课件9：EPS应急电源设备

城市轨道交通低压配电技术城市轨道交通机电技术专业资源库项目四：城市轨道交通低压配电设备4.6、EPS应急电源设备定义：EPS应急电源设备应急电源设备（Emergencypowersupply，以下简称“EPS”）在系统停电时，能在不同场合为各种用电设备供电。它适用范围广、负载适应性强、安装方便、效率高，减少不必要的电能浪费。EPS作为应急照明电源的一般要求：1、向应急照明灯供电的EPS，供电中断时间小于5s；2、为尽可能地利用正常交流电源，减少EPS的能耗，当交流电源电压在187~242V（220V：-15%，+10%）的范围内，EPS允许仍为交流旁路供电，而不采用逆变器供电；3、EPS配置蓄电池的容量，应满足在交流电源供电中断时，保证应急照明的供电时间要求：对于地下车站和控制中心不小于60min，对于地面车站等建筑物，不小于30min。规格：EPS应急电源设备按输入方式：单相220V、三相380V；按输出方式：单相、三相及单、三相混合输出；安装形式：落地式、壁挂式和嵌墙式；容量：0.5kW~800kW各个级别；服务对象：动力负载和应急照明两种；备用时间一般有90～120分钟，如有特殊要求还可按设计要求配置备用时间。作用：EPS应急电源设备

在地铁车站低压配电系统中，EPS应急电源作用是在市电断电或消防状态时，输出额定电压为380/220V，额定频率为50HZ的电流，向车站应急照明、疏散指示、导向标识提供后备电源，保证事故情况下地铁乘客和地铁员工能安全疏散，供电维持时间不小于90分钟。EPS应急电源装置为柜式结构，由馈线柜、主机柜、两组电池柜组成。每个应急电源单体机柜的外形尺寸：高×深×宽=2200mm×600mm×800mm。EPS柜结构及组成：EPS应急电源主要包括：双电源自动切换装置ATS、静态切换开关装置、整流/充电机、逆变器、蓄电池组、监控装置及馈线单元等部分。EPS主要元器件：1、交流双电源自动切换装置交流双电源自动切换装置

为了保证重要用电场所的供电可持续性。当主电源断电、过压、欠压、缺相时，ATS能够把负载电路自动转换至备用电源。主电源重新通电，ATS把负载切换至主电源。EPS主要元器件：2、静态切换开关装置

静态开关又称静止开关，它是一种无触点开关，是用两个可控硅（SCR）反向并联组成的一种交流开关，其闭合和断开由逻辑控制器控制。可控硅，是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管。具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。可控硅的原理：如何触发可控硅?可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，要使晶闸管导通，一是在它的阳极A与阴极K之间外加正向电压，二是在它的控制极G与阴极K之间输入一个正向触发电压。晶闸管导通后，去掉触发电压，仍然维持导通状态。断开阳极电源（或使阳极电流小于维持导通的最小值（称为维持电流）。如果晶闸管阳极和阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电压，那么，在电压过零时，晶闸管会自行关断。如何断开可控硅?可控硅的原理：EPS主要元器件：2、静态切换开关装置

应急电源的静态切换开关装置的电力模块采用双向可控晶闸管，该电力模块体积小，使用方便，并且功耗低，导通速度快，性能安全可靠。车站现场安装如图所示：现场安装的切换单元EPS主要元器件：2、静态切换开关装置EPS主要元器件：3、整流/充电机

整流器（rectifier）是把交流电转换成直流电的装置，可用于供电装置及侦测无线电信号等。整流器可以由真空管，引燃管，固态矽半导体二极管等制成。整流器有两个主要功能：第一是将交流电变成直流电，经滤波后供给负载，或者供给逆变器；第二是给蓄电池提供充电电压。因此，它同时又起到一个充电器的作用。在双变换EPS中，此装置既为逆变器供电，又给蓄电池充电，故称为整流器/充电机。整流/充电机电池检测板连接结构图充电单元结构由充电器、电池检测板组成。EPS主要元器件：3、整流/充电机EPS主要元器件：4、逆变器

逆变器是一种将直流转换成交流的装置，它与转换器其实都是一种电压逆变的过程。整流器作用是将电网的交流电压转变为稳定的12V直流输出，而逆变器是将输出的12V直流电压转变为高频的高压交流电。EPS主要元器件：4、逆变器逆变器面板按下显示板启动按钮ON，使辅助电源工作，风扇转动，显示板数码管显示“50.00HZ”闪动。驱动板辅助电源启动后，延时25s后，接触器吸合，接触器吸合后延时2s，即可操作显示板上的按键。此时逆变器方可正常工作。逆变器操作：EPS主要元器件：4、逆变器在应急供电时,当设备中的电池放电完毕进入过放电保护而停止逆变输出时，打开强制开关，可强制启动逆变器工作,从而继续为负载供电。注意：让过放电的电池继续工作会造成电池的永久损坏，因此，此强制运行开关只在十分紧急的情况下使用。通常情况下，此开关处在“正常”状态。EPS主要元器件：5、蓄电池EPS主要元器件：5、蓄电池铅酸蓄电池结构：正极板组、负极板组、隔板、容器、电解液等组成。EPS主要元器件：5、蓄电池蓄电池充、放电化学方程式：PbO2+2H2SO4+Pb

