1.3 弱电系统供电电源
弱电系统采用了很多计算机和数字化设备，为防止数据丢失，这些设备不允许突然停电，供电系统均需备有不间断供电电源（UPS）。系统的供电电源虽然耗电量不大，但用电要求较复杂，不仅有交流供电、直流供电，还有柴油机应急发电供电和UPS。为了消除交流电源纹波对弱电系统产生干扰，对交流电源的波形失真有较严格的规定。
1.3.1 交流供电电源
不同类型建筑物的供电要求也不相同。建筑物中的重要负荷（如弱电系统和计算机房等）设备应确保不发生突然停电事故。交流电源供电方式有两种方案：
1）两路380/220V交流市电输入自动交互切换+专为弱电系统计算机设备供电的UPS不间断供电电源，如图1-4所示。优点是两路市电自动切换可在瞬间完成，UPS的供电持续时间不需很长（不超过15～30min）；可满足整个大楼所有用电设备供电。
2）一路380/220V交流市电输入和一路柴油机自发电源输入+专为弱电系统计算机设备供电的UPS。市电与柴油发电机电源自动切换，如图1-5所示。备用自发电系统可满足整个大楼所有用电设备的供电需求，优点是供电可靠性高。市电与自发电电源自动切换的间隙时间约需5～10min。
图1-4 两路市电电源和UPS交流供电自动切换系统
图1-5 一路市电电源+柴油发电机组和UPS交流供电自动切换系统
1.3.2 UPS
弱电系统的计算机设备不允许有断电间隙，因此不管何种交流供电方案，都需为计算机设备专门配置不间断供电电源（Uninterruptable Power System，UPS）。当电网一旦断电时，UPS可将蓄电池的直流电能进行无缝切换变为交流电能，及时给负载系统继续供电。
UPS可按输出功率容量大小、供电方式（在线式或后备式）和供电持续时间分类。最常用的在线式UPS的工作原理是，通过整流器把380/220V交流市电转换为直流电能，然后再用逆变器把直流电能转换为380/220V交流电能，向负载供电，如图1-6所示。
整流器的直流输出还向蓄电池组进行浮充电。当输入交流电源失电时，由蓄电池组向UPS逆变器供电，转换为380/220V交流电能，继续向负载供电。
图1-6 在线式UPS原理图
1.UPS的额定输出功率和波形
UPS的额定输出功率均以电阻性负载为依据，不宜连接电感性负载（如电动机和磁饱和稳压器等）或电容性负载（如打印机等）。UPS的实际负载能力约等于其标称值的70%。如果负载需要较大启动电流时，应按启动电流计算。UPS输出功率的大小取决于整流器和逆变器的功率容量。
UPS的输出波形有方波输出和正弦波输出两类。方波输出逆变器的转换效率高，常用于后备式UPS。正弦波输出逆变器的转换效率较低，但电源引起的干扰小，应用更普遍。
2.蓄电池组的电气特性
蓄电池是决定UPS供电持续时间长短的设备，UPS普遍采用VRLA固定型阀控密封铅酸蓄电池组，这类蓄电池在充放电时不逸出气体，不会漏液，不需补充电液，使用方便。
单体（单节）蓄电池的标称额定电压为2V。额定容量的单位为安时（Ah）。
固定型阀控密封铅酸蓄电池的命名方法为GFM—∗∗∗Ah（见图1-7）。其中字母G代表固定安装型；F代表阀控型；M代表密封型；∗∗∗Ah代表额定安时容量。
1）单体蓄电池通过串联组成的电池组可提高输出电压，蓄电池常用电压规格有2V（单体电池）、12V、24V、48V等数种。
2）单体蓄电池通过并联组成的电池组可增大安时（Ah）容量。常用规格有：
2V系列：100Ah、200Ah、300Ah、400Ah等；
12V系列：4Ah、7Ah、12Ah、17Ah、24Ah、48Ah、65Ah、80Ah、100Ah、150Ah、200Ah等；
24V系列：50Ah、75Ah、100Ah、200Ah等。
图1-7 固定型阀控密封铅 酸蓄电池典型外形
蓄电池浮充工作模式是指在市电正常时，蓄电池与整流器并联运行。蓄电池自放电引起的容量损失在浮充过程中被补足。当市电中断时，由蓄电池单独向负载（UPS逆变器）放电。浮充工作方式下的蓄电池，由于充放电循环次数少，自放电和浅放电后的电量能迅速补足，所以蓄电池的使用寿命较长。2V单体蓄电池的正常浮充电压为2.23V。充电电流随充电电压的提高而增加。
（1）蓄电池的放电特性。蓄电池的放电容量随放电电流的增大而减小。
例如：GFM—4Ah，4Ah/2V单体蓄电池在25℃时的容量-放电特性：
5min放电率：放电电流为16.2A，终止电压为1.60V/单体，容量为1.40Ah。
15min放电率：放电电流为7.2A，终止电压为1.60V/单体，容量为1.9Ah。
30min放电率：放电电流为4.7A，终止电压为1.60V/单体，容量为2.36Ah。
1h放电率：放电电流为2.7A，终止电压为1.70V/单体，容量为3.4Ah。
4h放电率：放电电流为0.93A，终止电压为1.70V/单体，容量为4.3Ah。
5h放电率：放电电流为0.81A，终止电压1.70V/单体，容量为4.32Ah。
8h放电率：放电电流为0.54A，终止电压为1.75V/单体，容量为4.4Ah。
10h放电率：放电电流为0.45A，终止电压为1.75V/单体，容量为4.5Ah。
20h放电率：放电电流为0.25A，终止电压为1.80V/单体，容量为4.8Ah。
（2）温度对蓄电池容量的影响。温度越低，蓄电池的容量减小。
104℉（40℃）：102%。
77℉（25℃）：100%。
32℉（0℃）：85%。
5℉（-15℃）：65%。
（3）持续放电时输出电压的变化。表1-1是单体蓄电池持续放电时的输出端电压。
表1-1 单体蓄电池持续放电时的输出端电压（10h放电率）
3.UPS蓄电池额定容量的计算方法
假设：逆变器采用24V蓄电池组供电，额定负载功率为3kV·A，转换效率为75%，应急供电持续时间为30min，逆变器的实际负载能力应按标称额定负载能力的1.3倍计算。那么在满负载情况下逆变器需输入的直流电流I为
I=3kV·A×1.3/0.75=5200V·A/24V≈217A
满足连续0.5h的供电时间的蓄电池功率容量为217A×0.5h≈110Ah。应选用大于计算值的GFM-150Ah/24V标准电池组。
1.3.3 直流供电系统
不少建筑弱电系统需要直流供电电源，例如，电视监控系统中有些摄像机采用12V直流电源，火灾报警系统采用24V直流电源，程控交换机采用48V直流电源，等等。
建筑弱电系统的直流供电电源通常取自交流供电系统。由于这些直流用电设备的安装位置非常分散，用电量又不大，因此都采用分散供电方式，即采用各用电设备自带的重量轻、体积小、安装方便、适应性强的开关式直流稳压电源。