通信電源工程設計方案

通信電源工程設計河南泰爾通信技術工程有限企業(yè)

9月13日通信電源工程設計方案第1頁目錄通信電源系統(tǒng)直流供電系統(tǒng)設計蓄電池設計整流器設計變換器設計配電設備設計直流電力線設計交流供電系統(tǒng)設計配電設備設計UPS設計逆變設備設計交流電力線設計電器配置與選擇接地系統(tǒng)設計機房設計電源基本知識通信電源工程設計方案第2頁電源基本知識通信電源基本公式

1.電流強度：I＝q/t｛I:電流強度(A），q:在時間t內(nèi)經(jīng)過導體橫載面電量(C），t:時間(s）｝2.歐姆定律：I＝U/R｛I:導體電流強度(A)，U:導體兩端電壓(V)，R:導體阻值(Ω)｝3.電阻、電阻定律：R＝ρL/S｛ρ:電阻率(Ω?m)，L:導體長度(m)，S:導體橫截面積(m2)｝4.閉合電路歐姆定律：I＝E/(r+R)或E＝Ir+IR也能夠是E＝U內(nèi)+U外｛I:電路中總電流(A)，E:電源電動勢(V)，R:外電路電阻(Ω)，r:電源內(nèi)阻(Ω)｝5.電功與電功率：W＝UIt，P＝UI｛W:電功(J)，U:電壓(V)，I:電流(A)，t:時間(s)，P:電功率(W)｝6.焦耳定律：Q＝I2Rt｛Q:電熱(J)，I:經(jīng)過導體電流(A)，R:導體電阻值(Ω)，t:通電時間(s)｝7.純電阻電路中:因為I＝U/R,W＝Q，所以W＝Q＝UIt＝I2Rt＝U2t/R8.電源總動率、電源輸出功率、電源效率：P總＝IE，P出＝IU，η＝P出/P總｛I:電路總電流(A)，E:電源電動勢(V)，U:路端電壓(V)，η：電源效率｝通信電源工程設計方案第3頁電源基本知識

通信電源工程設計方案第4頁電源基本知識通信電源工程設計方案第5頁通信電源系統(tǒng)通信電源基本要求通信電源系統(tǒng)組成當代通信電源種類通信電源設備及電器通信電源工程設計方案第6頁通信電源基本要求可靠性為了確?？煽抗╇姡山涣麟娫垂╇娡ㄐ旁O備都應該采取交流不間斷電源（UPS），直流供電系統(tǒng)中，應該采取整流器和蓄電池并聯(lián)浮充供電方式。通信電源工程設計方案第7頁通信電源基本要求穩(wěn)定性

交流電源電壓和頻率是標志電能質(zhì)量兩個主要標志。通信設備允許由380/220V，50Hz交流基礎電源直接供電時，在通信設備電源輸入端子處電壓允許變動范圍為額定值-10%~+5%，頻率允許變動范圍為-4%~+4%。直流基礎電源趨于簡化為-48V。支流電源電壓和雜音是標志電能標志兩個主要指標。電源電壓變動范圍為-57V~-40V，衡重雜音應小于2mV。通信電源工程設計方案第8頁電源設備基本要求經(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(zhì)量要求前提下，基建投資盡可能少，年運行費用盡可能低。技術先進性

