UPS Distribution Design of Intelligent Center Room

Lai Shuiqin



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

随着经济的发展，智能化系统已成为5A写字楼设施配置中不可或缺的组成部分,可靠性和稳定性已成为智能化系统运行的关键，尤其是智能化中心机房供电的可靠性。UPS电源是为保障不间断供电而设置的，其电源箱输入端一般由弱电专业提出具体设计要求、强电专业进行设计，但电源输出端配电系统则需弱电专业设计。由于许多弱电专业设计人员对电气了解较少，在工程项目设计中难免会出现一些问题。本文以厦门监管大厦项目为背景，详细阐述UPS电源输出端配电系统的内容及设计方法，如用电设备电气负荷和输出电流的计算、输出保护开关和导线及配电箱体的选择、配电回路的设置、UPS容量及外配电池组容量的确定等。

1项目需求分析

厦门监管大厦项目位于厦门东海岸的会展中心北片区，为一类超高层商务办公综合楼，地上49层，地下3层,总建筑面积约108 166m2，建筑总高度为212.5m。智能化监控中心机房设在首层消防控制室内。

本项目智能化系统由视频安防监控、入侵报警、出入口门禁管理、电子巡查、访客对讲、五方通话、停车库管理、车位引导、综合布线、信息网络、有线电视及卫星接收、智能卡应用、综合防雷接地13个子系统组成，包括以下供电要求：

1)安防系统中的视频安防监控、入侵报警、出入口门禁管理、电子巡查、访客对讲、五方通话等子系统的前端及中心设备采用监控中心UPS配电箱集中供电。

2)停车库管理系统、车位引导系统、综合布线系统、信息网络系统、有线电视及卫星接收系统、智能卡应用系统采用本地普通市电供电。

3)视频安防监控系统中的摄像机、入侵报警系统前端探测器、门禁系统的门禁控制器等设备的供电电压为12V或24V，其余设备采用交流380/220V、50Hz供电。

2设计思路

结合业主需求和本项目楼层高的特点，在进行智能化系统供电设计时提出了以下设计要求：

1)整个项目分成3个区域。智能化中心机房为一个供电区域；地下3层～地上16层划分为低区，为一个供电区域；17～49层划分成高区，为一个供电区域。每个区域分别配置一台UPS电源。

2)每个区域根据负载容量配置相应规格的UPS主机及后备电池，后备时间为2h。

3)每个供电区域设置智能化系统电源配电箱，该配电箱内置配电空开、DC12V、AC24V电源变压器等设备，实现对主干交流电源的变压操作及楼层配电管理。

接下来以智能化中心机房为例，详细阐述智能化电源配电箱的设计过程。

3UPS配电箱设计

3.1UPS输出端配电系统结构

UPS输出端配电系统结构如图1所示。

图1　UPS配电系统结构示意图

3.2配电系统设计的具体内容

配电系统设计的具体内容主要有：用电设备电气负荷和电流计算、保护开关及导线选择、保护管及敷设方式选择、主开关及进线电缆设计、配电箱箱体选择、配电回路的设置及预留等。

3.2.1负荷计算

设备电气负荷的计算一般从末端用电设备开始统计。监管大厦智能化中心机房中的设备主要有：16路数字硬盘录像机、数字视频矩阵主机、管理服务器、视频光端机、报警探头及报警器、报警输入/出模块等。在布置机房设备时，根据设备尺寸及用电负荷要求将设备分别安装在6个机柜内。以1台机柜为1个回路，假设里面有10台数字硬盘录像机(每台功率为250W)、1台数字视频矩阵主机(功率为200W)；1台视频监控管理工作站(功率为300W)，则这台机柜总负荷为10×250+200+300=3 000W。

3.2.2回路电流计算

智能化常用设备一般为单相供电，单相电流计算式为：

(1)

式中，I为单相回路计算电流，A；P为单相负荷容量，W；U为单相电压(220V)，V；cosφ为功率因数，取0.85。按上述设备计算1台机柜总负荷为3 000W,其单相计算电流为Ijs=3 000/220/0.85=16.04A。

智能化设备如采用三相供电，三相电流计算式为：

(2)

式中，I为三相回路计算电流，A；P为三相负荷容量，W；U为三相电压(380V)，V；cosφ为功率因数，取0.85。根据本项目案例，配电箱计算容量为30kW，计算电流为Ijs=30 000/1.732/380/0.85=53.63 A。

3.2.3输出回路保护开关选择

微型断路器俗称保护开关，一般用于末端配电箱输出回路保护。保护开关需要根据开关整定电流值进行选择，即开关整定电流×0.8≥导线实际电流。因配电箱开关密集排列，需考虑降容系数，一般取值0.8。由于本案中单相电流为16.04A，故选择20A开关即可。

根据相关规范要求，一般插座回路选用开关要带漏电保护器。漏电保护器有电子式和电磁式，结合价格因素考虑，该项目选用施耐德型号C65N系列产品电子式漏电保护器的C65N开关，即C65N/2P 20A vigiELE30mA(单相)，不带漏电保护器的回路则为C65N/1P(单相)、C65N/3P(三相)。

3.2.4输出回路导线选择

在实际工程应用中，回路距离较近的一般采用BV导线，距离较远的需要经桥架或金属线槽敷设，可选用VV电缆。因监管大厦属于一类建筑，根据规范要求，应采用阻燃型导线和电缆，以ZR-BV-，ZR-VV-表示。本项目中开关整定电流为20A，根据表1，导线载流量应>开关整定电流值，故选择截面积为4mm2的导线，以ZR-BV-3×4.0表示，弱电竖井楼层管理间选用ZR-VV-3×4.0电缆。

