一、概述
　　
　　隨著國家新基建大數據中心及人工智能超算中心的發展,電氣專業得到了極大的重視,相較于常規項目的配電系統,數據中心的配電必須具有更高的可靠性和穩定的電力配送能力。電氣設計方案也必須充分考慮系統的冗余性、故障可恢復性、需要配置備用電源,備用柴油發電站等設備以便抵御一般性的停電,確保不會發生設備故障斷電。配電系統需要滿足實際運行中設備檢修、意外火災應急處理等能力;同時,用戶對數據中心的可靠性、可用性需求也不斷提高,更加考驗從業人員的設計能力。
　　
　　1.現代數據中心電氣系統建設要求具備的原則
　　
　　1）系統設計的先進性:在保證可靠性、安全性和可用性的前提下,盡量采用領先的技術和先進的設備。
　　
　　2）電氣系統要確保系統的安全和可靠性:采用高可靠性標準進行電氣系統的設計,比如采用如圖1所示的2N供電方式。使系統應具備在當前條件下和規定時間內完成規定功能的能力。
　　
　　3）系統應該具備方便的可管理性:為了滿足可管理性的要求,電氣系統應具備比較強的集中式管理和可進行分布式實施的需要。
　　
　　4）系統應該具備較高的靈活性和滿足未來發展的需要:電氣系統應具有可持續發展的能力,并在系統上具有較大的靈活性。
　　
　　為實現上述建設原則,在數據中心電氣系統建設過程中,需采取各種措施及手段來保障數據中心功能的實現。
　　
　　2.深化設計的依據
　　
　　《20KV及以下變電所設計規范》GB50053-2013
　　
　　《供配電設計規范》GB50052-2009
　　
　　《低壓配電設計規范》GB50054-2011
　　
　　《建筑照明設計標準》GB50034-2013
　　
　　《建筑防雷設計規范》GB50057-2010
　　
　　《民用建筑電氣設計規范》JGJ16-2008
　　
　　《建筑物電子信息防雷技術規范》GB50343-2012
　　
　　《建筑設計防火規范》GB50016-2014(2018)
　　
　　《電子信息系統機房設計規范》GB50174-2008
　　
　　《通用用電設備配電設計規范》GB50055-2011
　　
　　《智能建筑設計標準》GB50314-2015
　　
　　《火災自動報警系統設計規范》GB50116-2013
　　
　　《住宅建筑電氣設計規范》JGJ242-2011
　　
　　《爆炸危險環境電力裝置設計規范》GB50058-2014
　　
　　自承接項目起,業主單位對施工單位的要求通常包含了《技術招標文件》以及《合同及界面約定》的要求?！逗贤敖缑婕s定》里面通常對一些設備有品牌的要求,而《技術招標文件》則機電設備的設計參數、管線的材質、安裝調試、設備控制方式、機電設備的啟動方式有相關的要求,部分項目對各專業的設備、采用的材質等有特殊的要求,往往高于設計規范和設計施工圖的標準,因此在做深化設計時一定要了解,準確無誤的判斷出業主單位最終的需求信息,避免無用功。
　　
　　3.深化設計的原則
　　
　　1）按原設計方案進行深化,若遇原方案有些問題應當提出,但要征得原設計方或業主的同意方可修改;
　　
　　2）要有深化設計的依據,這里可以參考上述的設計規范、業主招標文件及實際采購產品的安裝手冊;
　　
　　3）有必要的深化設計送審程序,如方案構成后有中間討論(中間審查),部分細節做法中的優化措施需要單列深化內容清單中羅列確認,文件完成之后有校對,然后送出審批,審批同意后交與施工;
