通信电源工程设计（PPT71页).ppt

通信电源工程设计 河南泰尔通信技术工程有限公司2008年9月13日 目录 通信电源系统直流供电系统设计蓄电池设计整流器设计变换器设计配电设备设计直流电力线设计交流供电系统设计配电设备设计 UPS设计逆变设备设计交流电力线设计电器的配置与选择接地系统设计机房设计 电源基本知识 电源基本知识 通信电源基本公式1 电流强度 I q t I 电流强度 A q 在时间t内通过导体横载面的电量 C t 时间 s 2 欧姆定律 I U R I 导体电流强度 A U 导体两端电压 V R 导体阻值 3 电阻 电阻定律 R L S 电阻率 m L 导体的长度 m S 导体横截面积 m2 4 闭合电路欧姆定律 I E r R 或E Ir IR也可以是E U内 U外 I 电路中的总电流 A E 电源电动势 V R 外电路电阻 r 电源内阻 5 电功与电功率 W UIt P UI W 电功 J U 电压 V I 电流 A t 时间 s P 电功率 W 6 焦耳定律 Q I2Rt Q 电热 J I 通过导体的电流 A R 导体的电阻值 t 通电时间 s 7 纯电阻电路中 由于I U R W Q 因此W Q UIt I2Rt U2t R8 电源总动率 电源输出功率 电源效率 P总 IE P出 IU P出 P总 I 电路总电流 A E 电源电动势 V U 路端电压 V 电源效率 电源基本知识 电源基本知识 通信电源系统 通信电源基本要求通信电源系统组成现代通信电源的种类通信电源设备及电器 通信电源基本要求 可靠性为了确保可靠供电 由交流电源供电的通信设备都应当采用交流不间断电源 UPS 直流供电系统中 应当采用整流器和蓄电池并联浮充供电方式 通信电源基本要求 稳定性交流电源的电压和频率是标志电能质量的两个重要标志 通信设备允许由380 220V 50Hz交流基础电源直接供电时 在通信设备的电源输入端子处的电压允许变动范围为额定值的 10 5 频率允许的变动范围为 4 4 直流基础电源趋于简化为 48V 支流电源的电压和杂音是标志电能标志的两个重要指标 电源电压变动范围为 57V 40V 衡重杂音应小于2mV 电源设备基本要求 经济合理性经济性是指通信电源系统在满足供电可靠性和电能质量要求的前提下 基建投资尽可能少 年运行费用尽可能低 技术先进性积极采用技术先进的供电系统和电源设备 通信电源系统组成 由不同的供电系统组成 集中供电分散供电混合供电由不同的设备和电器组成 集中供电系统 分散供电系统 混合供电系统 系统比较 现代通信电源的种类 主要包括三种 线性电源 相控电源 开关电源 线形电源也称稳压电源 是通过串联调整管可以连续控制的线性稳压电源 线性电源的功率调整管总是工作在放大区 流过的电流是连续的 由于调整管上损耗较大的功率 所以需要较大功率调整管并装有体积很大的散热器 发热严重 效率很低 一般只用作小功率电源 相控电源将市电直接经过整流滤波提供直流 由改变晶闸管的导通相位角 来控制整流器的输出电压 相控电源所用的变压器是工频变压器 体积大 效率低 功率因数低 严重污染电网 开关电源功率调整管工作在开关状态 有体积小 效率高 重量轻 可以模块化设计 通常按N 1备份 而相控电源需要1 1备份 组成的系统可靠性高 正是这些优点 开关电源已在通信网中大量取代了相控电源 并得到越来越广泛的应用 现代通信电源的种类 功率因数校正技术开关电源电路的整流部分使电网的电流波形畸变 谐波含量增大 而使得功率因数降低 功率因数只有0 6 0 7 采用三相三线制整流 三相三线制没有中线的整流方式 不存在中线电流 这时虽然相电流中间还有一定的谐波电流 但谐波含量大大降低 功率因数可提高到0 86以上利用无源功率因数校正技术加入一定的电感来把功率因数提高到0 93以上 谐波含量降到10 以下采用有源功率因数校正技术在输入整流部分加一级功率处理电路 强制流经电感的电流几乎完全跟随输入电压变化 无功功率几乎为0 功率因数可达0 99以上 谐波含量可降低到5 以下 通信电源设备及电器 通信电源设备高压开关柜 电力变压器 交 直流配电屏 电容补偿柜 高频开关整流器 直流 直流变换器 蓄电池组 柴油发电机组 通信逆变器 UPS 交流自动稳压器 太阳能电池方阵 集中监控系统通信电源电器电磁电器 电流互感器 电压互感器 继电器 