通信电源工程设计基础知识

通信电源工程设计基础知识
2011年7月6日
目录
一、概述
1、通信电源的基本要求
2、通信电源系统的组成
3、低压交流供电的TN－S接线方式介绍
4、市电分类介绍
二、相关规范中的强制性条文和部分重要条文介绍
1、YD/T5040－2005《通信电源设备安装工程设计规范》
2、中国电信〔2010〕777号文中的强制性条文
3、YD5079－2005《通信电源设备安装工程验收规范》
4、YD5098－2005《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》
三、电源维护规程摘要
四、电源线
1、电源线种类与结构
2、电源线的选择
3、电源线截面积的选择
五、通信电源设备安装工程设计的基本程序
1、新建工程
2、扩容工程
一、概述
1、通信电源的基本要求
为通信设备和负荷提供电力能源的各种电源设备组成的供电系统称通信电源系统。

电源系统是通信系统的心脏，一旦中断，可能造成通信系统瘫痪的严重后果。

因此，必须对通信电源系统从以下几个方面提出非常严格的要求。

1.1 供电可靠性
电源系统安全可靠的运行是确保通信系统正常运行的首要条件。

为了确保可靠供电，对需要交流电源供电的通信设备均采用交流不间断电源（UPS）；对需要直流电源供电的通信设备应采用直流电源系统供电，采用高频开关电源与蓄电池并联浮充供电方式，确保直流电源不间断。

1.2 供电质量
对于交流电源而言，电压和频率是
两个重要的指标。

通信局站通常使用380V/220V50Hz的交流市电作为基础电源。

根据YD/T1051－2000《通信局站电源系统总技术要求》规定，通信设备用交流供电时，在通信设备的电源输入端子处测量的电压允许变动范围为额定值的＋5％∽－10％；通信电源设备用交流供电时，在其电源输入端子处测量的电压允许变化范围为额定值的＋10%∽－15%。

频率变化－4%∽＋4%，电压波形正弦畸变率≦5%。

对于直流电源，目前大部分通信设备使用－48V，这是基础电源。

其他电压的直流电源可通过DC－DC变换获得，如＋24V、－24V等。

（正负电源是对地而言，视电源的接地极性而定）。

对于使用－48V基础电源供电的通信设备，在通信设备的电源输入端子处测量的电压允许变动范围为－40V∽－57V。

电池单放
供电的全程允许压降是3.2V。

（电池放电的终了电压1.8V，一组24只，1.8V*24＝43.2V；电池组均衡充电时端电压为56.5V，即平均每只电池2.35V）
1.3 供电灵活性与经济性
为适应通信系统发展的需要，通信电源系统也应具备发展和扩容的灵活性，能方便扩容而不影响正常运行。

在保证供电可靠和供电质量的前提下，尽可能节省建设投资和运行成本。

2、通信电源系统的组成
随着通信技术的发展和通信设备愈来愈先进，与之相适应的通信电源系统也在发生一系列变化：高频开关整流器替代了相控整流器、集中供电方式向分散供电方式转变、有人值守向无人值守转变等等。

通信电源系统通常包括：交流供电系统、直流供电系统、接地系统、集中监控系统几个系统。

通信局站供电系统方框图如下：
2.1 交流供电系统
交流供电系统由主用交流电源、备用交流电源、高压配电屏、电力降压变压器、低压配电屏及连接馈线等组成的供电总体。

主用交流电源均采用市电，市电引入分为高压与低压。

其设备有变压器、柴油发电机组、市电油机转换屏、低压配电屏、交流配电屏和UPS系统。

（1）主用交流电源均采用市电。

大中型电信局一般采用10KV 高压市电引入，经电力变压器降为380V/220V 低压后，再供给整流器、不间断电源设备（UPS）、通信设备、空调设备和建筑用电设备等。

