一、EPS應(yīng)急電源概要
《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50045-95）對于消防設(shè)施的供電保障是這樣要求的：一類高層建筑的消防設(shè)施，必須按一級負荷進行供配電設(shè)計?！豆┡潆娤到y(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50052—95）對于一級負荷供電要求是按這樣規(guī)定的：一級負荷應(yīng)應(yīng)由兩個電源供電，當一個電源發(fā)生故障時，另一個電源不致同時受到損壞。一級負荷中特別重要的負荷，除由兩個電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源。應(yīng)急電源可選用：(1)獨立于正常電源的發(fā)電機組；(2)供電網(wǎng)絡(luò)中有效地獨立于正常電源的專門饋電線路；(3)蓄電池；（4）干電池。對于自備應(yīng)急電源的設(shè)置，《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》是這樣規(guī)定的：（1）需要設(shè)置自備電源作為一級負荷中特別重要負荷的應(yīng)急電源時或第二電源不能滿足一級負荷的條件時。（2）設(shè)置自備電源較從電力系統(tǒng)取得第二電源經(jīng)濟合理時。（3）有常年穩(wěn)定余熱、壓差、廢氣可供發(fā)電，技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理時。（4）所在地區(qū)偏僻，遠離電力系統(tǒng)，設(shè)置自備電源經(jīng)濟合理時。
柴油發(fā)電機組作為消防應(yīng)急電源在工程上被廣泛應(yīng)用在國內(nèi)外已有幾十年的歷史。隨著建筑設(shè)計理念
進步，采用柴油發(fā)電機組作為消防應(yīng)急電源的很多弊端日益突出,如機組噪音和有害氣體的排放公害；機組占用成本高昂的建筑空間且配套建筑設(shè)計要求高、難度大；儲油設(shè)施本身存在火災(zāi)隱患，需要配套自動氣體滅火等高成本的消防設(shè)施等。近年來，隨著電力電子逆變技術(shù)的發(fā)展，靜止逆變應(yīng)急電源（一般稱為EPS）得到了迅速發(fā)展，由于其應(yīng)急反應(yīng)時間短、對安裝環(huán)境的靈活適應(yīng)性和較強的負載的適應(yīng)能力、無噪聲和廢氣排放的環(huán)保特點以及在中低功率段明顯的綜合造價等優(yōu)勢，被愈來愈多地采用作為消防應(yīng)急電源；并在400KW以下中小功率范圍,有逐步取代應(yīng)急柴油發(fā)電機組趨勢。
二、EPS的基本工作原理
EPS應(yīng)急電源廣泛意義上是指正常供電電源中斷時，可以向用戶的重要負載進行短時供電的獨立應(yīng)急電源裝置(EPS：EmergencyPowerSupply)，這個廣義的稱謂當然包括了應(yīng)急柴油發(fā)電機組。隨著靜止逆變電源在建筑消防中應(yīng)作為急電源的逐步應(yīng)用，目前國內(nèi)電源和消防行業(yè)中被簡稱為EPS的主要是專指采用電力電子技術(shù)靜止型逆變應(yīng)急電源系統(tǒng)（下文統(tǒng)一簡稱為EPS）其主要構(gòu)成如下圖1所示：
圖1EPS系統(tǒng)控制原理框圖
