通信电源设计要点分析

三、直流电源的配置：
通信用的直流电源包括：整流器、直流分配屏、蓄电池以及变换器等。
整流器：从交流配电屏引入交流电，将交流电整流为直流电压后，输出到直流配电屏与负载及蓄电池连接，为负载供电，给电池充电。
直流分配屏：为不同容量的负载分配电能，当直流供电异常时要产生告警或保护。如熔断器断告警、电池欠压告警、电池过放电保护等。
二、交流电配置
交流电通信设备要根据当地交流电源的供电情况，决定何种交流电输入，通常有三相电输入、单相电输入，还根据机房的重要情况分为一路交流电输入，二路交流电输入以及是否配置柴油发电机等等。
交流供电系统可以有三种交流电源：变电站、市电油机切换屏、低压配电屏、交流配电屏、UPS供给的后备交流电、备用发电机及移动发电机组成。
（2）、空调、照明、通信设备用的交流配电屏配置容量大小有所不同，不可共用一台。
（3）、交流配电屏空气开关的选择应为负载峰值电流的2倍，熔断器应为负载峰值电流的1.5倍
（4）、交流配电屏单项端子的配置应为3的倍数，各端子容量总和应为总端子的2倍左右。
2、柴油发电机的配置原则：
配置柴油发电机时应参考如下公式：
贵阳黑马通信枢纽大楼共23层，其中1至17层属于电信资产，18层以上属于移动资产，而上述所有楼层设备电力都由位于一楼的电力室进行供电。一层电力室现共有三台1600KVA变压器，二台柴油发电机及三组ABB低压配电柜，如下图所示：
上图所示为贵阳市第二长途电信枢纽低压交流供电系统，图中有二台1600KVA变压器（现有三台），分别为二组（现有三组）ABB低压配电组提供交流电源，其中一组属于移动资产，专供黑马枢纽大楼18层以上楼层供电；另二组分别为冷冻机、大楼照明、空调及通信枢纽大楼生产用电。
蓄电池：交流停电时，向负载提供直流电，是直流系统不间断供电的基础条件。
变换器：DC/DC变换器将基础电源电压（-48V或+24V）变换为各种直流电压，以满足通信设备内部电路多种不同数值的电压（±5V、±6V、±12V、±15V、-24V等）的需要。
1、整流器：
上图为输出功率与环境温度，输出功率与输入电压及输出电压与输出电流之间的关系。
P入=P出/(COS∮*ц)
COS∮----功率因数（这里取0.8）
P出-------额定输出功率(KVA)
P入-------输入功率（KVA）
ц--------电源效率（这里取0.86)
油机容量计算
P=2*（P入+P空调+P照明+P其他...)
P-------油机容量
P入----电源输入功率
P空调--空调输入功率注意考虑油机启动电流问题）
1
2
3
4
6
4
6
排列方式
0
00
000
0000
000000
00 00
000000
线缆中心距/mm
S=d
1.00
0.90
0.85
0.82
0.80
0.80
0.75
S=2d
1.00
1.00
0.98
0.95
0.90
0.90
0.90
S=3d
1.00
1.00
1.00
0.98
0.96
1.00
0.96
电流矩法:
电流矩法是按照直流供电回路所允许的电压降来计算导线截面积的方法。根据欧姆定律，按下式计算某段导线的电压降：
黑马大楼现四层、八层、十五层、十八层为电力室，其中四层电力室设备负责给1至7层设备供电，八层电力室负责8至十四层设备供电，十五层电力室负责十五层至十七层设备供电。
该大楼电力系统安全隐患如下：a、其中一组ABB低压配电组曾经出现温度过高的现象（达到90度），被迫断电20分钟，并采取相应的措施后才恢复供电，现在有时温度都会达到50度左右，存在着安全隐患。b、现三台变压器容量都能满足黑马通信大楼生产用电的需求，三组ABB低压配电柜组的负荷分别为1840A、750A（冷冻机未开）及1480A。二台柴油发电机也基本能够满足现网情况的需求。但黑马枢纽大楼4楼及15楼电力室内的低压配电屏（南洋MNSG-A01-A04）,容量及端子都已用满，对今后新增设备的用电无法满足，存在着用电隐患。
式中：ΔU--导线电压降(V)
I--流过导线的电流(A)
R--导线的直流电阻(Ω)
L--导线长度(m)
S--导线截面积(mm2)
r--导体电导率(m/Ω.mm2)
不同导体的电导率根据其导电性能的不同而有所不同。通信工程中现用的电源线主要是铜线，铜的电导率为：r铜--57m/（Ω.mm2)。
按导线允许载流量选择电源线
KI≥Ijs
式中Ijs--最大计算负载电流(A)；
I--考虑在标准条件下(空气温度为25℃，土壤温度为15℃)的导线持续允许电流(A)；
K--考虑不同条件下的校准系数(K=Kt、K1、K2、K3、K4)；
Kt--温度校准系数；
K1--电源线在地下直埋多根并联敷设校准系数;
K2--电源线穿管在空气中多根并联敷设校准系数；
2、高频开关电源容量计算方法
电源系统整流模块根据N+1冗余配置原则，主用整流模块数量N由以下公式计算：
