智能大廈弱電系統(tǒng)分析論文

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摘要：文章針對智能大廈內(nèi)各弱電子系統(tǒng)設(shè)計安裝時缺乏統(tǒng)一性造成的線路擁擠、信號互相干擾、運行可靠性差等問題進(jìn)行了分析,著重討論了電源及交直流隔離、接地和信號線防擾等問題,進(jìn)而提出弱電機(jī)房綜合化配電設(shè)計參考模式及其組合式可移動防擾,機(jī)柜的設(shè)計構(gòu)想。

關(guān)鍵詞：智能大廈樓宇控制自動化(BA)綜合化配電模式防擾機(jī)柜模數(shù)化電源插座

近年來,建筑智能化技術(shù)發(fā)展很快,尤其是網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)。現(xiàn)在很多高層建筑競相引進(jìn)各種弱電集成系統(tǒng)以提高大廈智能化管理水平,實現(xiàn)建筑設(shè)備管理自動化(BA),通訊自動化(CA),辦公自動化(0A)。這是現(xiàn)代高層建筑發(fā)展的趨勢,但在目前的操作實現(xiàn)過程中,還存在許多問題有待于完善和解決。比如:現(xiàn)在許多高層建筑中,各弱電子系統(tǒng)的核心一機(jī)房配電及布線的設(shè)計和施工就存在許多問題:最新國標(biāo)圖集《智能建筑弱電工程設(shè)計施工圖集》(圖集號97X700)和《建筑電氣安裝工程圖集》(第4集)等,除了對消防、保安監(jiān)控、電話站房、電子設(shè)備間等的配電和布線作了較詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)做法闡述外,對其它諸如計算機(jī)機(jī)房、樓控設(shè)備機(jī)房和閉路電視機(jī)房等的配電和布線標(biāo)準(zhǔn)做法闡述不盡詳細(xì)和全面,部分做法描述過于模糊。近幾年出版的一些智能建筑設(shè)計技術(shù)手冊(如華東建筑設(shè)計研究院,東北建筑設(shè)計研究院等編寫的)和建筑弱電設(shè)計工程技術(shù)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(xì)和深入的探討?，F(xiàn)行的《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》(JGJ/T16一92)對這一問題的規(guī)定也不夠詳細(xì)和明確。所以,現(xiàn)在大多數(shù)建筑設(shè)計院、專業(yè)弱電設(shè)計安裝公司對弱電機(jī)房的設(shè)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(qiáng)、弱電各系統(tǒng)安裝技術(shù)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(qiáng)、弱電設(shè)備系統(tǒng)安裝是不可能也不現(xiàn)實的。即便是弱電系統(tǒng)集成也不可能由任何一家安裝公司單獨完成,因為弱電設(shè)備種類很多,各產(chǎn)品安裝公司都有各自的產(chǎn)品優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢,智能大廈建設(shè)方在綜合考慮質(zhì)量、價格和售后服務(wù)等因素后必然將弱電系統(tǒng)集成工程按系統(tǒng)功能劃分,分成若干弱電子系統(tǒng)項目:大的弱電安裝公司可承包整個樓宇控制自動化系統(tǒng)工程項目,如:美國Honeywell(霍尼威爾)Johnson(江森),英國Satchwell(薩切維爾)等在中國的安裝公司;小的弱電安裝公司可承包到閉路電視監(jiān)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(tǒng)集成過程中,強(qiáng)電安裝公司、各弱電子系統(tǒng)安裝公司各行其責(zé),相對獨立地進(jìn)行設(shè)備和管線安裝的現(xiàn)狀,而各設(shè)備系統(tǒng)之間因缺乏技術(shù)安全規(guī)范約束,相互配合、協(xié)調(diào)做得不好(有關(guān)建管監(jiān)督部門因此管理不力)。所以筆者參觀和調(diào)研的一些智能大廈的弱電設(shè)備機(jī)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(jī)房內(nèi)交叉排布和在設(shè)備背面接口處相互穿繞,電源配置不合理,電氣火災(zāi)、漏電和信號相互干擾等隱患;系統(tǒng)運行可靠性差,機(jī)房設(shè)備維護(hù)和管理不便等問題。