　　
　　4）深化設計內容要正確,項目的深化施工圖應符合標書和條件圖的要求。對不簡單電源、暖通、給排水、動力、防排煙通風專業的大容量和特殊控制要求的設備或裝置要閱讀說明書和交叉核對實際的控制需求等信息,使做出來的設計也要符合上述各個專業的要求;
　　
　　5）深化設計深度要滿足施工需要,深化設計文件要有說明、系統圖、平面圖、控制原理圖、大型復雜設備外部接線圖、元件和設備規格、導線截面和起點終點回路標注、安裝方式和高度、綜合管線剖面圖、以及節點大樣圖;
　　
　　4.配電箱(小三箱)的深化實戰
　　
　　配電箱(小三箱)是建筑電氣中的重要組成部分,它是整個電氣系統的末梢,其設計及安裝直接影響著各專業末端配置的設備的是否正常運行,并可能會引發多級故障。以下就從常規項目的10個方面進行分析:
　　
　　二、照明系統燈具功率校對
　　
　　1）機房的一般照明,通常安裝高度在冷熱通道距地2.3～2.6米左右,采用LED燈具沿通道順序布置在照明線槽底部,機房照度常規滿足500Lx的要求,選型時根據不同型號燈具的光通量計算燈具數量,根據燈具密度可均勻間隔安裝燈具也可首尾相連安裝燈具。
　　
　　2）房間室內飾面與地面材料的反射系數,宜滿足頂棚70%,墻面50%,地面20%。
　　
　　3）平均照度的計算公式如下:
　　
　　E=φ×N×U×K/A(1)
　　
　　式(1)中,E:工作面上的平均照度Lx;Φ:光源光通量Lm;N:光源數量;U:利用系數(燈具效率);
　　
　　A:工作面面積;K:燈具維護系數,室內取0.8;
　　
　　4）最后選型選定的各類型燈具功率盡可能不超過原設計的燈具總功率;反之,如實際選型后的燈具功率增加,則需詳細復核每個回路的燈具總功率及照明配電箱內同時系數下的功率;
　　
　　5）燈具的選型款式需提前送樣或彩頁確認,并出具確認單,避免報價燈具和選型燈具不滿足業主的需求而造成經濟損失;圖2給出了照度計算書參考示例。
　　
　　三、智能照明系統與三箱的匹配預留安裝
　　
　　1）智能照明系統能提高數據中心機房的科技感,因此在機房模塊中應用廣泛,部分高端定制客戶還對節能和人體感應存在識別及自動控制有相應定制需求;
　　
　　2）智能照明系統通常由電源模塊、通信轉換模塊、多回路繼電器控制模塊和按鍵面板等部件組成;其中電源模塊、通信轉換模塊、多回路繼電器控制模塊通常配合燈具照明回路安裝在照明配電箱內,按鍵面板通過燈控回路數量可選擇4按鍵、6按鍵或者8按鍵進行組合,按鍵面板尺寸規格多為86型面板能與常規86型底盒適配;
　　
　　3）電源模塊、通信轉換模塊、多回路繼電器控制模塊需要提前快遞到配電箱廠家進行預裝,多采用標準的35mm導軌成排卡扣式固定安裝，連接的一次回路施工時接空開斷路器即可，連接的二次回路則由配電箱廠家預鏈接到二次回路的端子排，并制作好回路端子表便于施工現場布線端接和調試;
　　
　　4）按鍵面板與控制模塊之間采用智能照明總線RVVSP電纜進行連接,多個模塊之間采用手拉手形式串行連接,無需布放傳統雙聯雙控燈開關模式的很多條回路照明BV線,布線工程量大幅減少,燈具的回路僅從照明配電箱出線即可,圖3給出了支架燈示例圖片(a)和推薦200mm×1200mm規格吸頂照明線槽安裝圖片(b)。
　　
