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通信电源技术基础广州珠江电信设备制造有限公司客户服务部讲解人：肖建华疑问？问：1、什么是通信电源?2、什么是通信电源系统？通信电源的概念•通信电源是向电信设备提供交直流电的能源•通信电源系统是由交流供电系统、直流供电系统和接地系统组成，是变电设备、换流设备、蓄电池、配电设备和发电装置等。通信设备对电源的一般要求1.可靠性高：2.稳定性高：3.效率高：4.小型化、集成化：5.自动化、智能化通信电源系统的组成按通信电源设备安装的地点不同可将电源系统分为三种1、集中供电2、分散供电3、混合供电集中供电方式系统•传统的供电方式采用集中供电，即供电设备集中和供电负荷集中集中供电方式系统特点•1、集中供电的优点是：由于整流器、控制屏、变换器、逆变器都集中放置在电力室，各类电压的电池组都集中放置在电池室，因而供电容量大，且无需考虑兼容问题，供电设备的干扰也不会影响通信设备。•2、集中供电的缺点：•（1）供电设备集中，体积大，重量重，故电力室和电池室必须建在电信大楼的底层，土建工程大。同时由于负载集中，若出现局部故障，则影响到全局。•（2）电力室至机房的馈电线截面积很大，且随着不断扩容而增大，造成安装的困难，也消耗铜材太多，且线路压降大。•（3）需在基础电源引出端至负载端装设中间滤波器，否则电磁干扰射频干扰将通过汇流线进入通信设备，影响通信质量。•（4）扩容困难。分散供电•分散供电系统是指供电设备独立于其他供电设备的负载，即负荷分散或电池与负载都分散。•1、分散供电的类型•（1）在通信机房内设一个集中的电源系统，包括整流设备和蓄电池，向全部通信设备供电。•（2）在通信机房内设多个电源系统（包括整流设备和蓄电池），分别向通信设备供电。•（3）通信设备每个机架内设独立的子电源系统，仅供本机架通信设备使用分散供电分散供电•优点体现在以下几个方面：•（1）占地面积小，节省材料。•（2）节能、降耗。如在分散供电系统中，整流设备采用的高频功率整流模块，控制单元采用微机技术，便可大量节省能耗。（PWM高频整流模块cosφ≈1），效率90%以上）。•又如集中供电时，从电力机房到通信机房馈电线压降为1～2V，故电能损耗大，而分散供电，电源设备与通信设备同装一室，故馈电线压降极小。•（3）运行维护费用低。由于电源设备不需要一开始按终期容容量配置，机动灵活，有利于扩容，加之巡视工作量少，所以运行维护费用少。•（4）供电可靠性高。由于采用多个电源系统，因而故障率小，即全局通信瘫痪的概率相对减小。通信电源设备概述1.高压开关柜较大的通信局一般都由市电高压网供电。为了保证可靠供电，通常都由两个不同的变电站引入两路高压。为了控制两路高压，可以采用成套高压开关柜。主要功能，除了引入高压（一般10KV）市电外，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。高压开关柜还有操作控制和监测电压和电流的性能。安装有高压隔离开关、高压真空断路器（或油断路器）、高压熔断器、高压仪用互感器和避雷器等元器件通信电源设备概述2.电力变压器电力变压器完成输入的交流电压升高或降低的作用。主要由铁芯和绕组组成。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。电力变压器一般采用油浸式变压器通信电源设备概述3.交直流配电屏低压交流配电屏：是连接降压变压器、低压电源和交流负载的装置，它可以完成市电和备用电源转换、负载分路和保护、测量、告警等作用。低压配电设备由低压开关、空气断路开关、熔断器、接触器、避雷器和监测用各种交流电表等组成通信电源设备概述3.交直流配电屏直流配电屏：是直流供电系统的枢纽，它能将直流电源和各种直流负载连接起来，并能完成负载分路、工作方式转换、测量、告警和保护等作用。通信电源设备概述4.高频开关整流电源亦称无工频变压器型开关整流器，因其具有高效、节能、功率密度大等优点，目前已广泛用于通信电源系统。