UPS系統(tǒng)設(shè)計指南：空開選型、電纜設(shè)計及電池容量計算
一、空開選型
1. 空開選型核心參數(shù)
| 參數(shù) |
說明 |
計算公式/示例 |
| 額定電流 |
空開需大于負載電流，并留20%-30%余量 |
負載電流（A）= 負載功率（W）÷ 輸入電壓（V）
示例：10kW負載（220V）→ 10000÷220≈45.5A → 選50A空開 |
| 分斷能力 |
短路時能安全切斷電路的能力，一般選6kA以上 |
機房/數(shù)據(jù)中心建議選10kA分斷能力 |
| 極數(shù) |
單相UPS選2P，三相UPS選3P或4P |
三相四線制系統(tǒng)用4P空開（含零線保護） |
| 品牌推薦 |
施耐德、ABB、正泰、德力西 |
關(guān)鍵場景優(yōu)先選進口品牌 |
2. 空開選型步驟
- 計算負載電流：
- 單相：
電流（A）= 功率（W） ÷ 電壓（V）
- 三相：
電流（A）= 功率（W） ÷ (電壓（V）× √3 × 功率因數(shù))（功率因數(shù)默認0.8）
- 確定空開規(guī)格：
- 示例：單相10kW負載（220V）→ 10000/220≈45.5A → 選63A空開（留30%余量）。
- 匹配分斷能力：
- 普通辦公室選6kA，工業(yè)環(huán)境選10kA以上。
二、電纜設(shè)計
1. 電纜截面積計算
| 參數(shù) |
公式/說明 |
示例 |
| 載流量 |
銅纜載流量 ≈ 截面積（mm2）× 5A（保守值） |
50A電流 → 50/5=10mm2 → 選10mm2銅纜 |
| 壓降驗證 |
壓降（V）= (電流（A）× 電纜長度（m）× 2) ÷ (截面積（mm2）× 57) |
50A電流，30米電纜，10mm2銅纜 → (50×30×2)/(10×57)≈5.26V（壓降率5.26/220≈2.4%，符合≤3%要求） |
| 電纜類型 |
選阻燃（ZR）、耐火（NH）電纜，機房推薦YJV或RVVP屏蔽電纜 |
高干擾環(huán)境用RVVP屏蔽電纜，普通環(huán)境用YJV-0.6/1kV |
2. 電纜選型速查表
| 電流（A） |
銅纜截面積（mm2） |
適用場景 |
| ≤20A |
2.5mm2 |
小型UPS（1-3kVA） |
| 20-40A |
6mm2 |
中型UPS（5-10kVA） |
| 40-80A |
16mm2 |
大型UPS（10-30kVA） |
| >80A |
25mm2以上 |
工業(yè)級UPS（>30kVA） |
三、電池容量計算
1. 核心公式與參數(shù)
- 基礎(chǔ)公式：
電池容量（Ah） = 負載功率（W） × 供電時間（h） ÷ [電池電壓（V） × 逆變效率 × 放電深度]
- 逆變效率：一般取0.9（90%）
- 放電深度：鉛酸電池取0.7（70%），鋰電池取0.9（90%）
- 電池電壓：單節(jié)12V，需多節(jié)串聯(lián)達到UPS輸入電壓（如384V需32節(jié)串聯(lián)）
- 示例：
- 負載功率5kW，供電1小時，使用鉛酸電池（12V/節(jié)，32節(jié)串聯(lián)=384V）：
電池容量?= 5000×1 ÷ (384×0.9×0.7) ≈?26.5Ah
→ 選12V/30Ah電池32節(jié)（實際容量需向上取整）。
2. 電池配置表（鉛酸電池）
| 負載功率 |
供電時間 |
電池電壓 |
單節(jié)容量 |
電池數(shù)量 |
總成本估算 |
| 5kW |
1小時 |
384V（32節(jié)） |
30Ah |
32節(jié) |
約8,000元 |
| 10kW |
0.5小時 |
384V（32節(jié)） |
50Ah |
32節(jié) |
約13,000元 |
| 20kW |
2小時 |
384V（32節(jié)） |
100Ah |
32節(jié) |
約25,000元 |
四、完整設(shè)計案例
場景：園區(qū)弱電機房UPS系統(tǒng)設(shè)計
- 需求：
- 負載功率：30kW
- 供電時間：30分鐘
- 輸入電壓：三相380V
- 電池類型：鉛酸電池（放電深度70%）
- 設(shè)計步驟：
- 空開選型：
- 負載電流 = 30000W ÷ (380V × √3 × 0.8) ≈ 57A → 選80A 3P空開（施耐德NSX80N）。
- 電纜設(shè)計：
- 載流量57A → 選16mm2銅纜（載流量約80A）。
- 壓降驗證：電纜長度20米 → 壓降 = (57×20×2)/(16×57) ≈ 2.5V（壓降率0.66%，合格）。
- 電池容量：
- 電池總電壓384V（32節(jié)×12V）。
- 容量 = 30000×0.5 ÷ (384×0.9×0.7) ≈ 62.5Ah → 選12V/65Ah電池32節(jié)。
五、注意事項
- 環(huán)境溫度補償：
- 高溫（>25℃）降低電池壽命，容量需增加10%-20%。
- 電纜散熱：
- 多根電纜并行時需降額使用（如2根并纜載流量按單根80%計算）。
- 系統(tǒng)冗余：
- 關(guān)鍵場景建議N+1冗余配置（如多一組電池或并聯(lián)UPS）。
- 專業(yè)驗證：
- 復(fù)雜系統(tǒng)需用軟件（如ETAP）模擬短路電流和壓降。
六、總結(jié)：設(shè)計口訣
| 組件 |
關(guān)鍵點 |
| 空開 |
電流余量30%，分斷能力看場景 |
| 電纜 |
截面積保載流，壓降不超3% |
| 電池 |
容量算放電深度，串聯(lián)數(shù)量湊電壓 |
附：工具推薦
- 電纜計算工具：CableCalc、在線壓降計算器
- 電池配置軟件：Eaton UPS Selector、APC UPS Calculator
遵循以上指南，可確保UPS系統(tǒng)安全、高效運行，避免過載或供電不足風(fēng)險！
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