小型电信局（站）则一般采用低压市电电源，不需再经过变压器。

重要通信枢纽局一般都由两个变电站引入两路高压电源，并且用专线引入，一路主用，另一路备用。

（2）电信局内通常都设有降压变电室。

室内装有高、低压配电屏和降压变压器。

通过这些变、配电设备，先把高压电源（一般为10KV）变为低压电源（三相380V），供给局站内所有需要交流电源的设备。

经过整流设备提供直流电源给各种通信设备。

高压配电屏。

高压开关柜的主要功能，除了引入高压（一般10KV）市电并分路外，并能保护本局的设备和配线，同时还能防止由本局设备故障造成的影响波及到外线设备。

降压电力变压器。

降压电力变压器是把10KV 高压电源变换到380V/220V 低压的电源设备。

低压配电设备。

是将由降压电力变压器输出的低压电源或直接由市电引入的低压电源进行配电，作市电的通断、切换控制和监测，并保护接到输出侧的各种
交流负载。

调压稳压设备。

在市电电压变动超出规定时，需装设调压稳压设备使输出电压稳定在额定电压允许范围内。

（3）柴油发电机组。

为了避免因市电中断时间较长而影响通信畅通，在交流供电系统中必须配置柴油发电机组。

根据需要，可配置1-2台机组，两台时，应配备转换屏，其作用就是把油机发的三相电输出到低压交流转换屏，进行油机电和市电转换。

接入点如果没有配置柴油发电机组，而当停电时需要自行发电，可采用移动发电机组供电。

所以，这样的情景下，交流供电系统必须留有三相接口，且把ABC相序确定好并按黄绿红颜色标注！
（4）低压交流配电屏。

当市电引入采用低压（三相380V）时，市电和油机电的转换可通过低压交流配电屏来完成。

低压交流配电屏将低压交流电分别送到整流器、照明设备和空调装置等。

（5）要求交流不间断的通信负荷，应采用UPS供电系统或逆变器供电系统供电。

逆变器是把直流电变换成交流电。

2.2 直流供电系统
由整流设备、直流配电设备、蓄电池组、直流变换器、机架电源设备和相关的配电线路组成的总体称为直流供电系统。

根据行业标准《通信局（站）电源系统总技术要求》规定，通信局（站）用直流基础电源的首选电源电压为-48V。

目前直流供电系统普遍应用全浮充方式供电，对通信设备供电，即在有交流电源时由整流器和蓄电池组并联浮充工作，当交流电源中断时，由蓄电池组放电供电，当交流电源恢复时，应实行恒压恒流充电的供电方式。

如此，保证了对通信设备的不中断供电。

组成直流供电系统的主要电源设备的作用和性能如下：
（1）换流设备。

换流设备（converter）是整流设备、逆变设备和直流变换设备的总称。

其中整流设备可将交流电变换为直流电。

整流器的交流电源由交流配电屏引入，整流器的输出端通过直流配电屏与蓄电池和负载连接。

逆变设备则将直流电变换为交流电。

直流变换设备可将基础电压（一般为－48V）的直流电变换成另一种或几种电压的直流电。

如将－48V直流电变换成－24V直流电。

（2）蓄电池组。

在电信电源中电池作为备用能源使用，蓄电池一般设置两组并联。

由蓄电池与整流器并联对电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。

蓄电池平时保持在完全充满电状态。

蓄电池的寿命一般在
8-12年，视电池质量和维护质量。

（3）直流配电屏。

直流配电屏是连接和转换直流供电系统中整流器和蓄电池向电信负载供电的电源设备。

（4）开关电源。

开关电源，也称为组合电源或一体化电源，是将交流系统和直流系统集成的产品。

一个机架中集合了交流配电、整流、直流配电三部分。

其作用是将低压（市电）380V/220V 交流电转换为-48V直流电。

直流电源供电方式分为集中式供电方式、分散式供电方式（局站设一套交流系统，可分层或分专业单独设立几个直流系统）、混合型供电方式（一般用于无人值守的中继站，由交流电和其他能源如太阳能混合供电）、一体化供电方式（小型局站）。