表1　开关整定电流与导线截面积对应表

3.2.5保护管选择及敷设方式

根据规范要求，明敷于潮湿场所或埋地敷设的金属导管，应采用管壁厚度≥2.0mm的钢导管；明敷或暗敷于干燥场所或埋地敷设的金属导管，宜采用管壁厚度≥1.5mm的电线管。由于该项目靠近海边，地下室和弱电竖井内相对潮湿，故明敷管采用镀锌钢管SC，底层预埋和标准层吊顶内敷设采用薄壁扣压式钢管KBG。管径的大小根据线缆的数量进行选择。

常用的管道敷设方式有沿地板暗敷(FC)、沿墙暗敷(WC)、沿墙明敷(WE)、沿顶板暗敷(CC)、沿顶板明敷(CE)、在吊顶内敷设(AC)等。由于电源插座安装在下沿距地0.3m墙面上，机房内静电地板下有金属线槽，所以机房内管线是敷设于静电板下的金属线槽内，由智能化中心机房引出至弱电竖井，在吊顶内可用桥架敷设或钢管敷设，在弱电竖井内穿镀锌钢管沿墙明敷。

3.2.6主开关及进线电缆的选择

综上所述，主开关根据电流大小进行选择，选用微型断路器或塑壳断路器。整定电流不高于63A时用微型断路器，大于63A时则可考虑采用塑壳断路器。

根据3.2.2回路电流计算方法，配电箱Pjs为30kW，Ijs为53.63A，考虑降容系数0.8，则53.63/0.8=67.03A，计算主开关整定电流值63A，可选用微型断路器C65N/3P 63A。根据表1进行导线选择，其进线电缆截面积为25mm2。另根据规范要求，当16mm2≤相线截面积≤35mm2时，PE线截面积为16mm2，故进线电缆选用ZR-VV-4×25+1×16。

3.2.7配电箱箱体选择

箱体尺寸是根据系统图的配置回路来确定的，配电系统庞大，开关等元器件较多，则箱体也会很大。箱体分为动力箱、照明箱等，当塑壳开关电流值超200A时选用小动力箱；设置10～20个微断开关时采用照明箱。本项目的微断开关数量为12个，选用照明箱体，嵌入式安装。

此外，选择箱体时还应考虑箱体的安装环境、注明的防护等级等。本项目箱体安装于智能化中心机房内，环境条件较好，故选用IP41；若安装在地下室或室外等潮湿环境中，则需选用IP54或IP65防护等级较高的箱体。

3.2.8配电回路的设置及预留

配电回路的划分应首先对楼层的负荷进行分析，如合用前室门禁需在发生火情时自动打开，对其独立配电并具备消防脱扣功能；如网络光端机、视频光端机属于同类负荷，又都在弱电井内，可以设单独回路。

根据国家规范要求配电箱/柜配置的输出供电回路应预留 10%但不少于2路的备用量，该项目智能化中心UPS配电箱预留2个回路。

3.2.9配电系统图

配电系统图如图2所示。

图2　UPS配电系统图

4UPS容量配置及蓄电池选配系统设计

针对本项目智能化系统前端区域设备(如报警探测器、监控摄像机等)的供电需要，要求采用集中式UPS供电解决方案，UPS容量可根据下述方式进行配置。

4.1UPS容量配置

上文计算负载容量应为机房内所有由UPS提供电源的负载功率之和，设备功率计算总计：Pjs=30kW。 配电箱的计算负载功率Pe=Pjs×Kc(Kc为同时系数)，考虑到监控中心智能化设备较多且同时使用的可能性高,取同时系数为1,Pe=30kW。

根据JGJ/G 16-2008《民用建筑电气设计规范》的要求可知，当为电子计算机供电时，UPS装置的额定输出功率应大于计算机各设备额定功率总和的1.2倍， 故UPS额定输出功率按1.2倍最大计算负荷计，即Pu=30×1.2=36kW。考虑到UPS输出时有一定的损耗，功率因数为0.6～0.8，因此装机容量P=Pu/cosφ=36/0.8=45kW(功率因数 cosφ一般取0.8),故配置了1台三进三出40kVA UPS 主机。

4.2蓄电池选配

根据公安部相关标准的要求，视频系统所配电源需保证系统在市电断电后1h内能够正常运转，该项目根据业主要求备用时间不应低于2h。

5结束语

本文主要阐述UPS动力配电箱输出端配电系统的设计内容及方法等，望能为类似工程项目提供参考及帮助。若有不足之处，望各位同仁提出建议。

参考文献

[1]GB 50348-2004 安全防范工程技术规范[S].北京：中国计划出版社，2005.

[2]GB/T 50314-2015 智能建筑设计标准[S].北京：中国计划出版社，2016.

[3]GB/T 15408-2011 安全防范系统供电技术要求[S].北京：中国质检出版社，2011.

[4]JGJ 16-2008 民用建筑电气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[5]卢庆新.智能建筑弱电机房UPS配电设计[D].浙江大学建筑设计研究院，2006.

智能化中心机房UPS配电设计

赖水琴

(厦门万安智能有限公司，厦门 361001)

摘要以厦门监管大厦系统供配电系统为工程背景，阐述了智能化机房UPS配电系统的内容及设计方法，包括UPS主机的选择、电池配置、保护开关及导线的选择。

关键词UPS配置蓄电池容量选配保护开关及导线选择