通信電源工程設(shè)計(jì)

1、目錄l 通信電源系統(tǒng)l 直流供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)l 蓄電池設(shè)計(jì)l 整流器設(shè)計(jì)l 變換器設(shè)計(jì)l 配電設(shè)備設(shè)計(jì)l 直流電力線設(shè)計(jì)l 交流供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)l 配電設(shè)備設(shè)計(jì)l UPS設(shè)計(jì)l 逆變?cè)O(shè)備設(shè)計(jì)l 交流電力線設(shè)計(jì)l 電器的配置與選擇l 接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)l 機(jī)房設(shè)計(jì)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 為了確保可靠供電，由交流電源供電的通信設(shè)備都應(yīng)當(dāng)采用交流不間斷電源（UPS），直流供電系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)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(biāo)志電能質(zhì)量的兩個(gè)重要標(biāo)志。通信設(shè)備允許由380/220V，50Hz交流基礎(chǔ)電源直接供電時(shí)，在通

2、信設(shè)備的電源輸入端子處的電壓允許變動(dòng)范圍為額定值的-10%+5%，頻率允許的變動(dòng)范圍為-4%+4%。 直流基礎(chǔ)電源趨于簡(jiǎn)化為-48V。支流電源的電壓和雜音是標(biāo)志電能標(biāo)志的兩個(gè)重要指標(biāo)。電源電壓變動(dòng)范圍為-57V-40V，衡重雜音應(yīng)小于2mV。電源設(shè)備基本要求l經(jīng)濟(jì)合理性 經(jīng)濟(jì)性是指通信電源系統(tǒng)在滿足供電可靠性和電能質(zhì)量要求的前提下，基建投資盡可能少，年運(yùn)行費(fèi)用盡可能低。l技術(shù)先進(jìn)性 積極采用技術(shù)先進(jìn)的供電系統(tǒng)和電源設(shè)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(shè)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(shè)備及電器l通信電源設(shè)備l

3、 高壓開(kāi)關(guān)柜、電力變壓器、交/直流配電屏、電容補(bǔ)償柜、高頻開(kāi)關(guān)整流器、直流-直流變換器、蓄電池組、柴油發(fā)電機(jī)組、通信逆變器、UPS、交流自動(dòng)穩(wěn)壓器、太陽(yáng)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(kāi)關(guān)、接觸器；l 高壓電器：高壓斷路器、高壓熔斷器、高壓隔離開(kāi)關(guān)、高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)；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(shè)計(jì)l蓄電池設(shè)計(jì)l整流器設(shè)計(jì)l變換器設(shè)計(jì)l配電設(shè)備設(shè)計(jì)l直流電力線設(shè)計(jì)蓄電池設(shè)計(jì)l蓄電池基本工作原理l蓄電池組成l放電過(guò)程中的電化學(xué)反應(yīng)l充電過(guò)程中的電化學(xué)反應(yīng)l蓄電池特性及計(jì)算l蓄

4、電池特性l蓄電池計(jì)算蓄電池基本工作原理l蓄電池組成 蓄電池由正、負(fù)極板組、電解液和電池槽等部分組成。正極板上的活性物質(zhì)時(shí)二氧化鉛（PbO2），負(fù)極板上的活性物質(zhì)時(shí)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(dāng)電解槽中裝入一定密度的電解液后，正負(fù)極板上的活性物質(zhì)開(kāi)始和電解液進(jìn)行一系列的化學(xué)反應(yīng)，正負(fù)極板上形成2.1V的電位差，該電位差就是蓄電池的電動(dòng)勢(shì)（E）。所以在蓄電池充電時(shí)，外接直流電源的電壓應(yīng)高于蓄電池的電動(dòng)勢(shì)。 蓄電池基本工作原理l放電過(guò)程中的電化學(xué)反應(yīng) 蓄電池放電過(guò)程中總的電化學(xué)反應(yīng)為： PbO22H2SO4Pb PbSO42H2O+PbSO4 蓄電池在放電過(guò)程

