通信电源学习心得.docx
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通信电源学习心得.docx
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通信电源学习心得
通信电源学习心得
通信电源系统所包含的内容:
高频开关电源、UPS、蓄电池、配电屏、防雷接地以及电源配线。
高频开关电源为通信设备提供高品质电源,高频开关电源的输入滤波器去除电网杂波,在输入端遏制杂波干扰,整流器和滤波器完成AC/DC转换,逆变器通过脉宽调制将DC变为高频交流电,通过输出整流滤波得到干净的直流电提供给通信设备,其杂音电压不应超过2.4mV。
UPS在市电输入正常时将市电稳压后供应给负载使用,同时它还向机内电池充电;当市电中断(事故停电)时,UPS立即将机内电池的电能,通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电,使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。
一、高频开关电源
高频开关电源主电路是有交流输入滤波,整流滤波,逆变和输出整流滤波组成,原理图如图二所示。
图一
1)交流输入滤波器:
其作用是将电网中的尖峰等杂波过滤,给本机提供良好的交流电,另一方面了也防止本机产生的尖峰等杂音回馈到公共电网中。
2)整流滤波:
将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电,以供下一级变换。
3)逆变:
将整流后的直流电变为高频交流电,尽量提高频率,以利于用较小的电容、电感滤波(减小体积、提高稳压精度),同时也有利于提高动态响应速度。
频率最终受到元器件、干扰、功耗以及成本的限制。
4)输出整流滤波:
是根据负载需要,提供稳定可靠的直流电源。
其中逆变将直流变成高频交流,输出整流滤波再将交流变成所希望的直流,从而完成从一种直流电压到另一种直流电压的转换,因此也可以将这两个部分合称DC-DC变换(直流—直流变换)。
系统组成框图如图二
图二
交流配电单元将市电接入,经过切换送入系统,交流电经分配单元分配后,一部分提供给开关整流器,一部分作为备用输出,供用户使用,系统的第二级防雷电路放在交流配电单元中。
系统可以由两路市电(或一路市电一路油机)供电,两路市电主备工作方式,平时由市电1供电,当市电1发生故障时,切换到市电2(或者油机),在切换过程中,通信设备的供电
由蓄电池来供给。
两路市电输入要求有机械或者电器互锁,防止两路交流输入短接。
两者的切换在小系统中一般用电气自动切换,大系统中一般用手动切换交流配电单元如图三所示。
1、导线折弯处曲率半径一般不小于导线直径的6-10倍
2、零地电压小于2.5v
3、保护地不得小于16m
4、接地电阻小于5欧姆
5、压敏电阻是限压性防雷器件
图三
直流配电单元完成直流的分配和备用电池组的接入。
开关整流器的输出经汇流母排接入直流配电单元,配电单元为负载分配不同容量的输出,可满足不同的需要,后备电池组的输入与开关整流器输出汇流母排并联,以保证开关整流器无输出时,后备电池组能向负载供电。
直流配电单元的技术关键在于保证屏内压降的较小值,显示的准确和监控的可靠实现。
内部的布局能根据用户的需求不同灵活改变,方便工程开局,上下出线均可。
如图四所示
1、熔断器具有过流保护不具有开关作用
2、正负排与电池两端之间的电压降小于0.5V。
3、直流工作地的线经是由负载设备决定一般不小于25mm2
4、分流器是用于在线检测直流电流的
5、现代通信机房各系统的保护地、工作地应分散连接,集中接地
6、直流接触器分为常开、常闭两种型号
7、模块配置原则:
N+1原则。
8、电池电流检测不到,系统对电池充电将不限流
图四
实际设计上需要学习了解的有:
1、通信高频开关电源原理图、内部接线图、输入输出馈线图;
2、其中整修单元大小选择,蓄电池容量和节数选择,直流分配单元选择(包括双路直流负载配电柜)需深入学习;
3、通信用的UPS国内有部分使用,但也较少,在二次中必须配置,可以学习;
4、三相四线制交流输入部分需同一次配合,需了解输入大小。
5、其中常见的几种厂家电源需熟悉了解,艾默生/泰坦/凯华/金宏威等。
二、UPS容量的选择
UPS的分类
UPS按工作方式可以分为后备式、在线互动式、在线式三种
后备式在市电正常时直接由市电向负载供电,当市电超出其范围或停电时,通过转换开关由电池逆变供电。
输出一般为方波、切换时间为2-10ms,持续供电时间短是其特点。
在线互动式在市电正常时直接由市电向负载供电,当市电偏高或偏低时有内部稳压电路稳压后输出,如果市电出现异常或停电由电池逆变供电。
跟一般后备式相比,保护功能较强且输出波形为正弦波。
在线式先将市电转化为直流给蓄电池充电,同时逆变器将直流转化成交流给负载供电,保证无间断输出,其特点是:
电压稳定无杂波,停电转换时间短。
根据负载对输出稳定度、切换时间、输出波形的要求,确定是选择后备式、在线互动式、在线式。
在线式UPS的输出稳定度、瞬间响应能力比另外两种强,对非线性负载及感性负载的适应能力也较强。
另外如果要使用发电机带短延时UPS,由于发电机的输出电压和频率波动较大,推荐使用在线式。
对于UPS/逆变器的选型,在选型阶段应该考虑到UPS的安规认证,以适应公司产品的全球化的发展趋势;要满足当地安规标准,一般为各国广泛接受的安规认证类型有UL(北美)、CSA(加拿大)、TUV(德国)、CE(欧盟)等,我国采用3C(ChinaCompulsaryCertification)。
一般要求UPS/逆变器也应通过相应的认证,EMC性能指标要求也是必需的。
用户的负荷量占UPS输出容量的90%为宜,但最大不能超过标称值。
,一般要求有功功率小于UPS输出有功功率,UPS/逆变器输出有功功率在厂家资料中可以查到,若查不到可以用UPS输出容量乘以输出功率因数得到。
世界上各国电网电压主要分为LV(低压)系列和HV(高压)系列。
一般而言,LV系列包括100/110/120/127四个等级,可接受的最高输入电压为140Vac;HV系列包括208/220/230/240四个等级,可接受的最高输入电压276Vac。
输入电压频率分为50Hz和60Hz两种,无论是LV系列还是HV系列都有使用。
根据以上输入电压和频率的分类,选用UPS时需要针对产品销售区域的电网特征进行判别。
输出功率因数代表适应不同性质负载的能力,一般认为,带容性负载(开关电源等)时UPS输出功率因数在0.6到0.8之间为宜;带感性负载(风扇、电灯等)时UPS/逆变器输出功率因数在0.3左右之间为宜
逆变器
逆变器是UPS的核心模块,其原理框图如图五所示
图五
根据设备要求选择在线式、在线互动式还是后备式UPS。
通常以串联热备份的方式设计连接如图六所示,当主机出现故障时自动切换到旁路状态,此时从机输出承受负载,若主机处于旁路,从机又出现故障,则直接由市电承受负载。
图六
三、蓄电池
蓄电池放电特性为:
1)放点电流越小放电容量越大,放电电流越大放电容量越小。
2)温度降低,放电容量越小。
其放电特性曲线如图七
图七
变电站的蓄电池常选用阀控蓄电池和固定防酸蓄电池。
目前变电站的阀控蓄电池主要采用2V和12V两种。
各有其优缺点。
2V蓄电池的优点是电池设计寿命长并且可靠性高,损坏1~2节可将其短接,不会对系统电压有大的影响,缺点是造价较高、维护量大、占地面积大。
12V蓄电池的优点是每组仅18块(220V系统),维护、更换都比较方便,造价比相同容量的2V电池低、结构紧凑、占地面积小,缺点是设计寿命少于2V电池,损坏1~2节对系统电压影响较大,不能短接,一般需更换。
权衡利弊后110kV变电站宜采用2组12V、100AH的蓄电池;330kV及以上变电站宜采用2组2V、大于等于300AH的蓄电池。
