智能大廈弱電系統配電模式初探 - 網易電氣,電力電氣,電子通信,電氣自動化,照明燈具,電氣...
近年來,建築智能化技術發展很快,尤其是網路通訊技術發展突飛猛進。現在很多高層建築競相引進各種弱電集成系統以提高大廈智能化管理水平,實現建築設備管理自動化(BA),通訊自動化(C A),辦公自動化(0A)。這是現代高層建築發展的趨勢,但在目前的操作實現過程中,還存在許多問題有待於完善和解決。比如:現在許多高層建築中,各弱電子系統的核心一機房配電及布線的設計和施工就存在許多問題:最新國標圖集《智能建築弱電工程設計施工圖集》(圖集號97X700)和《建築電氣安裝工程圖集》(第4集)等,除了對消防、保安監控、電話站房、電子設備間等的配電和布線作了較詳細的標準做法闡述外,對其它諸如計算機機房、樓控設備機房和閉路電視機房等的配電和布線標準做法闡述不盡詳細和全面,部分做法描述過於模糊。近幾年出版的一些智能建築設計技術手冊(如華東建築設計研究院,東北建築設計研究院等編寫的)和建築弱電設計工程技術手冊(如劉國林、梁華、陳一才等編著的)等也均未對這一問題作詳細和深入的探討。現行的《民用建築電氣設計規範》(JGJ/T16一92)對這一問題的規定也不夠詳細和明確。所以,現在大多數建築設計院、專業弱電設計安裝公司對弱電機房的設計都較為粗略,出圖大多類似原理模式圖而不是施工圖。目前具備強、弱電各系統安裝技術水平和能力的施工安裝公司非常少,而且由一家電氣安裝公司承接智能大廈的所有強、弱電設備系統安裝是不可能也不現實的。即便是弱電系統集成也不可能由任何一家安裝公司單獨完成,因為弱電設備種類很多,各產品安裝公司都有各自的產品優勢和技術優勢,智能大廈建設方在綜合考慮質量、價格和售後服務等因素後必然將弱電系統集成工程按系統功能劃分,分成若干弱電子系統項目:大的弱電安裝公司可承包整個樓宇控制自動化系統工程項目,如:美國Honeywell(霍尼威爾)Johnson(江森),英國Satchwell(薩切維爾)等在中國的代理安裝公司;小的弱電安裝公司可承包到閉路電視監控,電子防盜等項目,這樣的安裝公司舉不勝舉。這樣就造成了在實際智能大廈弱電系統集成過程中,強電安裝公司、各弱電子系統安裝公司各行其責,相對獨立地進行設備和管線安裝的現狀,而各設備系統之間因缺乏技術安全規範約束,相互配合、協調做得不好(有關建管監督部門因此管理不力)。所以筆者參觀和調研的一些智能大廈的弱電設備機房幾乎無一例外地存在著:不同電壓等級、頻率的信號線在機房內交叉排布和在設備背面介面處相互穿繞,電源配置不合理,電氣火災、漏電和信號相互干擾等隱患;系統運行可靠性差,機房設備維護和管理不便等問題。
為此,筆者提出了智能大廈弱電機房的綜合化配電和布線模式問題。智能大廈弱電機房按性質和功能大致可分為:計算機機房、樓控設備管理機房、程式控制交換機房、消防報警和控制機房、閉路電視機房和保安監控機房等。考慮到上述各弱電機房基本上都有計算機設備,本文著重對有計算機設備的機房進行探討,以供同行及專家參考。
1 電源弱電機房設備屬於一級負荷,應採用兩條專用幹線尋|進兩路獨立電源在末端互技。對用電容量較小的可就近從一級照明負荷幹線弓|進電源,當電源故障率高時,可考慮在機房附近設置自備發電機或增加蓄電池容量。計算機設備對電源要求質量較高,不僅要求採用不間斷供電系統,而且要求電源電壓波動在±10%以內才能正常工作。一些網路數據傳輸設備甚至要求電源電壓波動在±5%以內。而智能大廈弱電系統集成過程一般處於大廈竣工精裝修階段,各類建築設備使用頻繁,電源電壓很難滿足上述要求。智能大廈技人使用後,在上下班時間段內,供電系統電源電壓也經常超出土10%波動範圍。大量實測資料可以說明這一點。所以,在設計選取不間斷供電電源(UPS)時:
(1)應使其輸出功率大於用電設備額定功率之和的1.3～1.5倍,額定放電時間應為10～30分鐘。
(2)應滿足抗電壓波動指標,否則應在UPS電源前設置電源穩壓器。
(3)用電設備中整流器負荷較大時,在UPS電源前配電迴路上設置諧波吸收器來吸收高次諧波,使輸出電壓,總波形的失真度不超過5%(單相輸出允許10％),電網質量較差的地區應在UPS電源裝置前設置頻率偏差保護器。
(4)根據用電設備對供電可靠性和連續性的要求,選取UPS電源工作方式:單一式、並聯式、冗餘式和並聯冗餘式。其旁路電源應滿足負荷容量和特性要求。旁路上設置濾波器,自備發電機不作旁路電源直供負荷。
設計單位和施工安裝公司必須像設計安裝配電房時充分了解掌握供電對象和環境資料一樣充分搜集弱電機房設備和系統資料才能做好電源設計和布置,從而合理滿足弱電機房用電需要。弱電機房應設單獨電源管理間,用防火牆與弱電設備隔離,避免電源管理間雜訊、蓄電池酸鹼液滲漏和電氣火災等事故傳播到弱電設備機房內。弱電設備機房與電源管理間設單扇朝電源管理間方向開啟的連通門,可考慮在弱電設備機房與電源管理間之間設置玻璃觀察視窗。電源管理間應做水泥地面,為防潮防濕可砌0.3～0.5m高水泥平台擱置UPS電源。對於發送和接收數據信號任務繁重,網路伺服器較多的計算機機房和樓控設備管理機房,應考慮選取智能UPS電源,要求其將因主電源故障、自身充電故障或其它原因等使其蓄電能力不足,不能正常供電這一情況發送給上述機房系統監控主機,系統監控主機應具備相應硬體介面和電源監控處理軟體,對系統內各數據處理機和伺服器等進行順序設置,強制存儲各自當前數據信息、備份文件、進入睡眠狀態和執行關機操作等,避免數據傳送紊亂和計算機控制系統誤操作等。智能UPS電源故障排除、恢復供電後,應發送信號給系統監控主機,使其重新啟動,由它激活和重啟系統各數據處理機和伺服器等動態實時工作設備。
2 接地弱電機房電氣接地有三種:(1)直流地(包括邏輯量及模擬量信號系統的接地)(2)交流工作地(3)安全保護地。以上三種接地的接地電阻值均要求不大於4Ω對於智能大廈,可靠而又經濟可行的接地方法是採用共同接地方式,和防雷接地共用一組接地裝置,採用TN一S接地系統。交流工作地和安全保護地分別取自電源供電線上的N線和PE線。智能大廈統一接地體的電阻一般都小於1Ω,筆者考察和調研過北京、上海、重慶、深圳和海南的一些高層建築項目,它們的統一接地電阻大都為0.2～0.5Ω,某些高層建築個別測試點接地電阻值最大不過0.8Ω。當然,統一接地電阻不應大於1Ω的要求是一個最低限值,在具體工程中應越小越好,如達不到要求應增加接地體數量或採取人工降阻措施來滿足實測要求(宜選用高效率且對接地體無較大腐蝕的降阻劑)。這裡略作強調的是:引進弱電機房UPS電源管理間的兩路電源時,主電源採用三相五芯(3L+N+PE)絕緣防火電纜,備用電源採用蘭相四芯(3L+N)絕緣防火電纜。用主電源電纜PE線在電源管理問互投切換箱內作輔助等電位接地端子排。需要做直流地的弱電機房(如程式控制交換機房和計算機網路設備機房等)應鄰設於計算機機房,電源交流工作地和安全保護地取自計算機機房電源管理間,單獨從大廈變配電房總等電位接地母排尋|上兩根截面積不小於16mm2的絕緣防火電纜(如:單芯16mm2、三芯6mm2和四芯4mm2等),在有直流接地的弱電機房設專用金屬接線箱匯接它們,做直流接地端子排供直流地設備端接使用。大廈變配電房總等電位接地母排應設避雷器、放電間隙或浪涌電壓抑止器等保護裝置,以防雷擊時接地裝置電位升高,通過接地線反擊電氣設備,引起直流地電位較大波動而導致電子設備工作失常。
