通信电源配置计算.docx

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通信电源配置计算

通信电源配置计算

作者：

中国网络通信集团公司南昌市分公司唐建伟漆强  

    作为通信系统的“心脏”，通信电源在通信局（站）中具有无可比拟的重要地位。

它包含的内容非常广泛，不仅包含48V直流组合通信电源系统，而且还包括DC/DC二次模块电源，UPS不间断电源和通信用蓄电池等。

通信电源的核心基本一致，都是以功率电子为基础，通过稳定的控制环设计，再加上必要的外部监控，最终实现能量的转换和过程的监控。

通信设备需要电源设备提供直流供电。

电源的安全、可靠是保证通信系统正常运行的重要条件。

一台电源系统配置的原则是：

当系统的一台整流器出现故障时，其它整流器应该可以保证负载正常工作和电池充电的同时进行。

   一、电池容量计算

   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：

   不同温度下C与T值的关系表

   注：

本表数据来源于《电信工程设计手册17----通信电源》，人民邮电出版社出版。

   如何正确、合理地选择蓄电池的呢？

这要根据市电供电情况、负荷量的大小及负荷变化的情况等因素来决定。

一般蓄电池容量的确定的主要依据是：

市电供电类别；蓄电池的运行方式；忙时全局平均放电电流。

   在以上主要依据中，市电供电类别分为四类，对于不同的供电类别，蓄电池的运行方式和容量的选择是不同的。

例如，一类市电供电的单位，可采用全浮充方式供电，其蓄电池容量可按1小时放电率来选择；二类市电供电的单位，可采用全浮充或半浮充方式供电，其蓄电池容量可按3小时放电率来选择；三类市电供电的单位，可采用充放电方式供电，其蓄电池容量可按8～10小时放电率来选择。

放电率与电池容量的关系可见表1-5。

   此外，忙时全局平均放电电流也是决定所装蓄电池容量的重要因素。

   选择蓄电池的容量可按下述公式计算：

   式中，Q──蓄电池容量（安培小时）；

   I平均──忙时全局平均放电电流；

   η──设计标准规定的放电小时率（小时数）；

   Kn──容量转变系数，即n小时放电率下，蓄电池容量与10小时放电率的蓄电池容量之比。

   t──实际电解液的最低温度。

蓄电池室有采暖设备时，可按15℃考虑；无采暖设备时，则按所在地区最低室内温度计算，但不应低于0℃。

   25──蓄电池额定容量时的电解液温度；

   0.006──容量温度系数（即电解液以25℃为标准时，每上升或下降1℃时所增加或减少的容量比值）。

   为了便于计算，可将上述公式简化为

   Q＝K·I平均

   式中，K──电池容量计算系数，可参见《电信工程设计手册－17分册》。

   不同放电率的放电电流和电池容量

放电小时数

电池容量（额定容量的％）

放电电流（额定容量的％）

10小时放电率

100

10

8小时放电率

96

12

5小时放电率

85

17

3小时放电率

75

25

2小时放电率

65

32.5

1小时放电率

50

50

二、接地体和接地导线的选择

   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。

   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

   长市话交换机室和微波室

   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

   三、交直流供电系统电力线的选配

   决定了应配备的电力机器后，再确定机器的布置，然后需要决定组成电源系统各种机器的电线种类，线径，长度等。

这些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。

   1、交流供电回路的配线

   通信用电源设备的交流配线有受电设备的配线，直流供电方式的各种整流设备等的输入线，交流供电方式的输入输出线以及内燃机发电机的输出线等，采用三芯或双芯的IV线和CV电缆，特别是大容量时使用铜母线，铝母线等。