固定式防酸蓄电池可靠性和鲁棒性优于阀控蓄电池,但占地面积大,需进行加水、测密度、调酸等日常维护工作,且易产生酸雾,对蓄电池室有特定的要求,对环境污染较大。
对于特别重要、可靠性要求特别高的变电站建议采用固定式防酸蓄电池。
通信电源系统容量设计的基本依据是:
电网供电等级(用来确定电池支撑时间和后备油机的配置)、电网运行状态(用来确定充电策略)和近期或终期负载电流大小。
如果直接按照用户期望的电池供电支撑时间设计,可以不考虑电网状况。
在确定了期望的电池支撑时间(或电池放电小时数)T与电池平均工作环境温度t以后,电池容量Q与负载电流I之间的关系可以表达为:
Q=CI
其中C从表5-1查询。
不同温度下C与T值的关系表:
每组电池放电小时数(T小时)
0.5
1
1.25
2
3
4
5
6
8
9
10
12
16
20
t=5℃时容量计算系数C
1.7
2.38
2.75
3.9
4.76
6.03
7.17
8.03
10.13
11.05
11.9
14.29
19.05
23.81
t=10℃时容量计算系数C
1.62
2.27
2.63
3.73
4.55
5.75
6.85
7.66
9.67
10.54
11.36
13.64
18.18
22.73
t=15℃时容量计算系数C
1.55
2.17
2.52
3.56
4.35
5.5
6.55
7.33
9.25
10.09
10.87
13.04
17.39
21.74
蓄电池使用条件
并联使用:
推荐为3组以内;
多层安装:
层间温度差控制在3℃以内;
散热条件:
电池间距保持5mm~10mm之间;
换气通风条件:
保证室内氢气浓度小于0.8﹪;
关于电池混用:
新旧不同、厂家不同的产品不允许混合使用;
浮充使用条件:
限流≤0.25C10,电压满足电池要求;
最佳环境温度:
20℃~25℃
电池配置方法
阀控式密封铅酸蓄电池的容量应根据式
(1)计算结果加以确定。
由此推出备电时间计算公式为:
T=C×Vf×K1×[1-(25-TEMP)×K2]/(W×1.25)
25℃时,公式简化为
T=C×Vf×K1/(W×1.25)
其中:
C----蓄电池容量,安时/AhW---负载功率,瓦特/W
T---备电时间,小时/hTEMP---环境温度/℃
Vf---放电终止电压,伏特/V,(一般取10.8V/12V电池,如48V系统一般取Vf=43.2V,72V一般取64.8V)
1.25为时间补偿系数,因为邮标规定蓄电池的容量下降到标称值的80%时,蓄电池就报废,为了保证在其报废前仍能使用足够长时间,增加一个时间补偿系数为1.25。
K1--蓄电池效率:
T<3h,K1=0.5~0.63h≤T≤5h,K1=0.75~0.8
5h≤T<10h,K1=0.85~0.9T≥10h,K1=1
K2-温度系数:
放电电流I≤0.1C,K2=0.006放电电流0.1C<I≤0.5C,K2=0.008
放电电流I>0.5C,K2=0.01
220VAC,0.5A工作时,设备需求功率为220×0.5=110W,此时UPS效率为0.65,电池输出功率为110/0.65=169W,26Ah电池备电时间计算如下:
新电池:
T=C×Vf×K1/W=26×64.8×1/169=10h
旧电池:
T=C×Vf×K1/(W×1.25)=26×64.8×1/169×1.25=8h该时间为电池寿命终止时(容量下降至80%)的备电时间,一般选型计算以此为准,可用于向用户承诺。
注意:
UPS效率必须考虑。
简化计算:
UPS容量S(VA),UPS输出功率P(W),输出功率因素cos∮(1-20kva为0.7,20-120kva为0.8),效率η,电池电压Vbat,后备时间T,则UPS电池安时数位:
X=(S*0.7*T)/(η*Vbat)=P*T/(η*Vbat)。