弱電機房內防靜電活動地板距地面0.3m高。沿機房四邊牆線用20x4mm扁鋼或中6mm鋼筋將活動地板金屬支撐管腳做多點重複接地焊接,在近電源管理間一側用6mm2以上的銅芯絕緣線穿鋼管或PVC管接人電源管理間內的輔助等電位接地母排,使弱電機房地板面既成為安全可靠的等電位平面,又屏蔽保護了地板下各種信號線路免受電磁干擾,還隔離了地板上、下不同電壓和頻率信號線路間的相互干擾。
3 配電和布線弱電機房電源管理間電源進線注意採取防雷擊措施,不宜使用鎧裝電纜,否則將電纜的金屬外皮與接地裝置連接。從大廈外引入的鎧裝信號電纜和屏蔽信號線進入弱電機房前應注意採取防雷擊措施,避免沿建築外牆或靠近防雷引下線敷設,以免遭受雷擊,以及避免在雷擊建築物時,受到防雷裝置引來的高頻電磁干擾。上述線纜進入弱電機房後,應設金屬接線箱(盒)在其內將線纜金屬(屏蔽)外皮接連避雷器或浪涌電壓抑止器,然後與弱電機房輔助等電位接地母排用截面積不小於6mm2銅芯絕緣線連通,穿鋼管保護敷設。這樣做還可以抑制上述線纜在傳輸路途上接收到的其它鄰近干擾源產生的高頻電磁干擾信號,從而有效可靠地保證信號傳輸的質量。從弱電機房弓|出的信號線路應用金屬線槽沿牆並在吊頂內敷設,避免與其它電氣管路平行緊貼敷設。盡量避開空調、消防、暖氣和給排水等管道,與它們的間距大於0.3m。
弱電機房UPS電源出線接設金屬配電箱,底邊距地1.4m暗裝,若有困難亦可掛牆明裝,根據弱電機房內設備負荷容量和分布情況分設單、三相迴路,用小型真空斷路器如C45N、DZ47等線路保護開關,箱內設置輔助等電位接地母排。對於蘭相輸出的負荷不平衡度,最大一相和最小一相負載的基波均方根電流之差,不應超過UPS電源額定電流的25%,而且最大線電流不超過額定值。弱電機房照明負荷和空調負荷不由UPS電源供電,應由電源、管理間互投切換箱設置照明供電迴路和額定功率,總和小於2kW的風機盤管或分體空調機配電迴路供電。在機房出入口附近牆面方便位置暗裝照明開關箱或開關面板,空調插座設置在機房活動吊頂內牆面上或距地1.8m的牆面上,額定功率總和大於2kW的空調負荷應由弱電機房所在樓層附近的動力或照明配電箱配電,照明負荷和空調負荷線路均沿吊頂內或牆面敷設,避免在弱電機房內活動地板下穿越。另由該互技切換箱配置電源管理間內的單相檢修電源迴路,在電源管理間各牆面距地0.3m設置檢修電源插座,禁止使用2kW以上大功率電感性電動工具,確需使用這類工具以及三相檢修設備,應使用施工移動式配電盤從弱電機房所在樓層附近的動力或照明配電箱接取電源。弱電機房設備桌、機櫃和配線架三種方式布置。
這裡以電源管理間在機房右側為例,其它情況可類似處理。如圖2所示,從UPS電源配電箱尋|出的配電線路穿薄皮鋼管或阻燃PVC管從弱電機房活動地板下敷設至各排設備桌、機櫃和配線架的背面,從帶穿線孔的活動地板(可選購或定製這類活動地板,穿線孔一般為φ20～φ32mm)引上穿管保護接進金屬導軌式插座線槽、機櫃或配線架。金屬導軌式插座線槽用螺栓固定安裝在設備桌背面距活動地板0.1～0.3m為宜。一般電源插接件設備自帶電源線為1.0～2.0m,而設備桌高度一般在1.0m以下,完全可滿足電源插接距離要求,這裡需作說明的是設備桌上設備一般為單相負荷J若有三相設備應為落地擺放,設專線迴路用地面插座盒(接線盒)配電。金屬導軌式插座線槽內卡裝模數化電源插座,未卡裝插座部位用金屬蓋板(每塊0.2m長為宜)卡扣,起到安全保護和電磁屏蔽的作用。模數化電源插座分端接件和中聯件兩種。
這種插座的插座孔(如圖3所示,正面)對二、三極外接設備插頭兼容通用,根據需要還可作附帶開關或防護罩,可方便擴展和拆裝,卡裝在金屬導軌式插座線槽內牢固、可靠和安全,並按設備桌上設備位置和數量分組配置模數化電源插座,組間用與供電電源線同型號的線連接,盡量使設備桌上的設備電源插頭線垂直跨越桌邊接進模數化電源插座,使設備桌背面電源接線整齊、安全、美觀且便於檢修。
