通信电源工程设计方案

通信电源工程设计河南泰尔通信技术工程有限企业

9月13日通信电源工程设计方案第1页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配置与选择接地系统设计机房设计电源基本知识通信电源工程设计方案第2页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内经过导体横载面电量(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(Ω)｝3.电阻、电阻定律：R＝ρL/S｛ρ:电阻率(Ω•m)，L:导体长度(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也能够是E＝U内+U外｛I:电路中总电流(A)，E:电源电动势(V)，R:外电路电阻(Ω)，r:电源内阻(Ω)｝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:经过导体电流(A)，R:导体电阻值(Ω)，t:通电时间(s)｝7.纯电阻电路中:因为I＝U/R,W＝Q，所以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，η＝P出/P总｛I:电路总电流(A)，E:电源电动势(V)，U:路端电压(V)，η：电源效率｝通信电源工程设计方案第3页电源基本知识

通信电源工程设计方案第4页电源基本知识通信电源工程设计方案第5页通信电源系统通信电源基本要求通信电源系统组成当代通信电源种类通信电源设备及电器通信电源工程设计方案第6页通信电源基本要求可靠性为了确保可靠供电，由交流电源供电通信设备都应该采取交流不间断电源（UPS），直流供电系统中，应该采取整流器和蓄电池并联浮充供电方式。通信电源工程设计方案第7页通信电源基本要求稳定性

交流电源电压和频率是标志电能质量两个主要标志。通信设备允许由380/220V，50Hz交流基础电源直接供电时，在通信设备电源输入端子处电压允许变动范围为额定值-10%~+5%，频率允许变动范围为-4%~+4%。直流基础电源趋于简化为-48V。支流电源电压和杂音是标志电能标志两个主要指标。电源电压变动范围为-57V~-40V，衡重杂音应小于2mV。通信电源工程设计方案第8页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

主动采取技术先进供电系统和电源设备。

通信电源工程设计方案第9页通信电源系统组成由不一样供电系统组成。集中供电分散供电混合供电由不一样设备和电器组成。通信电源工程设计方案第10页集中供电系统通信电源工程设计方案第11页分散供电系统通信电源工程设计方案第12页混合供电系统通信电源工程设计方案第13页系统比较通信电源工程设计方案第14页当代通信电源种类主要包含三种：线性电源、相控电源、开关电源。线形电源也称稳压电源，是经过串联调整管能够连续控制线性稳压电源，线性电源功率调整管总是工作在放大区，流过电流是连续。因为调整管上损耗较大功率，所以需要较大功率调整管并装有体积很大散热器，发烧严重，效率很低，普通只用作小功率电源。相控电源将市电直接经过整流滤波提供直流，由改变晶闸管导通相位角，来控制整流器输出电压。相控电源所用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，能够模块化设计，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，并得到越来越广泛应用。通信电源工程设计方案第15页当代通信电源种类功率因数校正技术开关电源电路整流部分使电网电流波形畸变，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。采取三相三线制整流。三相三线制没有中线整流方式，不存在中线电流，这时即使相电流中间还有一定谐波电流，但谐波含量大大降低，功率因数可提升到0.86以上利用无源功率因数校正技术加入一定电感来把功率因数提升到0.93以上，谐波含量降到10%以下采取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，强制流经电感电流几乎完全跟随输入电压改变，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%以下通信电源工程设计方案第16页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、电容赔偿柜、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、金属氧化锌避雷器通信电源工程设计方案第17页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通信电源工程设计方案第18页蓄电池设计蓄电池基本工作原理蓄电池组成放电过程中电化学反应充电过程中电化学反应蓄电池特征及计算蓄电池特征蓄电池计算通信电源工程设计方案第19页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。正极板上活性物质时二氧化铅（PbO2），负极板上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百分比配置而成。当电解槽中装入一定密度电解液后，正负极板上活性物质开始和电解液进行一系列化学反应，正负极板上形成2.1V电位差，该电位差就是蓄电池电动势（E）。所以在蓄电池充电时，外接直流电源电压应高于蓄电池电动势。通信电源工程设计方案第20页蓄电池基本工作原理放电过程中电化学反应

蓄电池放电过程中总电化学反应为：

PbO2＋2H2SO4＋PbPbSO4＋2H2O+PbSO4

蓄电池在放电过程中，正负极板上活性物质都不停转变成PbSO4。因为硫酸铅导电性能比较差，所以放电后，蓄电池内阻增加。另外，在放电过程中，因为电解液中硫酸铅逐步变成水，所以电解液密度逐步下降。所以蓄电池内阻增加，电动势降低。放电终了时，蓄电池端电压下降到1.8V左右。

通信电源工程设计方案第21页蓄电池基本工作原理充电过程中电化学反应

蓄电池充电过程中总电化学反应为：

PbSO4＋2H2O+PbSO4PbO2＋2H2SO4＋Pb

充电过程中，电解液密度逐步增加，蓄电池电动势逐步增加。充电后期，极板上活性物质大部分已经还原，假如继续大电流充电，充电电流只能起分解水作用。这么，负极板上将有大量氢气逸出，正极板上将有大量氧气逸出，蓄电池产生猛烈冒气。通信电源工程设计方案第22页蓄电池基本工作原理蓄电池容量定义