主動采取技術先進供電系統(tǒng)和電源設備。

通信電源工程設計方案第9頁通信電源系統(tǒng)組成由不一樣供電系統(tǒng)組成。集中供電分散供電混合供電由不一樣設備和電器組成。通信電源工程設計方案第10頁集中供電系統(tǒng)通信電源工程設計方案第11頁分散供電系統(tǒng)通信電源工程設計方案第12頁混合供電系統(tǒng)通信電源工程設計方案第13頁系統(tǒng)比較通信電源工程設計方案第14頁當代通信電源種類主要包含三種：線性電源、相控電源、開關電源。線形電源也稱穩(wěn)壓電源，是經(jīng)過串聯(lián)調(diào)整管能夠連續(xù)控制線性穩(wěn)壓電源，線性電源功率調(diào)整管總是工作在放大區(qū)，流過電流是連續(xù)。因為調(diào)整管上損耗較大功率，所以需要較大功率調(diào)整管并裝有體積很大散熱器，發(fā)燒嚴重，效率很低，普通只用作小功率電源。相控電源將市電直接經(jīng)過整流濾波提供直流，由改變晶閘管導通相位角，來控制整流器輸出電壓。相控電源所用變壓器是工頻變壓器，體積大、效率低、功率因數(shù)低，嚴重污染電網(wǎng)。開關電源功率調(diào)整管工作在開關狀態(tài)，有體積小、效率高、重量輕，能夠模塊化設計，通常按N+1備份（而相控電源需要1+1備份），組成系統(tǒng)可靠性高。正是這些優(yōu)點，開關電源已在通信網(wǎng)中大量取代了相控電源，并得到越來越廣泛應用。通信電源工程設計方案第15頁當代通信電源種類功率因數(shù)校正技術開關電源電路整流部分使電網(wǎng)電流波形畸變，諧波含量增大，而使得功率因數(shù)降低，功率因數(shù)只有0.6~0.7。采取三相三線制整流。三相三線制沒有中線整流方式，不存在中線電流，這時即使相電流中間還有一定諧波電流，但諧波含量大大降低，功率因數(shù)可提升到0.86以上利用無源功率因數(shù)校正技術加入一定電感來把功率因數(shù)提升到0.93以上，諧波含量降到10%以下采取有源功率因數(shù)校正技術在輸入整流部分加一級功率處理電路，強制流經(jīng)電感電流幾乎完全跟隨輸入電壓改變，無功功率幾乎為0，功率因數(shù)可達0.99以上，諧波含量可降低到5%以下通信電源工程設計方案第16頁通信電源設備及電器通信電源設備高壓開關柜、電力變壓器、交/直流配電屏、電容賠償柜、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)通信電源電器電磁電器：電流互感器、電壓互感器、繼電器；低壓電器：低壓斷路器、熔斷器、刀開關、接觸器；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；避雷器：閥式避雷器、排氣式避雷器、金屬氧化鋅避雷器通信電源工程設計方案第17頁直流供電系統(tǒng)設計蓄電池設計整流器設計變換器設計配電設備設計直流電力線設計通信電源工程設計方案第18頁蓄電池設計蓄電池基本工作原理蓄電池組成放電過程中電化學反應充電過程中電化學反應蓄電池特征及計算蓄電池特征蓄電池計算通信電源工程設計方案第19頁蓄電池基本工作原理蓄電池組成

蓄電池由正、負極板組、電解液和電池槽等部分組成。正極板上活性物質(zhì)時二氧化鉛（PbO2），負極板上活性物質(zhì)時海綿狀鉛（Pb）。電解液由蒸餾水和純硫酸按照一定百分比配置而成。當電解槽中裝入一定密度電解液后，正負極板上活性物質(zhì)開始和電解液進行一系列化學反應，正負極板上形成2.1V電位差，該電位差就是蓄電池電動勢（E）。所以在蓄電池充電時，外接直流電源電壓應高于蓄電池電動勢。通信電源工程設計方案第20頁蓄電池基本工作原理放電過程中電化學反應

蓄電池放電過程中總電化學反應為：

PbO2＋2H2SO4＋PbPbSO4＋2H2O+PbSO4

蓄電池在放電過程中，正負極板上活性物質(zhì)都不停轉變成PbSO4。因為硫酸鉛導電性能比較差，所以放電后，蓄電池內(nèi)阻增加。另外，在放電過程中，因為電解液中硫酸鉛逐步變成水，所以電解液密度逐步下降。所以蓄電池內(nèi)阻增加，電動勢降低。放電終了時，蓄電池端電壓下降到1.8V左右。

通信電源工程設計方案第21頁蓄電池基本工作原理充電過程中電化學反應

蓄電池充電過程中總電化學反應為：

PbSO4＋2H2O+PbSO4PbO2＋2H2SO4＋Pb

充電過程中，電解液密度逐步增加，蓄電池電動勢逐步增加。充電后期，極板上活性物質(zhì)大部分已經(jīng)還原，假如繼續(xù)大電流充電，充電電流只能起分解水作用。這么，負極板上將有大量氫氣逸出，正極板上將有大量氧氣逸出，蓄電池產(chǎn)生猛烈冒氣。通信電源工程設計方案第22頁蓄電池基本工作原理蓄電池容量定義