低压电器 低压断路器 熔断器 刀开关 接触器 高压电器 高压断路器 高压熔断器 高压隔离开关 高压负荷开关 避雷器 阀式避雷器 排气式避雷器 金属氧化锌避雷器 直流供电系统设计 蓄电池设计整流器设计变换器设计配电设备设计直流电力线设计 蓄电池设计 蓄电池基本工作原理蓄电池组成放电过程中的电化学反应充电过程中的电化学反应蓄电池特性及计算蓄电池特性蓄电池计算 蓄电池基本工作原理 蓄电池组成蓄电池由正 负极板组 电解液和电池槽等部分组成 正极板上的活性物质时二氧化铅 PbO2 负极板上的活性物质时海绵状铅 Pb 电解液由蒸馏水和纯硫酸按照一定的比例配置而成的 当电解槽中装入一定密度的电解液后 正负极板上的活性物质开始和电解液进行一系列的化学反应 正负极板上形成2 1V的电位差 该电位差就是蓄电池的电动势 E 所以在蓄电池充电时 外接直流电源的电压应高于蓄电池的电动势 蓄电池基本工作原理 放电过程中的电化学反应蓄电池放电过程中总的电化学反应为 PbO2 2H2SO4 PbPbSO4 2H2O PbSO4蓄电池在放电过程中 正负极板上的活性物质都不断转变成PbSO4 由于硫酸铅的导电性能比较差 所以放电后 蓄电池的内阻增加 此外 在放电过程中 由于电解液中的硫酸铅逐渐变成水 所以电解液的密度逐渐下降 因此蓄电池的内阻增加 电动势降低 放电终了时 蓄电池的端电压下降到1 8V左右 蓄电池基本工作原理 充电过程中的电化学反应蓄电池充电过程中总的电化学反应为 PbSO4 2H2O PbSO4PbO2 2H2SO4 Pb充电过程中 电解液的密度逐渐增加 蓄电池的电动势逐渐增加 充电后期 极板上的活性物质大部分已经还原 如果继续大电流充电 充电电流只能起分解水的作用 这样 负极板上将有大量的氢气逸出 正极板上将有大量的氧气逸出 蓄电池产生剧烈的冒气 蓄电池基本工作原理 蓄电池容量的定义蓄电池放电到终了电压时 蓄电池放出的电量 即放电电流If与放电时间t的乘积 称为蓄电池的容量 用C表示 蓄电池充电率的定义蓄电池充电电流的大小通常用充电率表示 比如10小时率充电电流即表示 用该电流充电 10小时后充入蓄电池的电量等于蓄电池的额定容量 因此 10小时率充电电流为 Ic C 10 0 1C蓄电池放电率的定义放电率是针对蓄电池放电电流大小而言的 蓄电池基本工作原理 下表例举了同一蓄电池随放电率改变的容量变化情况 表中以电解液温度为25 时10小时率下所放出的容量 作为蓄电池的额定容量 蓄电池容量计算 蓄电池容量计算 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 放电容量系数 t 实际电池所在地的最低环境温度数值 有采暖设备时 按15 考虑 无采暖设备时 按5 考虑 电池温度系数 电解液温度以25 为标准时 放电小时率 10时 取0 006 10 放电小时率 1时 取0 008 1时 取0 01 蓄电池容量计算 以上公式可以简化成 Q KCIC 电池容量计算系数 见下表 整流器设计 开关电源架仅有整流功能而不具备直流配电及电池输入功能 与直流屏等可组成大的直流供电系统 组合开关电源机架内具有整流 交直流配电 电池输入 控制等功能在内的完整机架 用于容量较小的系统 整流器设计 整流器容量及数量配置采用相控整流器的局 应分别配置主用整流器和备用整流器 采用全浮充工作的主用整流器容量 应按负荷电流和电池的均充电流 10小时率充电电流 之和确定 备用整流器的容量 应按主用整流器中最大的一台容量确定 采用高频开关整流器的局 应按n 1冗余方式确定整流器配置 其中n只主用 n 10时 1只备用 n 10时 每10只备用1只 变换器的设计 将直流电逆变 升压或降压 变成交流电 再整流变成所需的直流电 这种同一逆变和整流的变换器 叫做直流 直流变换器 变换器可分为通用变换器和专用变换器两种 通用变换器可向电源电压要求相同的各类通信设备提供直流电源 专用变换器仅根据某一类通信设备对电源电压的要求 提供一种或多种电压的直流电源 变换器的设计 通用直流变换器的选择 首先要满足电压的要求 其次是满足电流的要求 即变换器的输出电流应不小于它所负担的电流最大值 专用变换器和通信设备放置在一起的 一般由相关通信专业按其配套需要选配 其额定输出电流 应不小于相应使用电压下负荷的最大电流 配电设备设计 