蓄电池放电到终了电压时，蓄电池放出电量（即放电电流If与放电时间t乘积）称为蓄电池容量，用C表示。蓄电池充电率定义

蓄电池充电电流大小通惯用充电率表示。比如10小时率充电电流即表示：用该电流充电，10小时后充入蓄电池电量等于蓄电池额定容量。所以，10小时率充电电流为：Ic＝C/10＝0.1C蓄电池放电率定义

放电率是针对蓄电池放电电流大小而言。通信电源工程设计方案第23页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容量改变情况，表中以电解液温度为25℃时10小时率下所放出容量，作为蓄电池额定容量通信电源工程设计方案第24页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）；

η：放电容量系数；

t：实际电池所在地最低环境温度数值，有采暖设备时，按15℃考虑；无采暖设备时，按5℃考虑；

α：电池温度系数，电解液温度以25℃为标按时，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通信电源工程设计方案第25页蓄电池容量计算以上公式能够简化成：

Q≥KCI

C：电池容量计算系数，见下表；通信电源工程设计方案第26页整流器设计开关电源架仅有整流功效而不具备直流配电及电池输入功效，与直流屏等可组成大直流供电系统；组合开关电源机架内含有整流、交直流配电、电池输入、控制等功效在内完整机架，用于容量较小系统。通信电源工程设计方案第27页整流器设计整流器容量及数量配置采取相控整流器局，应分别配置主用整流器和备用整流器；采取全浮充工作主用整流器容量，应按负荷电流和电池均充电流（10小时率充电电流）之和确定。备用整流器容量，应按主用整流器中最大一台容量确定。采取高频开关整流器局，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。通信电源工程设计方案第28页变换器设计将直流电逆变（升压或降压）变成交流电，再整流变成所需直流电，这种同一逆变和整流变换器，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各类通信设备提供直流电源；专用变换器仅依据某一类通信设备对电源电压要求，提供一个或各种电压直流电源。通信电源工程设计方案第29页变换器设计通用直流变换器选择，首先要满足电压要求，其次是满足电流要求，即变换器输出电流应大于它所负担电流最大值。专用变换器和通信设备放置在一起，普通由相关通信专业按其配套需要选配，其额定输出电流，应大于对应使用电压下负荷最大电流。通信电源工程设计方案第30页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；后者接收主配电设备配电，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。

通信电源工程设计方案第31页直流电力线设计通信电源工程设计方案第32页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通信电源工程设计方案第33页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——交流配电屏确保交流负荷远期最大值（KW）通信电源工程设计方案第34页UPS设计UPS工作原理通信电源工程设计方案第35页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效。通信电源工程设计方案第36页UPS设计当市电出现故障，UPS工作在后备状态，静态开关依然切换在逆变器端，由逆变器将蓄电池直流电压转换成交流电压，经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。通信电源工程设计方案第37页UPS设计惯用UPS系统普通分为两大类：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，一旦正在运行电源装置发生故障，备用电源装置马上投入工作。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，每台电源装置输出功率都低于它额定输出功率。通信电源工程设计方案第38页UPS设计UPS容量计算

P入=P出/(COS∮*ц)

COS∮----功率因数（普通取0.8）

P出-------额定输出功率(KVA)P入-------输入功率（KVA）

ц--------保险系数（普通取0.8)通信电源工程设计方案第39页UPS设计UPS蓄电池容量计算电池放电电流计算：I=（S*COS∮）/（n*V*ц逆)S----------UPS额定输出容量（VA）

ц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∮----功率因数通信电源工程设计方案第40页UPS设计蓄电池容量计算：

Q=KCI

C-----------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)通信电源工程设计方案第41页逆变器设计逆变器可分为两类，一类是UPS电源中逆变器，一类是通信逆变器。二者区分仅在于输入、输出电压或频率量不一样，UPS逆变器输入直流电压高，而通信输入为-48V；UPS逆变器普通输出为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。但两类逆变器本质是一样，都是把由市电整流滤波后直流或蓄电池直流电，逆变成频率稳定、电压稳定、波形失真小交流电。通信电源工程设计方案第42页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，－48Vη：整流器效率。普通取80％。通信电源工程设计方案第43页交流电力线设计通信电源工程设计方案第44页低压电器配置与选择低压电器选择标准熔断器选择空气开关选择刀开关及转换开关选择通信电源工程设计方案第45页低压电器配置与选择低压电器选择标准按正常工作条件选择电器额定电压和额定频率不应低于所在网络额定电压和额定频率。电器额定电流不应低于所在回路负荷计算电流。保护电器还应按照保护特征选择。一些电器还应按相关专门要求选择。通信电源工程设计方案第46页低压电器配置与选择低压电器选择标准按短路工作条件选择可能经过短路电流电器（如刀开关、熔断器、空气断路器），应尽可能满足在短路条件下动稳定、热稳定要求。断开短路电流电器（如熔断器、空气断路器），应尽可能满足在短路条件下分断能力。按使用环境条件选择，电器产品选择应满足实际环境条件要求。通信电源工程设计方案第47页低压电器配置与选择低压电器选择空气开关选择为负载峰值电流1.5倍；熔断器选择为负载峰值电流2倍。