為此,筆者提出了智能大廈弱電機(jī)房的綜合化配電和布線模式問題。智能大廈弱電機(jī)房按性質(zhì)和功能大致可分為:計算機(jī)機(jī)房、樓控設(shè)備管理機(jī)房、程控交換機(jī)房、消防報警和控制機(jī)房、閉路電視機(jī)房和保安監(jiān)控機(jī)房等?？紤]到上述各弱電機(jī)房基本上都有計算機(jī)設(shè)備,本文著重對有計算機(jī)設(shè)備的機(jī)房進(jìn)行探討,以供同行及專家參考。

1電源

弱電機(jī)房設(shè)備屬于一級負(fù)荷,應(yīng)采用兩條專用干線尋|進(jìn)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(fù)荷干線弓|進(jìn)電源,當(dāng)電源故障率高時,可考慮在機(jī)房附近設(shè)置自備發(fā)電機(jī)或增加蓄電池容量。計算機(jī)設(shè)備對電源要求質(zhì)量較高,不僅要求采用不間斷供電系統(tǒng),而且要求電源電壓波動在±10%以內(nèi)才能正常工作。一些網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備甚至要求電源電壓波動在±5%以內(nèi)。而智能大廈弱電系統(tǒng)集成過程一般處于大廈竣工精裝修階段,各類建筑設(shè)備使用頻繁,電源電壓很難滿足上述要求。智能大廈技人使用后,在上下班時間段內(nèi),供電系統(tǒng)電源電壓也經(jīng)常超出土10%波動范圍。大量實測資料可以說明這一點。所以,在設(shè)計選取不間斷供電電源(UPS)時:

(1)應(yīng)使其輸出功率大于用電設(shè)備額定功率之和的1.3～1.5倍,額定放電時間應(yīng)為10～30分鐘。

(2)應(yīng)滿足抗電壓波動指標(biāo),否則應(yīng)在UPS電源前設(shè)置電源穩(wěn)壓器。

(3)用電設(shè)備中整流器負(fù)荷較大時,在UPS電源前配電回路上設(shè)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(wǎng)質(zhì)量較差的地區(qū)應(yīng)在UPS電源裝置前設(shè)置頻率偏差保護(hù)器。

(4)根據(jù)用電設(shè)備對供電可靠性和連續(xù)性的要求,選取UPS電源工作方式:單一式、并聯(lián)式、冗余式和并聯(lián)冗余式。其旁路電源應(yīng)滿足負(fù)荷容量和特性要求。旁路上設(shè)置濾波器,自備發(fā)電機(jī)不作旁路電源直供負(fù)荷。

設(shè)計單位和施工安裝公司必須像設(shè)計安裝配電房時充分了解掌握供電對象和環(huán)境資料一樣充分搜集弱電機(jī)房設(shè)備和系統(tǒng)資料才能做好電源設(shè)計和布置,從而合理滿足弱電機(jī)房用電需要。弱電機(jī)房應(yīng)設(shè)單獨電源管理間,用防火墻與弱電設(shè)備隔離,避免電源管理間噪聲、蓄電池酸堿液滲漏和電氣火災(zāi)等事故傳播到弱電設(shè)備機(jī)房內(nèi)。弱電設(shè)備機(jī)房與電源管理間設(shè)單扇朝電源管理間方向開啟的連通門,可考慮在弱電設(shè)備機(jī)房與電源管理間之間設(shè)置玻璃觀察視窗。電源管理間應(yīng)做水泥地面,為防潮防濕可砌0.3～0.5m高水泥平臺擱置UPS電源。對于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)信號任務(wù)繁重,網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器較多的計算機(jī)機(jī)房和樓控設(shè)備管理機(jī)房,應(yīng)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(fā)送給上述機(jī)房系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī),系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)應(yīng)具備相應(yīng)硬件接口和電源監(jiān)控處理軟件,對系統(tǒng)內(nèi)各數(shù)據(jù)處理機(jī)和服務(wù)器等進(jìn)行順序設(shè)置,強(qiáng)制存儲各自當(dāng)前數(shù)據(jù)信息、備份文件、進(jìn)入睡眠狀態(tài)和執(zhí)行關(guān)機(jī)操作等,避免數(shù)據(jù)傳送紊亂和計算機(jī)控制系統(tǒng)誤操作等。智能UPS電源故障排除、恢復(fù)供電后,應(yīng)發(fā)送信號給系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī),使其重新啟動,由它激活和重啟系統(tǒng)各數(shù)據(jù)處理機(jī)和服務(wù)器等動態(tài)實時工作設(shè)備。

