智能建筑弱電機(jī)房UPS配電設(shè)計(jì)

王偉

摘 要：主要針對(duì)智能建筑弱電機(jī)房UPS的配電設(shè)計(jì)展開了探討，通過結(jié)合具體的工程實(shí)例，系統(tǒng)分析了設(shè)計(jì)的思路，并對(duì)UPS配電箱的設(shè)計(jì)和UPS容量配置及蓄電池選配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作了深入的闡述，以期能為有關(guān)方面提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：智能建筑；弱電機(jī)房；UPS；配電設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU85 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.104

所謂的“UPS”，即不間斷電源，是將蓄電池與主機(jī)相連接，通過主機(jī)逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備。在智能建筑的弱電機(jī)房中，UPS的應(yīng)用將會(huì)對(duì)智能化系統(tǒng)的運(yùn)行起到關(guān)鍵的作用。因此，我們必須要做好UPS配電設(shè)計(jì)，以保障智能建筑中智能化系統(tǒng)的穩(wěn)定供電。

1 項(xiàng)目需求分析

某大廈項(xiàng)目為一類超高層商務(wù)辦公綜合樓，地上49層，地下3層，總建筑面積約108 166 m2，建筑總高度為212.5 m。智能化監(jiān)控中心機(jī)房設(shè)在首層消防控制室內(nèi)。

本項(xiàng)目智能化系統(tǒng)由視頻安防監(jiān)控、入侵報(bào)警、出入口門禁管理、電子巡查、訪客對(duì)講、五方通話、停車庫管理、車位引導(dǎo)、綜合布線、信息網(wǎng)絡(luò)、有線電視及衛(wèi)星接收、智能卡應(yīng)用、綜合防雷接地13個(gè)子系統(tǒng)組成，包括以下供電要求：①安防系統(tǒng)中的視頻安防監(jiān)控、入侵報(bào)警、出入口門禁管理、電子巡查、訪客對(duì)講、五方通話等子系統(tǒng)的前端及中心設(shè)備采用監(jiān)控中心UPS配電箱集中供電；②停車庫管理系統(tǒng)、車位引導(dǎo)系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、有線電視及衛(wèi)星接收系統(tǒng)、智能卡應(yīng)用系統(tǒng)采用本地普通市電供電；③視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)中的攝像機(jī)、入侵報(bào)警系統(tǒng)前端探測(cè)器、門禁系統(tǒng)的門禁控制器等設(shè)備的供電電壓為12 V或24 V，其余設(shè)備采用交流380/220 V、50 Hz供電。

2 設(shè)計(jì)思路

結(jié)合業(yè)主需求和本項(xiàng)目樓層高的特點(diǎn)，在進(jìn)行智能化系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)時(shí)提出了以下設(shè)計(jì)要求：①整個(gè)項(xiàng)目分成3個(gè)區(qū)域——智能化中心機(jī)房為一個(gè)供電區(qū)域；地下3層至地上16層劃分為低區(qū)，為一個(gè)供電區(qū)域；17～49層劃分成高區(qū)，為一個(gè)供電

區(qū)域。每個(gè)區(qū)域分別配置一臺(tái)UPS電源。②每個(gè)區(qū)域根據(jù)負(fù)載容量配置相應(yīng)規(guī)格的UPS主機(jī)及后備電池，后備時(shí)間為2 h。③每個(gè)供電區(qū)域設(shè)置智能化系統(tǒng)電源配電箱。該配電箱內(nèi)置配電空開、DC12 V、AC24 V電源變壓器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)主干交流電源的變壓操作及樓層配電管理。

接下來以智能化中心機(jī)房為例，詳細(xì)闡述智能化電源配電箱的設(shè)計(jì)過程。

3 UPS配電箱設(shè)計(jì)

3.1 UPS輸出端配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

UPS輸出端配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2 配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容

配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容主要有用電設(shè)備電氣負(fù)荷和電流計(jì)算、保護(hù)開關(guān)及導(dǎo)線選擇、保護(hù)管及敷設(shè)方式選擇、主開關(guān)及進(jìn)線電纜設(shè)計(jì)、配電箱箱體選擇、配電回路的設(shè)置及預(yù)留等。

3.2.1 負(fù)荷計(jì)算

設(shè)備電氣負(fù)荷的計(jì)算一般從末端用電設(shè)備開始統(tǒng)計(jì)。大廈智能化中心機(jī)房中的設(shè)備主要有16路數(shù)字硬盤錄像機(jī)、數(shù)字視頻矩陣主

