王偉

摘 要：主要針對智能建筑弱電機房UPS的配電設計展開了探討，通過結合具體的工程實例，系統(tǒng)分析了設計的思路，并對UPS配電箱的設計和UPS容量配置及蓄電池選配系統(tǒng)的設計作了深入的闡述，以期能為有關方面提供有益的參考和借鑒。

關鍵詞：智能建筑；弱電機房；UPS；配電設計

中圖分類號：TU85 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.104

所謂的“UPS”，即不間斷電源，是將蓄電池與主機相連接，通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉換成市電的系統(tǒng)設備。在智能建筑的弱電機房中，UPS的應用將會對智能化系統(tǒng)的運行起到關鍵的作用。因此，我們必須要做好UPS配電設計，以保障智能建筑中智能化系統(tǒng)的穩(wěn)定供電。

1 項目需求分析

某大廈項目為一類超高層商務辦公綜合樓，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)控中心機房設在首層消防控制室內。

本項目智能化系統(tǒng)由視頻安防監(jiān)控、入侵報警、出入口門禁管理、電子巡查、訪客對講、五方通話、停車庫管理、車位引導、綜合布線、信息網絡、有線電視及衛(wèi)星接收、智能卡應用、綜合防雷接地13個子系統(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、入侵報警、出入口門禁管理、電子巡查、訪客對講、五方通話等子系統(tǒng)的前端及中心設備采用監(jiān)控中心UPS配電箱集中供電；②停車庫管理系統(tǒng)、車位引導系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、信息網絡系統(tǒng)、有線電視及衛(wèi)星接收系統(tǒng)、智能卡應用系統(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、入侵報警系統(tǒng)前端探測器、門禁系統(tǒng)的門禁控制器等設備的供電電壓為12 V或24 V，其余設備采用交流380/220 V、50 Hz供電。

2 設計思路

結合業(yè)主需求和本項目樓層高的特點，在進行智能化系統(tǒng)供電設計時提出了以下設計要求：①整個項目分成3個區(qū)域——智能化中心機房為一個供電區(qū)域；地下3層至地上16層劃分為低區(qū)，為一個供電區(qū)域；17～49層劃分成高區(qū)，為一個供電

區(qū)域。每個區(qū)域分別配置一臺UPS電源。②每個區(qū)域根據負載容量配置相應規(guī)格的UPS主機及后備電池，后備時間為2 h。③每個供電區(qū)域設置智能化系統(tǒng)電源配電箱。該配電箱內置配電空開、DC12 V、AC24 V電源變壓器等設備，實現(xiàn)對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房為例，詳細闡述智能化電源配電箱的設計過程。

3 UPS配電箱設計

3.1 UPS輸出端配電系統(tǒng)結構

UPS輸出端配電系統(tǒng)結構如圖1所示。

3.2 配電系統(tǒng)設計的具體內容

配電系統(tǒng)設計的具體內容主要有用電設備電氣負荷和電流計算、保護開關及導線選擇、保護管及敷設方式選擇、主開關及進線電纜設計、配電箱箱體選擇、配電回路的設置及預留等。

3.2.1 負荷計算

設備電氣負荷的計算一般從末端用電設備開始統(tǒng)計。大廈智能化中心機房中的設備主要有16路數字硬盤錄像機、數字視頻矩陣主

機、管理服務器、視頻光端機、報警探頭及報警器、報警輸入/出模塊等。在布置機房設備時，根據設備尺寸及用電負荷要求將設備分別安裝在6個機柜內。以1臺機柜為1個回路，假設里面有10臺數字硬盤錄像機（每臺功率為250 W），1臺數字視頻矩陣主機（功率為200 W），1臺視頻監(jiān)控管理工作站（功率為300 W），則這臺機柜總負荷為：10×250+200+300=3 000 W。

3.2.2 回路電流計算

3.2.3 輸出回路保護開關選擇

微型斷路器俗稱“保護開關”，一般用于末端配電箱輸出回路保護。保護開關需要根據開關整定電流值選擇，即開關整定電流×0.8大于等于導線實際電流。因配電箱開關密集排列，需考慮降容系數，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開關即可。