信號線纜在活動地板下從機櫃、配線架至各設備應用金屬線槽沿設備桌或機房主平面內縱橫敷設,從設備桌背面的活動地板穿線孔弓l上接進設備(注意不得與電源線路共用活動地板穿線孔,且間距大於0.1m)。信號線纜避免沿機房牆邊敷設以防與強電線管交叉等。桌上設備之間的信號連線是短線的(長度小於3m)沿設備背部桌面明敷,但不得懸吊在設備桌背側空中;是長線的(長度大於3m)應從活動地板穿線孔翻下(上)穿薄皮鋼管在活動地板下敷設。
上述做法較科學地保證了弱電機房供電的可靠和安全,各種不同電壓和頻率的信號線纜敷設安全、相互隔離度好、整齊、美觀並方便維護管理。
4 防擾機櫃的設計構想弱電機房的機櫃、單側有源配線架(單面設接線排,櫃內上部設擱板放置有源設備如路由器和集線器等)合理布線才能保證電氣安全、相互隔離度好和維護檢修方便。目前大多數成品機櫃和單側有源配線架存在電氣隱患:強、弱電線路在機櫃背面交叉嚴重,機櫃內配電沒有統一規範標準。目前做法大多是利用機櫃背面、底部或上部空餘地方任意擺放保護開關和電源插線板,有的甚至把電源插線板懸吊在空中(有時對機櫃進行操作管理時也會無意地造成這種情況),這樣很容易導致接觸不良或漏電使設備發生掉電故障,甚至尋|起電氣火災。為此,筆者進行了防擾機櫃設計構想(即改造目前具有上述問題的成品機櫃和配線架):首先從外形上,應設計機櫃寬度大於0.5m,使機櫃能橫跨活動地板的兩根支撐橫擔(活動地板塊一般為0.4x 0.4m2和0.5x 0.5m2正方形板),從而保證支撐牢靠,下進出線穿越活動地板方便。機櫃高度不大於2m,以便於操作和維護。進深寬度可按最大內置設備進深寬度+0.3m設計。機櫃底部支撐腳採用滑輪使機櫃成為可移動式的,這樣便於安裝調整和檢修,面門設計為單扇拉開式,門面為有機玻璃鑲嵌金屬邊框以便於觀察和監護。其次,在機櫃內頂部或側面安裝1~4個嵌入式冷卻排氣扇(功率在100W以下),從而保證機櫃內溫升符合電氣使用標準,使內置設備不受電熱影響保持正常工作。第三,按內置設備數量和大小設計分層擱板,按進出線對數量和種類設計接線端子排、過線架和分線器等。一般設計機柜上部擺放有源設備,下部做配線架和進出線纜介面。在機柜上部有源設備的背側安裝金屬隔板,由機櫃頂部至最下層有源設備,金屬隔板將機櫃分為前後兩部分,在有源設備的電源介面處開孔(孔徑以φ40～φ60為宜),弱電信號線纜、線對、各類跳線及設備間的信號連線在金屬隔板前敷設。有源設備電源線穿孔後在金屬隔板後面敷設。在金屬隔板後側壁上安裝金屬導軌式插座線槽和模數化電源插座供單相設備(包括櫃內冷卻風扇)插接。線槽未卡裝插座部位用金屬蓋板卡扣好。在金屬隔板後側壁上安裝三相五極(兼容插接四極)插座或三相保護開關供三相設備插接或端接,機櫃背門採用單扇外開式金屬門。對機櫃外殼及金屬構件進行噴漆處理,以防脫漆和生鏽。
5 結束語
隨著智能大廈的迅速發展,弱電系統多元化及其集成技術均給現有的電氣系統和技術模式帶來了許多新的問題和課題。本文根據當前智能建築設計和安裝中存在的一些問題,提出弱電機房綜合化配電模式以及防擾機櫃的設計構想。力求解決電源配置、交直流隔離、接地和信號線防擾等問題,從而優化弱電機房的布置和配線,保障供電可靠、用電安全和各種信號線傳輸質量,消除失電、漏電、交擾及火災隱患等。
參考文獻
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(作者單位:重慶建築大學)
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