EPS應(yīng)急電源系統(tǒng)主要包括整流充電器、蓄電池組、逆變器、互投裝置和系統(tǒng)控制器等部分。其中逆變器是核心，通常采用DSP或單片CPU對逆變部分進行SPWM調(diào)制控制，使之獲得良好的交流波形輸出；整流充電器的作用是在市電輸入正常時，實現(xiàn)對蓄電池組適時充電；逆變器的作用則是在市電非正常時，將蓄電池組存儲的直流電能變換成交流電輸出，供給負載設(shè)備穩(wěn)定持續(xù)的電力；互投裝置保證負載在市電及逆變器輸出間的順利切換；系統(tǒng)控制器對整個系統(tǒng)進行實時控制，并可以發(fā)出故障告警信號和接收遠程聯(lián)動控制信號，并可通過標準通訊接口由上位機實現(xiàn)EPS系統(tǒng)的遠程監(jiān)控。
EPS的基本工作原理可以從圖1中得到清晰的說明：
(1)在市電輸入正常時，輸入市電通過互投裝置給重要負載供電，同時系統(tǒng)控制器自動進行市電檢測及通過充電機對蓄電池組充電管理。通常EPS充電器的容量僅相當于10蓄電池組容量(Ah)，僅需提供蓄電池組浮充或補充電功能，并不需要具備直接向逆變器提供直流電源的能力。此時,市電經(jīng)由EPS內(nèi)的互投裝置向用戶的應(yīng)急負載供電。與此同時，在EPS的系統(tǒng)控制器的調(diào)控下，逆變器停止工作處于自動關(guān)機狀態(tài)。用戶負載在此時實際使用是電網(wǎng)電源，此時通常稱EPS應(yīng)急電源處在睡眠狀態(tài)，可以有效達到節(jié)能的效果。
(2)當輸入市電供電中斷或市電電壓超限(±15或±20額定輸入電壓)時，系統(tǒng)控制器指令互投裝置將在(0.1~4)S短時間內(nèi)投切至逆變器供電，EPS系統(tǒng)在蓄電池組所提供的直流能源的支持下，向用戶負載供電。
(3)當輸入市電電壓恢復(fù)正常工作時，EPS的系統(tǒng)控制器發(fā)出指令對逆變器執(zhí)行關(guān)機操作，同時還通過互投開關(guān)執(zhí)行從逆變器供電向交流旁路供電的切換操作。此后EPS在經(jīng)交流旁路供電通路向負載提供市電，同時繼續(xù)通過整流充電器向其蓄電池組充電。
三、EPS應(yīng)急電源的設(shè)計選型
1）EPS以產(chǎn)品特征分為以下三類產(chǎn)品：
1.1)應(yīng)急照明和事故照明EPS，輸出功率范圍：(0.5～10)KVA。
這類EPS由單路、雙路供電輸入二類產(chǎn)品組成，一般輸入單/三相220VAC或380VAC，輸出單相
220VAC,并可帶多路輸出配電開關(guān)，適應(yīng)于應(yīng)急照明和事故照明的照明負載。
1.2)混合負載型EPS，輸出功率范圍：(2.2～800)KVA。
這類EPS由單路、雙路供電輸入二類產(chǎn)品組成，一般輸入/輸出電壓均為三相380/220VAC。除可用于應(yīng)急照明、事故照明，同時也適應(yīng)于消防電梯、卷簾門、風機、水泵、淋浴泵、供水泵等電感性負載或混合供電。
1.3)單機軟啟動型EPS，輸出功率范圍：(2.2～800)KVA。
這類EPS主要用于大功率的單臺負載，通常有單逆變臺單負載、由單逆變單臺負載一用一備用、雙逆變單臺負載一用一備用三類型式；一般輸入/輸出電壓均為三相380/220VAC，它僅為只有一路電源的消防設(shè)施或一級負荷中的大功率負載電動機提供一種可軟啟動的獨立三相應(yīng)急電源系統(tǒng)，適應(yīng)于高層建筑的電梯、消防風機、消防水泵等大功率的電機負載。
2）根據(jù)應(yīng)急負載特征選用EPS
2.1）應(yīng)急照明或事故照明用EPS
根據(jù)國家標準《消防應(yīng)急燈具》（GB17945-2000）規(guī)定，為確保建筑內(nèi)部的應(yīng)急照明系統(tǒng)能正常運行，應(yīng)對EPS提出如下基本要求：