根據相關規(guī)范要求，一般插座回路選用開關要帶漏電保護器。漏電保護器有電子式和電磁式，結合價格因素考慮，該項目選用施耐德型號C65N系列產品電子式漏電保護器的C65N開關，即C65N/2P20AvigiELE30 mA（單相），不帶漏電保護器的回路則為C65N/1P（單相）、C65N/3P（三相）。

3.2.4 輸出回路導線選擇

在實際工程應用中，回路距離較近的一般采用BV導線，距離較遠的需要經橋架或金屬線槽敷設，可選用VV電纜。因大廈屬于一類建筑，根據規(guī)范要求，應采用阻燃型導線和電纜，以ZR-BV-，ZR-VV-表示。本項目中開關整定電流為20 A，根據表1，導線載流量應大于開關整定電流值，因此選擇截面積為4 mm2的導線，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 保護管選擇及敷設方式

根據規(guī)范要求，明敷于潮濕場所或埋地敷設的金屬導管，應采用管壁厚度大于等于2.0 mm的鋼導管；明敷或暗敷于干燥場所或埋地敷設的金屬導管，宜采用管壁厚度大于等于1.5 mm的電線管。由于該項目靠近海邊，地下室和弱電豎井內相對潮濕，因此明敷管采用鍍鋅鋼管SC，底層預埋和標準層吊頂內敷設采用薄壁扣壓式鋼管KBG。管徑的大小根據線纜的數量選擇。

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

3.2.6 主開關及進線電纜的選擇

綜上所述，主開關根據電流大小選擇，選用微型斷路器或塑殼斷路器。整定電流不高于63 A時用微型斷路器，高于63 A時則可考慮采用塑殼斷路器。

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

3.2.7 配電箱箱體選擇

箱體尺寸是根據系統(tǒng)圖的配置回路來確定的，配電系統(tǒng)龐大，開關等元器件較多，則箱體也會很大。箱體分為動力箱、照明箱等。當塑殼開關電流值超200 A時選用小動力箱；設置10～20個微斷開關時采用照明箱。本項目的微斷開關數量為12個，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)設計

針對本項目智能化系統(tǒng)前端區(qū)域設備（比如報警探測器、監(jiān)控攝像機等）的供電需要，采用集中式UPS供電解決方案，UPS容量可根據下述方式配置。

4.1 UPS容量配置

上述計算負載容量應為機房內所有由UPS提供電源的負載功率之和，設備功率計算總計：Pjs=30 kW。配電箱的計算負載功率Pe=Pjs×Kc（Kc為同時系數）.考慮到監(jiān)控中心智能化設備較多且同時使用的可能性高，取同時系數為1，Pe=30 kW。

根據JGJ/G 16—2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》的要求，當為電子計算機供電時，UPS裝置的額定輸出功率應大于計算機各設備額定功率總和的1.2倍，因此UPS額定輸出功率按1.2倍最大計算負荷計，即Pu=30×1.2=36 kW。考慮到UPS輸出時有一定的損耗，功率因數為0.6～0.8，裝機容量P=Pu/cosφ=36/0.8=45 kW（功率因數cosφ一般取0.8），因此配置了1臺三進三出40 kVA UPS主機。

4.2 蓄電池選配

根據公安部相關標準的要求，視頻系統(tǒng)所配電源需保證系統(tǒng)在市電斷電后1 h內能夠正常運轉。該項目根據業(yè)主要求備用時間不應低于2 h。

首先計算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.由以上參數可計算得出電池放電電流為185.18 A。根據某廠家的產品規(guī)格型號，選擇100AH×87節(jié)、備用時間為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。結合中心機房的空間大小和采購費用2方面因素考慮，最終選用方案二。

5 結束語

綜上所述，UPS作為智能建筑弱電機房的重要設備，其對與智能化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有著關鍵的影響。因此，我們需要有科學、合理的設計思路，以此為基礎認真做好UPS各項要點的配電設計工作，從而為智能建筑中的供電穩(wěn)定帶來有效的幫助。

參考文獻

[1]黃群驥.談機房供配電系統(tǒng)的安全可靠性[J].智能建筑，2013（08）.

[2]姜夙.淺談某數據機房的供配電系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代建筑電氣，2013（S1）.

〔編輯：劉曉芳〕