2接地

弱電機(jī)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(tǒng)的接地)(2)交流工作地(3)安全保護(hù)地。以上三種接地的接地電阻值均要求不大于4Ω對于智能大廈,可靠而又經(jīng)濟(jì)可行的接地方法是采用共同接地方式,和防雷接地共用一組接地裝置,采用TN一S接地系統(tǒng)。交流工作地和安全保護(hù)地分別取自電源供電線上的N線和PE線。智能大廈統(tǒng)一接地體的電阻一般都小于1Ω,筆者考察和調(diào)研過北京、上海、重慶、深圳和海南的一些高層建筑項目,它們的統(tǒng)一接地電阻大都為0.2～0.5Ω,某些高層建筑個別測試點接地電阻值最大不過0.8Ω。當(dāng)然,統(tǒng)一接地電阻不應(yīng)大于1Ω的要求是一個最低限值,在具體工程中應(yīng)越小越好,如達(dá)不到要求應(yīng)增加接地體數(shù)量或采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)。這里略作強(qiáng)調(diào)的是:引進(jìn)弱電機(jī)房UPS電源管理間的兩路電源時,主電源采用三相五芯(3L+N+PE)絕緣防火電纜,備用電源采用蘭相四芯(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(nèi)作輔助等電位接地端子排。需要做直流地的弱電機(jī)房(如程控交換機(jī)房和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備機(jī)房等)應(yīng)鄰設(shè)于計算機(jī)機(jī)房,電源交流工作地和安全保護(hù)地取自計算機(jī)機(jī)房電源管理間,單獨從大廈變配電房總等電位接地母排尋|上兩根截面積不小于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(jī)房設(shè)專用金屬接線箱匯接它們,做直流接地端子排供直流地設(shè)備端接使用。大廈變配電房總等電位接地母排應(yīng)設(shè)避雷器、放電間隙或浪涌電壓抑止器等保護(hù)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(shè)備,引起直流地電位較大波動而導(dǎo)致電子設(shè)備工作失常。

弱電機(jī)房內(nèi)防靜電活動地板距地面0.3m高。沿機(jī)房四邊墻線用20x4mm扁鋼或中6mm鋼筋將活動地板金屬支撐管腳做多點重復(fù)接地焊接,在近電源管理間一側(cè)用6mm2以上的銅芯絕緣線穿鋼管或PVC管接人電源管理間內(nèi)的輔助等電位接地母排,使弱電機(jī)房地板面既成為安全可靠的等電位平面,又屏蔽保護(hù)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(jī)房電源管理間電源進(jìn)線注意采取防雷擊措施,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(jìn)入弱電機(jī)房前應(yīng)注意采取防雷擊措施,避免沿建筑外墻或靠近防雷引下線敷設(shè),以免遭受雷擊,以及避免在雷擊建筑物時,受到防雷裝置引來的高頻電磁干擾。上述線纜進(jìn)入弱電機(jī)房后,應(yīng)設(shè)金屬接線箱(盒)在其內(nèi)將線纜金屬(屏蔽)外皮接連避雷器或浪涌電壓抑止器,然后與弱電機(jī)房輔助等電位接地母排用截面積不小于6mm2銅芯絕緣線連通,穿鋼管保護(hù)敷設(shè)。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(chǎn)生的高頻電磁干擾信號,從而有效可靠地保證信號傳輸?shù)馁|(zhì)量。從弱電機(jī)房弓|出的信號線路應(yīng)用金屬線槽沿墻并在吊頂內(nèi)敷設(shè),避免與其它電氣管路平行緊貼敷設(shè)。盡量避開空調(diào)、消防、暖氣和給排水等管道,與它們的間距大于0.3m。