通信电源工程设计方案第48页接地系统设计接地系统组成及连接接地系统组成接地系统连接接地体设计及连接接地体设计标准接地体和接地导线选择通信电源工程设计方案第49页接地系统组成及连接接地系统组成电气设备或金属部件对一个接地系统连接称为接地。一个接地系统由大地、接地引入线、接地汇流排、接地配线和接地点聚集线组成。通信电源工程设计方案第50页接地系统组成地接地系统中所指地，即普通土壤，不过它含有导电特征，并含有没有限大电容量，能够用来作为良好参考电位。土壤导电特征用电阻率来衡量，其主要取决于土壤类型。通信电源工程设计方案第51页接地系统组成通信电源接地包含：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接地系统通常采取联合地线接地方式。联合地线标准连接方式是将接地体经过汇流条（粗铜缆等）引入电力机房接地汇流排，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。交流零线复接地能够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）供电系统，或三相严重不平衡系统，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地方接入地网，以减小交流对直流污染。通信电源工程设计方案第52页接地系统组成通信机房接地系统通信机房接地系统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、保护接地、防雷接地。直流接地直流接地包含：直流工作接地、机壳屏蔽接地。通信电源工程设计方案第53页接地系统组成接地体为使电流入地扩散而采取与土壤电气接触金属部件称为接地体。接地体普通采取镀锌钢材，规格以下：钢管壁厚：大于3.5mm

角钢：大于50×50×5mm

扁钢：大于40×4mm

圆钢直径：大于8mm

接地体之间全部焊接点均应做防腐处理。接地体埋深大于0.7m。接地系统中垂直接地体，宜采取长度大于2.5m镀锌钢材。通信电源工程设计方案第54页接地系统组成接地引入线把接地极连接到地线汇流排上导线称为接地引入线。接地引入线宜采取40×4或50×5镀锌扁钢。通信电源工程设计方案第55页接地系统组成接地总聚集线接地总聚集线可用接地聚集环或聚集排。聚集环安装在地下室或底层，距离墙面为50mm左右，聚集排安装在电力室；接地总聚集线截面积应依据最大故障电流确定，普通采取截面积大于120mm2铜排或相同电阻值镀锌扁钢；依据需要，可在大楼对应层或设备层内设置接地分聚集线；通信电源工程设计方案第56页接地系统组成接地配线把必须接地各部分连接到地线排或地线汇流排上导线称为接地配线。直流电源接地线截面积，应依据直流供电回路允许电压降确定；设备保护地线截面积，普通选取35-90mm2多股铜导线；接地线两端连接点应确保电气接触良好，并应做防腐处理；禁止在接地线中，交流中性线中加装开关或熔断器；禁止利用其它设备作为接地线电气连通组成部分；由接地总聚集线引出接地线应设显著标志。通信电源工程设计方案第57页接地系统组成通信电源工程设计方案第58页接地系统连接通信设备保护接地机房内通信设备及其供电设备正常不带电金属部分、进局电缆保安装置接地端以及电缆金属护套均应做保护接地；数字通信设备机架保护接地，应从接地总聚集线或机房内分接地聚集线引入，并预防经过布线引入机架随机接地，天线、馈线上端和进入机房入口处均应就近接地。通信电源工程设计方案第59页接地系统连接通信电源接地电力室直流电源接地线必须从接地总聚集线上引入；机房直流电源接地垂直引入线长度超出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，宜采取三相五线制引入电力室。该变压器机壳与低压侧中性点聚集后，就近接地，中性线不准安装熔断器；引入大楼交流电力线宜采取地下电力电缆，其金属护套两端均应做良好接地；大楼内全部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，禁止采取中性线作为交流保护地线。通信电源工程设计方案第60页接地系统连接其它设施接地大楼顶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；大楼内金属竖井及金属槽道本身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电气连接通信电源工程设计方案第61页接地体设计及安装接地体设计标准通信局站接地方式，应按联合接地原理设计，即通信设备工作接地、保护接地、建筑物防雷接地共同适用一组接地体联合接地方式；电力变压器高、低压侧避雷器接地端、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取单点接地方式，并就近从接地聚集线上引入；交、直流配电设备机壳应单独从接地聚集线上引入保护接地，交流配电屏中性线聚集排应与机架绝缘。通信电源工程设计方案第62页接地体设计及安装接地体和接地导线选择接地体普通采取镀锌材：角钢为50×50×5，长2.5m；钢管Φ50mm，长2.5m；扁钢40×4mm2通信直流接地导线普通采取材料：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，电缆采取铜芯，截面积大于50mm2，如在楼内换接时，可采取大于70mm2铝芯导线。通信电源工程设计方案第63页接地体设计及安装接地体和接地导线选择地盘或地线汇流排到以下设备接地线，可采取大于以下截面铜导线：-24V、-48V、-60V直流配电屏

95mm2±24V、±60V直流配电屏25mm2电力室直流配电屏到机房95mm2电力室直流配电屏到测量台25mm2