蓄電池放電到終了電壓時，蓄電池放出電量（即放電電流If與放電時間t乘積）稱為蓄電池容量，用C表示。蓄電池充電率定義

蓄電池充電電流大小通慣用充電率表示。比如10小時率充電電流即表示：用該電流充電，10小時后充入蓄電池電量等于蓄電池額定容量。所以，10小時率充電電流為：Ic＝C/10＝0.1C蓄電池放電率定義

放電率是針對蓄電池放電電流大小而言。通信電源工程設計方案第23頁蓄電池基本工作原理下表例舉了同一蓄電池隨放電率改變?nèi)萘扛淖兦闆r，表中以電解液溫度為25℃時10小時率下所放出容量，作為蓄電池額定容量通信電源工程設計方案第24頁蓄電池容量計算蓄電池容量計算：

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）；

η：放電容量系數(shù)；

t：實際電池所在地最低環(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；

α：電池溫度系數(shù)，電解液溫度以25℃為標按時，放電小時率≥10時，取0.006；10＞放電小時率≥1時，取0.008；＜1時，取0.01通信電源工程設計方案第25頁蓄電池容量計算以上公式能夠簡化成：

Q≥KCI

C：電池容量計算系數(shù)，見下表；通信電源工程設計方案第26頁整流器設計開關電源架僅有整流功效而不具備直流配電及電池輸入功效，與直流屏等可組成大直流供電系統(tǒng)；組合開關電源機架內(nèi)含有整流、交直流配電、電池輸入、控制等功效在內(nèi)完整機架，用于容量較小系統(tǒng)。通信電源工程設計方案第27頁整流器設計整流器容量及數(shù)量配置采取相控整流器局，應分別配置主用整流器和備用整流器；采取全浮充工作主用整流器容量，應按負荷電流和電池均充電流（10小時率充電電流）之和確定。備用整流器容量，應按主用整流器中最大一臺容量確定。采取高頻開關整流器局，應按n+1冗余方式確定整流器配置，其中n只主用，n≤10時，1只備用；n＞10時，每10只備用1只。通信電源工程設計方案第28頁變換器設計將直流電逆變（升壓或降壓）變成交流電，再整流變成所需直流電，這種同一逆變和整流變換器，叫做直流－直流變換器。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各類通信設備提供直流電源；專用變換器僅依據(jù)某一類通信設備對電源電壓要求，提供一個或各種電壓直流電源。通信電源工程設計方案第29頁變換器設計通用直流變換器選擇，首先要滿足電壓要求，其次是滿足電流要求，即變換器輸出電流應大于它所負擔電流最大值。專用變換器和通信設備放置在一起，普通由相關通信專業(yè)按其配套需要選配，其額定輸出電流，應大于對應使用電壓下負荷最大電流。通信電源工程設計方案第30頁配電設備設計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；后者接收主配電設備配電，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。

通信電源工程設計方案第31頁直流電力線設計通信電源工程設計方案第32頁交流供電系統(tǒng)設計配電設備設計UPS設計逆變設備設計交流電力線設計通信電源工程設計方案第33頁配電設備設計交流配電屏容量計算：Ie——交流配電屏額定電流（A）P——交流配電屏確保交流負荷遠期最大值（KW）通信電源工程設計方案第34頁UPS設計UPS工作原理通信電源工程設計方案第35頁UPS設計UPS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。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)壓和頻率跟蹤功效。通信電源工程設計方案第36頁UPS設計當市電出現(xiàn)故障，UPS工作在后備狀態(tài)，靜態(tài)開關依然切換在逆變器端，由逆變器將蓄電池直流電壓轉換成交流電壓，經(jīng)過靜態(tài)開關輸出到負載。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。通信電源工程設計方案第37頁UPS設計慣用UPS系統(tǒng)普通分為兩大類：備用冗余系統(tǒng)和并聯(lián)冗余系統(tǒng)。備份冗余系統(tǒng)中，一臺電源裝置供電，另外幾臺備用，一旦正在運行電源裝置發(fā)生故障，備用電源裝置馬上投入工作。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，每臺電源裝置輸出功率都低于它額定輸出功率。通信電源工程設計方案第38頁UPS設計UPS容量計算

P入=P出/(COS∮*ц)

COS∮----功率因數(shù)（普通取0.8）

P出-------額定輸出功率(KVA)P入-------輸入功率（KVA）

ц--------保險系數(shù)（普通取0.8)通信電源工程設計方案第39頁UPS設計UPS蓄電池容量計算電池放電電流計算：I=（S*COS∮）/（n*V*ц逆)S----------UPS額定輸出容量（VA）

