通信电源工程设计（PPT71页)

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(Ω)｝3.电阻、电阻定律：R＝ρL/S｛ρ:电阻率(Ω•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(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:通过导体的电流(A)，R:导体的电阻值(Ω)，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，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｝电源基本知识RnUnIUP/2112111SUSLUPPr212111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。集中供电系统市电变电站备用发电机组移动电站监控接地市电油机转换屏低压配电屏交流配电屏整流器直流配电屏蓄电池不间断电源设备通信用空调一般建筑负荷DC/DCDC/AC机架电源通信设备保证建筑负荷AC380V（b）AC380V（b）AC220/380V（b）AC220/380V（a）AC220/380V（b）AC220/380V（c）（a）（a）DC-48V（a）（a)--不间断（b）--可短时间中断（c）--允许中断分散供电系统市电变电站备用发电机组移动电站监控接地市电油机转换屏低压配电屏一般建筑负荷保证建筑负荷AC220/380V（b）AC220/380V（c）（a)--不间断（b）--可短时间中断（c）--允许中断交流配电屏交流配电屏通信设备通信用空调AC220/380V（b）不间断电源设备AC380V（b）AC220/380V（a）通信用空调AC220/380V（b）整流器直流配电屏蓄电池AC380V（b）DC-48V（a）通信设备整流器直流配电屏蓄电池AC380V（b）DC-48V（a）通信设备交流配电屏其他直流供电系统混合供电系统市电交流稳压器备用发电机组移动电站监控接地交流配电屏整流器直流控制屏蓄电池通信设备其他负荷（a）AC220/380V（b）DC-12V（DC-48V）（a）（a)--不间断（b）--可短时间中断AC220V/380V太阳电池方阵风力发电机保证负荷DC-12V（DC-48V）（a）系统比较集中供电系统分散供电系统优点缺点供电设备和通信设备分开，供电容量大，相互干扰小，无须考虑电池兼容问题。设备集中，便于维护可靠性差，出现局部故障会影响全局投资大，需在楼层底层专门建立电池室和电力室，对防酸、通风、地面强度要求高长距离供电传输成本高，能源损耗大，供电动态指标差扩容困难，按终期负荷设计，至少预计了10年的负载要求供电可靠性高，多个电源系统同时出故障的概率小投资费用低，占地面积小，材料消耗小，基建费用低节能、降低损耗，能量传输线路短，线路损耗小，因为采用高频开关电源，功率因数高，效率高运行维护费用低，蓄电池采用免维护蓄电池，降低了维护成本和强度对蓄电池的荷重要求高，容量和放电时间在选择上偏小，不能发挥蓄电池的作用对设备水平、电磁兼容和维护技术有较高要求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不同放电率的放电电流和电池容量50501小时放电率32.5652小时放电率25753小时放电率17855小时放电率12968小时放电率1010010小时放电率放电电流(额定容量的％)电池容量(额定容量的％)放电小时数蓄电池容量计算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；α：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251tKITQ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；表1不同温度下C与T值的关系表：11110.970.940.890.830.7990.750.610.540.50.35安全系数K101010109.288.516.746.025.0643.2821.43t＝25℃时容量计算系数C21.7417.3913.0410.8710.099.257.336.555.54.353.562.522.171.55t=15℃时容量计算系数C22.7318.1813.6411.3610.549.677.666.855.754.553.732.632.271.62t=10℃时容量计算系数C23.8119.0514.2911.911.0510.138.037.176.034.763.92.752.381.7t=5℃时容量计算系数C2016121098654321.2510.5每组电池放电小时数(T小时)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。