通信電源工程設計

1、目錄l 通信電源系統(tǒng)l 直流供電系統(tǒng)設計l 蓄電池設計l 整流器設計l 變換器設計l 配電設備設計l 直流電力線設計l 交流供電系統(tǒng)設計l 配電設備設計l UPS設計l 逆變設備設計l 交流電力線設計l 電器的配置與選擇l 接地系統(tǒng)設計l 機房設計通信電源系統(tǒng)l通信電源基本要求l通信電源系統(tǒng)組成通信電源基本要求l可靠性 為了確?？煽抗╇姡山涣麟娫垂╇姷耐ㄐ旁O備都應當采用交流不間斷電源（UPS），直流供電系統(tǒng)中，應當采用整流器和蓄電池并聯(lián)浮充供電方式。通信電源基本要求l穩(wěn)定性 交流電源的電壓和頻率是標志電能質量的兩個重要標志。通信設備允許由380/220V，50Hz交流基礎電源直接供電時，在通

2、信設備的電源輸入端子處的電壓允許變動范圍為額定值的-10%+5%，頻率允許的變動范圍為-4%+4%。 直流基礎電源趨于簡化為-48V。支流電源的電壓和雜音是標志電能標志的兩個重要指標。電源電壓變動范圍為-57V-40V，衡重雜音應小于2mV。電源設備基本要求l經(jīng)濟合理性 經(jīng)濟性是指通信電源系統(tǒng)在滿足供電可靠性和電能質量要求的前提下，基建投資盡可能少，年運行費用盡可能低。l技術先進性 積極采用技術先進的供電系統(tǒng)和電源設備。 通信電源系統(tǒng)組成l由不同的供電系統(tǒng)組成。l集中供電l分散供電l混合供電l由不同的設備和電器組成。集中供電系統(tǒng)分散供電系統(tǒng)混合供電系統(tǒng)系統(tǒng)比較通信電源設備及電器l通信電源設備l

3、 高壓開關柜、電力變壓器、交/直流配電屏、電容補償柜、高頻開關整流器、直流-直流變換器、蓄電池組、柴油發(fā)電機組、通信逆變器、UPS、交流自動穩(wěn)壓器、太陽能電池方陣、集中監(jiān)控系統(tǒng)l通信電源電器l 電磁電器：電流互感器、電壓互感器、繼電器；l 低壓電器：低壓斷路器、熔斷器、刀開關、接觸器；l 高壓電器：高壓斷路器、高壓熔斷器、高壓隔離開關、高壓負荷開關；l 避雷器：閥式避雷器、排氣式避雷器、金屬氧化鋅避雷器直流供電系統(tǒng)設計l蓄電池設計l整流器設計l變換器設計l配電設備設計l直流電力線設計蓄電池設計l蓄電池基本工作原理l蓄電池組成l放電過程中的電化學反應l充電過程中的電化學反應l蓄電池特性及計算l蓄

4、電池特性l蓄電池計算蓄電池基本工作原理l蓄電池組成 蓄電池由正、負極板組、電解液和電池槽等部分組成。正極板上的活性物質時二氧化鉛（PbO2），負極板上的活性物質時海綿狀鉛（Pb）。電解液由蒸餾水和純硫酸按照一定的比例配置而成的。 當電解槽中裝入一定密度的電解液后，正負極板上的活性物質開始和電解液進行一系列的化學反應，正負極板上形成2.1V的電位差，該電位差就是蓄電池的電動勢（E）。所以在蓄電池充電時，外接直流電源的電壓應高于蓄電池的電動勢。 蓄電池基本工作原理l放電過程中的電化學反應 蓄電池放電過程中總的電化學反應為： PbO22H2SO4Pb PbSO42H2O+PbSO4 蓄電池在放電過程