产品模块化。通信电源设备概述5、柴油发电机组•柴油发电机组是用柴油机作为动力，驱动三相交流发电机提供电能。柴油机利用柴油在发动机汽缸内燃烧，产生高温高压气体爆炸做功，经过活塞连杆和和曲轴机构转化为机械动力。柴油发电机组是通信电源设备中的重要组成部分，当市电停电时间较长时，起动发电机。对它的主要要求是：随时起动、运行可靠、指标达标、保证供电、电气性能满足通信设备的要求。现代柴油发送机组由柴油机、三相交流无刷同步发电机、控制箱、散热水箱、燃油箱、联轴器、消声器、波纹管及公共底座等组建组成通信电源设备概述6、蓄电池蓄电池是将电能转化为化学能存储起来，需要时再将化学能转变为电能的一种储能装置。通信中主要用在UPS的后备电源和与整流设备组合的直流浮充供电系统中通信电源设备概述7、交流不间断电源（UPS）UPS是英文UninterruptiblePowerSystem的缩写，即不间断电源，但人们一般习惯称之为UPS电源。UPS电源不仅仅是一个备用电源，而且是电源净化设备。随着计算机、各种办公设备、精密电子仪器的普及，UPS电源得到了广泛的应用。常用的UPS包括在线式UPS、后备式UPS。由于在线式UPS的输出总是由逆变器来提供的，所以它能提供负载干扰更小、精度更高的电源。通信电源设备概述8、通信逆变器（DC/AC）逆变器主要把由市电整流滤波后的直流或来自蓄电池的直流电，逆变成频率稳定、电压稳定、波形失真小的交流电。一类是UPS电源中的逆变器，另一类是通信逆变器。通信逆变器的输入-48V，一般输出50HZ、单相220V/三相380V交流电，也输出25HZ、75V的铃流。它在通信中使用广泛。目前逆变器普遍采用脉宽调制技术（PWM技术）及波形叠加技术。通信电源设备概述9、直流－直流变换器（DC/DC）通信电源的基础电源是-48V，然而通信设备中还需要±12V、±5V、±24V等直流电源。这些不同种类的直流电源要由DC-DC变换器来提供；另外，在上节的高频开关整流器中，DC-DC变换器也是它的重要组成部分。开关电源基础发展史•线性电源•相控电源•高频开关电源•软开关技术1、线性稳压电源：优点：优良的纹波及动态响应特性；缺点：（1）输入采用50Hz工频变压器，体积庞大；（2）电压调整器件工作在线性放大区内,损耗大,效率低；（3）过载能力差。图7.1.1线性稳压电源方框图2、开关电源：高频开关整流器通常由工频滤波电路、工频整流电路、功率因数校正电路、直流-直流变换器和输出滤波器等部分组成开关电源原理框图：高频开关电源的特点•高频开关电源的特点可归纳为以下几点：–①重量轻、体积小。与相控电源相比较，在输出相同功率的情况下，体积及重量减小很多。适合于分散供电方式。–②节能高效。一般效率在90％左右。–③功率因数高。当配有有源功率因数校正电路时，其功率因数近似为1，且基本不受负载变化的影响。–④稳压精度高、可闻噪音低。在常温满载情况下，其稳压精度都在5％以下。–⑤维护简单、扩容方便。因结构模块式，可在运行中更换模块，将损坏模块离机修理，不影响通信。在初建时，可预计终期容量机架，整流模块可根据扩容计划逐步增加。–⑥智能化程度较高。配有CPU和计算机通信接口，组成智能化电源设备，便于集中监控，无人值守。高频开关电源特点•线路复杂•电磁干扰和射频干扰大。通信电源发展趋势1.高效率，高功率密度，宽的使用环境温度2.网络化智能化的监控管理•互联网监控、移动网络监控3.全数字化控制•DSP控制实现PFC、软开关变换技术及均流技术4.安全、防护、良好EMC指标5.绿色环保•谐波•ROSH(欧盟ROHS标准，中国版的ROSH法令《中国电子信息产品污染控制管理办法》为代表的在电子电器产品中实施有害物质的限制使用)通信电源设计初步•电池容量的确定•整流器的配置•交流容量的确定•直流容量的确定•交流电源线的选择•直流电源线的选择工程中电池容量常用计算方法放电容量系数参考：《通信电源站原理与设计》电池备份方式•电池备份分为无备份和1+1备份两种。