联并行、多并行总线、双端系统、2（N+1）、2N+2、[（N+1）+（N+1）]和2N。根据用户的需求，其架构设计可能很简单，也可能非常复杂。

该设计需要两路供电来支持所有关键负载，并实现从系统的进入端一直到末端，即关键负载端的完全冗余。

毫无疑问，由于冗余组件的数量及其较低的能效水平，系统+系统的系统设计在五个系统中成本最高。但考虑到其所保护负载的重要性，这种设计的高成本是合理的。实际上，许多大型企业都使用这种设计来保护他们的关键负载。

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