　　5）多個照明模塊通過網絡交換機組網后在ECC值班中心配置PC端智能照明控制軟件可進行遠程控制并設置邏輯后達到實現節能降低PUE的目的;圖4給出了兩種照明照明控制結構。
　　
　　四、水冷精密空調的功率（空調是否自帶加濕器）
　　
　　1）由空調廠家提供產品安裝手冊或產品詳細彩頁用來復核水冷精密空調的單臺功率/電壓與原設計是否匹配,是否有設計功率容量不足問題;特殊項目內置電加熱和加濕器的空調需考慮最大運行電流是否超載,并向業主單位確認內置電加熱的功率是否計算在同時系數內;
　　
　　2）根據項目實際需求,每個配電箱均負載了多臺空調的用電分配,如單臺功率超出設計負荷,需向上逐級復核斷路器的額定容量,并在配電箱生產前及時做出修正;
　　
　　3）復核IT負荷的精密空調電源支持單路還是雙路電源供電,是否已配置雙電源ATS,校對供電鏈路是否完整;有雙電源需求但沒有內置ATS的空調需在前端配置就地ATS配電箱,并需要考慮安裝空間及安裝環境的IP防護等級;
　　
　　4）查閱產品安裝手冊校對空調電源進線口位置及上進線還是下進線方式,用來準確計算需下單采購空調電纜的長度;
　　
　　5）目前大型數據中心的主流精密空調均已采用EC風機,高端客戶還會特別要求為進口風機,由于采用直流變頻技術,電氣專業深化時向該項目的空調廠家確認風機類型好考慮空開斷路器的D型脫扣曲線的額定電流即可,基本無需二次計算熱繼電器容量等工作;
　　
　　五、風冷DX空調的功率（空調是否自帶加濕器）
　　
　　1）風冷DX空調內部有耗電功率最大的壓縮機部分,系統功率復核校對時需特別注意壓縮機的啟動方式(定頻OR變頻),定頻壓縮機的啟動電流需考慮額定電流的5～7倍,同時檢查前端的微斷開關應為D型脫扣曲線;
　　
　　2）當我們深化工作中為老舊改造項目時,部分風冷空調的產品彩頁不容易獲取時,可根據產品銘牌的總顯冷冷量/3=實際電耗功率,這里是指風冷空調的COP預估為3倍(保守為3倍,激進為4倍);
　　
　　3）目前大型數據中心的規劃設計風冷空調的數量小于水冷空調,較多安裝于獨立的基礎設施功能房間,例如高中低壓配電室、不間斷電源室、電池室、運營商接入間等非純IT用途,此類房間需查閱暖通專業圖紙的設備參數表是否空調內置加熱加濕器,需檢查空調參數確定加濕器功率,并校對配電箱支路斷路器的容量是否滿足;部分項目會有倉庫、會議室等小型家用分體空調,需詳細制定表格校對檢查配電箱回路的空開極數與電功率,標記處不一致的地方便于進行系統圖深化修改;
　　
　　4）安裝位置較為分散的環境需結合暖通圖紙的設備安裝位置和數量與電氣配電箱的回路數和安裝位置復核檢查有無遺漏設備取電位置的情況。
　　
　　六、智能化專業的門禁系統功率及消防脫扣需求
　　
　　智能化機柜采用雙路電源雙PDU供電到網絡設備和服務器設備，但需要注意的是門禁均為單電源設備，且有配合消防脫扣門禁斷電逃生的消防需求。
　　
　　1）為保證門禁為單電源需求,常規會按樓層或分區域在智能化雙路配電回路下配置N臺雙電源轉單電源輸出的STS設備,門禁單機功率較低,一般采用16A容量的STS即可;
　　
　　2）STS的輸出通過電纜跳回到門禁配電箱的主輸入,配電箱的門禁支路回路斷路器均配置消防DC24V脫扣器,火警時消防主機輸出DC24V來實現消防脫扣斷電門禁的逃生需求;
　　