•无备份时，一组电池可以满足放电小时数。•1+1备份时，任何一组电池损坏都可以满足放电小时数。•有时为了选型方便或运行安全，将单组电池容量分成两组电池，每组电池可以满足一半的放电小时数整流器配置方法•如果局站近期负荷小、终期负荷大，为了减小近期投资额，可以按照近期负荷容量I进行设计。•整流器容量IZ配置计算公式如下：•IZ=I+K×ɑ×Q•其中IZ：计算的整流器总容量，单位安培；•Ｉ：近期或终期负荷电流，单位安培；•Ｋ：电池备用系数。无备份取1，1+1备份取2；•ɑ：充电系数，取值范围为0.1~0.2；•Ｑ：10小时放电率电池容量，单位Ah。•整流器的配置个数N的确定通过IZ与单体整流器容量的比值取整计算得出。根据备用方式确定最后需要配置的整流器数量。•N+1备份•建议：浮充状态电流模块最大电流的70%接地系统的概念•接地系统是电信电源系统的重要组成部分，它不仅直接影响通信的质量和电力系统的正常运行，还起到保护人身安全和设备安全的作用。在电信局站中，接地技术牵涉到各个电信专业的设备、电源设备和房屋建筑防雷等各个方面的要求为什么要接地？•1.通信回路接地（工作地）•在电话通信中，将电池组的一个极接地，以减少由于用户线路对地绝缘不良时引起的串话。为什么要接地？•2.保护接地•将通信设备的金属外壳和电缆金属护套等部分接地，以减小电磁感应，保持一个稳定的电位，达到屏蔽的目的，减小杂音的干扰。为什么要接地？•3.交流三相四线制中性点接地•在交流电力系统中，将三相四线制的中性点接地，并采用接零保护，以便在发生接地故障时迅速将设备切断。也可以降低人体可能触及的最高接触电压，降低电气设备和输电线路对地的绝缘水平。为什么要接地？•4.防雷接地•为了避免由于雷电等原因产生的过电压而危及人身和击毁设备，应装设地线，让雷电流尽快地入地。接地系统的组成•1.地•接地系统中所指的地，即一般的土地，不过它有导电的特性，并具有无限大的容电量，可以用来作为良好的参考电位。接地系统的组成•2.接地体（或接地电极）•为使电流入地扩散而采用的与土地成电气接触的金属部件。接地系统的组成•3.接地引入线•把接地电极连接到地线盘（或地线汇流排）上去的导线。在室外与土地接触的接地电极之间的连接导线则形成接地电极的一部分，不作为接地引入线。接地系统的组成•4.地线排(或地线汇流排)•专供接地引入线汇集连接的小型配电板或母线汇接排。接地系统的组成•5.接地配线•把必须接地的各个部分连接到地线盘或地线汇流排上去的导线。接地系统联合接地•美国、日本和德国等国家在通信大楼均采用了联合接地的方式。我国在20世纪90年代中制定的部颁《通信局（站）电源系统总技术要求》中明确地规定了采用联合接地的技术要求。联合接地无线设备水平分汇集线水平分汇集线接地总汇集线接地引入线接口接地引入线避雷针建筑钢筋天线总配线架传输设备交换设备电源设备联合接地的优点•①地电位均衡，同层各地线系统电位大体相等，消除危及设备的电位差。②公共接地母线为全局建立了基准零电位点。全局按一点接地原理而用一个接地系统，当发生地电位上升时，各处的地电位一齐上升，在任何时候，基本上不存在电位差。③消除了地线系统的干扰。通常依据各种不同电特性设计出多种地线系统，彼此间存在相互影响，而采用一个接地系统之后，使地线系统做到了无干扰。④电磁兼容性能变好。由于强、弱电，高频及低频电都等电位，又采用分屏蔽设备及分支地线等方法，所以提高了电磁兼容性能。通信电源系统所用器件•电流互感器它是用来测量大电流的一种仪器，在电路中能把大电流变成小电流，供给测量仪表和继电保护装置电流互感器•原理：由于一次绕组与二次绕组有相等的安培匝数，I1N1=I2N2，电流互感器额定电流比：电流互感器注意事项必须注意：电流互感器的次级二端不允许开路，因为在正常工作时，初级绕组产生的磁通被次级绕组产生的磁通相互抵消。当次级开路时，次级磁通为零，造成初级磁通增大，致使开路的次级绕组二瑞出现很高的感应电压，给操作人员带来一定的危险性.