弱電機(jī)房UPS電源出線接設(shè)金屬配電箱,底邊距地1.4m暗裝,若有困難亦可掛墻明裝,根據(jù)弱電機(jī)房內(nèi)設(shè)備負(fù)荷容量和分布情況分設(shè)單、三相回路,用小型真空斷路器如C45N、DZ47等線路保護(hù)開關(guān),箱內(nèi)設(shè)置輔助等電位接地母排。對于蘭相輸出的負(fù)荷不平衡度,最大一相和最小一相負(fù)載的基波均方根電流之差,不應(yīng)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(jī)房照明負(fù)荷和空調(diào)負(fù)荷不由UPS電源供電,應(yīng)由電源、管理間互投切換箱設(shè)置照明供電回路和額定功率,總和小于2kW的風(fēng)機(jī)盤管或分體空調(diào)機(jī)配電回路供電。在機(jī)房出入口附近墻面方便位置暗裝照明開關(guān)箱或開關(guān)面板,空調(diào)插座設(shè)置在機(jī)房活動吊頂內(nèi)墻面上或距地1.8m的墻面上,額定功率總和大于2kW的空調(diào)負(fù)荷應(yīng)由弱電機(jī)房所在樓層附近的動力或照明配電箱配電,照明負(fù)荷和空調(diào)負(fù)荷線路均沿吊頂內(nèi)或墻面敷設(shè),避免在弱電機(jī)房內(nèi)活動地板下穿越。另由該互技切換箱配置電源管理間內(nèi)的單相檢修電源回路,在電源管理間各墻面距地0.3m設(shè)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(shè)備,應(yīng)使用施工移動式配電盤從弱電機(jī)房所在樓層附近的動力或照明配電箱接取電源。弱電機(jī)房設(shè)備桌、機(jī)柜和配線架三種方式布置。

這里以電源管理間在機(jī)房右側(cè)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(jī)房活動地板下敷設(shè)至各排設(shè)備桌、機(jī)柜和配線架的背面,從帶穿線孔的活動地板(可選購或定制這類活動地板,穿線孔一般為φ20～φ32mm)引上穿管保護(hù)接進(jìn)金屬導(dǎo)軌式插座線槽、機(jī)柜或配線架。金屬導(dǎo)軌式插座線槽用螺栓固定安裝在設(shè)備桌背面距活動地板0.1～0.3m為宜。一般電源插接件設(shè)備自帶電源線為1.0～2.0m,而設(shè)備桌高度一般在1.0m以下,完全可滿足電源插接距離要求,這里需作說明的是設(shè)備桌上設(shè)備一般為單相負(fù)荷J若有三相設(shè)備應(yīng)為落地擺放,設(shè)專線回路用地面插座盒(接線盒)配電。金屬導(dǎo)軌式插座線槽內(nèi)卡裝模數(shù)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(hù)和電磁屏蔽的作用。模數(shù)化電源插座分端接件和中聯(lián)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(shè)備插頭兼容通用,根據(jù)需要還可作附帶開關(guān)或防護(hù)罩,可方便擴(kuò)展和拆裝,卡裝在金屬導(dǎo)軌式插座線槽內(nèi)牢固、可靠和安全,并按設(shè)備桌上設(shè)備位置和數(shù)量分組配置模數(shù)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(shè)備桌上的設(shè)備電源插頭線垂直跨越桌邊接進(jìn)模數(shù)化電源插座,使設(shè)備桌背面電源接線整齊、安全、美觀且便于檢修。

信號線纜在活動地板下從機(jī)柜、配線架至各設(shè)備應(yīng)用金屬線槽沿設(shè)備桌或機(jī)房主平面內(nèi)縱橫敷設(shè),從設(shè)備桌背面的活動地板穿線孔弓l上接進(jìn)設(shè)備(注意不得與電源線路共用活動地板穿線孔,且間距大于0.1m)。信號線纜避免沿機(jī)房墻邊敷設(shè)以防與強(qiáng)電線管交叉等。桌上設(shè)備之間的信號連線是短線的(長度小于3m)沿設(shè)備背部桌面明敷,但不得懸吊在設(shè)備桌背側(cè)空中;是長線的(長度大于3m)應(yīng)從活動地板穿線孔翻下(上)穿薄皮鋼管在活動地板下敷設(shè)。