5、中，正負(fù)極板上的活性物質(zhì)都不斷轉(zhuǎn)變成PbSO4。由于硫酸鉛的導(dǎo)電性能比較差，所以放電后，蓄電池的內(nèi)阻增加。此外，在放電過(guò)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(nèi)阻增加，電動(dòng)勢(shì)降低。放電終了時(shí)，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(guò)程中的電化學(xué)反應(yīng) 蓄電池充電過(guò)程中總的電化學(xué)反應(yīng)為： PbSO42H2O+PbSO4 PbO22H2SO4 Pb 充電過(guò)程中，電解液的密度逐漸增加，蓄電池的電動(dòng)勢(shì)逐漸增加。充電后期，極板上的活性物質(zhì)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(fù)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(shí)，蓄電池放出的電量（即放電電流If與放電時(shí)間t的乘積）稱(chēng)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(shí)率充電電流即表示：用該電流充電，10小時(shí)后充入蓄電池的電量等于蓄電池的額定容量。因此，10小時(shí)率充電電流為：IcC/100.1Cl蓄電池放電率的定義 放電率是針對(duì)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(shí)10小時(shí)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(shí)放電率32.5652小時(shí)放電率25753小時(shí)放電率17855小時(shí)放電率12968小時(shí)放電率1010010小時(shí)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(shí)數(shù)蓄電池容量計(jì)算l 蓄電池容量計(jì)算： Q：蓄電池容量（Ah）； K：安全系數(shù)，取1.25； I：負(fù)荷電流（A）； T：放電小時(shí)數(shù)（h）； ：放電容量系數(shù)； t：實(shí)際電池所在地的最低環(huán)境溫度數(shù)值，有采暖設(shè)備時(shí)，按15考慮；無(wú)采暖設(shè)備時(shí)，按5考慮； ：電池溫度系數(shù)，電解液溫度以25為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，放電小時(shí)率10時(shí)，取0.006；10放電小時(shí)率1時(shí)，取0.008；1時(shí)，取0.01251tKITQ蓄電池容量計(jì)算l 以上公

8、式可以簡(jiǎn)化成： QKCI C：電池容量計(jì)算系數(shù)，見(jiàn)下表；表1 不同溫度下C與T值的關(guān)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(shí)容量計(jì)算系數(shù)C21.7417.3913.0410.8710.099.257.336.555.54.353.562.522.171.55t=15時(shí)容量計(jì)算系數(shù)C22.7318.1813.6411.3610.549.677.666.855.754.553.732.632.271.62t=10時(shí)容量計(jì)算系數(shù)C23.8119.0514

9、.2911.911.0510.138.037.176.034.763.92.752.381.7t=5時(shí)容量計(jì)算系數(shù)C2016121098654321.2510.5每組電池放電小時(shí)數(shù)(T小時(shí))整流器設(shè)計(jì)l開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)電源l機(jī)架內(nèi)具有整流、交直流配電、電池輸入、控制等功能在內(nèi)的完整機(jī)架，用于容量較小的系統(tǒng)。整流器設(shè)計(jì)l 整流器容量及數(shù)量配置l采用相控整流器的局，應(yīng)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(yīng)按負(fù)荷電流和電池的均充電流（10小時(shí)率充電電流）之和確定。備用整流器的容量，應(yīng)按主用

10、整流器中最大的一臺(tái)容量確定。l采用高頻開(kāi)關(guān)整流器的局，應(yīng)按n+1冗余方式確定整流器配置，其中n只主用，n10時(shí)，1只備用；n10時(shí)，每10只備用1只。變換器的設(shè)計(jì)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(zhuān)用變換器兩種。通用變換器可向電源電壓要求相同的各類(lèi)通信設(shè)備提供直流電源；專(zhuān)用變換器僅根據(jù)某一類(lèi)通信設(shè)備對(duì)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(shè)計(jì)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(yīng)不小于它所負(fù)擔(dān)的電流最大值。l專(zhuān)用變換器和通

11、信設(shè)備放置在一起的，一般由相關(guān)通信專(zhuān)業(yè)按其配套需要選配，其額定輸出電流，應(yīng)不小于相應(yīng)使用電壓下負(fù)荷的最大電流。配電設(shè)備設(shè)計(jì)l 直流配電設(shè)備可分為主配電設(shè)備和分配電設(shè)備兩類(lèi)。前者與直流電源直接鏈接，設(shè)在電力室；后者接受主配電設(shè)備的配電，再對(duì)電能進(jìn)行二次分配，直接分配給用電設(shè)備。主配電設(shè)備容量較大，稱(chēng)為直流配電屏；分配電設(shè)備容量較小，有電源架、列柜等。 直流電力線設(shè)計(jì)交流供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)l配電設(shè)備設(shè)計(jì)lUPS設(shè)計(jì)l逆變?cè)O(shè)備設(shè)計(jì)l交流電力線設(shè)計(jì)配電設(shè)備設(shè)計(jì)l 交流配電屏容量計(jì)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(fù)荷遠(yuǎn)期最大值（KW）cos38031000PIeUPS設(shè)計(jì)l UP