5、中，正負極板上的活性物質都不斷轉變成PbSO4。由于硫酸鉛的導電性能比較差，所以放電后，蓄電池的內阻增加。此外，在放電過程中，由于電解液中的硫酸鉛逐漸變成水，所以電解液的密度逐漸下降。因此蓄電池的內阻增加，電動勢降低。放電終了時，蓄電池的端電壓下降到1.8V左右。 蓄電池基本工作原理l充電過程中的電化學反應 蓄電池充電過程中總的電化學反應為： PbSO42H2O+PbSO4 PbO22H2SO4 Pb 充電過程中，電解液的密度逐漸增加，蓄電池的電動勢逐漸增加。充電后期，極板上的活性物質大部分已經(jīng)還原，如果繼續(xù)大電流充電，充電電流只能起分解水的作用。這樣，負極板上將有大量的氫氣逸出，正極板上將有

6、大量的氧氣逸出，蓄電池產(chǎn)生劇烈的冒氣。蓄電池基本工作原理l蓄電池容量的定義 蓄電池放電到終了電壓時，蓄電池放出的電量（即放電電流If與放電時間t的乘積）稱為蓄電池的容量，用C表示。l蓄電池充電率的定義 蓄電池充電電流的大小通常用充電率表示。比如10小時率充電電流即表示：用該電流充電，10小時后充入蓄電池的電量等于蓄電池的額定容量。因此，10小時率充電電流為：IcC/100.1Cl蓄電池放電率的定義 放電率是針對蓄電池放電電流大小而言的。蓄電池基本工作原理l下表例舉了同一蓄電池隨放電率改變的容量變化情況，表中以電解液溫度為25時10小時率下所放出的容量，作為蓄電池的額定容量 不同放電率的放電電流

7、和電池容量50501小時放電率32.5652小時放電率25753小時放電率17855小時放電率12968小時放電率1010010小時放電率放電電流(額定容量的)電池容量(額定容量的)放電小時數(shù)蓄電池容量計算l 蓄電池容量計算： Q：蓄電池容量（Ah）； K：安全系數(shù)，取1.25； I：負荷電流（A）； T：放電小時數(shù)（h）； ：放電容量系數(shù)； t：實際電池所在地的最低環(huán)境溫度數(shù)值，有采暖設備時，按15考慮；無采暖設備時，按5考慮； ：電池溫度系數(shù)，電解液溫度以25為標準時，放電小時率10時，取0.006；10放電小時率1時，取0.008；1時，取0.01251tKITQ蓄電池容量計算l 以上公

8、式可以簡化成： QKCI C：電池容量計算系數(shù)，見下表；表1 不同溫度下C與T值的關系表：11110.970.940.890.830.7990.750.610.540.50.35安全系數(shù)K101010109.288.516.746.025.0643.2821.43t25時容量計算系數(shù)C21.7417.3913.0410.8710.099.257.336.555.54.353.562.522.171.55t=15時容量計算系數(shù)C22.7318.1813.6411.3610.549.677.666.855.754.553.732.632.271.62t=10時容量計算系數(shù)C23.8119.0514

9、.2911.911.0510.138.037.176.034.763.92.752.381.7t=5時容量計算系數(shù)C2016121098654321.2510.5每組電池放電小時數(shù)(T小時)整流器設計l開關電源架l僅有整流功能而不具備直流配電及電池輸入功能，與直流屏等可組成大的直流供電系統(tǒng)；l組合開關電源l機架內具有整流、交直流配電、電池輸入、控制等功能在內的完整機架，用于容量較小的系統(tǒng)。整流器設計l 整流器容量及數(shù)量配置l采用相控整流器的局，應分別配置主用整流器和備用整流器；采用全浮充工作的主用整流器容量，應按負荷電流和電池的均充電流（10小時率充電電流）之和確定。備用整流器的容量，應按主用