ц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1.8V;12V電池對應10.8V）

COS∮----功率因數(shù)通信電源工程設計方案第40頁UPS設計蓄電池容量計算：

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1.2～1.67)通信電源工程設計方案第41頁逆變器設計逆變器可分為兩類，一類是UPS電源中逆變器，一類是通信逆變器。二者區(qū)分僅在于輸入、輸出電壓或頻率量不一樣，UPS逆變器輸入直流電壓高，而通信輸入為-48V；UPS逆變器普通輸出為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。但兩類逆變器本質(zhì)是一樣，都是把由市電整流濾波后直流或蓄電池直流電，逆變成頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、波形失真小交流電。通信電源工程設計方案第42頁逆變器設計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，－48Vη：整流器效率。普通取80％。通信電源工程設計方案第43頁交流電力線設計通信電源工程設計方案第44頁低壓電器配置與選擇低壓電器選擇標準熔斷器選擇空氣開關選擇刀開關及轉換開關選擇通信電源工程設計方案第45頁低壓電器配置與選擇低壓電器選擇標準按正常工作條件選擇電器額定電壓和額定頻率不應低于所在網(wǎng)絡額定電壓和額定頻率。電器額定電流不應低于所在回路負荷計算電流。保護電器還應按照保護特征選擇。一些電器還應按相關專門要求選擇。通信電源工程設計方案第46頁低壓電器配置與選擇低壓電器選擇標準按短路工作條件選擇可能經(jīng)過短路電流電器（如刀開關、熔斷器、空氣斷路器），應盡可能滿足在短路條件下動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定要求。斷開短路電流電器（如熔斷器、空氣斷路器），應盡可能滿足在短路條件下分斷能力。按使用環(huán)境條件選擇，電器產(chǎn)品選擇應滿足實際環(huán)境條件要求。通信電源工程設計方案第47頁低壓電器配置與選擇低壓電器選擇空氣開關選擇為負載峰值電流1.5倍；熔斷器選擇為負載峰值電流2倍。

通信電源工程設計方案第48頁接地系統(tǒng)設計接地系統(tǒng)組成及連接接地系統(tǒng)組成接地系統(tǒng)連接接地體設計及連接接地體設計標準接地體和接地導線選擇通信電源工程設計方案第49頁接地系統(tǒng)組成及連接接地系統(tǒng)組成電氣設備或金屬部件對一個接地系統(tǒng)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、接地配線和接地點聚集線組成。通信電源工程設計方案第50頁接地系統(tǒng)組成地接地系統(tǒng)中所指地，即普通土壤，不過它含有導電特征，并含有沒有限大電容量，能夠用來作為良好參考電位。土壤導電特征用電阻率來衡量，其主要取決于土壤類型。通信電源工程設計方案第51頁接地系統(tǒng)組成通信電源接地包含：交流零線復接地、機架保護接地和屏蔽接地、防雷接地、直流工作地接地通信電源接地系統(tǒng)通常采取聯(lián)合地線接地方式。聯(lián)合地線標準連接方式是將接地體經(jīng)過匯流條（粗銅纜等）引入電力機房接地匯流排，防雷地、直流工作地和保護地分別用銅芯電纜連接到接地匯流排上。交流零線復接地能夠接入接地匯流排入地，但對于相控設備或電機設備使用較多（諧波嚴重）供電系統(tǒng)，或三相嚴重不平衡系統(tǒng)，交流復接地最好單獨埋設接地體，或從直流工作接地線以外地方接入地網(wǎng)，以減小交流對直流污染。通信電源工程設計方案第52頁接地系統(tǒng)組成通信機房接地系統(tǒng)通信機房接地系統(tǒng)包含交流接地和直流接地。交流接地交流接地包含：交流工作接地、保護接地、防雷接地。直流接地直流接地包含：直流工作接地、機殼屏蔽接地。通信電源工程設計方案第53頁接地系統(tǒng)組成接地體為使電流入地擴散而采取與土壤電氣接觸金屬部件稱為接地體。接地體普通采取鍍鋅鋼材，規(guī)格以下：鋼管壁厚：大于3.5mm

