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通信电源培训 张杰 2011年2月14日,一、概述 在通信行业中，人们通常把电源比喻为通信系统的“心脏”。通信电源供电系统是通信工程中不可缺少的部分，高可靠性、高稳定性的通信系统需要依靠高可靠性和高稳定性的通信电源做保障。,二、通信设备对电源的基本要求,1、可靠性高：一般的通信设备发生故障影响面较小，是局部性的。如果电源系统发生直流供电中断故障，则影响几乎是灾难性的，往往会造成整个电信局、通信枢纽的全部通信中断。 2、稳定性高：各种通信设备都有要求电源电压稳定，不允许超过容许的变化范围，尤其是计算机控制的通信设备，数字电路工作速度高，频带宽，对电压波动、杂音电压、瞬变电压等非常敏感。所以，供电系统必须有很高的稳定性。,二、通信设备对电源的基本要求,3、效率高 ：能源是宝贵的，电信设备在耗费巨资完成设备投资后，日常的费用支出中，电费是一笔比重很大的开支。尤其随着通信容量的增大，一个母局的各种设备用上百、上千安培直流的用电量已是司空见惯，这时效率问题就特别突出。这就要求电源设备（主要指整流电源）应有较高转换效率，即要求电源设备的自耗要小。,三、通信电源系统结构,三、通信电源系统的构成,通信电源系统一般由交流供电系统、直流供电系统和接地系统组成。 1、交流供电系统 通信电源的交流供电系统由高压配电所、 降压变压器、油机发电机、ups和低压配电屏组成。交流供电系统可以有三种交流电源：变电站供给的市电、油机发电机供给的自备交流电、ups供给的后备交流电。,三、通信电源系统的构成 2、直流供电系统 通信设备的直流供电系统由开关电源（ac/dc变换器）、蓄电池和直流配电屏等部分组成。 3、接地系统 为了提高通信质量、确保通信设备与人身的安全，通信局站的交流和直流供电系统都必须有良好的接地装置。,四、交流供电系统,1、交流电一般指大小和方向随时间作周期性变化的电压或 电流。它的最基本的形式是正弦电流。我国交流电供电的标准频率规定为50赫兹。,2、三相电路：能产生幅值相等、频率相等、相位互差120电势的发电机称为三相发电机；以三相发电机作为电源，称为三相电源；以三相电源供电的电路，称为三相电路。,单相交流电,三相交流电,四、交流供电系统,3、三相三线制供电、三相四线制供电、三相五线制供电 三相三线制是三相交流电源的一种连接方式，从3 个 线圈的端头引出3根导线，另将3 个线圈尾端连在一起，又叫 星形接线，常用符号“y”表示，这种引出3根导线供电的方式 叫三相三线制。若还从3个线圈尾端的连接点上再引出1根导 线，这种引出4根导线的供电方式叫三相四线制方式。除此4 根导线外还有1根导线专用于保护地线的供电方式叫做三相 五线制供电。,四、交流供电系统,4、三相交流电和单相交流电相比有何优点？ 三相交流电较单相交流电在发电、输配电以及电能转换 为机械能等方面都有明显的优势。例如，制造三相发电机、 变压器都较制造单相的省材料，而且构造简单，性能优良。 同时，三相输电较单相输电电能损耗少等。 5、为什么在低压电网中普遍采用三相四线制？ 用星形连接的三相四线制，可以同时提供两种电压 值，即线电压和相电压。既可提供三相动力负载使用，又可 提供单相照明使用。例如常用的低电压380/220v，既可提供 需要电源电压380v的三相交流电动机使用，又可同时提供单 相220v的照明电源。,四、交流供电系统,6. 交流设备电流及输入功率计算 (1)单相电（220v） 已知设备额定电流i（a），则其额定功率p=i220v，单 位为瓦特(w)。 (2)三相电（380v） 已知设备额定电流i（a），则其额定功率 p=i380v1.732功率因数，单位为瓦特(w)。 上述算得的功率是设备“净”耗用的功率，尚未考虑配电效 率。如果加上配电设备、电缆上“浪费”的功率，计算配电 箱功率时，则需要放大一些，在这种简单的配电线路中， 一般用p/0.95即可。,四、交流供电系统,7、交流配电屏(箱) 配置计算 某小区新建1座基站，前端交流引入开关如何配置？ 1、计算基站总负荷： （1）开关电源，假设新建1套-48v/300a组合式开关电源，按总容量计算前端需要交流电 i=w/(380*1.732*效率*功率因数) =48*300/(380*1.732*0.95*0.8)=28.8a （2）空调，假设配置2台3匹， i=2*3*735 /(380*1.732*0.95*0.8)= 8.8a （3）照明及插座，(500+1000)/(380*1.732*0.95*0.8)=3a i总=28.8+8.8+3=40.6a 考虑一定的冗余，可选择大于50a的三相交流开关，一般选择63a接入。