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)濟的發(fā)展，智能化系統(tǒng)已成為5A寫字樓設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)運行的關鍵，尤其是智能化中心機房供電的可靠性。UPS電源是為保障不間斷供電而設置的，其電源箱輸入端一般由弱電專業(yè)提出具體設計要求、強電專業(yè)進行設計，但電源輸出端配電系統(tǒng)則需弱電專業(yè)設計。由于許多弱電專業(yè)設計人員對電氣了解較少，在工程項目設計中難免會出現(xiàn)一些問題。本文以廈門監(jiān)管大廈項目為背景，詳細闡述UPS電源輸出端配電系統(tǒng)的內(nèi)容及設計方法，如用電設備電氣負荷和輸出電流的計算、輸出保護開關和導線及配電箱體的選擇、配電回路的設置、UPS容量及外配電池組容量的確定等。

1項目需求分析

廈門監(jiān)管大廈項目位于廈門東海岸的會展中心北片區(qū)，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 166m2，建筑總高度為212.5m。智能化監(jiān)控中心機房設在首層消防控制室內(nèi)。

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(wǎng)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(wǎng)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12V或24V，其余設備采用交流380/220V、50Hz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～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(jù)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2h。

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(nèi)置配電空開、DC12V、AC24V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。

3UPS配電箱設計

3.1UPS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。

圖1　UPS配電系統(tǒng)結構示意圖

3.2配電系統(tǒng)設計的具體內(nèi)容

配電系統(tǒng)設計的具體內(nèi)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。監(jiān)管大廈智能化中心機房中的設備主要有：16路數(shù)字硬盤錄像機、數(shù)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(jù)設備尺寸及用電負荷要求將設備分別安裝在6個機柜內(nèi)。以1臺機柜為1個回路，假設里面有10臺數(shù)字硬盤錄像機(每臺功率為250W)、1臺數(shù)字視頻矩陣主機(功率為200W)；1臺視頻監(jiān)控管理工作站(功率為300W)，則這臺機柜總負荷為10×250+200+300=3 000W。

3.2.2回路電流計算

智能化常用設備一般為單相供電，單相電流計算式為：

(1)

式中，I為單相回路計算電流，A；P為單相負荷容量，W；U為單相電壓(220V)，V；cosφ為功率因數(shù)，取0.85。按上述設備計算1臺機柜總負荷為3 000W,其單相計算電流為Ijs=3 000/220/0.85=16.04A。

智能化設備如采用三相供電，三相電流計算式為：

(2)

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

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(jù)開關整定電流值進行選擇，即開關整定電流×0.8≥導線實際電流。因配電箱開關密集排列，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開關即可。

根據(jù)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(chǎn)品電子式漏電保護器的C65N開關，即C65N/2P 20A vigiELE30mA(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(jīng)橋架或金屬線槽敷設，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20A，根據(jù)表1，導線載流量應>開關整定電流值，故選擇截面積為4mm2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。

表1　開關整定電流與導線截面積對應表

3.2.5保護管選擇及敷設方式

根據(jù)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≥2.0mm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≥1.5mm的電線管。由于該項目靠近海邊，地下室和弱電豎井內(nèi)相對潮濕，故明敷管采用鍍鋅鋼管SC，底層預埋和標準層吊頂內(nèi)敷設采用薄壁扣壓式鋼管KBG。管徑的大小根據(jù)線纜的數(shù)量進行選擇。

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(nèi)敷設(AC)等。由于電源插座安裝在下沿距地0.3m墻面上，機房內(nèi)靜電地板下有金屬線槽，所以機房內(nèi)管線是敷設于靜電板下的金屬線槽內(nèi)，由智能化中心機房引出至弱電豎井，在吊頂內(nèi)可用橋架敷設或鋼管敷設，在弱電豎井內(nèi)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(jù)電流大小進行選擇，選用微型斷路器或塑殼斷路器。整定電流不高于63A時用微型斷路器，大于63A時則可考慮采用塑殼斷路器。

根據(jù)3.2.2回路電流計算方法，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，計算主開關整定電流值63A，可選用微型斷路器C65N/3P 63A。根據(jù)表1進行導線選擇，其進線電纜截面積為25mm2。另根據(jù)規(guī)范要求，當16mm2≤相線截面積≤35mm2時，PE線截面積為16mm2，故進線電纜選用ZR-VV-4×25+1×16。

3.2.7配電箱箱體選擇

箱體尺寸是根據(jù)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200A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(shù)量為12個，選用照明箱體，嵌入式安裝。

此外，選擇箱體時還應考慮箱體的安裝環(huán)境、注明的防護等級等。本項目箱體安裝于智能化中心機房內(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防護等級較高的箱體。

3.2.8配電回路的設置及預留

配電回路的劃分應首先對樓層的負荷進行分析，如合用前室門禁需在發(fā)生火情時自動打開，對其獨立配電并具備消防脫扣功能；如網(wǎng)絡光端機、視頻光端機屬于同類負荷，又都在弱電井內(nèi)，可以設單獨回路。

根據(jù)國家規(guī)范要求配電箱/柜配置的輸出供電回路應預留 10%但不少于2路的備用量，該項目智能化中心UPS配電箱預留2個回路。

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)設計

針對本項目智能化系統(tǒng)前端區(qū)域設備(如報警探測器、監(jiān)控攝像機等)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)下述方式進行配置。

4.1UPS容量配置

上文計算負載容量應為機房內(nèi)所有由UPS提供電源的負載功率之和，設備功率計算總計：Pjs=30kW。 配電箱的計算負載功率Pe=Pjs×Kc(Kc為同時系數(shù))，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(shù)為1,Pe=30kW。

根據(jù)JGJ/G 16-2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》的要求可知，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， 故UPS額定輸出功率按1.2倍最大計算負荷計，即Pu=30×1.2=36kW?？紤]到UPS輸出時有一定的損耗，功率因數(shù)為0.6～0.8，因此裝機容量P=Pu/cosφ=36/0.8=45kW(功率因數(shù) cosφ一般取0.8),故配置了1臺三進三出40kVA UPS 主機。

4.2蓄電池選配

根據(jù)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1h內(nèi)能夠正常運轉，該項目根據(jù)業(yè)主要求備用時間不應低于2h。

5結束語

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

參考文獻

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[5]盧慶新.智能建筑弱電機房UPS配電設計[D].浙江大學建筑設計研究院，2006.

智能化中心機房UPS配電設計

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，闡述了智能化機房UPS配電系統(tǒng)的內(nèi)容及設計方法，包括UPS主機的選擇、電池配置、保護開關及導線的選擇。

關鍵詞UPS配置蓄電池容量選配保護開關及導線選擇