10、整流器中最大的一臺容量確定。l采用高頻開關整流器的局，應按n+1冗余方式確定整流器配置，其中n只主用，n10時，1只備用；n10時，每10只備用1只。變換器的設計l 將直流電逆變（升壓或降壓）變成交流電，再整流變成所需的直流電，這種同一逆變和整流的變換器，叫做直流直流變換器。l 變換器可分為通用變換器和專用變換器兩種。通用變換器可向電源電壓要求相同的各類通信設備提供直流電源；專用變換器僅根據(jù)某一類通信設備對電源電壓的要求，提供一種或多種電壓的直流電源。變換器的設計l通用直流變換器的選擇，首先要滿足電壓的要求，其次是滿足電流的要求，即變換器的輸出電流應不小于它所負擔的電流最大值。l專用變換器和通

11、信設備放置在一起的，一般由相關通信專業(yè)按其配套需要選配，其額定輸出電流，應不小于相應使用電壓下負荷的最大電流。配電設備設計l 直流配電設備可分為主配電設備和分配電設備兩類。前者與直流電源直接鏈接，設在電力室；后者接受主配電設備的配電，再對電能進行二次分配，直接分配給用電設備。主配電設備容量較大，稱為直流配電屏；分配電設備容量較小，有電源架、列柜等。 直流電力線設計交流供電系統(tǒng)設計l配電設備設計lUPS設計l逆變設備設計l交流電力線設計配電設備設計l 交流配電屏容量計算：l Ie交流配電屏額定電流（A）l P交流配電屏保證的交流負荷遠期最大值（KW）cos38031000PIeUPS設計l UP

12、S工作原理UPS設計lUPS主要是由：整流濾波電路、充電器、逆變器、輸出變壓器及濾波器、靜態(tài)開關、蓄電池組和控制、監(jiān)測、顯示告警及保護電路組成。l市電正常時，輸入電壓經(jīng)過整流濾波電路，一路給逆變器提供電壓，一路送入充電器給蓄電池充電。此時，靜態(tài)開關切換到逆變器端，由逆變器完成穩(wěn)壓和頻率跟蹤功能。UPS設計l當市電出現(xiàn)故障，UPS工作在后備狀態(tài)，靜態(tài)開關仍然切換在逆變器端，由逆變器將蓄電池的直流電壓轉換成交流電壓，通過靜態(tài)開關輸出到負載。l當市電正常、逆變器出現(xiàn)故障或輸出過載時，UPS工作在旁路狀態(tài)，靜態(tài)開關切換到市電端，由市電直接給負載供電。UPS設計l常用的UPS系統(tǒng)一般分為兩大類：備用冗余

13、系統(tǒng)和并聯(lián)冗余系統(tǒng)。l備份冗余系統(tǒng)中，一臺電源裝置供電，另外幾臺備用，一旦正在運行的電源裝置發(fā)生故障，備用電源裝置立即投入工作。l并聯(lián)冗余系統(tǒng)中，多臺電源裝置并聯(lián)供電，在正常工作狀態(tài)下，每臺電源裝置的輸出功率都低于它的額定輸出功率。UPS設計lUPS容量計算 P入=P出/(COS*) COS-功率因數(shù)（一般取0.8） P出-額定輸出功率(KVA) P入-輸入功率（KVA） -保險系數(shù)（一般取0.8)UPS設計lUPS蓄電池容量計算l電池放電電流計算：I=（S* COS）/（ n*V*逆) S-UPS額定輸出容量（VA） 逆-逆變器效率 n-蓄電池只數(shù) V-蓄電池放電終止電壓（2V電池對應1.8

14、V;12V電池對應10.8V） COS-功率因數(shù)UPS設計l蓄電池容量計算： Q=KCI C-電池容量計算系數(shù)（查表） I-電池放電電流 K-保險系數(shù)（取值范圍1.21.67)逆變器設計l 逆變器可分為兩類，一類是UPS電源中的逆變器，一類是通信逆變器。二者的區(qū)別僅在于輸入、輸出電壓或頻率量不同，UPS逆變器輸入直流電壓高，而通信輸入為-48V；UPS逆變器一般輸出為50Hz、單相220V或三相380V，而通信逆變器除上述輸出外，還有鈴流發(fā)生器輸出為25Hz、75V，且失真度要求也稍低。但兩類逆變器的本質是一樣的，都是把由市電整流濾波后的直流或蓄電池的直流電，逆變成頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、波形失真