機(jī)、管理服務(wù)器、視頻光端機(jī)、報(bào)警探頭及報(bào)警器、報(bào)警輸入/出模塊等。在布置機(jī)房設(shè)備時(shí)，根據(jù)設(shè)備尺寸及用電負(fù)荷要求將設(shè)備分別安裝在6個(gè)機(jī)柜內(nèi)。以1臺(tái)機(jī)柜為1個(gè)回路，假設(shè)里面有10臺(tái)數(shù)字硬盤錄像機(jī)（每臺(tái)功率為250 W），1臺(tái)數(shù)字視頻矩陣主機(jī)（功率為200 W），1臺(tái)視頻監(jiān)控管理工作站（功率為300 W），則這臺(tái)機(jī)柜總負(fù)荷為：10×250+200+300=3 000 W。

3.2.2 回路電流計(jì)算

3.2.3 輸出回路保護(hù)開關(guān)選擇

微型斷路器俗稱“保護(hù)開關(guān)”，一般用于末端配電箱輸出回路保護(hù)。保護(hù)開關(guān)需要根據(jù)開關(guān)整定電流值選擇，即開關(guān)整定電流×0.8大于等于導(dǎo)線實(shí)際電流。因配電箱開關(guān)密集排列，需考慮降容系數(shù)，一般取值0.8.由于本案中單相電流為16.04 A，因此選擇20 A開關(guān)即可。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，一般插座回路選用開關(guān)要帶漏電保護(hù)器。漏電保護(hù)器有電子式和電磁式，結(jié)合價(jià)格因素考慮，該項(xiàng)目選用施耐德型號(hào)C65N系列產(chǎn)品電子式漏電保護(hù)器的C65N開關(guān)，即C65N/2P20AvigiELE30 mA（單相），不帶漏電保護(hù)器的回路則為C65N/1P（單相）、C65N/3P（三相）。

3.2.4 輸出回路導(dǎo)線選擇

在實(shí)際工程應(yīng)用中，回路距離較近的一般采用BV導(dǎo)線，距離較遠(yuǎn)的需要經(jīng)橋架或金屬線槽敷設(shè)，可選用VV電纜。因大廈屬于一類建筑，根據(jù)規(guī)范要求，應(yīng)采用阻燃型導(dǎo)線和電纜，以ZR-BV-，ZR-VV-表示。本項(xiàng)目中開關(guān)整定電流為20 A，根據(jù)表1，導(dǎo)線載流量應(yīng)大于開關(guān)整定電流值，因此選擇截面積為4 mm2的導(dǎo)線，以ZR-BV-3×4.0表示，弱電豎井樓層管理間選用ZR-VV-3×4.0電纜。3.2.5 保護(hù)管選擇及敷設(shè)方式

根據(jù)規(guī)范要求，明敷于潮濕場(chǎng)所或埋地敷設(shè)的金屬導(dǎo)管，應(yīng)采用管壁厚度大于等于2.0 mm的鋼導(dǎo)管；明敷或暗敷于干燥場(chǎng)所或埋地敷設(shè)的金屬導(dǎo)管，宜采用管壁厚度大于等于1.5 mm的電線管。由于該項(xiàng)目靠近海邊，地下室和弱電豎井內(nèi)相對(duì)潮濕，因此明敷管采用鍍鋅鋼管SC，底層預(yù)埋和標(biāo)準(zhǔn)層吊頂內(nèi)敷設(shè)采用薄壁扣壓式鋼管KBG。管徑的大小根據(jù)線纜的數(shù)量選擇。

常用的管道敷設(shè)方式有沿地板暗敷（FC）、沿墻暗敷（WC）、沿墻明敷（WE）、沿頂板暗敷（CC）、沿頂板明敷（CE）、在吊頂內(nèi)敷設(shè)（AC）等。由于電源插座安裝在下沿距地0.3 m的墻面上，機(jī)房內(nèi)靜電地板下有金屬線槽，所以機(jī)房內(nèi)管線是敷設(shè)于靜電板下的金屬線槽內(nèi)，由智能化中心機(jī)房引出至弱電豎井，在吊頂內(nèi)可用橋架敷設(shè)或鋼管敷設(shè)，在弱電豎井內(nèi)穿鍍鋅鋼管沿墻明敷。

3.2.6 主開關(guān)及進(jìn)線電纜的選擇

綜上所述，主開關(guān)根據(jù)電流大小選擇，選用微型斷路器或塑殼斷路器。整定電流不高于63 A時(shí)用微型斷路器，高于63 A時(shí)則可考慮采用塑殼斷路器。