12、S工作原理UPS設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)、蓄電池組和控制、監(jiān)測(cè)、顯示告警及保護(hù)電路組成。l市電正常時(shí)，輸入電壓經(jīng)過(guò)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(shí)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)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(shè)計(jì)l當(dāng)市電出現(xiàn)故障，UPS工作在后備狀態(tài)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)仍然切換在逆變器端，由逆變器將蓄電池的直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，通過(guò)靜態(tài)開(kāi)關(guān)輸出到負(fù)載。l當(dāng)市電正常、逆變器出現(xiàn)故障或輸出過(guò)載時(shí)，UPS工作在旁路狀態(tài)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)切換到市電端，由市電直接給負(fù)載供電。UPS設(shè)計(jì)l常用的UPS系統(tǒng)一般分為兩大類(lèi)：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(tái)電源裝置供電，另外幾臺(tái)備用，一旦正在運(yùn)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(tái)電源裝置并聯(lián)供電，在正常工作狀態(tài)下，每臺(tái)電源裝置的輸出功率都低于它的額定輸出功率。UPS設(shè)計(jì)lUPS容量計(jì)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(xiǎn)系數(shù)（一般取0.8)UPS設(shè)計(jì)lUPS蓄電池容量計(jì)算l電池放電電流計(jì)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(duì)應(yīng)1.8

14、V;12V電池對(duì)應(yīng)10.8V） COS-功率因數(shù)UPS設(shè)計(jì)l蓄電池容量計(jì)算： Q=KCI C-電池容量計(jì)算系數(shù)（查表） I-電池放電電流 K-保險(xiǎn)系數(shù)（取值范圍1.21.67)逆變器設(shè)計(jì)l 逆變器可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是UPS電源中的逆變器，一類(lèi)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(lèi)逆變器的本質(zhì)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(shè)計(jì)l 逆變器輸入電流計(jì)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(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)的選擇l刀開(kāi)關(guān)及轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)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(yīng)低于所在網(wǎng)絡(luò)的額定電壓和額定頻率。l電器的額定電流不應(yīng)低于所在回路的負(fù)荷計(jì)算電流。l保護(hù)電器還應(yīng)按照保護(hù)特性選擇。l某些電器還應(yīng)按有關(guān)的專(zhuān)門(mén)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(guò)短路電流的電器（如刀開(kāi)關(guān)、熔斷器、空

16、氣斷路器），應(yīng)盡量滿足在短路條件下的動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定的要求。l斷開(kāi)短路電流的電器（如熔斷器、空氣斷路器），應(yīng)盡量滿足在短路條件下的分?jǐn)嗄芰?。l按使用環(huán)境條件選擇，電器產(chǎn)品的選擇應(yīng)滿足實(shí)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(kāi)關(guān)的選擇為負(fù)載峰值電流的1.5倍；l熔斷器的選擇為負(fù)載峰值電流的2倍。 接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)及連接l接地體的設(shè)計(jì)原則l接地體和接地導(dǎo)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(shè)備或金屬部件對(duì)一個(gè)接地系統(tǒng)的連接稱(chēng)為接地。一個(gè)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(diǎn)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(guò)它具有導(dǎo)電的特性，并具有無(wú)限大的電容量，可以用來(lái)作為良好的參考電位。土壤的導(dǎo)電特性用電阻率來(lái)衡量，其主要取決于土壤類(lèi)型。接地系統(tǒng)的組成l 接地體 為使電流入地?cái)U(kuò)散而采用的與土壤電氣接觸的金屬部件稱(chēng)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(diǎn)均應(yīng)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(zhǎng)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(dǎo)線稱(chēng)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(yīng)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(yīng)層或設(shè)備層內(nèi)設(shè)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(dǎo)線稱(chēng)為接地配線。l 直流電源接地線的截面積，應(yīng)根據(jù)直流供電回路允許電壓降確定；l 設(shè)備保護(hù)地線的截面積，一般選用35-90mm2的多股銅導(dǎo)線；l 接地線兩端的連接點(diǎn)應(yīng)確保電氣接