15、小的交流電。逆變器設計l 逆變器輸入電流計算： I：逆變器輸入電流 P：逆變器輸出功率 U：逆變器輸入電壓，48V ：整流器效率。一般取80。*UPI 交流電力線設計低壓電器的配置與選擇l低壓電器選擇原則l熔斷器的選擇l空氣開關的選擇l刀開關及轉換開關的選擇低壓電器的配置與選擇l低壓電器選擇原則l按正常工作條件選擇l電器的額定電壓和額定頻率不應低于所在網(wǎng)絡的額定電壓和額定頻率。l電器的額定電流不應低于所在回路的負荷計算電流。l保護電器還應按照保護特性選擇。l某些電器還應按有關的專門要求選擇。低壓電器的配置與選擇l低壓電器選擇原則l按短路工作條件選擇l可能通過短路電流的電器（如刀開關、熔斷器、空

16、氣斷路器），應盡量滿足在短路條件下的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定的要求。l斷開短路電流的電器（如熔斷器、空氣斷路器），應盡量滿足在短路條件下的分斷能力。l按使用環(huán)境條件選擇，電器產(chǎn)品的選擇應滿足實際環(huán)境條件的要求。低壓電器的配置與選擇l低壓電器的選擇l空氣開關的選擇為負載峰值電流的1.5倍；l熔斷器的選擇為負載峰值電流的2倍。 接地系統(tǒng)設計l接地系統(tǒng)的組成及連接l接地系統(tǒng)的組成l接地系統(tǒng)的連接l接地體的設計及連接l接地體的設計原則l接地體和接地導線的選擇接地系統(tǒng)的組成及連接l接地系統(tǒng)的組成 電氣設備或金屬部件對一個接地系統(tǒng)的連接稱為接地。一個接地系統(tǒng)由大地、接地引入線、接地匯流排、接地配線和接地點匯集線組成

17、。接地系統(tǒng)的組成l地 接地系統(tǒng)中所指的地，即一般的土壤，不過它具有導電的特性，并具有無限大的電容量，可以用來作為良好的參考電位。土壤的導電特性用電阻率來衡量，其主要取決于土壤類型。接地系統(tǒng)的組成l 接地體 為使電流入地擴散而采用的與土壤電氣接觸的金屬部件稱為接地體。接地體一般采用鍍鋅鋼材，規(guī)格如下： 鋼管壁厚：不小于3.5mm 角鋼：不小于50505mm 扁鋼：不小于404mm 圓鋼直徑：不小于8mm 接地體之間的所有焊接點均應做防腐處理。接地體埋深不小于0.7m。接地系統(tǒng)中的垂直接地體，宜采用長度不小于2.5m的鍍鋅鋼材。接地系統(tǒng)的組成l接地引入線 把接地極連接到地線匯流排上的導線稱為接地引

18、入線。接地引入線宜采用404或505的鍍鋅扁鋼。接地系統(tǒng)的組成l 接地總匯集線l接地總匯集線可用接地匯集環(huán)或匯集排。匯集環(huán)安裝在地下室或底層，距離墻面為50mm左右，匯集排安裝在電力室；l接地總匯集線的截面積應根據(jù)最大故障電流確定，一般采用截面積不小于120mm2的銅排或相同電阻值的鍍鋅扁鋼；l根據(jù)需要，可在大樓相應層或設備層內設置接地分匯集線；接地系統(tǒng)的組成l 接地配線 把必須接地的各部分連接到地線排或地線匯流排上的導線稱為接地配線。l 直流電源接地線的截面積，應根據(jù)直流供電回路允許電壓降確定；l 設備保護地線的截面積，一般選用35-90mm2的多股銅導線；l 接地線兩端的連接點應確保電氣接