本计算方法中电池容量是按照有功功率从进行计算的。
实际设计上需要学习了解的有:
1、蓄电池选型(铅酸免维护蓄电池、固定式防酸蓄电池、铬镍蓄电池等),根据用户的实际需求选择,需了解;
2、蓄电池个数确定,是采用2V单体还是12V单体,通信的因是48V,容易确定;但二次蓄电池个数确定稍微复杂些,需了解;
3、根据放电时间和负载确定蓄电池容量,特别重要,需要通过计算,要掌握;
4、蓄电池放电曲线等需要了解,包括蓄电池的维护、测试、蓄电池接线布局等;
5、蓄电池室的具体要求;
四、配电屏
直流配电原理图如图八所示,单元的正负母排分别与整流模块输出的正负极相连,同时它还可以接入两组电池BAT1、BAT2。
电池通过熔断器,接触器及分流器接入负母排。
分流器FL1、FL2、FL3分别检测电池I、电池II电流及负载的总电流,接触器J1、J2、J3由直流下电板B64C2C1及监控模块来控制,实现电池及负载的自动切断及接入功能。
ZK8、ZK9……ZK15,RD1、RD2……RD5的通断信号,FL1、FL2、FL3的电流信号经信号转接板B64C2A1后送入监控单元。
图八
五、接地系统
接地有直流接地系统、交流接地系统、防雷接地系统和联合接地系统。
1)直流接地系统可分为工作接地和保护接地两种,工作接地用于通信设备和直流通信电源设备的正常工作,而保护接地则用于保护人身和设备的安全。
1、蓄电池组的正极或负极(直流电压正极接地有利于防止电蚀);
2、通信设备的机架;
3、总配线架的铁架;
4、通信电缆的金属隔离层;
5、通信线路的保安器;
6、程控交换机室防静电地面。
2)交流接地分为工作接地和保护接地两种。
下列部分接到交流接地系统上:
1、380/220V三相TN制电力网的中性点(作为工作接地,同时具有保护人身安全作用);
2、变压器、电机、整流器、电器和携带式用电器具等的底座和外壳;
3、互感器的二次绕组;
4、配电屏与控制屏的框架;
5、室内外配电装置的金属构架和钢筋混凝土框架以及靠近带电部分的金属围栏和金属门。
6、交直流电力电缆和控制电缆的接线盒、终端盒和外壳和电缆的金属护套、穿线的钢管等。
7、微波天线塔的铁架。
3)防雷接地系统
根据国际电工委员会标准IEC664给出的低压电气设备的绝缘配合水平,对雷电或其它瞬变电压的防护应分A、B、C…等多级来实现。
变压器高、低压侧均应各装一组氧化锌避雷器,氧化锌避雷器应尽量靠近变压器装设。
变压器低压侧第一级避雷器与第二级避雷器的距离应大于或等于10米。
如图九所示。
图九
4)联合接地系统,在通信系统工程设计中,通信设备受到雷击的机会较多,需要在受到雷击时使各种设备的外壳和管路形成一个等电位面,而且在设备结构上都把直流工作接地和天线防雷接地相连,无法分开,故而局站机房的工作接地、保护接地和防雷接地合并设在一个接地系统上,形成一个合设的接地系统,系统结构如图九所示。
图九
严禁采用架空交、直流电力线进出通信站。
埋地引入通信局站的电力电缆应选用金属铠装层电力电缆或穿钢管的护套电缆。
埋地电力电缆的金属护套两端应就近接地。
自通信机房引出的电力线应采用有金属护套的电力电缆或将其穿钢管,在屋外埋入地中的长度应在10米以上
在按分设的原则设计的接地系统中,存在下列问题:
1、有些微波机,直流接地、交流保护接地和防雷接地不能分开;
2、交流电源设备外壳的交流保护接地线和直流接地由于走线架、铅包电缆等连接,也难于分开;
3、由于随机的和无法控制的连接,并由于大电流的耦合,各种接地极常常是不可能确保分开的。
4、因为与不同的接地极相连接的各部分之间有可能产生电位差,故有着火和危害人的生命的危险。
通信局(站)的接地方式,应按联合接地的原理设计,即通信设备的工作接地、保护接地、建筑物防雷接地共同合用一组接地体。
依据IEC标准,防雷接地和安全保护接地共用。
该接地引线应选用铜芯电缆,其横截面积一般取35-95mm2,长度应小于30m。
接地体和接地导线的选择