,五、开关电源系统,1、稳压电源可分为三种：线性稳压电源、相控稳压电源、开关稳压电源。 （1）相控电源体积大、效率低、功率因数低，严重污染电网，已逐渐被淘汰。 （2）线性稳压电源的线路简单、干扰小，对输入电压和负载变化的响应非常快，稳压性能非常好。 但是，线性稳压电源效率较低，只有20%40%，发热损耗严重，所需的散热器体积大，重量重，另外线性电源对电网电压大范围变化的适应性较差，因此线性电源主要用在小功率、对稳压精度要求很高的场合。 （3）开关稳压电源和线性稳压电源相比，功率转换效率高，可达65%90%，发热少，体积小、重量轻，对电网电压大范围变化具有很强的适应性，电压、负载稳定度高，但是线路复杂，电磁干扰和射频干扰大。,（4）线性电源和开关电源比较,五、开关电源系统,2、开关电源系统的组成 （1）交流配电屏(挂墙或落地)，主要给整流机架供交流电； （2）整流机架(内装整流模块、监控模块等)，交流输入/直流输出； （3）直流配电屏，整流器输出通过直流屏内熔丝或开关输出到通信设备； （4）蓄电池，市电正常时由整流器进行浮充，停电时对通信设备供电。 3、开关电源的分类：组合型开关电源、分立式开关电源,4、一次下电和二次下电,为确保基站传输系统在基站停电的情况下能维持较长时间正常工作，在基站的开关电源中设置了两级低压保护装置，在基站停电的情况下，由蓄电池供电给基站的bts及传输设备，当电池电压低于第一级保护关断电压时，假设为47v，切断基站重负载bts设备的供电，电池只给传输设备供电；当电池电压低于第二级保护关断电压时，假设为45v，切断基站传输设备的供电(即切断基站全部负载)，保护蓄电池，不致电池过放电。,传输,传输,传输,传输,bts,bts,bts,bts,汇 聚 节 点,a,b,c,d,5、蓄电池,（1）蓄电池容量单位：ah（安时） （2）蓄电池容量计算方法： 计算蓄电池容量前需确定近期耗电量和蓄电池放电小时数 蓄电池总容量计算公式为： 其中：q：蓄电池容量(ah)； k：安全系数，取1.25； i：负荷电流(a)； t：放电小时数(h)； t：实际电池所在地的环境温度数值； ：放电容量系数(根据设计规范取值)； :电池温度系数(1/)，当10放电小时率1时，取0.008。,6、开关电源容量计算和配置,根据原邮电部通信电源设备安装设计规范中的规 定，整流器等换流设备的容量应按近期负荷配置。按n+1(10台 整流器以上每10台增加1台)冗余方式配置容量 n(i直流设备耗电+i蓄电池充电)/ i整流器+n备份 其中： i蓄电池充电蓄电池容量(ah)/10； i直流设备耗电p直流设备功率(w)/48,6、开关电源容量计算和配置,配置开关电源系统举例： 某地二干中继机房勘察记录如下 （1）开关电源型号为：ps48300/25，共4个整流模块，空闲8个模 块位置，整流模块型号为hd4825，每个模块容量为25a； （2）开关电源电压读数：53.8v，电流读数：25a； （3）开关电源没有空闲的直流电源端子，列头柜有11个空闲16a 空气开关； （4）2组500ah蓄电池； 本期新增设备耗电按12.2a计 。如何配置整流模块呢？,6、开关电源容量计算和配置,计算如下： （1）计算设备扩容后机房的耗电量： 53.8v25a/48v+12.2a=40.2a,（2）蓄电池放电小时数计算： 按照蓄电池放电10小时以上取系数 t= (2500ah)/(1.440.2a)=17.7h 蓄电池放电时间满足机房要求，不需要扩容。,（3）整流模块计算 40.2a+(2500ah)/10h/25a=5.66个 按照n+1冗余方式配置得出扩容后需要7个整流模块，因此本期需要新增3个hd4825整流模块。,六、ups电源系统,1、概念： ups电源也叫不间断电源，它是能够实现两路电源之间不间断地相互切换的电气装置。它的功能是保证向负载提供持续不间断高质量的交流电源。 2、ups电源系统结构图,六、ups电源系统,3、ups系统组成 （1）ups输入屏 （2）主机：2台或2台以上； （3）电池组：每组电池一般由30或32只12v单体串联，总电 压为360v或384v； （4）ups输出屏：根据配电需求配置，小容量ups可以和 ups输入屏合成1个屏； （5）交流列柜：为通信设备进行末端配电，一般双路输入 有些ups系统还有旁路开关柜，电池开关柜等。