智能建筑弱电机房UPS配电设计

王伟

摘 要：主要针对智能建筑弱电机房UPS的配电设计展开了探讨，通过结合具体的工程实例，系统分析了设计的思路，并对UPS配电箱的设计和UPS容量配置及蓄电池选配系统的设计作了深入的阐述，以期能为有关方面提供有益的参考和借鉴。

关键词：智能建筑；弱电机房；UPS；配电设计

中图分类号：TU85 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.104

所谓的“UPS”，即不间断电源，是将蓄电池与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。在智能建筑的弱电机房中，UPS的应用将会对智能化系统的运行起到关键的作用。因此，我们必须要做好UPS配电设计，以保障智能建筑中智能化系统的稳定供电。

1 项目需求分析

某大厦项目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108 166 m2，建筑总高度为212.5 m。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12 V或24 V，其余设备采用交流380/220 V、50 Hz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层至地上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2 h。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、DC12 V、AC24 V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。

3 UPS配电箱设计

3.1 UPS输出端配电系统结构

UPS输出端配电系统结构如图1所示。

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。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250 W），1台数字视频矩阵主机（功率为200 W），1台视频监控管理工作站（功率为300 W），则这台机柜总负荷为：10×250+200+300=3 000 W。

3.2.2 回路电流计算

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选择，即开关整定电流×0.8大于等于导线实际电流。因配电箱開关密集排列，需考虑降容系数，一般取值0.8.由于本案中单相电流为16.04 A，因此选择20 A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/2P20AvigiELE30 mA（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20 A，根据表1，导线载流量应大于开关整定电流值，因此选择截面积为4 mm2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。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，应采用管壁厚度大于等于2.0 mm的钢导管；明敷或暗敷于干燥场所或埋地敷设的金属导管，宜采用管壁厚度大于等于1.5 mm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，因此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0.3 m的墙面上，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选择，选用微型断路器或塑壳断路器。整定电流不高于63 A时用微型断路器，高于63 A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30 kW，Ijs为53.63 A，考虑降容系数0.8，则53.63/0.8=67.03 A，计算主开关整定电流值63 A，可选用微型断路器C65N/3P63A。根据表1选择导线，其进线电缆截面积为25 mm2。另根据规范要求，当相线截面积大于等于16 mm2，同时小于等于35 mm2时，PE线截面积为16 mm2，因此进线电缆选用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200 A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。

4 UPS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（比如报警探测器、监控摄像机等）的供电需要，采用集中式UPS供电解决方案，UPS容量可根据下述方式配置。

4.1 UPS容量配置

上述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=30 kW。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=30 kW。

根据JGJ/G 16—2008《民用建筑电气设计规范》的要求，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，因此UPS额定输出功率按1.2倍最大计算负荷计，即Pu=30×1.2=36 kW。考虑到UPS输出时有一定的损耗，功率因数为0.6～0.8，装机容量P=Pu/cosφ=36/0.8=45 kW（功率因数cosφ一般取0.8），因此配置了1台三进三出40 kVA 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1 h内能够正常运转。该项目根据业主要求备用时间不应低于2 h。

首先計算2 h电池所需的放电电流，放电电流= （UPS满载状态下）.其中，UPS输出功率因数取值0.8，UPS额定直流输入电压为384 VDC，电池放电效率取值0.9.由以上参数可计算得出电池放电电流为185.18 A。根据某厂家的产品规格型号，选择100AH×87节、备用时间为2.5 h即可满足业主要求。电池箱的配置有2种选择方案：方案一：如果16节/每柜，则需6只柜；方案二：如果32节/每柜，则需3只柜。结合中心机房的空间大小和采购费用2方面因素考虑，最终选用方案二。

5 结束语

综上所述，UPS作为智能建筑弱电机房的重要设备，其对与智能化系统的稳定运行有着关键的影响。因此，我们需要有科学、合理的设计思路，以此为基础认真做好UPS各项要点的配电设计工作，从而为智能建筑中的供电稳定带来有效的帮助。

参考文献

[1]黄群骥.谈机房供配电系统的安全可靠性[J].智能建筑，2013（08）.

[2]姜夙.浅谈某数据机房的供配电系统设计[J].现代建筑电气，2013（S1）.

〔编辑：刘晓芳〕