如前所述，一体化供电方式，即把通信设备和电源设备装在一个机架内，电源设备有整流器、配电盘、蓄电池组和监控单元组成。

集中式直流供电系统的特点是：整个局站只设立一套直流供电系统，局内所有需要直流电的设备均由它供给；优点：维护简单、管理方便，投资比较省。

风
险：一旦系统出现故障，影响面大，有可能造成全局瘫痪的严重后果。

所以，系统的关键设备都要冗余、双备份。

一般用于中小型局站。

集中供电方式电源系统方框图如下：
分散式直流供电系统的特点是：一个局站只有一套交流系统，但有多个直流电源系统，可根据不同的专业或不同的楼层，设立不同容量的直流电源系统。

优点就是安全。

但投资大、维护工作量大、运营成本大。

一般用于大型局站和通信枢纽。

分散式直流供电系统的方框图如下：
混合供电方式主要用于偏远地区、市电供应差的中继站，用其它能源如太阳能和市电共同承担供电任务。

把其它能源去掉，实际就是接入点工程的供电方式。

如果市电电压比较稳定，也没有必要装调压器。

因为多一个设备多一个故障机会。

若没有装油机，移动电站是必要的，要留有接口。

以上框图源自YD/T 1051-2000《通信局（站）电源系统总技术要求》。

2.3 接地系统
为了提高通信质量、确保通信设备和人身的安全，通信电源的交流和直流供电系统都必须有良好的接地装置。

电信电源按照接地用途可分为三种：工作接地、保护接地、防雷接地。

按照安装方式可分为分设的接地系统和合设的接地系统。

我国在20 世纪80 年代考虑到防雷等电位原则，已实施将工作接地、保护接地和防雷接地共同合用一组接地体的联合接地方式。

由埋入地中并直接与大地接触的金属接地体（或钢筋混凝土建筑物基础组成的地网）引至各种电气设备零电位部位的一切装置组成接地系统，即由接地体、接地引入线、接地汇集线和接地线组成。

联合接地方式如下图：
（1）交流工作接地。

电信局一般都由交流三相电源供电。

为了避免因三相负荷不平衡而使各相电压差别过大，三相电源的中性点都应当直接接地。

这种接地称为交流工作接地。

此接地线一般称为零线。

（2）保护接地。

为了避免电源设备的金属外壳因绝缘损坏而带电，与带电部分绝缘的金属外壳必须直接接地。

这种接地称为保护接地。

保护接地的接地电阻应不大于10 欧。

通信设备除了工作接地外，其机壳还应接到保护接地。

（3）防雷接地。

为了防止因雷电而产生的过电压损坏电源设备，在通信电源系统中，一般避雷器还设有防雷接地装置。

这种装置的接地电阻一般应在10~20 欧之间。

当电网遭受雷击时，防雷地线中的瞬时电流很大，因而在地线上将产生很高的电压降。

因此，为了避免损坏通信设备，防雷地线应与工作地线和保护地线分开。

（4）直流接地。

在直流供电系统中，由于通信设备的需要，蓄电池组的正极（或负极）必须接地。

这种接地通常称为直流工作接地。

新建局（站）应采用联合接地。

联合接地装置的接地电阻值目前按<5 欧考虑。

直流电源工作地应从接地汇集排引入。

2.4 集中监控系统
目前，除了大型中心通信机房有少量值班人员外，基本上实行集中监控和无人值守的维护模式，以减少人工成本和提高生产效率。

把局站的电源、空调和环境建立集中监控管理系统，通过它对各个分散的电源系统、空调系统和系统内部的各个设备及机房环境进行遥测、遥信、遥控（俗称“三遥”），实时监视系统和设备的运行状态，记录和处理相关数据，提高供电系统的可靠性和安全性。

集中监控系统一般是采用逐级汇接的三级网络结构，典型的结构如下图所示，有SC
（监控中心）、SS（监控站）、SU（监控单元）。

图中SM是监控模块，根据被监控设备的数量和参数，可设置一个或多个，SM分自备式和通用型，自备式是设备自带的，通用型是监控非智能型的电源设备、空调设备和机房环境的参数而附加的。

