电源及其他配套探讨.doc

电源及其他配套探讨一、接地和防雷1.1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力系统的正常运行，还起到保护人身安全和设备安全的作用。在电信局站中，接地技术牵涉到各个电信专业的设备、电源设备和房屋建筑防雷等各个方面的要求。接地是指把电气设备或金属部件连接到一个接地系统上，接地系统应具有以下功能： 防止电气设备事故时故障电路发生危险的接触电位和使故障电路开路； 保证系统的电磁兼容（EMC）的需要，保证通信系统所有功能不受干扰； 提供以大地作为回路的所有信号系统一个低的接地电阻； 提高电子设备的屏蔽效果； 减低雷击的影响，尤其在高层电信大楼和山上微波站的防雷影响更大。接地系统由大地、接地体（或接地地极）接地引入线、接地汇集线和接地线组成。通信局站各类通信的工作接地、保护接地以及建筑防雷接地共同合用一组接地体的方式称为联合接地方式。如果工作接地、保护接地和防雷接地系统分别安装设置，自成系统、互不连接，则称为分设的接地系统。1.2接地的分类1.2.1直流工作接地根据通信工程需要，交直流电源系统和建筑物防雷等都要求接地，各种接地的分类一般可分为工作接地、保护接地和防雷接地。工作接地又可分为直流工作接地和交流工作接地。防雷接地也称为过电压保护接地。直流工作接地，也可称为电信接地或功能接地。 1.2.2交流工作接地在交流电力系统中，运行需要的接地（如中性点接地等）称为交流工作接地。按照电力系统的规程规定，10kV级高压电力网应采用中性点非直接接地方式，故电信局站内装设的电力变压器高压侧中性点不需接地。但在380/220V低压系统中，因系统接地方式不同，分为直接接地或间接接地方式。1.2.3保护接地保护接地的作用是防止人身和设备遭受危险电压的接触和破坏，以保护人身和设备的安全。在供电工程中，保护接地主要涉及间接接触保护，即对人与电源设备故障时可成为带电的外露部分危险接触的防护。当发生电源设备危险接触电位时，可以切断故障设备的电源，或用电位均衡的措施以避免接触到危险的电压，如在电源设备绝缘破坏时，经接地点产生短路电流或漏电电流时，使熔断器、自动断路器或漏电自动开关动作，切断设备的电源。在低压交流系统中，电源设备外壳的保护接地则根据电力网接地方式不同，分为接零保护和接地保护二类。在中性点直接接地的低压电力网中，电力设备外壳与零线连接，称为低压接零保护，简称接零。电力设备外壳不与零线连接，而与独立的接地装置连接，则称为接地保护。在直流系统中，直流工作接地线可作为设备的保护接地。1.2.4防雷接地通信局（站）的防雷保护措施，首先要做好全局接地系统的工事，防雷接地是全局接地的一部分，做好整个接地系统才能让雷电尽快入地，避免危及人身和设备安全。电信建筑物屋顶上设置避雷针和避雷带等接闪器与建筑物外墙上下的钢筋和柱子钢筋等结构相连接，再接到建筑物的地下钢筋混凝土基础上组成一个接地网。这个接地网与建筑物外的接地装置相连接，组成通信设备的工作接地、保护接地、防雷接地合用的联合接地系统。1.2.5接地系统（1） 避雷针避雷针宜采用圆钢或焊接钢管制成，其直径不应小于下列数值： 针长1m以下： 圆钢为12mm; 钢管为20mm。 针长12m.： 圆钢为16mm; 钢管为25mm。 烟囱顶上的针： 圆钢为20mm; 钢管为40mm。 （2） 引下线引下线宜采用圆钢或扁钢，宜优先采用圆钢，圆钢直径不应小于8mm。扁钢截面不应小于48mm2，其厚度不应小于4mm。引下线应沿建筑物外墙明敷，并经最短路径接地;建筑艺术要求较高者可暗敷，但其圆钢直径不应小于10mm，扁钢截面不应小于80 mm2。（3） 接地装置埋于土壤中的人工垂直接地体宜采用角钢、钢管或圆钢;埋于土壤中的人工水平接地体宜采用扁钢或圆钢。圆钢直径不应小于10mm；扁钢截面不应小于100 mm2，其厚不应小于4mm;角钢厚度不应小于4mm;钢管壁厚不应小于3.5 mm。在腐蚀性较强的土壤中，应采取热镀锌等防腐措施或加大截面。人工垂直接地体的长度宜为2.5m。人工垂直接地体间的距离及人工水平接地体间的距离宜为5m，当受地方限制时可适当减小。人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0.5m。接地体应远离由于砖窑、烟道等高温影响使土壤电阻率升高的地方。接地网的安装制作见图。在高土壤电阻率地区，降低防直击雷接地装置接地电阻宜采用下列方法： 一、采用多支线外引接地装置，外引长度不应大于有效长度，有效长度应符合本规范附三的规定。 