,六、ups电源系统,4、工作方式： （1）后备式：后备式ups电源在市电正常供电时，市电通过交流旁路通道直接向负载供电，此时主机上的逆变器不工作，只是在市电停电时，才由蓄电池供电，经逆变器驱动负载。因此它对市电品质基本没有改变。 （2）在线式：在市电正常时，它首先将交流变成直流电，然后进行脉宽调制、滤波，再将直流电重新变成交流电源向负载供电；一旦市电中断，立即改为蓄电池逆变器对负载供电；因此,在线式ups电源输出的是与市电网完全隔离的纯净的正弦波电源，大大改善了供电的品质，保护了负载安全、有效的工作。,六、ups电源系统,6、ups电源容量配置： 首先计算前端的负载功率，为确保ups的系统高效率和尽可能地延长ups的使用寿命，一般负载功率应满足ups 额定功率的60%。例如我们在某机房前端，需要不间断供电的设备有服务器、监控设备、磁盘阵列及网络交换等，统计总功率为30kva，因此我们选择3060%=50kva，所以就选择了50kva的在线式主机。 7、蓄电池放电时间： 满载时蓄电池工作时间=蓄电池组容量电压/主机额定功率0.75（功率因数） 如以上机房有2组蓄电池，单体蓄电池电压为12v，容量为150ah，每组蓄电池30节 电池组电压：v=12 30=360v 电池组容量：150 2=300ah 该系统满载时放电时间=300 360/50000 0.75=1.62小时 按实际负载时放电时间= 300 360/30000 0.75=2.7小时,七、电力线缆,1、电力线缆编号的含义： 电缆的规格型号： （1）型式代号：rvvz、rvvfh、zrvv 系列代号：r-软电缆 绝缘材料代号：v-聚氯乙烯，y-聚烯径 护套材料代号：v-聚氯乙烯、y-聚烯径 外保护层代号22钢带铠装聚氯乙烯/23钢带铠装聚烯径（埋地电缆常用） 性能特征代号：zr（阻燃）fh（防火）nh（耐火） （2）额定电压：1000/600v等 （3）规格代号：4*35mm2、1*35mm2、3*35mm2+1*16mm2等 电缆规格型号常见的写法：rvvz-1kv 1*35mm2 rvvz电缆的全称：聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套阻燃软电缆,型式代号,额定电压,规格代号,七、电力线缆,2、电力线缆分类： （1）根据导体芯数分：单芯、2芯、3芯、3+1芯、4芯、4+1芯、5芯； （2）根据电缆特性分：耐火电缆、阻燃电缆、普通电缆 耐火型电缆：在规定实验条件下，试样在火焰中被燃烧而在一定时间内仍能够保持正常运行的性能； 阻燃型电缆：在规定试验条件下，试样被燃烧，在撤去试验火源后，火焰的蔓延仅在限定范围内，残焰或残灼在限定时间内能自行熄灭的特性 （3）根据金属芯材质分：铜芯电缆、铝芯电缆,七、电力线缆,3、交流电力线缆的选择 交流电源导线应根据最大负荷和电力电缆的安全载流量选择截面，电源的安全载流量与导线的材质（一般选用铜导线）、电缆结构（单芯、2芯、3芯、4芯等）、绝缘材料和敷设方法等都有关系，下面提供部分常用电力电缆安全载流量表供参考,七、电力线缆,七、电力线缆,4、直流电力线缆的配置 s=i*l/r*v i:耗电功率，最大电流 i=p/40。 l:馈电回路导线长度； r：导电系数，r铜=57，r铝=34。 v：最大电压降，距离短缆线数量少尽量少分配压降，距离长缆线数量多尽可能多分配压降。,七、电力线缆,5、保护地线(pe)最小截面选择：,八、熔断器和断路器（空气开关）,1、熔断器和断路器的作用都是用来保护用电设备的安全，当电路发生故障或异常时，伴随着电流的不断升高，熔断器或保护开关会在电流异常升高到一定的高度和一定时候，切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。 2、熔断器 （1） 熔断器的主要优点 选择性好。上下级熔断器的熔断体额定电流只要符合国标和iec标准 规定的过电流选择比为1.6:1 的要求，即上级熔断体额定电流不小于下 级的该值的1.6 倍，就视为上下级能有选择性切断故障电流； 限流特性好，分断能力高； 相对尺寸较小； 价格较便宜。 （2） 熔断器的主要缺点和弱点 故障熔断后必须更换熔断体； 保护功能单一，只有一段过电流反时限特性，过载、短路和接地故障都用此防护； 发生一相熔断时，对三相电动机将导致两相运转的不良后果，当然可用带发报警信号的熔断器予以弥补，一相熔断可断开三相； 不能实现遥控，需要与电动刀开关、开关组合才有可能。