SM与SU之间一般采用总线或点到点的联接的通信方式，它的物理接口是RS485/RS422、RS-232C。

SC、SS、SU之间的通信一般采用已建成的电信管理网。

3、低压交流供电的TN－S接线方式介绍
根据通信电源工程设计规范要求，低压交流供电系统应采用TN－S接线方式。

这是强制性要求。

因此，先介绍一下何为TN－S接线方式。

（见附件）
什么是三相五线制（TN-S).pdf
4、市电分类介绍
根据设计规范，通信主用交流电源宜利用市电作为主用电源，所以，市电供给质量如何，是电源设计首要需考虑的问题。

根据供电情况、线路引入方式和运行状态，市电可分为四类：
4.1 一类市电：由两个稳定可靠的独立电源各自引入一路，两路不应同时出现检修停电，平均每月停电次数不大于1次，平均每次故障时间不大于0.5小时。

两路供电宜配备备用市电自动投入装置。

4.2二类市电：由一个稳定可靠的独立电源或由两个以上独立电源构成稳定可靠的环形网上引入一路供电线路，供电线路允许有计划检修停电，平均每月停电次数不大于3.5次，平均每次故障时间不大于6小时。

4.3三类市电：由一个电源引入一路供电线路，供电线路长、用户多，平均每月停电次数不大于4.5次，平均每次故障时间不大于8小时。

4.4 四类市电：由一个电源引入一路供电线路，经常昼夜停电，供电无保证，达不到三类供电要求，且有季节性长时间停电或无市电可用。

5、蓄电池组放电时间
交流电停电是，由蓄电池组独立向通信设备供电，蓄电池组放电的时间应根据市电的供电类别和空调的允许停电时间综合考虑；一般地，放电参考时间如下：一类市电供电方式：0.5-1小时；
二类市电供电方式：1-2小时；
三类市电供电方式：2-3小时；
四类市电供电方式：一般8-10小时。

如果是季节性长时间停电，可按20-24小时。

最终的放电时间还需建设单位决定。

二、相关规范中的强制性条文和部分重要条文介绍
1、YD/T5040－2005《通信电源设备安装工程设计规范》
1.1低压交流供电系统应采用TN-S接线方式。

1.2 低压市电间、市电与油机之间采用自动切换方式时必须采用具有电气和机械连锁的切换装置；采用手动切换方式时，应采用带灭弧装置的双掷刀闸。

1.3 自动运行的变配电系统应具备手动操作功能。

1.4 新建局（站）应采用联合接地。

1.5 防雷与接地系统的设计应按YD 5098-2006《通信局（站）防雷接地设计规范》有关规定执行。

1.6 不同厂家、不同容量、不同型号、不同时期的蓄电池组严禁并联使用。

1.7 机房内的导线应采用非延燃电缆。

1.8 通信用交流中性线应采用与相线相等截面的导线。

1.9 接地导线应采用铜芯导线。

1.10 －48V直流电源的直流放电回路全程压降不应大于3.2V。

1.11 发电机室根据环保要求采取消噪措施时，应达到GB 3096-1993《城市区域环境噪声标准》要求；机组由于消噪音工程引起的功率损失应小于机组额定功率的5％。

1.12 在要求抗震设防的通信局（站），加固措施按YD 5059-2006《电信设备安装抗震设计规范》设计。

2、中国电信〔2010〕777号文中的强制性条文
2.1不得用两只小负荷熔丝并联代替大负荷熔丝。

2.2光缆的金属加强芯和金属护层应在ODF 架内可靠连通，并与机架绝缘后
使用截面不小于16mm2的多股铜芯线，引到本机房内第一级接地汇流排（或汇集线）上。

2.3防雷接地线布放时应尽量短直，多余的缆线应截断，严禁盘缠。

3、YD5079－2005《通信电源设备安装工程验收规范》
3.1 电力室、电池室、油机室等建筑应符合YD 5002-2005《邮电建筑防火设计规范》的有关规定。

