UPS Distribution Design of Intelligent Center Room

Lai Shuiqin

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UPS Distribution Design of Intelligent Center Room

Lai Shuiqin

AbstractTaking the example of power supply and distribution system in Xiamen Supervision Building, the content and design method of UPS power distribution system in intelligent computer room are described, such as UPS host selection, battery configuration, protective switch and wire selection.

KeywordsUPS configuration， battery capacity matching, protective switch and wire selection

0引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，智能化系統(tǒng)已成為5A寫字樓設(shè)施配置中不可或缺的組成部分,可靠性和穩(wěn)定性已成為智能化系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵，尤其是智能化中心機(jī)房供電的可靠性。UPS電源是為保障不間斷供電而設(shè)置的，其電源箱輸入端一般由弱電專業(yè)提出具體設(shè)計(jì)要求、強(qiáng)電專業(yè)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但電源輸出端配電系統(tǒng)則需弱電專業(yè)設(shè)計(jì)。由于許多弱電專業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)電氣了解較少，在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中難免會(huì)出現(xiàn)一些問題。本文以廈門監(jiān)管大廈項(xiàng)目為背景，詳細(xì)闡述UPS電源輸出端配電系統(tǒng)的內(nèi)容及設(shè)計(jì)方法，如用電設(shè)備電氣負(fù)荷和輸出電流的計(jì)算、輸出保護(hù)開關(guān)和導(dǎo)線及配電箱體的選擇、配電回路的設(shè)置、UPS容量及外配電池組容量的確定等。

1項(xiàng)目需求分析

廈門監(jiān)管大廈項(xiàng)目位于廈門東海岸的會(huì)展中心北片區(qū)，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 166m2，建筑總高度為212.5m。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(kù)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(kù)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12V或24V，其余設(shè)備采用交流380/220V、50Hz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～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2h。

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、DC12V、AC24V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。

3UPS配電箱設(shè)計(jì)

3.1UPS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。

圖1　UPS配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

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)。監(jiān)管大廈智能化中心機(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250W)、1臺(tái)數(shù)字視頻矩陣主機(jī)(功率為200W)；1臺(tái)視頻監(jiān)控管理工作站(功率為300W)，則這臺(tái)機(jī)柜總負(fù)荷為10×250+200+300=3 000W。

3.2.2回路電流計(jì)算

智能化常用設(shè)備一般為單相供電，單相電流計(jì)算式為：

(1)

式中，I為單相回路計(jì)算電流，A；P為單相負(fù)荷容量，W；U為單相電壓(220V)，V；cosφ為功率因數(shù)，取0.85。按上述設(shè)備計(jì)算1臺(tái)機(jī)柜總負(fù)荷為3 000W,其單相計(jì)算電流為Ijs=3 000/220/0.85=16.04A。

智能化設(shè)備如采用三相供電，三相電流計(jì)算式為：

(2)

式中，I為三相回路計(jì)算電流，A；P為三相負(fù)荷容量，W；U為三相電壓(380V)，V；cosφ為功率因數(shù)，取0.85。根據(jù)本項(xiàng)目案例，配電箱計(jì)算容量為30kW，計(jì)算電流為Ijs=30 000/1.732/380/0.85=53.63 A。

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)整定電流值進(jìn)行選擇，即開關(guān)整定電流×0.8≥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16.04A，故選擇20A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/2P 20A vigiELE30mA(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。因監(jiān)管大廈屬于一類建筑，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20A，根據(jù)表1，導(dǎo)線載流量應(yīng)>開關(guān)整定電流值，故選擇截面積為4mm2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。

表1　開關(guān)整定電流與導(dǎo)線截面積對(duì)應(yīng)表

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≥2.0mm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≥1.5mm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，故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)量進(jìn)行選擇。

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0.3m墻面上，機(jī)房?jī)?nèi)靜電地板下有金屬線槽，所以機(jī)房?jī)?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)電流大小進(jìn)行選擇，選用微型斷路器或塑殼斷路器。整定電流不高于63A時(shí)用微型斷路器，大于63A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30kW，Ijs為53.63A，考慮降容系數(shù)0.8，則53.63/0.8=67.03A，計(jì)算主開關(guān)整定電流值63A，可選用微型斷路器C65N/3P 63A。根據(jù)表1進(jìn)行導(dǎo)線選擇，其進(jìn)線電纜截面積為25mm2。另根據(jù)規(guī)范要求，當(dāng)16mm2≤相線截面積≤35mm2時(shí)，PE線截面積為16mm2，故進(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200A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。

此外，選擇箱體時(shí)還應(yīng)考慮箱體的安裝環(huán)境、注明的防護(hù)等級(jí)等。本項(xiàng)目箱體安裝于智能化中心機(jī)房?jī)?nèi)，環(huán)境條件較好，故選用IP41；若安裝在地下室或室外等潮濕環(huán)境中，則需選用IP54或IP65防護(hù)等級(jí)較高的箱體。

3.2.8配電回路的設(shè)置及預(yù)留

配電回路的劃分應(yīng)首先對(duì)樓層的負(fù)荷進(jìn)行分析，如合用前室門禁需在發(fā)生火情時(shí)自動(dòng)打開，對(duì)其獨(dú)立配電并具備消防脫扣功能；如網(wǎng)絡(luò)光端機(jī)、視頻光端機(jī)屬于同類負(fù)荷，又都在弱電井內(nèi)，可以設(shè)單獨(dú)回路。

根據(jù)國(guó)家規(guī)范要求配電箱/柜配置的輸出供電回路應(yīng)預(yù)留 10%但不少于2路的備用量，該項(xiàng)目智能化中心UPS配電箱預(yù)留2個(gè)回路。

3.2.9配電系統(tǒng)圖

配電系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2　UPS配電系統(tǒng)圖

4UPS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(如報(bào)警探測(cè)器、監(jiān)控?cái)z像機(jī)等)的供電需要，要求采用集中式UPS供電解決方案，UPS容量可根據(jù)下述方式進(jìn)行配置。

4.1UPS容量配置

上文計(jì)算負(fù)載容量應(yīng)為機(jī)房?jī)?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=30kW。 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=30kW。

根據(jù)JGJ/G 16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求可知，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， 故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=36kW。考慮到UPS輸出時(shí)有一定的損耗，功率因數(shù)為0.6～0.8，因此裝機(jī)容量P=Pu/cosφ=36/0.8=45kW(功率因數(shù) cosφ一般取0.8),故配置了1臺(tái)三進(jìn)三出40kVA 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1h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2h。

5結(jié)束語

本文主要闡述UPS動(dòng)力配電箱輸出端配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容及方法等，望能為類似工程項(xiàng)目提供參考及幫助。若有不足之處，望各位同仁提出建議。

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智能化中心機(jī)房UPS配電設(shè)計(jì)

賴水琴

(廈門萬安智能有限公司，廈門 361001)

摘要以廈門監(jiān)管大廈系統(tǒng)供配電系統(tǒng)為工程背景，闡述了智能化機(jī)房UPS配電系統(tǒng)的內(nèi)容及設(shè)計(jì)方法，包括UPS主機(jī)的選擇、電池配置、保護(hù)開關(guān)及導(dǎo)線的選擇。

關(guān)鍵詞UPS配置蓄電池容量選配保護(hù)開關(guān)及導(dǎo)線選擇