,八、熔断器和断路器（空气开关）,3、非选择性断路器 （1） 主要优点和特点 故障断开后，可以手操复位，不必更换元件，除非切断 大短路电流后需要维修； 有反时限特性的长延时脱扣器和瞬时电流脱扣器两段保 护功能，分别作为过载和短路防护用，各司其职； 带电操机构时可实现遥控。 （2） 主要缺点和弱点 上下级非选择型断路器间难以实现选择性切断，故障电 流较大时，很容易导致上下级断路器均瞬时断开； 相对价格略高； 部分断路器分断能力较小，如额定电流较小的断路器装 设在靠近大容量变压器位置时，会使分断能力不够。现在有 高分断能力的产品可以满足，但价格较高。,八、熔断器和断路器（空气开关）,4、选择型断路器 （1） 主要优点和特点 具有非选择性断路器上述各项优点； 具有多种保护功能，有长延时、瞬时、短延时和接地故障 （包括零序电流和剩余电流保护）保护，分别实现过载、断路 延时、大短路电流瞬时动作及接地故障防护，保护灵敏度极 高，调节各种参数方便，容易满足配电线路各种防护要求。另 外，可有级联保护功能，具有更良好的选择性动作性能； 现今产品多具有智能特点，除保护功能外，还有电量测量、 故障记录，以及通信借口，实现配电装置及系统集中监控管理。 （2） 主要问题 价格很高，因此只宜在配电线路首端和特别重要场所的分干线使用； 尺寸较大。,八、熔断器和断路器（空气开关）,5、熔断器和断路器的配置 选择熔断器或空气开关时，应以电池单方接近低限电压、 保证负载的功耗而电流最大的最坏的情况下来考虑熔断器或空 气开关的容量。一般的情况也可以按正常工作电流的1.21.5倍 来计算最大电流，然后根据最大电流向上选择最接近的规格的 熔断器或空气开关。关于设备功耗，厂家标明的均是最大值， 即在最繁忙工作状态下、设备瞬时达到的功率尖峰值。实际运 行数值小得多，大概只有最大值的1/31/2。因此在选择断路 器上，不必把裕度放得过大，否则反而造成上下级空开配合困 难，以及浪费。 凡是通信设备要求两路供电的接法，并不因为正常时每一 支路只承担一半的负荷电流，而采用减半配置。应当考虑到一 旦有一个支路出现故障时，该支路所承担的负荷会全部倒至另 一支路来考虑。 不允许2个小负荷熔断器或空气开关并联代替大负荷熔断 器或空气开关使用，因为2只分路熔断器或空气开关并联使用 易造成电流不均匀引起故障。,九、接地系统,接地系统是通信电源系统的重要组成部分，它不仅直接影 响通信的质量和电源系统的正常运行，还起到保护人身安全和 设备安全的作用。 1、在通信局站中，通信和电源设备由于以下原因需要接地： （1）回路接地 （2）保护接地：将通信设备的金属外壳和电缆金属护套等部 分接地，以减小电磁感应，保持一个稳定的电位，达到屏蔽的 目的，减小杂音的干扰。 （3）交流三相四线制中性点接地：在交流电力系统中，将三 相四线制的中性点接地，并采用接零保护，以便在发生接地故 障时迅速将设备切断。也可以降低人体可能触及的最高接触电 压，降低电气设备和输电线路对地的绝缘水平。 （4）防雷接地：为了避免由于雷电等原因产生的过电压而危 及人身和击毁设备，应装设地线，让雷电流尽快地入地。,九、接地系统,2、接地系统的组成 （1）地 ：接地系统中所指的地，即一般的土地，不过它有导 电的特性，并具有无限大的容电量，可以用来作为良好的参考 电位。 （2）接地体（或接地电极）：为使电流入地扩散而采用的与 土地成电气接触的金属部件。 （3）接地引入线：把接地电极连接到地线盘（或地线汇流排） 上去的导线。在室外与土地接触的接地电极之间的连接导线则 形成接地电极的一部分，不作为接地引入线。 （4）地线排(或地线汇流排)：专供接地引入线汇集连接的小型 配电板或母线汇接排。 （5）接地配线：把必须接地的各个部分连接到地线盘或地线 汇流排上去的导线。,九、接地系统,3、接地系统的分类：直流接地系统，交流接地系统，测量接 地系统，防雷接地系统 （1）直流接地系统：分为工作接地和保护接地两种，工作接 地用于通信设备和直流通信电源设备的正常工作，而保护接地 则用于保护人身和设备的安全。 需要接到直流接地系统上面的有： 蓄电池组的正极或负极（不接地系统除外）； 通信设备的机架； 总配线架的铁架； 通信电缆的金属隔离层； 通信线路的保安器； 防静电地面。,九、接地系统,（2）交流接地系统：交流接地系