   通过线径根据温升决定的安全电流来选定。

亦即电缆之类的发热主要是由于导体电阻产生损失，为了把发热控制在允许值内，必须限制电流大小。

此外，机器配置和配线的关系，在分多层敷设的情况下，必须进一步递减允许电流值。

这样，除了在规定条件下决定的容许温度和关于电压降外，配线还要注意以下几项。

   必须不损坏负荷的性能

   负荷端电压的变动幅度要小

   各负荷的端电压要均匀一致

   要减小配线中的电力损失

   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

   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。

   2、交流回路电力线的敷设

   电源导线的敷设一般应满足如下要求：

   按电源的额定容量选择一定规格、型号的导线，根据布线路由、导线的长度和根数进行敷设。

   沿地槽、壁槽、走线架敷设的电源线要卡紧绑牢，布放间隔要均匀、平直、整齐；不得有急剧性转变或凹凸不平现象。

   沿地槽敷设的橡皮绝缘导线（或铅包电缆）不应直接和地面接触、槽盖应平整、密缝并油漆，以防潮湿、霉烂或其他杂物落入。

   当线槽和走线架同时采用时，一般是交流导线放入线槽、直流导线敷设在走线架上。

若只有线槽或走线架，交、直流导线亦应分两边敷设，以防交流对通信的干扰。

   电源线布放好后，两端均应腾空，在相对湿度不大于75％时，以500V兆欧表，测量其绝缘电阻是否符合要求（2MΩ以上）。

   3、直流供电回路电力线的组成

   直流供电回路的电力线，包括除远供电源架出线以外的所有电力线，如蓄电池组至直流配电设备，直流配电设备至变换器、通信设备、电源架、列柜、安装在交流屏上的事故照明控制回路进线端子和高压控制或信号设备的接线端子，电源架、列柜和变换器至通信设备，事故照明控制回路出线端子至事故照明设备，列柜至信号设备，以及各种整流器至直流配电设备或蓄电池的导线等等。

   上述各段导线中，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。

按导线的长期容许电流选择导线时，要根据导线可能承担的最大电流，对照导线容许载流量的敷设条件下的修正值，来确定导线截面。

按允许电压降计算选择直流电力线时，也要根据导线可能承担的最大电流计算。

   本节着重介绍根据允许压降选择电力线的计算方法。

   1.直流供电回路电力线的截面计算

   根据允许电压降计算选择直流供电回路电力线的截面，一般有三种方法，即电流矩法、固定分配压降法和最小金属用量法。

   2.电流矩法

   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。

在直流供电回路中，某段导线通过最大电流I时，根据欧姆定律，该段导线上由于直流电阻造成的压降可按下式计算：

   ΔU＝IR

   ＝IρL/S

   ＝IL/γS

   式中：

ΔU──导线上的电压降（V）；

   I──流过导线的电流（A）；

   R──导体的直流电阻（Ω）；

   ρ──导体的电阻率（Ω·mm2/m）；

   L──导线长度（m）；

   S──导体截面面积（mm2）

   r──导体的电导率（m/Ω·mm2）。

   导体的电导率是其电阻率的倒数。

不同材质的电导率也不相同，例如：

r铜＝57；r铝＝34；单股的钢导体r钢＝7，它们的单位是m/Ω·mm2。

   必须注意，所谓线路导体的总压降ΔU总，是指从直流电源设备（如蓄电池组、变换器等）的输出端子到用电设备（如变换器、通信设备等）的进线端子的最大允许压降中，扣除设备和元器件的实际压降后，所余下的那一部分。

   整个供电回路机线设备的最大允许压降，是根据通信等用电设备要求的允许电压变动范围和采用蓄电池浮充供电时的浮充电压、合理的放电终止电压以及加尾电池调压时的电压变动情况统筹规定的。

其数值见表1-7。

   配电设备和元器件直流压降参考值

名   称

额定电流下直流压降（mV）

刀型开关

30～50

RTO型熔断器

80～200

RL1型熔断器

200

分流器

有45及75二种，一般按75计算

直流配电屏

≤500

直流电源架

≤200

列熔断器及机器引下线

≤200

   该段导线截面的选定，还要考虑筹料方便、布线美观，特别是主干母线各段规格相差不多时，一般按较大的一种规格选取，以减少导线品种、规格和接头数量。

   由于上述计算导线截面的方法中常常用到电流与流经导体长度的乘积，即所谓的电流矩，故上述计算方法习惯上称为电流矩法。

   四、电源模块容量选配

   l用电设备工作时需要的最大工作电流I1，

   l蓄电池充电电流I2，

   lN+1备份

   1．用电设备需要的最大工作电流I1

   将所有用电设备需要的最大工作电流全部相加就得到最大工作电流I1.