19、觸良好，并應(yīng)做防腐處理；l 嚴(yán)禁在接地線中，交流中性線中加裝開(kāi)關(guān)或熔斷器；l 嚴(yán)禁利用其他設(shè)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(yīng)設(shè)明顯標(biāo)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(jiǎn)圖接地樁塔基礎(chǔ)鋼筋建筑基礎(chǔ)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(shè)備的保護(hù)接地l機(jī)房?jī)?nèi)通信設(shè)備及其供電設(shè)備正常不帶電的金屬部分、進(jìn)局電纜的保安裝置接地端以及電纜的金屬護(hù)套均應(yīng)做保護(hù)接地；l數(shù)字通信設(shè)備的機(jī)架保護(hù)接地，應(yīng)從接地總匯集線或機(jī)房?jī)?nèi)的分接地匯集線引入，并防止通過(guò)布線引入機(jī)架的隨機(jī)接地，天線、饋線的上端和進(jìn)入機(jī)房的入口處均應(yīng)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(jī)房的直流電源接地垂直引入線長(zhǎng)度超過(guò)30m時(shí)，從30m處開(kāi)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(cè)，除應(yīng)設(shè)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(jī)殼與低壓側(cè)中性點(diǎn)匯集后，就近接地，中性線不準(zhǔn)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(hù)套的兩端均應(yīng)做良好接地；l 大樓內(nèi)所有交直流用電設(shè)備均應(yīng)采取接地保護(hù)。交流保護(hù)地線應(yīng)從接地匯流線上引，嚴(yán)禁采用中性線作為交流保護(hù)地線。接地系統(tǒng)連接l其他設(shè)施的接地l大樓頂?shù)母鞣N金屬設(shè)施均應(yīng)分別與樓頂避雷接地線就近連接；l大樓內(nèi)各層金屬管道均應(yīng)就近接地；

21、l大樓內(nèi)的金屬豎井及金屬槽道自身的節(jié)與節(jié)之間應(yīng)確保電氣接觸良好。金屬槽道應(yīng)于機(jī)架或加固鋼梁保持良好的電氣連接接地體的設(shè)計(jì)及安裝l 接地體的設(shè)計(jì)原則l 通信局站的接地方式，應(yīng)按聯(lián)合接地的原理設(shè)計(jì)，即通信設(shè)備的工作接地、保護(hù)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(cè)避雷器的接地端、變壓器鐵殼、零線應(yīng)就近接在一起，再經(jīng)引下線接地；l 電力變壓器在站內(nèi)時(shí)，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(yīng)采用單點(diǎn)接地方式，并就近從接地匯集線上引入；l 交、直流配電設(shè)備的機(jī)殼應(yīng)單獨(dú)從接地匯集線上引入保護(hù)接地，交流配電屏的中性線匯集排應(yīng)與機(jī)架絕緣。接地體的

22、設(shè)計(jì)及安裝l 接地體和接地導(dǎo)線的選擇l接地體一般采用鍍鋅材：角鋼為50505，長(zhǎng)2.5m；鋼管50mm，長(zhǎng)2.5m；扁鋼404mm2l通信直流接地導(dǎo)線一般采用的材料：l室內(nèi)接地導(dǎo)線404mm2扁鋼，纏油麻裹瀝青；l室外接地導(dǎo)線用404mm2鍍鋅扁鋼，再換接電纜引入樓內(nèi)時(shí)，電纜采用銅芯，截面積不小于50mm2，如在樓內(nèi)換接時(shí)，可采用不小于70mm2的鋁芯導(dǎo)線。接地體的設(shè)計(jì)及安裝l接地體和接地導(dǎo)線的選擇l地盤(pán)或地線匯流排到下列設(shè)備的接地線，可采用不小于以下截面的銅導(dǎo)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(jī)房 95mm2l電力室直流配電屏到測(cè)量臺(tái) 25mm2l電力室直流配電屏到配線架 50mm2接地體的設(shè)計(jì)及安裝l接地體和接地導(dǎo)線的選擇l交流保護(hù)接地導(dǎo)線l相線截面積