(1)要求負責向普通應(yīng)急照明燈供電EPS的供電中斷時間<5s；但對于高危險工作區(qū)及關(guān)鍵工作區(qū)的應(yīng)急照明而言，則要求EPS的供電中斷時間<0.25s；
(2)為盡可能的利用市電，當市電電壓在187~242V(220V/-15, 10)的范圍內(nèi)不允許EPS進入逆變器供電狀態(tài)；
(3)要求EPS配置足夠容量的蓄電池組，以便在市電供電中斷時，至少確保應(yīng)急照明燈繼續(xù)工作90min以上；
(4)EPS中的充電器對蓄電池組的最長充電時間小于24h，最大充電電流小于0.4C(A)。
在市電供電正常時，EPS是通過它的交流旁路向負載供電。原則上，它可以帶具有各種不同功率因數(shù)的負載，然而在市電供電中斷或市電電壓或頻率超限時則是有EPS中的逆變器來供電的。在此條件下EPS的帶載能力不僅需要考慮逆變器在不同功率因數(shù)值負載時的降額度輸出特性，而且還需要根據(jù)所使用的應(yīng)急照明燈具的不同來選配EPS的輸出功率和機型。在選配EPS時應(yīng)注意以下幾個問題：
(1)普通的應(yīng)急照明燈具：由于應(yīng)急照明的功耗是用有功功率P(KW)來標注的，而EPS逆變器的輸出功率是用功率因數(shù)cosφ=0.8(滯后)時的視在功率S(KVA)來標注的，所以實際選用EPS的滿載輸出功率應(yīng)為：S=P/0.8；
(2)應(yīng)急照明燈具為熒光燈時，所選用的EPS滿載輸出功率應(yīng)為S=(1.3~1.5)ΣP/0.8，其原因是熒光燈啟動時存在較大的”啟動浪涌”電流；
(3)應(yīng)急照明燈具為高壓氣體燈時(例：高壓鈉燈,高壓鈀燈等)，宜選用切換時間小于20ms的特殊EPS產(chǎn)品。這是因為如果對高壓氣體燈的供電中斷時間超過20ms時，就有可能致使氣體燈中的放電電弧”熄滅或中斷”。一旦發(fā)生放電電弧中斷現(xiàn)象，即使馬上恢復(fù)供電也可能導(dǎo)致長達數(shù)分鐘的燈具熄滅現(xiàn)象發(fā)生。這因為它需要足夠長時間來重新預(yù)熱高壓氣體燈中燈絲的緣故。顯然，對于大型體育館和演出場地的照明系統(tǒng)來說，是不允許出現(xiàn)這種狀況的。
2.2）應(yīng)急照明 電動機混合型負載用EPS
為了正確的選用EPS的輸出功率，應(yīng)首先分別統(tǒng)計應(yīng)急阻性照明負載與應(yīng)急感性電機類負載的比例。對于電機負載而言，因用戶所選的機型及工作方式的不同，它的啟動電流可能高達5~10倍額定工作電流。為確保電機及EPS本身的安全運行，對這部分電機負載而言，不僅要求所選的EPS輸出功率應(yīng)為6倍以上的電機標稱功率；其切換時間也必須充份滿足保證應(yīng)急快速反應(yīng)的需要。
2.3）帶電機負載的EPS
(1)采用電機“硬啟動”工作方式，對于這種EPS輸出功率的選用方案同2.2所述，采用這種方案的優(yōu)點是：不管在市電供電中斷時還是在市電恢復(fù)正常工作時，EPS均可確保電機的連續(xù)運行，其缺點是:需選用大功率的EPS，成本較高。
(2)選用帶變頻軟啟動功能的電機專用型EPS
對于大功率電機負載，可以采用帶變頻軟啟動功能的電機專用型EPS。主要優(yōu)點是很明顯的：
①可以利用EPS交流逆變器的“轉(zhuǎn)速自動跟蹤”或“瞬時掉電自啟動”功能使電機平滑上電，防止在EPS與處于“慣性運動狀態(tài)”下的電機所產(chǎn)生的自激勵電勢發(fā)生短路故障；
②可以降低EPS的輸出功率和降低投資成本，此時EPS的輸出功率只需選取1:1電機的額定功率就可滿足要求。