二、接地体埋于较深的低电阻率土壤中。 三、采用降阻剂。 四、换土。二、直流电力线的选择2.1电力线设计的一般原则电线电缆的选择应按照导线的使用环境、负荷电流、使用电压及敷设方式等条件计算并选择电力线的型号和规格。选择电力线，要认真贯彻“以铝代铜”、“以铝代铅”和“以合成材料代替天然橡胶”等技术经济政策；要实行增产节约，本着少花钱多办事的精神，在满足技术条件要求的前提下，做到统筹考虑，经济合理。2.2电力线设计满足年限电力线的使用寿命与使用条件、导线型号、绝缘材质性能等有关。设计合理时，一般可以满足终期需要。2.3直流电力线的选择直流供电回路电力线的选择与计算一般有三种方法：电流矩法、固定分配压降法和最小金属用量法。工程中大多采用电流矩法来计算直流供电回路的电力线。其计算公式如下：U=IL/S式中：U导线上的电压降（V），一般不大于0.5V； I 流过导线的电流（A）；L 回路长度（m）；导体的导电率（m/.mm2）。导体的导电率一般取铜的导电率，取值为57。三、交流电力线设计3.1电力线设计的一般原则电线电缆的选择应按照导线的使用环境、负荷电流、使用电压及敷设方式等条件计算并选择电力线的型号和规格。选择电力线，要认真贯彻“以铝代铜”、“以铝代铅”和“以合成材料代替天然橡胶”等技术经济政策；要实行增产节约，本着少花钱多办事的精神，在满足技术条件要求的前提下，做到统筹考虑，经济合理。3.2电力线设计满足年限电力线的使用寿命与使用条件、导线型号、绝缘材质性能等有关。设计合理时，一般可以满足终期需要。3.3交流电力线的选择交流电力线的选择，首先要根据导线使用的环境条件、敷设方式、使用电流和电压等条件，确定导线的型号。其次要根据技术经济要求计算并选择导线的规格截面。（1） 交流电力线的计算公式有以下几种： 按发热情况选择导线截面； 按电压损失选择导线截面； 按机械强度选择导线截面； 按经济电流密度选择导线截面。（2） 工程中常用交流电力线计算取值原则：一般通信工程中高压的外市电引入线路部分，都由建设单位委托当地供电部门设计和施工。只在投资估算时才可能遇到该导线的截面估算，此时可按机械请读选择该段导线截面，并参考当地供电部门的意见进行估计。电力变压器出线端子以下的低压电力线，除建筑用电外，一般属于电源专业设计。所以，工程中交流电力线的选择只限于低压电力线的选择。低压电力线的选择，首先应根据交流供电系统图，了接导线所承担的电流、导线敷设方式和敷设条件。其次要确定导线截面的选择计算方法和检验方法。最后经过计算选出使用导线的型号、规格和长度。在工程中，导线所承担的电流是计算取值的首要问题。在交流供电系统中，导线所连接的设备有三种：一是能源设备，如电力变压器、油机发电机；二是配电设备，如交流配电屏、电源架；三是用电设备，如整流器，交流通信设备和照明设备等。从能源设备岛配电设备的导线，一般应取配电设备限定接入的最大电流作为计算该段导线的承担电流。只在配电设备限定电流大于能源设备的额定电流时，才应按能源设备的额定电流（当配电设备为总配电设备时）或导线负荷的实际电流来计算导线截面。这样做有利于最大限度地发挥能源设备的作用。总配电设备到分配电设备的导线，一般应按分配电设备的限定电流计算导线的截面，只在分配电设备限定电流远大于实际负荷时，可按其实际负荷电流来计算导线截面。电源设备到用电设备的导线，一般应按用电设备的额定电流来计算导线的截面。但是由于交流电力线的计算公式比较复杂，一般在工程中都是通过交流电流（3A/mm2）对交流电力线的规格进行估算。四、交直流供电系统4.1交流供电系统通信设备的供电特点是要求供电可靠、保证不间断地供电，根据通信局（站）的不同建设规模以及通信设备的供电要求，新型通信电源的交流供电包括如下几种： 交流市电供电； 备用油机发电机组或燃气轮发电机组供电； 交流不间断电源（UPS）设备供电； 应用风力发电作为交流电源。交流供电系统是由市电交流供电系统、备用发电机组（柴油或燃气轮）交流供电系统、电力机房的交流供电系统及变、配电设备的工作及保护接地系统组成，市电为主用电源，发电机组作为通信的备用电源。根据通信局（站）的建设规模、重要性及所建局址的位置不同，通信局（站）的市电供电类别及市电的引入电压等级（高压或低压）而有所不同。