角鋼：大于50×50×5mm

扁鋼：大于40×4mm

圓鋼直徑：大于8mm

接地體之間全部焊接點均應做防腐處理。接地體埋深大于0.7m。接地系統(tǒng)中垂直接地體，宜采取長度大于2.5m鍍鋅鋼材。通信電源工程設計方案第54頁接地系統(tǒng)組成接地引入線把接地極連接到地線匯流排上導線稱為接地引入線。接地引入線宜采取40×4或50×5鍍鋅扁鋼。通信電源工程設計方案第55頁接地系統(tǒng)組成接地總聚集線接地總聚集線可用接地聚集環(huán)或聚集排。聚集環(huán)安裝在地下室或底層，距離墻面為50mm左右，聚集排安裝在電力室；接地總聚集線截面積應依據(jù)最大故障電流確定，普通采取截面積大于120mm2銅排或相同電阻值鍍鋅扁鋼；依據(jù)需要，可在大樓對應層或設備層內(nèi)設置接地分聚集線；通信電源工程設計方案第56頁接地系統(tǒng)組成接地配線把必須接地各部分連接到地線排或地線匯流排上導線稱為接地配線。直流電源接地線截面積，應依據(jù)直流供電回路允許電壓降確定；設備保護地線截面積，普通選取35-90mm2多股銅導線；接地線兩端連接點應確保電氣接觸良好，并應做防腐處理；禁止在接地線中，交流中性線中加裝開關或熔斷器；禁止利用其它設備作為接地線電氣連通組成部分；由接地總聚集線引出接地線應設顯著標志。通信電源工程設計方案第57頁接地系統(tǒng)組成通信電源工程設計方案第58頁接地系統(tǒng)連接通信設備保護接地機房內(nèi)通信設備及其供電設備正常不帶電金屬部分、進局電纜保安裝置接地端以及電纜金屬護套均應做保護接地；數(shù)字通信設備機架保護接地，應從接地總聚集線或機房內(nèi)分接地聚集線引入，并預防經(jīng)過布線引入機架隨機接地，天線、饋線上端和進入機房入口處均應就近接地。通信電源工程設計方案第59頁接地系統(tǒng)連接通信電源接地電力室直流電源接地線必須從接地總聚集線上引入；機房直流電源接地垂直引入線長度超出30m時，從30m處開始，每向上隔一層與接地端連接一次；在電力變壓器高、低側，除應設保安防雷裝置外，宜采取三相五線制引入電力室。該變壓器機殼與低壓側中性點聚集后，就近接地，中性線不準安裝熔斷器；引入大樓交流電力線宜采取地下電力電纜，其金屬護套兩端均應做良好接地；大樓內(nèi)全部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，禁止采取中性線作為交流保護地線。通信電源工程設計方案第60頁接地系統(tǒng)連接其它設施接地大樓頂各種金屬設施均應分別與樓頂避雷接地線就近連接；大樓內(nèi)各層金屬管道均應就近接地；大樓內(nèi)金屬豎井及金屬槽道本身節(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電氣連接通信電源工程設計方案第61頁接地體設計及安裝接地體設計標準通信局站接地方式，應按聯(lián)合接地原理設計，即通信設備工作接地、保護接地、建筑物防雷接地共同適用一組接地體聯(lián)合接地方式；電力變壓器高、低壓側避雷器接地端、變壓器鐵殼、零線應就近接在一起，再經(jīng)引下線接地；電力變壓器在站內(nèi)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；直流電源工作地應采取單點接地方式，并就近從接地聚集線上引入；交、直流配電設備機殼應單獨從接地聚集線上引入保護接地，交流配電屏中性線聚集排應與機架絕緣。通信電源工程設計方案第62頁接地體設計及安裝接地體和接地導線選擇接地體普通采取鍍鋅材：角鋼為50×50×5，長2.5m；鋼管Φ50mm，長2.5m；扁鋼40×4mm2通信直流接地導線普通采取材料：室內(nèi)接地導線40×4mm2扁鋼，纏油麻裹瀝青；室外接地導線用40×4mm2鍍鋅扁鋼，再換接電纜引入樓內(nèi)時，電纜采取銅芯，截面積大于50mm2，如在樓內(nèi)換接時，可采取大于70mm2鋁芯導線。通信電源工程設計方案第63頁接地體設計及安裝接地體和接地導線選擇地盤或地線匯流排到以下設備接地線，可采取大于以下截面銅導線：-24V、-48V、-60V直流配電屏

95mm2±24V、±60V直流配電屏25mm2電力室直流配電屏到機房95mm2電力室直流配電屏到測量臺25mm2