根據(jù)3.2.2回路電流計(jì)算方法，配電箱Pjs為30 kW，Ijs為53.63 A，考慮降容系數(shù)0.8，則53.63/0.8=67.03 A，計(jì)算主開關(guān)整定電流值63 A，可選用微型斷路器C65N/3P63A。根據(jù)表1選擇導(dǎo)線，其進(jìn)線電纜截面積為25 mm2。另根據(jù)規(guī)范要求，當(dāng)相線截面積大于等于16 mm2，同時(shí)小于等于35 mm2時(shí)，PE線截面積為16 mm2，因此進(jìn)線電纜選用ZR-VV-4×25+1×16。

3.2.7 配電箱箱體選擇

箱體尺寸是根據(jù)系統(tǒng)圖的配置回路來確定的，配電系統(tǒng)龐大，開關(guān)等元器件較多，則箱體也會(huì)很大。箱體分為動(dòng)力箱、照明箱等。當(dāng)塑殼開關(guān)電流值超200 A時(shí)選用小動(dòng)力箱；設(shè)置10～20個(gè)微斷開關(guān)時(shí)采用照明箱。本項(xiàng)目的微斷開關(guān)數(shù)量為12個(gè)，選用照明箱體，嵌入式安裝。

4 UPS容量配置及蓄電池選配系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)本項(xiàng)目智能化系統(tǒng)前端區(qū)域設(shè)備（比如報(bào)警探測(cè)器、監(jiān)控?cái)z像機(jī)等）的供電需要，采用集中式UPS供電解決方案，UPS容量可根據(jù)下述方式配置。

4.1 UPS容量配置

上述計(jì)算負(fù)載容量應(yīng)為機(jī)房內(nèi)所有由UPS提供電源的負(fù)載功率之和，設(shè)備功率計(jì)算總計(jì)：Pjs=30 kW。配電箱的計(jì)算負(fù)載功率Pe=Pjs×Kc（Kc為同時(shí)系數(shù)）.考慮到監(jiān)控中心智能化設(shè)備較多且同時(shí)使用的可能性高，取同時(shí)系數(shù)為1，Pe=30 kW。

根據(jù)JGJ/G 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，當(dāng)為電子計(jì)算機(jī)供電時(shí)，UPS裝置的額定輸出功率應(yīng)大于計(jì)算機(jī)各設(shè)備額定功率總和的1.2倍，因此UPS額定輸出功率按1.2倍最大計(jì)算負(fù)荷計(jì)，即Pu=30×1.2=36 kW。考慮到UPS輸出時(shí)有一定的損耗，功率因數(shù)為0.6～0.8，裝機(jī)容量P=Pu/cosφ=36/0.8=45 kW（功率因數(shù)cosφ一般取0.8），因此配置了1臺(tái)三進(jìn)三出40 kVA UPS主機(jī)。

4.2 蓄電池選配

根據(jù)公安部相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，視頻系統(tǒng)所配電源需保證系統(tǒng)在市電斷電后1 h內(nèi)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。該項(xiàng)目根據(jù)業(yè)主要求備用時(shí)間不應(yīng)低于2 h。

首先計(jì)算2 h電池所需的放電電流，放電電流= （UPS滿載狀態(tài)下）.其中，UPS輸出功率因數(shù)取值0.8，UPS額定直流輸入電壓為384 VDC，電池放電效率取值0.9.由以上參數(shù)可計(jì)算得出電池放電電流為185.18 A。根據(jù)某廠家的產(chǎn)品規(guī)格型號(hào)，選擇100AH×87節(jié)、備用時(shí)間為2.5 h即可滿足業(yè)主要求。電池箱的配置有2種選擇方案：方案一：如果16節(jié)/每柜，則需6只柜；方案二：如果32節(jié)/每柜，則需3只柜。結(jié)合中心機(jī)房的空間大小和采購費(fèi)用2方面因素考慮，最終選用方案二。

5 結(jié)束語

綜上所述，UPS作為智能建筑弱電機(jī)房的重要設(shè)備，其對(duì)與智能化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有著關(guān)鍵的影響。因此，我們需要有科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)思路，以此為基礎(chǔ)認(rèn)真做好UPS各項(xiàng)要點(diǎn)的配電設(shè)計(jì)工作，從而為智能建筑中的供電穩(wěn)定帶來有效的幫助。

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〔編輯：劉曉芳〕