　　3）STS設備采購時需留意配置RS485通訊卡接入動環系統,STS設備的尺寸類似19英寸交換機,尺寸過大且有設備散熱需求;常規配電箱內無法正常安裝,可安裝于弱電間同房間內機柜的頂層,以不妨礙其他專業設備的操作和維護為佳;圖5示出了安裝于配電柜/機柜內部的STS位置。
　　
　　七、配電箱風機額定功率與電流校對檢查
　　
　　1）事故排風與補風系統、災后排氣系統、消防排煙系統,以上的通風系統常見配置均為軸流風機,風機電功率則依據排風量不同而改變;
　　
　　2）深化設計需按照通風專業實際訂購后的動力設備實際容量校核開關容量,選擇電動機起動方式,繪制電動機控制原理圖,大型設備外部接線圖,經過負荷計算選擇開關容量,確定開關型號,導線截面與型號,然后根據系統圖制作平面圖,在建筑上落實設備位置、標明設備容量。
　　
　　3）風機電動機的額定功率和額定電流
　　
　　電動機的額定功率是指額定輸出功率,即電動機滿載運行時在電動機轉軸上的有效機械功率(軸功率),未包含電動機的機械損耗(軸承損耗、風耗)和電氣損耗(鐵損、銅損)。
　　
　　電動機的額定電流或稱滿載電流,是指電動機滿載運行時由電動機接線端子處輸入的電流,
　　
　　三相電動機的額定電流IRM應按下式計算:
　　
　　（2）
　　
　　式(2)中IrM——電動機的額定電流,單位:A;PrM——電動機的額定功率,單位:kW
　　
　　UrM——電動機的額定電壓,單位:kV;η——電動機的滿載時效率;cosφ——電動機的滿
　　
　　載時功率因數。
　　
　　4）電動機的保護
　　
　　風機電動機需裝設短路保護和過負荷保護,風機電動機的過負保護一般采用熱繼電器,短路保護可使用熔斷器和電磁式斷路器。
　　
　　5）電動機啟動方式
　　
　　電動機的起動指的是從接通電源到電動機達到額定轉速的全過程。電動機起動時起動電流大,為避免因啟動時間過長導致電機繞組過熱而損壞電機,從而需要使電動機縮短起動時間盡快地加速到額定轉速。同時,如起動電流大會導致供電鏈路的電源電壓降低,影響同一電源上其他設備的用電。所以對起動的電動機在端子上的電壓作了規定:對于不經常起動的電動機的容量,一般不宜超過變壓器容量的30%;對經常起動的電動機的容量則不宜超過變壓器容量的20%;對于壓降,頻繁起動電動機不宜低于額定電壓的90%。不頻繁起動不宜低于85%(GB50055-20112.2.2)。需要考慮控制起動電流方法,常用的起動方法有直接起動、星三角起動和軟起動器起動。
　　
　　6）電動機啟動方式比較(詳見表1)
　　
　　八、配電箱風閥二次控制深化
　　
　　1.消防排煙風機系統深化控制要求說明:
　　
　　1）消防排煙的通風管道上配置有70度或280度防火閥和電動風閥,控制原理為該通風管道鏈路中的任意一個防火閥的熔斷反饋均須使該臺排煙風機停機;需要注意70度或280度防火閥需要帶兩組反饋干接點信號,給到消防系統接收和配電箱的二次接點分別使用;
　　
　　2）常見排煙風機的控制要求為消防DC24信號開電動風閥,風閥開到位信號反饋聯動風機,設消防就地啟停按鈕;防火閥在配電箱的二次回路中串聯反饋信號,任一防火閥熔斷時停風機;排煙風機控制箱面板配置就地啟停開關閥控制;消防專業的DC24V開風閥開風機,就地停止按鈕提供關風閥停風機信號;
　　
　　3）排煙風機的控制箱常見與排煙風機安裝與同一房間內,否則需配置檢修用的就地隔離開關箱;圖6示出了消防排煙風閥手動執行器的接線示意圖。