3.2 在抗震设防地区，走线架、设备机架安装必须符合YD 5059-2005《通信设备安装抗震设计规范》的要求。

3.3 在抗震设防地区，安装蓄电池架必须符合YD 5059-2005《通信设备安装抗震设计规范》的要求。

3.4 在抗震设防地区，发电机机组安装必须符合YD 5059-2005《通信设备安装抗震设计规范》的要求。

3.5 油机噪声必须符合GB 3096-1993《城市区域环境噪声标准》的要求。

3.6 在抗震设防地区，母线与蓄电池输出端必须采用母线软连接条进行连接。

穿过同层房屋抗震缝的母线两侧，也必须采用母线软连接条连接。

“软连接”两侧的母线应与对应的墙壁用绝缘支撑架固定。

3.7 直流电源线、交流电源线、信号线必须分开布放，应避免在同一线束内。

其中直流电源线正极外皮颜色应为红色，负极外皮颜色应为兰色。

3.8 电源线、信号线必须是整条线料，外皮完整，中间严禁有接头和急弯处。

3.9 电源线、信号线穿越上、下楼层或水平穿墙时，应预留“S”弯，孔洞应加装口框保护，完工后应用非延燃和绝缘板材料盖封洞口。

3.10 高压或380V交流电出入局（站）时，应选用具有金属铠装层的电力电
缆，并将电缆线埋入地下，埋入地下的电力电缆长度应符合工程设计要求，其金属护套两端应就近接地。

3.11 出、入局（站）通信电缆线应采取由地下出、入局（站）的方式，埋入地下的通信电缆长度应符合工程设计要求，所采用的电缆，其金属护套应在进线室作保护接地。

3.12 由楼顶引入机房的电缆应选用具有金属护套的电缆，并应在采取了相应的防雷措施后方可进入机房。

3.13 交流配电屏中的中性线汇集排应与机架绝缘。

严禁采用中性线作交流保护地线。

3.14设备的接地线应单独与室内接地汇接排相连，不得在同一条接地线上串几个需要接地的通信设备。

3.15设备的工作地线和保护地线，必须采用绝缘铜导线，严禁使用裸导线布放，其截面积应符合工程设计要求。

4、YD5098－2005《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》
4.1 通信局（站）内使用的浪涌保护器，应经信息产业部认可的防雷产品质量检测部门测试合格。

4.2 通信局（站）的防雷、接地、雷电过电压保护工程设计必须符合信息产业部颁布的《通信网防御雷电安全保护检测管理办法》的相关规定。

4.3 严禁在接地线中加装开关或熔断器。

4.4 接地线布放时应尽量短直，多余的线缆应截断，严禁盘绕。

4.5 综合通信大楼应采用联合接地方式，将围绕建筑物的环形接地体、建筑物基础地网及变压器地网相互连通，共通组成联合地网。

局内设有地面铁塔时，
铁塔地网必须与联合地网在地下多点连通。

4.6 接入网站的供电系统采用的TT供电方式时，单相供电时应采用“1＋1型”SPD，三相供电时应采用“3＋1型”SPD。

4.7 缆线严禁系挂在避雷网或避雷带上敷设。

4.8 严禁将C型40KA模块型SPD进行并联组合作为80KA或120KA的SPD使用。

4.9 移动通信基站的防雷与接地系统设计应符合YD 5098-2005《通信局站防雷与接地设计规范》。

4.10 验收规范还规定：
（1）接闪器上不能附着其他电气线路。

（2）引下线上不能附着其他电气线路。

三、中国电信电源维护规程内容摘要
1、直流熔断器的额定电流值应不大于最大负载电流的 2 倍。

各专业机房熔断器的额定电流值应不大于最大负载电流的1.5 倍。

2、交流熔断器的额定电流值：照明回路按实际负荷配置，其它回路不大于最大负荷电流的 2 倍。

3、交流供电应采用三相五线制，零线禁止安装熔断器，在零线上除电力变压器近端接地外，用电设备和机房近端不许重复接地；若变压器在主楼外，则进局地线可以在楼内重复接地一次。

