任安壯 李學(xué)民 趙祥龍 王凱
中國(guó)酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心,甘肅 酒泉 735000
通信設(shè)備運(yùn)行中,電源電壓不允許有瞬間的中斷。通信設(shè)備承擔(dān)著整套通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的程控交換、信息存儲(chǔ)、設(shè)施設(shè)備控制、信息采集傳輸?shù)裙δ埽瑸楸WC供電可靠,通信設(shè)備所使用的電源必須確保長(zhǎng)期的不間斷供電,應(yīng)選擇穩(wěn)定的電壓源,不允許超過容許的變化范圍,尤其是后臺(tái)控制的通信設(shè)備,網(wǎng)絡(luò)線路工作速度快,頻帶寬,對(duì)電壓波動(dòng)、雜音電壓、瞬變電壓等非常敏感。
通信電源有直流供電、交流供電輸入(出)模式,依據(jù)設(shè)備自身需求選擇合適的供給電源,線纜選徑嚴(yán)格按照設(shè)備本體的功率量瞬時(shí)峰值選用合理的線纜(>瞬時(shí)值功率量),結(jié)合通信設(shè)備功能現(xiàn)狀選擇線纜敷設(shè)方式:野外機(jī)動(dòng)式、野外固定式敷設(shè)。
通信設(shè)備多是電子電路和電抗電路,需要多種交直流電壓供電。通信設(shè)備內(nèi)部也可設(shè)有變換電源(整流、變換等),因此通信設(shè)備的外部可分為直流或交流供電。通常,大型通信設(shè)備和大型計(jì)算機(jī)等專用設(shè)備用直流供電,考慮的是可靠性高;小型通用型設(shè)備用交流供電,其機(jī)動(dòng)性好。
兩個(gè)因素決定:一是承載負(fù)荷量和電源回路長(zhǎng)度,二是供電回路的壓降和線纜所滿足的年限。而直流電源系統(tǒng)線纜的選用主要依據(jù)電流矩法和固定壓降分配法。
電源是通信系統(tǒng)的“心臟”,電源在信息網(wǎng)絡(luò)通信中具有十分重要的地位。電源系統(tǒng)包括AC380v/220v,DC48V 組合通信電源系統(tǒng),以及DC/DC 二次模塊電源,UPS 不間斷電源和通信用蓄電池等。通信電源的核心基本一致,都是以功率電子為基礎(chǔ),通過穩(wěn)定的控制環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì),再加上系統(tǒng)監(jiān)控,最終實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和過程的監(jiān)控,設(shè)備需要電源提供直流供電,而電源的安全、可靠是保證通信系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要條件。
從通信設(shè)備安裝工程使用設(shè)計(jì)的角度講,對(duì)于中型(1250A 以下)的直流供電系統(tǒng)主要采用分流供電方式,供電回路設(shè)備大體上分為三段:蓄電池組至直流配電屏段;直流配電屏至機(jī)架電源段(或直流電源架、變換器等);機(jī)架電源(或變換器)至通信設(shè)備段,該段是由多段線纜分流供電。
放電回路是指蓄電池組經(jīng)直流屏和機(jī)架電源至通信設(shè)備的全程供電回路,或是直流變換器至通信設(shè)備的供電回路,按照滿足電壓要求選取直流放電回路的導(dǎo)線,依據(jù)YD/T585-1999 的規(guī)定,直流放電回路全程壓降不應(yīng)大于下列值:
48V 電源為3.2V,24V 電源為1.8V(窄范圍)或2.5V(寬范圍)。
配電設(shè)備和元器件直流壓降參考值見表1
配電設(shè)備和元器件的實(shí)際壓降按下式計(jì)算:
式中△UH為表1 所列選取設(shè)備或元器件本身額定電流的直流壓降值。
從上式計(jì)算可以看出,對(duì)于預(yù)期通信設(shè)備負(fù)荷電源配備來說,配備比較大的直流配電屏?xí)r,可降低配電設(shè)備的壓降。對(duì)于現(xiàn)有通信機(jī)房電源設(shè)備來說,可結(jié)合具體情況具體分析,通信機(jī)房設(shè)備負(fù)荷距離通信電源設(shè)備形成的距離差,配電設(shè)備節(jié)省出的壓降指標(biāo)可分配給線纜供電回路段,從而節(jié)省線纜的投資,同時(shí)也便于線纜的布放。
根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求,按照允許壓降來計(jì)算選擇線纜。常用的有兩種方法:電流矩法和固定壓降分配法。
電流矩法的導(dǎo)線截面積可按下式計(jì)算:
式中,ΔU—導(dǎo)線壓降(V);
I—流過導(dǎo)線的電流(A);
L—導(dǎo)線回路長(zhǎng)度(m);
S—導(dǎo)線截面積(mm2);
k—導(dǎo)線的電導(dǎo)率(m/Ω·mm 2);
γ銅=57,γ鋁=34,γ鋼=7,工程中以采用銅導(dǎo)線為主。
對(duì)于單條分段線路,不論分段各點(diǎn)有無負(fù)荷,線路的導(dǎo)體總壓降都可以用下式表示:
計(jì)算所得導(dǎo)線面積不合理,應(yīng)適當(dāng)調(diào)整分配壓降重新計(jì)算,采用分配壓降計(jì)算法步驟如下;確定各段導(dǎo)線材料,了解導(dǎo)線負(fù)荷和導(dǎo)線長(zhǎng)度,固定分配壓降法的關(guān)鍵是各段的壓降分配,根據(jù)電流矩法對(duì)不同供電系統(tǒng)的各段壓降依據(jù)假定的負(fù)荷以及分布情況進(jìn)行驗(yàn)算,給出-48V 直流供電系統(tǒng)壓降分配參考數(shù)值。
3.2.1 兩段供電方式的固定壓降分配各段的取值
假定-48V 電源系統(tǒng)的蓄電池組放電時(shí)間為6h,線纜按直流總負(fù)荷為150A,負(fù)荷設(shè)備與電源設(shè)備全部安裝在同一點(diǎn),供電方式為兩段供電方式,即蓄電池——直流配電屏——機(jī)架電源。此供電方式實(shí)際上只要求取得第一段的壓降即可
直流配電屏標(biāo)稱容量取350A,則配電設(shè)備壓降為:直流配電屏壓降根據(jù)式(1)和表1 計(jì)算為0.22V,機(jī)架電源熔絲及下線壓降取0.4V,根據(jù)-48V 電源系統(tǒng)全程總壓降為3.2V,得到線纜供電回路總壓降為2.58V,若負(fù)荷設(shè)備10 組套,計(jì)算兩種極端情況,即重負(fù)荷靠近直流屏和重負(fù)荷遠(yuǎn)離直流屏,其耗電量及供電回路單程距離分別見表2 和表3。
表2 重負(fù)荷靠近直流屏
表3 重負(fù)荷遠(yuǎn)離直流屏
通過計(jì)算可以看出,蓄電池至直流屏線纜的截面積不是一個(gè)固定的值,它會(huì)隨著負(fù)載量的安裝位置而變化,負(fù)載距配電屏越遠(yuǎn),要求線纜的截面積越大,依上述兩種極端情況下的計(jì)算,取壓降較小的作為固定壓降分配取值,具體取值見表4 所示??紤]到線纜截面積的計(jì)算值與標(biāo)稱值的差距和蓄電池到直流屏距離的變化,表中取值留有一定的余量。
表4 -48V 直流供電系統(tǒng)中壓降分配參考值
3.2.2 固定壓降取值
假定-48V 電源系統(tǒng)的蓄電池放電時(shí)間取3h,線纜按中遠(yuǎn)期取直流總負(fù)荷為400A,設(shè)有三個(gè)專業(yè)電源架,負(fù)荷分布為150A 兩個(gè),100A 一個(gè)。專業(yè)電源架及相應(yīng)的負(fù)荷設(shè)備與通信電源設(shè)備設(shè)在不同的機(jī)房,這是一個(gè)比較典型的中型綜合通信臺(tái)站的供電系統(tǒng)。供電方式為三段供電方式,即蓄電池——直流配電屏——專業(yè)電源架——機(jī)架電源。此供電方式實(shí)際上要求得到第一段和第二段的壓降。
直流配電屏標(biāo)稱容量按照中遠(yuǎn)期負(fù)荷取1250A,則壓降根據(jù)式(1)和表1 計(jì)算為0.2V;電源架標(biāo)稱容量取200A,則壓降根據(jù)式(1)和表1 計(jì)算為0.15V;機(jī)架電源熔絲及下線壓降取0.4V。根據(jù)-48V 電源系統(tǒng)全程總壓降為3.2V,得到線纜供電回路總壓降為2.45V。設(shè)每個(gè)專業(yè)電源架負(fù)荷設(shè)備各10 個(gè);
上述耗電量及供電回路單程距離分別見表5、表6、表7,其中蓄電池至直流屏的供電回路單程距離為12m。
表5 負(fù)荷設(shè)備耗電量及供電回路單程距離(第一個(gè)專業(yè)電源架)
表6 負(fù)荷設(shè)備耗電量及供電回路單程距離(第二個(gè)專業(yè)電源架)
表7 負(fù)荷設(shè)備耗電量及供電回路單程距離(第三個(gè)專業(yè)電源架)
取壓降比較小的作為固定分配的取值,具體取值見表8??紤]到線纜截面積的計(jì)算值與標(biāo)稱值的差距,蓄電池到直流屏和直流屏到專業(yè)電源架距離的變化,表中取值留有一定的余量。
表8 -48V 直流供電系統(tǒng)中壓降分配參考值(三段供電方式)
(1)依據(jù)設(shè)備負(fù)荷量配備選用電源,杜絕電源設(shè)備的故障率、提高可靠性、不影響電網(wǎng)供電質(zhì)量,輸入功率因數(shù)高、輸入諧波電流小、采用軟啟動(dòng)減小沖擊電流。
(2)多級(jí)別自保護(hù),出現(xiàn)異常如輸入、摘出電壓或電流過大、溫升過高等應(yīng)立即采取切斷電源等保護(hù)措施,避免故障的擴(kuò)大,并保證系統(tǒng)的正常供電。
(3)防雷、防過電壓雷擊和電網(wǎng)的操作過電壓是環(huán)境的供發(fā)因素,但并非少見,而且是使設(shè)備意外損壞的重要因素。
(4)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和集中控制,節(jié)省人力和提高系統(tǒng)可靠性。通信電力系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)通信的集中監(jiān)控,較大程度提高供電系統(tǒng)的可靠性
本文根據(jù)通信電源設(shè)備用電需求量、安全穩(wěn)定性、確保周期性運(yùn)行進(jìn)行分析計(jì)算,給出了通信電源設(shè)備如何安全合理分配以及電源設(shè)備的穩(wěn)定性,線徑選擇分配取值等設(shè)計(jì),在工程設(shè)計(jì)中,負(fù)荷與電源線徑敷設(shè)進(jìn)行細(xì)化。