　　
　　2.日常風機系統深化控制要求說明:
　　
　　1）通風系統專業的日常風機運行時,常開密閉電動閥打開,電動閥開到位信號串聯風機啟動二次回路,風機啟動運行;
　　
　　2）通風系統專業的日常風機遇消防信號時,停風機,并關閉電動閥;
　　
　　3）需注意配電箱與風機不是在同一個房間時,需在風機安裝位置就地安裝帶隔離開關和啟停按鈕的組合開關器件,起到風機故障檢修時能就地物理斷開并能遠程啟停測試的作用。
　　
　　3.災后排氣風機系統深化控制要求說明:
　　
　　1）災后排氣系統常用于模塊機房內發生保護區內的IG541或七氟丙烷氣體滅火動作后,內被惰性阻燃氣體充斥,人體不能貿然入內;需啟動該風機系統將有害氣體全部清空后方可入內,所以災后排氣風機系統需在該保護區房間門外或室外通道設置啟停按鈕。
　　
　　2）當項目位于多層機房時,災后排氣系統會設置垂直風井安裝多個電動風閥并要求分區域進行排氣;因此本層的機房需要災后清空時,該機房室外手動打開啟動操作,配電箱動作為:打開本層風閥,其他樓層風閥不動作,同時風機啟動開啟,僅對本區域開始清空的排氣工作;
　　
　　3）需注意災后排氣系統的日常風閥為常閉狀態,即停風機時關閉電動閥門;
　　
　　4）事故排風與事故補風的聯動深化控制要求說明:
　　
　　(1)事故排風與補風通常應用在數據中心機房的有存在可能泄露危險氣體的房間,比如電池室、制冷主機房等;
　　
　　(2)事故排風與補風系統的電動風閥日常為常閉狀態,當氫氣或泄露冷媒傳感器開關量信號動作時則打開風閥并啟動風機,風閥設兩組反饋干接點,一組反饋給消防系統,一組反饋給BA或動環系統監視報警用;
　　
　　(3)事故排風與補風系統同時運行時，如有消防火警信號輸入則立即停止所有風機并關閉風閥；圖8示出了事故排風與事故補風的聯動控制按鈕外觀。
　　
　　(4)為避免房間內產生空氣負壓,事故排風與事故補風需要關聯運行;事故風機開啟時關聯補風機同步啟動,反正則同步停止;
　　
　　以上系統的深化均需要考慮所有電動風閥的工作電壓,建議通風系統與消防排煙系統均統一為DC24V電動開關閥。
　　
　　九、電氣火災監控系統與三箱的匹配與內部安裝接線預留
　　
　　1）電氣火災監控系統也稱剩余電流式電氣火災監控,主要用于監控配電線路的正常工作狀態,及時發現線路中出現的故障和火災隱患。配電線路及其線路中的用電設備,由于老化、破損、進水、不規范施工導致的絕緣下降等等問題出現時,都會引起整個線路中剩余電流的增大,在探測器報警后,及時排查故障,自然可以減少電氣火災發生幾率。
　　
　　2）在配電箱的深化過程中同樣不能疏忽箱內需要配合消防專業而預留的功能元器件,如不能在箱廠預裝,而到了施工現場才進行組裝的成品內部會非?；靵y,即失去電氣工藝的可觀賞性,也拆裝了箱內元器件,對配電箱內的接線進行了二次非專業拆裝無法保證供電的高可靠性;
　　
　　3）在低壓柜系統圖中未規劃電氣火災監控探測器的項目需在配電箱內做探測器的預安裝;
　　
　　4）根據配電箱系統圖統計出需要配置漏電探測器的箱號、檢測斷路器的額定電流容量、數量;根據匯總表格的配電箱出線為線纜式或銅排式選擇探測器形狀,銅排式需選用長條形探測器,線纜式需選用圓形探測器;
　　