交流供电系统的设计流程见下图：市电引入高压配电室低压配电室交流配电室各系统交流配电屏各机房交流配电屏(箱)设备市电类型确定变压器配置确定油机配置确定线缆的大小确定屏的配置UPS大型通信局站的交流供电系统图移动通信基站交流供电系统图市电引入油机转换屏交流配电屏(箱)稳压器设备开关电源4.2交流电源设备配置(1) 市电引入通信工程引入的市电电压要求 频率：50Hz4% 电压标称值：（-15%10%）：单相三线制220V：允许变动范围为187242V；三相五线制380V：允许变动范围为323418V。(2) 交流配电箱交流配电箱的容量需要根据设备功耗、开关电源对蓄电池组的充电电流来计算，在一般情况下，通信基站考虑配置100A的交流配电箱已能满足需求。(3) 柴油发电机组油机的容量是根据机组在标准大气状况下的输出功率Ne、油机在非标准大气状况下的温度、湿度和大气压力的综合修正参数、油机风扇消耗功率Nf、发电机效率等多方面因素确定的，其计算公式如下： P=(NeC-Nf)式中：P油机在非标准大气状况下的输出功率（KVA）；Ne油机在标准大气状况下的输出功率（KVA）；C油机在非标准大气状况下的温度、湿度和大气压力的综合修正系数，2000米以上取0.79；3000米以上取0.68；4000米以上取0.57；Nf风扇消耗功率（KW），取1.5；发电机效率，取0.9。4.3直流供电系统在通信局（站）中，一般把市电或发电机产生的电力作为输入，经整流后向各种通信设备和二次交换电源设备或装置提供直流电的电源称为直流电源。组成直流基础电源的设备包括开关电源、蓄电池组、直流配电屏等。除直流基础电源外，通信电源还有二次变换电源，即直流直流变换器把直流基础电源的电压变换为交换机或其他通信设备适用的各种电压(如24V、12V、5V等)。另外直流交流逆变器给通信设备提供多种交流电源。直流集中供电系统方框图如下图所示： 直流配电设备蓄电池组_通信设备 整流器 直流直流变换器AC 逆变器按照蓄电池的使用方式，供电方式可分为充放电、半浮充及全浮充方式。 充放电方式。充放电方式是由整流器（不能浮充）与蓄电池交替进行充放电的方式。早期电信电源设备落后，浮充供电技术未得到推广时，使用充放电方式。这种供电方式的电源稳定性好，但效率低，需要设置两组大容量的蓄电池，充电用整流器容量也要加大，充放电维护工作频繁。因此，这种方式早在50年代已基本淘汰。 半浮充方式。半浮充方式是在充放电方式基础上，采用能浮充和充电的整流器，由一组或两组蓄电池与整流器并联对通信设备供电，部分时间由蓄电池单独放电供电。这种供电方式同充放电方式相比，优点是蓄电池容量小，还能减少蓄电池反复充放电的循环和功率损耗，延长蓄电池的寿命，但蓄电池仍然要进行充放电，使用寿命短。 全浮充方式。这种方式也称为蓄电池连续浮充供电方式或者并联方式，由蓄电池与整流器并联对通信设备昼夜连续供电，在市电停电或必要时，由蓄电池放电供电。蓄电池放出的电量或自放电的容量损失，由浮充时补充。蓄电池平时保持在完全充满电状态，它从以前的直接作为供给通信设备电力的作用，变为备用能源。全浮充方式下的蓄电池，比在充放电或半浮充方式下的蓄电池充放电循环次数大为减少，因而电能利用率高，蓄电池使用寿命长，维护工作量也小。 低压恒压充电方式。低压恒压充电方式是在蓄电池不脱离负载的情况下进行，它与全浮充方式基本相同。蓄电池定期地进行均衡充电，或在市电停电时放电引起的容量损失，在浮充状态下，由低压恒压充电予以补足。此时，低压恒压充电的电压比传统的浮充电压略高，但不超过通信设备供电电压允许范围的上限值。它比恒流充电的充电电压则低了很多。低压恒压充电方式具有简化整流器输出、降低蓄电池充电升温、简化供电系统结构及操作等优点，对改善维护条件、降低机房的建筑要求和提高用电效率等方面，都具有重大意义。4.4直流电源设备配置(1) 开关电源开关电源配置原则：开关电源的机架按远期容量配置，其整流模块按本期容量配置。整流模块采用n+1冗余方式配置（其中，n只为主用，n10时，1只为备用，n10时，每10只备用1只），即除了满足通信设备直流负荷和蓄电池组均充需要外，另加热备用整流模块一个。(2) 太阳能电池太阳能电池容量的计算是根据其负载功耗、额定电压、用电时间、地理及气象条件、纬度、年平均日辐射量及所选择的安全系数确定的。其计算公式如下：W=(5618*A*QL)/(KOP*HF)式中：5618常数；A 安全系数，取1.2；QL负载日耗量（瓦时）；KOP斜面辐射最佳系数，取1.096；HF水平面年平均日辐射量（千焦/米2*天），取21301。(3) 蓄电池组蓄电池组的容量是按负载日耗电量、放电深度 (取70)、放电时间(按xx小时计)及所选择