直流配电设备可分为主配电设备和分配电设备两类 前者与直流电源直接链接 设在电力室 后者接受主配电设备的配电 再对电能进行二次分配 直接分配给用电设备 主配电设备容量较大 称为直流配电屏 分配电设备容量较小 有电源架 列柜等 直流电力线设计 交流供电系统设计 配电设备设计UPS设计逆变设备设计交流电力线设计 配电设备设计 交流配电屏容量计算 Ie 交流配电屏额定电流 A P 交流配电屏保证的交流负荷远期最大值 KW UPS设计 UPS工作原理 UPS设计 UPS主要是由 整流滤波电路 充电器 逆变器 输出变压器及滤波器 静态开关 蓄电池组和控制 监测 显示告警及保护电路组成 市电正常时 输入电压经过整流滤波电路 一路给逆变器提供电压 一路送入充电器给蓄电池充电 此时 静态开关切换到逆变器端 由逆变器完成稳压和频率跟踪功能 UPS设计 当市电出现故障 UPS工作在后备状态 静态开关仍然切换在逆变器端 由逆变器将蓄电池的直流电压转换成交流电压 通过静态开关输出到负载 当市电正常 逆变器出现故障或输出过载时 UPS工作在旁路状态 静态开关切换到市电端 由市电直接给负载供电 UPS设计 常用的UPS系统一般分为两大类 备用冗余系统和并联冗余系统 备份冗余系统中 一台电源装置供电 另外几台备用 一旦正在运行的电源装置发生故障 备用电源装置立即投入工作 并联冗余系统中 多台电源装置并联供电 在正常工作状态下 每台电源装置的输出功率都低于它的额定输出功率 UPS设计 UPS容量计算P入 P出 COS COS 功率因数 一般取0 8 P出 额定输出功率 KVA P入 输入功率 KVA 保险系数 一般取0 8 UPS设计 UPS蓄电池容量计算电池放电电流计算 I S COS n V 逆 S UPS额定输出容量 VA 逆 逆变器效率n 蓄电池只数V 蓄电池放电终止电压 2V电池对应1 8V 12V电池对应10 8V COS 功率因数 UPS设计 蓄电池容量计算 Q KCIC 电池容量计算系数 查表 I 电池放电电流K 保险系数 取值范围1 2 1 67 逆变器设计 逆变器可分为两类 一类是UPS电源中的逆变器 一类是通信逆变器 二者的区别仅在于输入 输出电压或频率量不同 UPS逆变器输入直流电压高 而通信输入为 48V UPS逆变器一般输出为50Hz 单相220V或三相380V 而通信逆变器除上述输出外 还有铃流发生器输出为25Hz 75V 且失真度要求也稍低 但两类逆变器的本质是一样的 都是把由市电整流滤波后的直流或蓄电池的直流电 逆变成频率稳定 电压稳定 波形失真小的交流电 逆变器设计 逆变器输入电流计算 I 逆变器输入电流P 逆变器输出功率U 逆变器输入电压 48V 整流器效率 一般取80 交流电力线设计 低压电器的配置与选择 低压电器选择原则熔断器的选择空气开关的选择刀开关及转换开关的选择 低压电器的配置与选择 低压电器选择原则按正常工作条件选择电器的额定电压和额定频率不应低于所在网络的额定电压和额定频率 电器的额定电流不应低于所在回路的负荷计算电流 保护电器还应按照保护特性选择 某些电器还应按有关的专门要求选择 低压电器的配置与选择 低压电器选择原则按短路工作条件选择可能通过短路电流的电器 如刀开关 熔断器 空气断路器 应尽量满足在短路条件下的动稳定 热稳定的要求 断开短路电流的电器 如熔断器 空气断路器 应尽量满足在短路条件下的分断能力 按使用环境条件选择 电器产品的选择应满足实际环境条件的要求 低压电器的配置与选择 低压电器的选择空气开关的选择为负载峰值电流的1 5倍 熔断器的选择为负载峰值电流的2倍 接地系统设计 接地系统的组成及连接接地系统的组成接地系统的连接接地体的设计及连接接地体的设计原则接地体和接地导线的选择 接地系统的组成及连接 接地系统的组成电气设备或金属部件对一个接地系统的连接称为接地 一个接地系统由大地 接地引入线 接地汇流排 接地配线和接地点汇集线组成 接地系统的组成 地接地系统中所指的地 即一般的土壤 不过它具有导电的特性 并具有无限大的电容量 可以用来作为良好的参考电位 土壤的导电特性用电阻率来衡量 其主要取决于土壤类型 接地系统的组成 通信电源的接地包括 交流零线复接地 机架保护接地和屏蔽接地 防雷接地 直流工作地接地通信电源的接地系统通常采用联合地线的接地方式 联合地线的标准连接方式是将接地体通过汇流条 