4、交流用电设备采用三相四线制引入时，零线禁止安装熔断器，在零线上除电力变压器近端接地外，在大楼内部也可以与大楼总地排进行一次复接。

对柴油发电机组和三进四出的UPS电源、空调维护管理系统，其零线也必须进行一次工作接地。

5、蓄电池的浮充电压：按照产品技术说明书要求设定，并注意温度补偿。

一般情况下，浮充电压为2.23V ～2.25V(25℃，每2V 单体)，温度补偿为Ｕ＝U （25℃）＋（２５－ｔ）×0.003(t=环境温度)。

四、电源线
1、电源线的种类与结构
通信电源供电系统常用的电源线有：电力电缆、绝缘电线、母线。

电力电缆：具有导体、绝缘层和保护层的电力线。

按芯数分，电力电缆有单芯、双芯、三芯、四芯等。

绝缘电线：只有导体、简单绝缘层和保护层的低压电力线。

按绝缘材料介质分，有橡胶绝缘和塑料绝缘两大类，塑料价格比较便宜。

按保护层可分为有无护套两种；保护层中有金属护套和非金属护套两大类，金属护套有铝护套和铅护套，非金属护套有橡皮护套和塑料护套。

另外还有一些特殊的如铠装电力电缆、海底电力电缆，铠装又分重铠装和普通铠装等等。

按芯数分，有单芯、双芯平行护套线、三芯平行护套线。

按芯线导体分有铜芯、铝芯；电线芯线又分为单股和多股。

单股一般只有6平方毫米以下，多股的又分为硬线和软线。

按可燃性分又有非延燃（又称阻燃）电缆和普通电缆。

通信电源系统应采用非延燃电力电缆。

母线：电力线中的母线指的是导线截面积很大或截面形状特殊的导线。

一类是软母线即多股铜丝线绞织，一类是硬母线，有铜排、铝排。

在直流供电系统中，硬母线一般用在较大的局站的直流配电屏与高频开关电源之间（在架顶）和直流配电屏至蓄电池组之间的联接，软母线在蓄电池组与硬母线之间的联接之用。

2、电源线的选择原则
通信电源系统使用的电力线，按照电源电压种类分为交流和直流。

电力线的
选择主要是电力线型号选择和截面积选择。

交流电力线多为按照“安全载流量”和“机械强度”进行选择和使用；直流电源线多以满足“允许线路压降”为原则进行选择和使用。

因直流电压低、发热量小，所以，其使用寿命比交流线长。

2.1 一般原则：
1）通信用的电力线使用铜芯阻燃电力线；
2）交流引入线宜按照远期负荷计算，选择型号与规格；
3）如有自备柴油发电机组，其输出线应按其输出容量计算导线规格型号；
4）通信用交流中性线的截面积与相线截面积相等；
5）接地导线应采用铜芯导线；
6）直流馈电线（电力室直流配电屏至蓄电池组）按照远期规划负荷确定。

当近期负荷与远期负荷相差悬殊时，可按分期敷设的方式确定。

设计时应考虑将来扩容的条件和可行性。

2.2通信电源常用电力线型号选择
目前常用的是铜芯塑料线。

型号有：
1）BV：铜芯聚氯乙烯绝缘线
2）BVV：铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电线
3）BX：铜芯橡皮线
4) ZRRVV1000－：铜芯聚氯乙烯绝缘护套软电源线
注：前面或后面带“Z”字的一般为阻燃线，“R”为软线。

为安全起见，通信用电源线的绝缘耐压等级应在500V以上，一般选用绝缘耐压等级1000V的阻燃铜芯电源线。

特别说明的是：由于目前电源线的生产厂家比较多也比较杂，电源线的命名。