19、觸良好，并應做防腐處理；l 嚴禁在接地線中，交流中性線中加裝開關或熔斷器；l 嚴禁利用其他設備作為接地線電氣連通的組成部分；l 由接地總匯集線引出的接地線應設明顯標志。接地系統(tǒng)組成接地樁塔接地環(huán)室外接地環(huán)圖1：地下接地網(wǎng)簡圖接地樁塔基礎鋼筋建筑基礎鋼筋網(wǎng)珊UFER接地變壓器地網(wǎng)接地系統(tǒng)連接l 通信設備的保護接地l機房內通信設備及其供電設備正常不帶電的金屬部分、進局電纜的保安裝置接地端以及電纜的金屬護套均應做保護接地；l數(shù)字通信設備的機架保護接地，應從接地總匯集線或機房內的分接地匯集線引入，并防止通過布線引入機架的隨機接地，天線、饋線的上端和進入機房的入口處均應就近接地。接地系統(tǒng)連接l 通信電源

20、的接地l 電力室的直流電源接地線必須從接地總匯集線上引入；l 機房的直流電源接地垂直引入線長度超過30m時，從30m處開始，每向上隔一層與接地端連接一次；l 在電力變壓器高、低側，除應設保安防雷裝置外，宜采用三相五線制引入電力室。該變壓器機殼與低壓側中性點匯集后，就近接地，中性線不準安裝熔斷器；l 引入大樓的交流電力線宜采用地下電力電纜，其金屬護套的兩端均應做良好接地；l 大樓內所有交直流用電設備均應采取接地保護。交流保護地線應從接地匯流線上引，嚴禁采用中性線作為交流保護地線。接地系統(tǒng)連接l其他設施的接地l大樓頂?shù)母鞣N金屬設施均應分別與樓頂避雷接地線就近連接；l大樓內各層金屬管道均應就近接地；

21、l大樓內的金屬豎井及金屬槽道自身的節(jié)與節(jié)之間應確保電氣接觸良好。金屬槽道應于機架或加固鋼梁保持良好的電氣連接接地體的設計及安裝l 接地體的設計原則l 通信局站的接地方式，應按聯(lián)合接地的原理設計，即通信設備的工作接地、保護接地、建筑物防雷接地共同合用一組接地體的聯(lián)合接地方式；l 電力變壓器高、低壓側避雷器的接地端、變壓器鐵殼、零線應就近接在一起，再經(jīng)引下線接地；l 電力變壓器在站內時，電力變壓器地網(wǎng)與通信局站聯(lián)合地網(wǎng)要焊接連通；l 直流電源工作地應采用單點接地方式，并就近從接地匯集線上引入；l 交、直流配電設備的機殼應單獨從接地匯集線上引入保護接地，交流配電屏的中性線匯集排應與機架絕緣。接地體的

22、設計及安裝l 接地體和接地導線的選擇l接地體一般采用鍍鋅材：角鋼為50505，長2.5m；鋼管50mm，長2.5m；扁鋼404mm2l通信直流接地導線一般采用的材料：l室內接地導線404mm2扁鋼，纏油麻裹瀝青；l室外接地導線用404mm2鍍鋅扁鋼，再換接電纜引入樓內時，電纜采用銅芯，截面積不小于50mm2，如在樓內換接時，可采用不小于70mm2的鋁芯導線。接地體的設計及安裝l接地體和接地導線的選擇l地盤或地線匯流排到下列設備的接地線，可采用不小于以下截面的銅導線：l-24V、-48V、-60V直流配電屏 95mm2l24V、60V直流配電屏 25mm2l電力室直流配電屏到機房 95mm2l電力室直流配電屏到測量臺 25mm2l電力室直流配電屏到配線架 50mm2接地體的設計及安裝l接地體和接地導線的選擇l交流保護接地導線l相線截面積