医疗电气中工频UPS和隔离变压器的联系解析

在TN-S供电体系中,为满足负荷针对UPS流出接地形态的需要,偶尔需配置隔离变压器以实行UPS填写端与流出端的中性导系统统隔离的目标。在JGJ312-2013《医疗建筑电气设计标准》第4.4.6条划定了“TN-S体系中的不间断电源装置(UPS)流出为三相时,应加装三相隔离变压器并作反复接地”。
领域内对本条标准的解读显现了较大分歧,一部份职员认定条文中含有“隔离变压器”便可把“工频UPS”中的流出变压器当做隔离变压器对待,将此中点直接接地便可实行反复接地;另一部份职员认定不管是“工频UPS”还是“高频UPS”均应参考变压器能否真实的实行了对含盖中性线在内的一切导体的电气隔离,然后才能进行反复接地。以下对于这一分歧从UPS产生原理、医疗电气体系的需要、有关规范的划定等方面敞开阐述。
二、UPS型号简介
领域内将在线双变换式UPS划为工频机和高频机,在15D202-3《UPS与EPS电源装置的设计与装载》“UPS电源装置编制阐明”第3条“UPS按整流方法的不同”给出了“工频UPS”和“高频UPS”的定论:
“3.1由可控硅SCR(晶闸管)整流器,IGBT(绝缘栅双极晶体管)逆变器、旁路和工频升压器构成的UPS,其因整流器的变压器工作频率均为工频50Hz,简称为工频UPS此类UPS整流方法为降压整流,有6脉冲与12脉冲两类形态。”
“3.2由IGBT高频整流器、电池变换器并且IGBT逆变器和旁路所构成的UPS,IGBT能够通过操控加在其门极的驱动来操控IGBT的开通与与关断,IGBT整流器开关频率往往在20kHz下列,相针对50Hz工频,简称高频UPS,此类UPS整流方法往往为升压整流。”
依据以上定论工频UPS和高频UPS典型的拓扑构造(不含修理旁路)表示图1、图2。

工频UPS和高频UPS各构成部份性能:
1.整流器(Rectifier):将由主路填写的交流整流为直流,为逆变器和蓄电池供应直流电能,工频机应用晶闸管整流,高频机应用IGBT整流。
2.蓄电池充电器(BatteryCharger):完结蓄电池充放电治理性能。因工频机应用晶闸管整流直流母电压过低,蓄电池可直挂母线进行充放电治理,高频机因为母线电压很高,电池直挂母线的方法不再合理,采取了独立的电池充电治理器。
3.逆变器(Inverter):将直流母线的直流电逆变为交流电流出。
4.流出变压器(Output Transformer):完结升压和流出滤波2个性能。工频机因为直流母电压过低,经逆变器逆变后流出的交流不可到达380V,故采取流出变压器完结升压,同时借用变压器电感完结滤波。
5.流出滤波电感(Output Filter Inductor):完结流出滤波性能。高频机因为直流母线电压很高经逆变器流出后交流电压能够到达380V乃至更高,不再须要应用升压变压器,将其更换为愈加实用的流出滤波电感。
三、工频UPS流出变压器不是隔离变压器
从图1和图2能够看出工频UPS和高频UPS对中性线解决方法是一致的,即UPS的主路和静态旁路共用中性线N,中性线N从UPS的填写端填写为静态旁路和主路的整流器、电池充电器、逆变器供应基准电位后经UPS的流出端流出。首要差异之一是在UPS的逆变器流出端的不同,工频UPS逆变器后连通的是流出变压器,高频UPS逆变器后连通的是流出滤波电感;另1个差异是工频UPS中性线N连通至流出变压器二次侧绕组从新创建的中性点后流出,高频UPS中性线N未与流出滤波电感连通而直接流出。工频UPS中性线N须要连通流出变压器二次侧中性点的原因是:
1、工频UPS整流器采取晶闸管整流,直流母线电压经逆变器逆变流出后的交流达不到380V需要,为满足负载额定电压,需经流出变压器进行升压,同时借用变压器的电感完结滤波。UPS在工作时会依据负载或本身的状况调节工作状况即在主路工作形式和旁路工作形式之间互相切换,旁路所接市电与逆变器的流出测(流出变压器的一次侧)存在压差,不容许接入。因而旁路和中性线N接在了变压器的二次侧。
2、主路工作形式时UPS流出的交流电是由市电经过整流器整流为直流后经逆变器逆变构成的,与市电填写的交流电在电气上可认定是隔离的。在电池工作形式时UPS流出的交流为蓄电池中的直流电能经逆变转换构成的,与市电填写的交流电在电气上也可认定是隔离的,此中性线不依托于市电供应的中性线,全部体系能够认定是不依赖于填写市电的接地区式的“另起体系”。为实行UPS的主路和旁路的同步切换,在设计时在UPS内部将主路和旁路中性线N短接在一块,两者获取了相近的基准电位,该设计使不同的中性线体系在同一供电范畴内共存变成也许。以免了不同中性导系统统中性线N之间电位差不同并且电磁兼容(EMC)带来的问题。有关描绘可拜见GB/T16895.10-2010/IEC60364-4-44:2007《高压电气装置第4-44部份:安全防护电压骚扰和电磁骚扰防护》第444.4.6.1条、GB50065-2011《交流电气装置的接地设计标准》第7.1.2条。
从以上描绘可知工频UPS的中性线N从UPS填写侧直接连通到流出变压器二次侧的中性点,而GB19212.1-2016《电力变压器、电源、电抗器和相似成品的安全第1部份:通用需要和实验》第19.1条及GB19212.16-2017《变压器、电抗器、电源装置及其组合的安全第16部份:医疗场合供电用隔离变压器的特殊需要和实验》第19.1条划定:“填写和流出电路在电气上相互隔离,其构造应使这类电路之间不能能存在任意直接的或直接通过其余通电零部件的连通。”因此工频UPS流出变压器对中性线N解决问题上违背了上述划定,因此工频UPS的流出变压器并不是流出隔离变压器。
四、工频UPS流出变压器不可直接接地
依据上文描绘,工频UPS流出变压器并非是隔离变压器,且中性线N从UPS的填写端填写为静态旁路和主路的整流器、电池充电器、逆变器供应基准电位后经UPS的流出端流出,如在工频UPS的流出端将中性线N进行接地,将变化接地体系的本质,其解析流程如图3所示:

图3中左边图形为工频UPS流出变压器二次侧的中性点未做反复接地的TN-S体系,右边图形为工频UPS流出变压器二次侧的中性点与地线PE连通于点P后的体系。
从图中能够看出当流出变压器二次侧的中性点于P点接地后,在P点至电源接地之间的中性线和地线PE拥有了相近的电位,在电气上PE线和中性线N这时等价为一条PEN线。从P点到电源接地址之间的部份成为了TN-C体系,全部体系成为了TN-C-S体系。
在医疗电气有关规范、标准中明确划定医疗配电体系严禁采取TN-C体系,如表2所示:

五、几种举荐的UPS配置隔离变压器方法
从以上解析可知工频UPS流出变压器不是隔离变压器也不可做反复接地。以下举荐几种UPS配置隔离变压器的方式。
1.UPS旁路配置隔离变压器
根据GB51348-2019《民用建筑电气设计规范》第6.3.7条,UPS流出端的隔离变压器为TN-S、TT接地形态时,中性点应接地。其条文阐明:在TN-S供电体系中,为满足负荷针对UPS流出接地形态的需要,必须时理应配置隔离变压器。这是由于UPS的旁路体系填写中性导体与流出中性导体连通在一块,UPS的填写端与流出端的中性导体必需是同1个体系。可是,在许多运用中UPS的负荷针对中性导系统统有特别的需要,此时有也许在UPS的旁路填写侧配置隔离变压器,通过隔离变压器促使UPS填写端与流出端的中性导系统统是2个不同的中性导系统统。因而划定中性点应接地且应与由接地装置直接引来的接地干线牢靠连通。依据以上阐明高频UPS和工频UPS在旁路配置隔离变压器的方法分别如图4和图5所示:

2.UPS流出配置隔离变压器
当UPS处于主路双变换形式或电池形式时,此中性线不依托于市电供应的中性线,流出的三相交流电可认定是同市电填写隔离的“另起体系”,这时只需对旁路填写市电进行隔离解决,可将图4和图5中旁路的变压器沿导线“平移”至流出端,如图6和图7所示:

图6和图7在UPS流出端配置隔离变压器的方法相对图4和图5在UPS在UPS旁路配置隔离变压器的方式操控愈加便利、灵巧,在工程现场更较易实行。另外,变压器的位子能够不受UPS位子的限定,可摆脱UPS摆放于挨近负荷位子,变短中性线距离,减少中性线阻抗,减低零地电压。特别是当UPS含有修理旁路时在流出端加装隔离变压器的方法优势更凸显。
另外,医疗电气IT体系中也会牵扯到UPS和隔离变压器,但由于限定故障半径等原因,医疗IT体系所用UPS及变压器往往应用10KVA下列的单相UPS和单相变压器。
总结
综上所述,三相工频UPS流出变压器N线直接连在变压器的二次侧,不能到达UPS填写端与流出端的中性导系统统隔离的目标,因而不可当中隔离变压器应用;工频UPS流出变压器不可直接接地,直接接地后体系中将显现TN-C体系违背医疗配电体系严禁采取TN-C体系的划定;当UPS需配置隔离变压器时,最抱负的方法是在UPS的流出端配置。
考虑文献
[1]《信息核心UPS供电体系中开关极数与安全性的联系解析》曾显达王军王星;
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[5]JGJ312-2013《医疗建筑电气设计标准》;
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[12]GB50065-2011《交流电气装置的接地设计标准》;
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