1)接地体一般采用的镀锌材料
1、角钢,50×50×5mm角钢,长2.5m。
2、钢管,Ф50mm,长2.5m。
3、扁钢,40×4mm2。
2)通信直流接地导线一般采用的材料
1、室外接地导线用40×4mm2镀锌扁钢,并应缠以麻布条后再浸沥青或涂抹沥青两层以上。
2、室外接地导线用40×4mm2镀锌扁钢,再换接电缆引入楼内时,电缆应采用铜芯,截面不小于50mm2。
在楼内如换接时,可采用不小于70mm2的铝芯导线。
不论采用哪一种材料,在相接时应采取有效措施,以防止接触不良等故障。
由地线盘或地线汇流排到下列设备的接地线,可采用不小于以下截面的铜导线:
1、24V、-48V、-60V直流配电屏95mm2
2、±60V、±24V直流配电屏25mm2
3、电力室直流配电屏到自动95mm2
4、电力室直流配电屏到测量台25mm2
5、电力室直流配电屏到总配线架50mm2
3)交流保护接地导线
根据《低压电网系统接地型式的分类、基本技术要求和选用导则》的初稿,保护线的最小截面如下:
1、相线截面S≤16mm2时,保护线Sp为Smm2。
2、相线截面16<S≤35mm2时,保护线Sp为16mm2。
3、相线截面S>35mm2时,保护线Sp为S/2mm2。
实际设计上需要学习了解的有:
1、通信设备的接地需掌握;
2、通信机柜的接地需掌握;
3、变电站系统内的接地需了解;
4、通信机房电源的防雷需掌握;
5、整个通信机房的接地系统需掌握;
六、电源配线
配线的组成大致区分为:
(1)交流回路,
(2)直流回路,(3)信号电源等杂放电线和控制、警报回路,(4)接地回路。
考虑通电容量,机械强度,负荷条件,布设条件等,从技术方面,经济方面进行最合适的设计。
交流回路配线还要注意以下几项:
1、必须不损坏负荷的性能
2、负荷端电压的变动幅度要小
3、各负荷的端电压要均匀一致
4、要减小配线中的电力损失
5、要经济
鉴于以上情况,一般电压降值在输入电压的2%以内。
而且,在数据通信方式中采用的电源,在瞬变时也要求高精度的交流电压,当计算允许电压降低时,可采用考虑了配线电阻和电感二方面因素的下列公式,进行设计。
式中,S:
所需线截面积(mm2)
K:
使用不同电缆截面积的常数,与设计使用年数有关
I:
设计电流(A)
M:
配线距离(m)
V:
允许电压降(V)
若按经济电流密度计算,则有:
Im—最大负荷电流
Ji—经济电流密度
按年最大负荷利用时间/h电缆:
3000~5000铝1.73A/mm铜2.25A/mm,例:
某局最大负荷电流为70A,最大负荷年利用小时数达4000,所需铜缆线径为
由此得出应使用35mm2的铜缆。
直流回路配线中,直流配电设备至高压控制及信号设备的电力线,应按容许电流选择,并在必要时按容许电压降校验;
直流屏内浮充用整流器至尾电池的导线(在直流屏内部的部分),应按容许电流选择,并按机械强度校验;
整流器至直流配电屏的导线,一般应按容许电流选择,但在该段导线使用母线时,可按机械强度选择,而按允许电流校验;
其余部分的导线,均应按蓄电池至用电设备的容许电压降选择;或在使用变换器时,按变换器至通信设备的容许电压降选择。
采用电流矩法计算导体截面,是按容许电压降来选择导线的方法。
它以欧姆定律为依据。
ΔU=IR
=IρL/S
=IL/γS
固定压降分配法,把要计算的直流供电系统全程允许压降的数值,根据经验适当地分配到每个压降段落上去,从而计算各段落导线截面面积。
S=IL/γΔU。
实际设计上需要学习了解的有:
1、对应通信设备需电源线型号,所需截面大小;
2、蓄电池电源线型号,所需截面大小;
3、交流引入电源型号,所需截面大小;
4、地线规格。
我会给你电源对应的设计图纸和相关资料,请再次认真学习,补充学习心得,把我列出的内容一一深化学习。
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