粗铜缆等 引入电力机房的接地汇流排 防雷地 直流工作地和保护地分别用铜芯电缆连接到接地汇流排上 交流零线复接地可以接入接地汇流排入地 但对于相控设备或电机设备使用较多 谐波严重 的供电系统 或三相严重不平衡的系统 交流复接地最好单独埋设接地体 或从直流工作接地线以外的地方接入地网 以减小交流对直流的污染 接地系统的组成 通信机房的接地系统通信机房的接地系统包括交流接地和直流接地 交流接地交流接地包括 交流工作接地 保护接地 防雷接地 直流接地直流接地包括 直流工作接地 机壳屏蔽接地 接地系统的组成 接地体为使电流入地扩散而采用的与土壤电气接触的金属部件称为接地体 接地体一般采用镀锌钢材 规格如下 钢管壁厚 不小于3 5mm角钢 不小于50 50 5mm扁钢 不小于40 4mm圆钢直径 不小于8mm接地体之间的所有焊接点均应做防腐处理 接地体埋深不小于0 7m 接地系统中的垂直接地体 宜采用长度不小于2 5m的镀锌钢材 接地系统的组成 接地引入线把接地极连接到地线汇流排上的导线称为接地引入线 接地引入线宜采用40 4或50 5的镀锌扁钢 接地系统的组成 接地总汇集线接地总汇集线可用接地汇集环或汇集排 汇集环安装在地下室或底层 距离墙面为50mm左右 汇集排安装在电力室 接地总汇集线的截面积应根据最大故障电流确定 一般采用截面积不小于120mm2的铜排或相同电阻值的镀锌扁钢 根据需要 可在大楼相应层或设备层内设置接地分汇集线 接地系统的组成 接地配线把必须接地的各部分连接到地线排或地线汇流排上的导线称为接地配线 直流电源接地线的截面积 应根据直流供电回路允许电压降确定 设备保护地线的截面积 一般选用35 90mm2的多股铜导线 接地线两端的连接点应确保电气接触良好 并应做防腐处理 严禁在接地线中 交流中性线中加装开关或熔断器 严禁利用其他设备作为接地线电气连通的组成部分 由接地总汇集线引出的接地线应设明显标志 接地系统组成 接地系统连接 通信设备的保护接地机房内通信设备及其供电设备正常不带电的金属部分 进局电缆的保安装置接地端以及电缆的金属护套均应做保护接地 数字通信设备的机架保护接地 应从接地总汇集线或机房内的分接地汇集线引入 并防止通过布线引入机架的随机接地 天线 馈线的上端和进入机房的入口处均应就近接地 接地系统连接 通信电源的接地电力室的直流电源接地线必须从接地总汇集线上引入 机房的直流电源接地垂直引入线长度超过30m时 从30m处开始 每向上隔一层与接地端连接一次 在电力变压器高 低侧 除应设保安防雷装置外 宜采用三相五线制引入电力室 该变压器机壳与低压侧中性点汇集后 就近接地 中性线不准安装熔断器 引入大楼的交流电力线宜采用地下电力电缆 其金属护套的两端均应做良好接地 大楼内所有交直流用电设备均应采取接地保护 交流保护地线应从接地汇流线上引 严禁采用中性线作为交流保护地线 接地系统连接 其他设施的接地大楼顶的各种金属设施均应分别与楼顶避雷接地线就近连接 大楼内各层金属管道均应就近接地 大楼内的金属竖井及金属槽道自身的节与节之间应确保电气接触良好 金属槽道应于机架或加固钢梁保持良好的电气连接 接地体的设计及安装 接地体的设计原则通信局站的接地方式 应按联合接地的原理设计 即通信设备的工作接地 保护接地 建筑物防雷接地共同合用一组接地体的联合接地方式 电力变压器高 低压侧避雷器的接地端 变压器铁壳 零线应就近接在一起 再经引下线接地 电力变压器在站内时 电力变压器地网与通信局站联合地网要焊接连通 直流电源工作地应采用单点接地方式 并就近从接地汇集线上引入 交 直流配电设备的机壳应单独从接地汇集线上引入保护接地 交流配电屏的中性线汇集排应与机架绝缘 接地体的设计及安装 接地体和接地导线的选择接地体一般采用镀锌材 角钢为50 50 5 长2 5m 钢管 50mm 长2 5m 扁钢40 4mm2通信直流接地导线一般采用的材料 室内接地导线40 4mm2扁钢 缠油麻裹沥青 室外接地导线用40 4mm2镀锌扁钢 再换接电缆引入楼内时 电缆采用铜芯 截面积不小于50mm2 如在楼内换接时 可采用不小于70mm2的铝芯导线 接地体的设计及安装 接地体和接地导线的选择地盘或地线汇流排到下列设备的接地线 可采用不小于以下截面的铜导线 24V 48V 60V直流配电屏95mm2 24V 60V直流配电屏25mm