UPS系统设计指南：空开选型、电缆设计及电池容量计算
一、空开选型
1. 空开选型核心参数
| 参数 |
说明 |
计算公式/示例 |
| 额定电流 |
空开需大于负载电流，并留20%-30%余量 |
负载电流（A）= 负载功率（W）÷ 输入电压（V）
示例：10kW负载（220V）→ 10000÷220≈45.5A → 选50A空开 |
| 分断能力 |
短路时能安全切断电路的能力，一般选6kA以上 |
机房/数据中心建议选10kA分断能力 |
| 极数 |
单相UPS选2P，三相UPS选3P或4P |
三相四线制系统用4P空开（含零线保护） |
| 品牌推荐 |
施耐德、ABB、正泰、德力西 |
关键场景优先选进口品牌 |
2. 空开选型步骤
- 计算负载电流：
- 单相：
电流（A）= 功率（W） ÷ 电压（V）
- 三相：
电流（A）= 功率（W） ÷ (电压（V）× √3 × 功率因数)（功率因数默认0.8）
- 确定空开规格：
- 示例：单相10kW负载（220V）→ 10000/220≈45.5A → 选63A空开（留30%余量）。
- 匹配分断能力：
二、电缆设计
1. 电缆截面积计算
| 参数 |
公式/说明 |
示例 |
| 载流量 |
铜缆载流量 ≈ 截面积（mm²）× 5A（保守值） |
50A电流 → 50/5=10mm² → 选10mm²铜缆 |
| 压降验证 |
压降（V）= (电流（A）× 电缆长度（m）× 2) ÷ (截面积（mm²）× 57) |
50A电流，30米电缆，10mm²铜缆 → (50×30×2)/(10×57)≈5.26V（压降率5.26/220≈2.4%，符合≤3%要求） |
| 电缆类型 |
选阻燃（ZR）、耐火（NH）电缆，机房推荐YJV或RVVP屏蔽电缆 |
高干扰环境用RVVP屏蔽电缆，普通环境用YJV-0.6/1kV |
2. 电缆选型速查表
| 电流（A） |
铜缆截面积（mm²） |
适用场景 |
| ≤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 |
工业级UPS（>30kVA） |
三、电池容量计算
1. 核心公式与参数
- 基础公式：
电池容量（Ah） = 负载功率（W） × 供电时间（h） ÷ [电池电压（V） × 逆变效率 × 放电深度]
- 逆变效率：一般取0.9（90%）
- 放电深度：铅酸电池取0.7（70%），锂电池取0.9（90%）
- 电池电压：单节12V，需多节串联达到UPS输入电压（如384V需32节串联）
- 示例：
- 负载功率5kW，供电1小时，使用铅酸电池（12V/节，32节串联=384V）：
电池容量 = 5000×1 ÷ (384×0.9×0.7) ≈ 26.5Ah
→ 选12V/30Ah电池32节（实际容量需向上取整）。
2. 电池配置表（铅酸电池）
| 负载功率 |
供电时间 |
电池电压 |
单节容量 |
电池数量 |
总成本估算 |
| 5kW |
1小时 |
384V（32节） |
30Ah |
32节 |
约8,000元 |
| 10kW |
0.5小时 |
384V（32节） |
50Ah |
32节 |
约13,000元 |
| 20kW |
2小时 |
384V（32节） |
100Ah |
32节 |
约25,000元 |
四、完整设计案例
场景：园区弱电机房UPS系统设计
- 需求：
- 负载功率：30kW
- 供电时间：30分钟
- 输入电压：三相380V
- 电池类型：铅酸电池（放电深度70%）
- 设计步骤：
- 空开选型：
- 负载电流 = 30000W ÷ (380V × √3 × 0.8) ≈ 57A → 选80A 3P空开（施耐德NSX80N）。
- 电缆设计：
- 载流量57A → 选16mm²铜缆（载流量约80A）。
- 压降验证：电缆长度20米 → 压降 = (57×20×2)/(16×57) ≈ 2.5V（压降率0.66%，合格）。
- 电池容量：
- 电池总电压384V（32节×12V）。
- 容量 = 30000×0.5 ÷ (384×0.9×0.7) ≈ 62.5Ah → 选12V/65Ah电池32节。
五、注意事项
- 环境温度补偿：
- 高温（>25℃）降低电池寿命，容量需增加10%-20%。
- 电缆散热：
- 多根电缆并行时需降额使用（如2根并缆载流量按单根80%计算）。
- 系统冗余：
- 关键场景建议N+1冗余配置（如多一组电池或并联UPS）。
- 专业验证：
- 复杂系统需用软件（如ETAP）模拟短路电流和压降。
六、总结：设计口诀
| 组件 |
关键点 |
| 空开 |
电流余量30%，分断能力看场景 |
| 电缆 |
截面积保载流，压降不超3% |
| 电池 |
容量算放电深度，串联数量凑电压 |
附：工具推荐
- 电缆计算工具：CableCalc、在线压降计算器
- 电池配置软件：Eaton UPS Selector、APC UPS Calculator
遵循以上指南，可确保UPS系统安全、高效运行，避免过载或供电不足风险！
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