N =(I1 +I2+ I3 ) / I4
I1其中:—原通信设备实际用电电流之和，新建局无此项；
I2—新增通信设备负荷电流估计值；
I3—蓄电池组充电电流；：
I：负荷电流（A）；
T：放电小时数（h）；
η：放电容量系数；0.8
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
四、电力电缆的选择：
现有通信设备大部分采用分散供电的模式，此模式供电可靠性高，多个电源系统同时出现故障的可能性较小；投资费用低，可分散投资，占地面积小，线路损耗小，因为采用高频开关电源，功率因数高，效率高，并且运行维护费用低。但其缺点为对设备水平，电磁兼容及维护人员的技术水平要求较高。
2、贵阳黑马通信枢纽大楼电源系统组成
1、交流配电屏容量的选择:
交流配电屏要按负载的远期容量进行配置，不同用途的交流配电屏上端、下端所配置的设备也有所不同。
配置交流配电屏应参考如下公式：
其中： ：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（W）
配置交流配电屏里要注意如下几点
（1）、交流配电屏要按负载的远期容量进行配置
交流电源线的选择：低压配电设备的交流进线电源线宜按远期负荷计算，低压配电设备的出线如直接接用电设备时，按被接设备的负荷容量计算，低压配电设备的出线如接电力室交流配电屏或其它机房交流配电屏(箱)时，交流电源线宜按所接交流配电屏(交流配电箱)容量或交流配电屏(交流配电箱)的远期负荷选择，备用发电机组的输出电源线宜按机组容量设计。
综合以上因素，UPS中性线产生电位的原因如下：a、配电系统达不到要求，当中性线长度过长时，中性线上的电流会造成中性线相对地线有一定的电位差，这样，在UPS的输入处，零地电压就会升高而达不到设备要求；b、UPS其输入和输出端均加装了抑制电路，由于电感和电容的存在，会造成输出中性线与输入中性线之间存在电位差，因而造成了输出中性线与地线之间的电位差。
解决中性线带电的方法主要有二条：a、加粗中性电缆主要目的降低中性线阻抗，以降低由于中性线电流造成的较高零地电位差，该方案优点在于可带电实施，且不增加设备，但布线较为困难，施工难度较大，且该方案无法彻底解决设备内部高频干扰造成的零地电位差。
b、增加隔离变压器一台，向该UPS厂家定制配套隔离变压器一台，UPS输出至隔离变压器初级，次级接负荷，次级零地短接。该方案为解决零地电位最常用方案，可彻底解决零地电位偏高问题。
由于集中供电有种种不足，在现实中，通信设备大都采用分散供电的方法进行供电，就是将油机切换屏输出的电源分别连接至不同用途的交流配电屏，这些交流配电屏根据不同的需求而进行用电等级的划分，其中交流配电屏至通信电源这一路由为最高级，不可中断；而交流配电屏至UPS及空调等用电设备为中级，可短时间中断电源；而交流配电屏至照明及建筑负荷用电为低级，可中断。
直流电源线的选择：直流配电屏到蓄电池的导线按远期容量设计，直流配电屏到开关电源架的导线按开关电源架容量设计，直流配电屏到通信机房直流分配柜或分配箱的电源线一般按分配柜或分配箱的容量设计，也可根据直流分配柜或分配箱今后所接设备的负荷容量设计，直流配电屏接通信没备时的电源线按被接机架设备的最大负荷容量计算。
3.2UPS产生0电位差的原因
由于过去UPS的器件都是线性材料制成，这种器件产生的交流波形都为正弦波，因此UPS中性线产生电压的机率较小，对中性线不特殊要求。但现有的UPS都是由非线性器件组成，比如继电器，空开等，使用非线性器件的UPS如果在使用过程中，三相负载不均衡，就会产生中性线电位，例如黑马15楼某台UPS的中性线就带有65A的电源。
通过包含可控电子开关电路的“静态开关”模块（如上图）的智能控制，使负载既可以由逆变器供电也可以由旁路电源来供电。在正常情况下，负载由逆变器供电，此时逆变器侧的静态开关闭合；当出现过载（过载时间到）或逆变器故障时，“静态开关”模块自动将负载切换到旁路电源侧。
在正常运行状态下，要实现逆变器与旁路电源间无间断切换，必须控制逆变器输出与旁路电源完全同步。鉴于此，当旁路电源频率在同步范围内时，逆变器控制电路总是使逆变输出频率跟踪旁路电源频率。
P照明--照明用电
P其他--其他需要油机供电设备
附：习惯上采用“马力”作为柴油机功率的计算单位。
1KW=1.36HP
1HP=0.736KW
3、UPS配置原则
UPS工作流程：当市电正常时，交流电经整流器和逆变器给负载供电，同时对电池进行充电。当市电异常时，如果没有旁路电流，整流器将停止工作，此时电池经逆变器由直流转成交流给负载供电；当电池电压放电到终止电压时，（例如：对400Vac供电体制，电池放电终止电压为330Vdc，一般为1.78V/单节电压），而市电还未恢复正常，UPS将关机。如果主旁不同源且旁路正常，系统转由旁路供电。