　　5）最后選擇的探測器容量不應小于待檢測回路的最大額定電流;消防系統專業安排電氣火災監控廠家根據點表數量將探測器和檢測模塊快遞發貨至該項目的配電箱廠家完成產品預裝,并將二次線引至接線端子處。
　　
　　6）電氣火災監控系統的主機與外部連接線與調試均由消防專業完成。圖9示出了電氣火災監控系統的主機與外部連接線及安裝。
　　

　　十、消防電源監控系統與三箱的匹配與內部安裝接線預留
　　
　　1）消防設備電源監控系統能準確地監控消防設備電源的故障和異常狀態,全方位監測電壓、電流、斷路器發生過壓、欠壓、過流、缺相等故障,避免火災發生時消防設備不能正常使用而導致產生火災不能被有效地控制和蔓延的現象,確?；馂陌l生時消防設備有效運行。
　　
　　2）消防電源監控系統具有可靠性、實時性特點，并具有數字化、智能化、網絡化、自動化和實時監控的功能，實時監控設備電源的狀況并集中顯示，解決消防設備由于電源故障而發生的無法正常運行的問題，最大限度地保障消防聯動系統的可靠性。
　　
　　3）類似于電氣火災監控系統一樣,我們根據配電箱系統圖統計出需要配置漏電探測器的箱號和數量,消防系統專業安排消防電源監控元器件廠家根據點表數量將檢測模塊快遞發貨至該項目的配電箱廠家完成產品預裝,并將二次線引至接線端子處。
　　
　　4）電源監控系統的主機與外部連接線及調試均由消防專業完成。圖10示出了消防電源監控的接線及為消防電源監控配電箱內安裝圖
　　
　　十一、三箱根據生產尺寸優化調整安裝位置
　　
　　1）配電室或強電井內的配電箱較多時會成排并列進行掛墻安裝,需確保配電箱安裝后的門板能正常開合進行檢修,因此需要提前規劃并考慮其他設備的安裝間隔;
　　
　　2）根據配電箱廠家提供的箱體尺寸表更新調整平面圖中每個配電箱的俯視圖(投影)尺寸,可在CAD中制作動態圖塊的方式快速選擇更新調整;
　　
　　3）深化調整配電箱時,建議按照門邊預留燈開關和門禁出門按鈕的300mm距離預留開始安裝,配電箱之間空間富裕時間隔100mm,空間狹窄時至少配電箱之間需要30mm的門板厚度便于配電箱同時開啟時不會碰撞影響開門角度;配電箱離墻開始安裝時預留200mm開始排布;
　　
　　4）現場橋架采用上進上出時并排安裝的配電箱采用上口對齊,便于橋架布置和出線,會更加美觀;現場橋架采用下進下出時則采用下口對齊;
　　
　　5）不同配電箱高度不同、深度不同、寬度不同,則依據房間內到外按照先高后低,深度和寬度過大的配電箱需結合現場條件綜合特殊考慮不阻礙通道,不易刮碰行人的安裝位置考慮調整;
　　
　　6）配電箱安裝在空調間和制冷主機房內有水源的安裝環境有IP54防護等級的要求時,需考慮橋架和線管均為下進下出防水,避免泄露水源會直接從頂部沿橋架線管進入配電箱造成配電事故。圖11示出了幾種配電箱的安裝和接線情況圖。
　　
　　本文主要講述了10個與配電箱常用相關多專業交叉相關的技術要求,對于配電箱內的開關及防雷保護裝置等元器件選型和二次控制原理圖的深化留在后面在與大家一起探討。
　　
　　作者簡介
　　
　　彭先技:匯金集團深圳公司數據中心行業資深技術專家、電氣架構師、全國電源協會行業專家。先后任職數家國內數據中心行業知名企業、項目選址、設計和建設交付工作,對數據中心全生命周期和建設成本的實際控制卓有成效。擅長分析處理數據中心前期技術方案、建設交付及成本分析的實施和落地工作。
　　
　　編輯：Harris