   如果有逆变器，需要将逆变器的最大工作电流也加上。

   2．蓄电池充电电流I2

   在确定了用电设备工作时需要的最大工作电流I1之后，并知道要求的蓄电池放电时间T之后,蓄电池容量Q就可以确定了，如下：

   Q＝A×K×I1×T

   Q为电池标称容量（10小时放电容量），最终确定的Q应该是上面的数值向上取整，因为蓄电池的容量并不是个连续变化量。

   A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，但在不是很严格的情况下，这个系数可以不乘。

   K为在1附近变化的变量，对于不同的蓄电池放电时间T，K为不同值，并和各种厂家的产品有不同，大致如下：

   如果蓄电池容量不太小，尽量采用两组蓄电池并联供电，增强可靠性，每组为原计算值的一半。

   确定了Q以后（或者直接由局方确定），充电电流I2即为

   I2＝Q×C

   电池充电常数C一般在0.1—0.2之间，即充电时间为10到5小时，可选0.15。

   3．N+1备份

   由I1、I2之和、系统所需的终局容量大小、确定什么电源系统，要保证

（1）所选系统的容量大于终局容量；

（2）尽量使模块的基本量N大于等于3。

   确定了电源系统后，确定模块的基本数量N，即将I1、I2之和除以模块容量并向上取整。

   将配置的模块数量做冗余备份，对于整流模块数量小于10的系统，备份为N+1，大于10的，取N+2。

在直流线路上压降如何计算？

《工业与民用配电设计手册》第543页中直流线路压降是Pl/CS .P--有功负荷 l--线路长度C--计算系数 S--线芯标称截面。

但是曾经看过仪表专业的设计手册，他们计算直流线路压降是按 电压=电流X电阻  计算的。

曾经试过，两个结果差别比较大。

电气的计算方法得出结果电缆线芯会小一些。

不知实际应用中应该用哪种方法更好？

《工业与民用配电设计手册》第543页中直流线路压降是：

U%=P*l/C*S （P--有功负荷 l--线路长度C--计算系数 S--线芯标称截面），但这里要注意的是线路长度，由于在推到过程中已经考虑了单相线路的往返长度（是仪表专业的计算所需长度的一半，请注意在电阻值前乘与2，表示单相线路的计算考虑线路的往返距离）。

下面按二种方式进行计算，但结果相差不多

1。

U%=P*l/C*S 条件参数：

P=2kW  l=0.1km  C=11.92  S=2.5mm2

 U%=2*0.1/（2.5*11.92）=6.71%（注：

在计算中注意各个参数的单位变化）；

2。

仪表专业的设计手册，线路电压=电流X电阻条件参数：

Ij=2000/220^2=9.09（A）

查表9-82R‘=8.36（欧姆/km）   Rl=8.36*0.2=1.672（欧姆）

线路上的电压为：

I*R=9.09*1.672= 15.198（V）

线路上的压降为：

U%=I*R/Un*100%=15.198/220*100%=6.91%

3。

两种计算方的差值仅有千分之2，应认为基本一致。

电压降根据下列条件计算:

1,导线温度70~90℃;

2,环境温度40℃;

3,电缆排列（单芯）;S=2D

4,功率因数:

cosθ=0.8;

5,末端允许降压降百分数≤5%

6,Vd代表电压降:

Vd=KxIxLxV0（v）

I:

工作电流或计算电流（A）

L:

线路长度（m）

V0:

表内电压（V/A.m）

K:

三相四线K=√3单相K=1

单相时允许电压降:

Vd=220Vx5%=11V

三相时允许电压降:

Vd=380Vx5%=19V

7,主电缆允许长度计算公式:

单相L=11/1xV0三相L=19/√3xIxV0

8,例:

主电缆70mm2,计算电流220A,电压降V0=0.36X10-3V/A.m

三相允许长度L=19/√3x200x0.36x10-3=130m

各位好，我想请教关于电压损失计算公式的问题，我在有些书上看到电压损失的计算公式是，三相交流电路△U%=173IL（rcosΦ+xsinΦ）/U，单相交流电路△U%=200IL（rcosΦ+xsinΦ）/U，直流电路△U%=200ILR/U，其中U—线路工作电压，三相为线电压，单相为相电压，单位V

I—工作电流A

L—线路长度km

R—电阻Ω/km

X—电缆单位长度的电抗Ω/km

cosΦ—功率因数

请问直流电路中为什么要乘以200啊？

？

还有能告诉我这些公式是怎么推到出来的，就更好了，谢谢！

呵呵，看了你的网名

我都不敢回答你的问题了，

我好像听老师说过：

端电压不得低于额定电压的95%

电压降根据下列条件计算：

1、导线温度70~90℃；

2、环境温度40℃；

3、电缆排列（单芯）；S=2D

4、功率因数：

cosθ=0.8;

5、末端允许降压降百分数≤5%

6、Vd代表电压降：

Vd=KxIxLxV0（v）

I：

工作电流或计算电流（A）

L：

线路长度（m）

V0：

表内电压（V/A.m）

K：

三相四线K=√3单相K=1

单相时允许电压降：

Vd=220Vx5%=11V

三相时允许电压降：

Vd=380Vx5%=19V

7、主电缆允许长度计算公式：

单相L=11/1xV0三相L=19/√3xIxV0

8、例：

主电缆70mm2，计算电流220A，电压降V0=0.36X10-3V/A.m

三相允许长度L=19/√3x200x0.36x10-3=130m

再例如1、电阻率ρ铜为0.018欧*㎜2/米

铝为0.028欧*㎜3/米

2、I=P/1.732*U*COSØ

3、电阻R=Ρl/电缆截面

4、电压降△U=IR＜5%U就达到要求了。

例：

在800米外有30KW负荷，用70㎜2电缆看是否符合要求？

I=P/1.732*U*COSØ=30/1.732*0.38*0.8=56.98A

R=Ρl/电缆截面=0.018*800/70=0.206欧

△U=IR=56.98*0.206=11.72<19V（5%U=0.05*380=19）

符合要求。