PbSO4+2H2O+PbSO4正极电解液负极放电充电正极水负极充电：电能转化为化学能；放电：蓄电池连接外部电路放电时，正极板接受负极板送来的电子，铅离子由+4价变为+2价；负极板的铅输出2个电子，变+2价，化学能转变为电能。EPS主要元器件：5、蓄电池铅酸蓄电池特点：EPS主要元器件：5、蓄电池（1）须为全密封免维护型。因为EPS为电池、主机一体化设计，开口的富液式电池在充电中会产生酸雾，腐蚀EPS内部电路元器件；（2）具有深度放电能力。EPS均设有强制启动功能，即此功能被强制执行时蓄电池无过放电保护，可以无限制地放电下去；深度放电性能差的蓄电池，可能由于EPS此功能的启动就一次性损害而无法再次利用。EPS对所配蓄电池的要求：EPS容量＝灯具功率总和÷灯具功率因数在未知灯具功率因数的情况下，一般可采用估算法：（1）当负载为电子镇流器荧光灯时，EPS容量估算方法为：EPS容量＝电子镇流器荧光灯功率总和Χ1.3（2）当负载为电感镇流器荧光灯时，EPS的容量可估算为：EPS容量＝电感镇流器荧光灯功率总和Χ1.6（3）当负载为金属卤化物灯或钠灯时，EPS容量估算方法为：EPS容量＝金属卤化物灯或钠灯功率总和Χ2.2（4）在EPS逆变输出功率因数和灯具的功率因数相差太大的情况下（相差超过0.3)，EPS的容量可估算为：EPS容量＝灯具功率总和÷灯具功率因数（在此计算结果的基础上再适当增大EPS功率）照明型EPS匹配灯具负载时容量的估算方式：功率因数：有功功率/视在功率视在功率：有功功率+无功功率（5）应急照明灯具的光源也可采用高压气体灯，但城市轨道交通工程目前尚未使用。此是宜选用切换时间小于20ms的EPS设备。因为，如果对高压气体灯的供电中断时间超过20ms，就有可能导致气体灯中的放电电弧“熄灭或中断”。一旦发生放电电弧中断现象，即使马上恢复供电也可能导致长达数分钟的黑灯现象，因为需要足够长的时间来重新预热高压气体灯中的灯丝。应急电源所配置的蓄电池采用18节额定电压12V电池串联组成216V直流供电系统，蓄电池的容量按照下列公式计算：

其中：C：电池计算容量，单位AH；Pe：EPS功率，单位KW；N：每组蓄电池的串联个数，本系统中采用电压等级216V，N=18；η：逆变器的效率≥92%，选择η=92%；T：应急时间，单位小时，T=1.5h。蓄电池容量的计算方法：双电源进线断路器ASCO双电源自动切换装置整流/充电器电池组静态切换装置逆变器EPS主要部件：EPS应急电源设备运行方式：EPS设备运行的控制模式有三种：正常工作模式、旁路维修模式、应急工作模式。EPS应急电源设备运行方式（1）正常时工作状态正常时工作状态EPS应急电源设备运行方式（2）维修时工作状态EPS应急电源设备运行方式（3）应急时工作状态EPS容量及选择：根据所使用的应急照明灯具的不同来选配EPS的输出功率和机型：1、应急照明灯具光源为白炽灯：由于应急照明的功耗是有功功率P（KW）来标注的，而EPS逆变器的输出功率是用功率因数cosφ=0.8（滞后）时的视在功率S（KV•A）来标注的，实际选用EPS的满载输出功率S（KV•A）=P/0.82、应急照明灯具光源为荧光灯：由于荧光灯启动时存在较大的“启动浪涌”电流，EPS满载输出功率应为S=（1.3~1.5）P/0.8EPS容量及选择：3、应急照明灯具的光源也可采用高压气体灯，但城市轨道交通工程目前尚未使用。此是宜选用切换时间小于20ms的EPS设备。因为，如果对高压气体灯的供电中断时间超过20ms，就有可能导致气体灯中的放电电弧“熄灭或中断”。一旦发生放电电弧中断现象，即使马上恢复供电也可能导致长达数分钟的黑灯现象，因为需要足够长的时间来重新预热高压气体灯中的灯丝。EPS与UPS的区别：1、应用不同：

在国内，EPS电源主要用于消防行业用电设备，强调能够持续供电这一功能。UPS电源一般用于精密仪器负载（如通信、信号、电脑、服务器等IT行业设备），要求供电质量较高，强调逆变切换时间、输出电压、频率稳定性、输出波型的纯正性等要求。EPS与UPS的区别：2、功能不同：EPS电源具有持续供电功能，一般对逆变切换时间要求不高，特殊场合的应用具有一定要求，有多路输出且对各路输出及单个蓄电池具有监控检测功能。日常着重市电供电，市电停电时才转为逆变供电，电能利用率高。UPS电源如在线式仅有一路总输出，一般强调其三大功能：（A）稳压稳频（B）对切换