上述做法較科學(xué)地保證了弱電機(jī)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(shè)安全、相互隔離度好、整齊、美觀并方便維護(hù)管理。

4防擾機(jī)柜的設(shè)計構(gòu)想

弱電機(jī)房的機(jī)柜、單側(cè)有源配線架(單面設(shè)接線排,柜內(nèi)上部設(shè)擱板放置有源設(shè)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(hù)檢修方便。目前大多數(shù)成品機(jī)柜和單側(cè)有源配線架存在電氣隱患:強(qiáng)、弱電線路在機(jī)柜背面交叉嚴(yán)重,機(jī)柜內(nèi)配電沒有統(tǒng)一規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。目前做法大多是利用機(jī)柜背面、底部或上部空余地方任意擺放保護(hù)開關(guān)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(jī)柜進(jìn)行操作管理時也會無意地造成這種情況),這樣很容易導(dǎo)致接觸不良或漏電使設(shè)備發(fā)生掉電故障,甚至尋|起電氣火災(zāi)。為此,筆者進(jìn)行了防擾機(jī)柜設(shè)計構(gòu)想(即改造目前具有上述問題的成品機(jī)柜和配線架):首先從外形上,應(yīng)設(shè)計機(jī)柜寬度大于0.5m,使機(jī)柜能橫跨活動地板的兩根支撐橫擔(dān)(活動地板塊一般為0.4x0.4m2和0.5x0.5m2正方形板),從而保證支撐牢靠,下進(jìn)出線穿越活動地板方便。機(jī)柜高度不大于2m,以便于操作和維護(hù)。進(jìn)深寬度可按最大內(nèi)置設(shè)備進(jìn)深寬度+0.3m設(shè)計。機(jī)柜底部支撐腳采用滑輪使機(jī)柜成為可移動式的,這樣便于安裝調(diào)整和檢修,面門設(shè)計為單扇拉開式,門面為有機(jī)玻璃鑲嵌金屬邊框以便于觀察和監(jiān)護(hù)。其次,在機(jī)柜內(nèi)頂部或側(cè)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(jī)柜內(nèi)溫升符合電氣使用標(biāo)準(zhǔn),使內(nèi)置設(shè)備不受電熱影響保持正常工作。第三,按內(nèi)置設(shè)備數(shù)量和大小設(shè)計分層擱板,按進(jìn)出線對數(shù)量和種類設(shè)計接線端子排、過線架和分線器等。一般設(shè)計機(jī)柜上部擺放有源設(shè)備,下部做配線架和進(jìn)出線纜接口。在機(jī)柜上部有源設(shè)備的背側(cè)安裝金屬隔板,由機(jī)柜頂部至最下層有源設(shè)備,金屬隔板將機(jī)柜分為前后兩部分,在有源設(shè)備的電源接口處開孔(孔徑以φ40～φ60為宜),弱電信號線纜、線對、各類跳線及設(shè)備間的信號連線在金屬隔板前敷設(shè)。有源設(shè)備電源線穿孔后在金屬隔板后面敷設(shè)。在金屬隔板后側(cè)壁上安裝金屬導(dǎo)軌式插座線槽和模數(shù)化電源插座供單相設(shè)備(包括柜內(nèi)冷卻風(fēng)扇)插接。線槽未卡裝插座部位用金屬蓋板卡扣好。在金屬隔板后側(cè)壁上安裝三相五極(兼容插接四極)插座或三相保護(hù)開關(guān)供三相設(shè)備插接或端接,機(jī)柜背門采用單扇外開式金屬門。對機(jī)柜外殼及金屬構(gòu)件進(jìn)行噴漆處理,以防脫漆和生銹。

5結(jié)束語

隨著智能大廈的迅速發(fā)展,弱電系統(tǒng)多元化及其集成技術(shù)均給現(xiàn)有的電氣系統(tǒng)和技術(shù)模式帶來了許多新的問題和課題。本文根據(jù)當(dāng)前智能建筑設(shè)計和安裝中存在的一些問題,提出弱電機(jī)房綜合化配電模式以及防擾機(jī)柜的設(shè)計構(gòu)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(yōu)化弱電機(jī)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(zhì)量,消除失電、漏電、交擾及火災(zāi)隱患等。

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