第1~2讲 通信电源简介.ppt

1,通信电源系统简介,一、通信电源概述二、通信电源系统的组成,三、通信电源系统的发展,四、UPS系统,2,一、通信电源概述,1、通信局（站）供电的特点 重要性，供电中断造成的损失大。复杂性，高稳定电源的实现环节多。供电种类多：220V/380V、48V、24V等。供电对象多：通信设备采用直流供电。局内建筑采用交流供电。监控、计费等采用UPS供电。,3,一、通信电源概述,2、通信电源的作用提供满足通信设备要求的工作电源 电源的安全、可靠是保证通信系统正常运行的重要条件，好比通信系统的心脏，是不允许中断的。电源中断将使整个通信系统陷入瘫痪，带来巨大的经济损失和严重的社会影响。,4,一、通信电源概述,3、通信系统对电源的基本要求可靠性高；要求在各个环节多重备份，保证可靠性。稳定性高；电压波动范围、杂音和瞬变电压满足要求。效率高；寿命长，电费成本低。可维护性好；自动化、智能化、模块化,5,一、通信电源概述,4、目前常用的直流供电系统-48V供电。目前为主流的供电制式。采用-48V供电的原因：平衡设备电位，作为良好的电位参考点，降低通信的噪声；“+”极接地减小电缆、设备电化学腐蚀。+24V供电；个别设备仍采用，如ERICSSON 的GSM基站，自动控制系统中的控制部件。,6,二、通信电源系统组成,1、组成框图,防雷与接地系统,动力与环境集中监控,7,二、通信电源系统组成,2、各组成部分的作用,高低压配电：主要有高压配电设备、变压器、低压配电设备组成，实现市电高低压转换和低压电能分配。油机：柴油发电机组，在市电停电期间提供备用交流电源。交流配电屏：输入市电或油机电，为各路交流负载分配电能。UPS:交流不间断电源系统，提供稳定可靠的交流电源。,8,二、通信电源系统组成,整流器 电源系统的关键设备，将交流电转变为直流电，一方面通过直流配电屏给通信设备供电，另一方面给蓄电池组充电。蓄电池组 交流中断时提供直流电，是直流不间断供电的基础条件。直流配电屏 为不同容量的负载分配电能，并在负载异常时产生告警和保护，降低对其它通信设备的影响。变换器 DC-DC变换，提供满足通信设备要求的电源。,9,二、通信电源系统组成,几个常用定义,DC,DC,AC,AC,DC-DC变换器,输入,输出,逆变器,整流器,调压或变频器,10,3、各部分工作过程,11,高低压配电,市电,油机,交流配电屏,整流器,整流器,直流配电屏,蓄电池,逆变器,变换器,通信设备,交流设备,其它设备,10KV,380V,48V,B、市电停电，油机尚未启动,3、各部分工作过程,12,高低压配电,市电,油机,交流配电屏,整流器,整流器,10KV,380V,C、油机启动,3、各部分工作过程,直流配电屏,蓄电池,逆变器,变换器,通信设备,交流设备,其它设备,48V,13,高低压配电,市电,油机,交流配电屏,整流器,整流器,直流配电屏,蓄电池,逆变器,变换器,通信设备,交流设备,其它设备,10KV,380V,48V,D、市电来，进入正常工作,3、各部分工作过程,14,三、通信电源系统的发展,1、集中供电方式,保证建筑负荷,通信空调,15,1）几个常用术语保证负荷：在市电中断的过程中应该由备用电源进行提供，供电等级高，如设备、空调、机房照明、消防。一般负荷：办公用房、电梯、土建其他用电。保证照明：对应机房内的照明负荷。一般照明：对应一般负荷。事故照明：保证人员继续工作的照明应急照明：消防疏散照明，等级较事故照明高。,16,优点：实现简单，代价小，在通信局（站）负 荷较小、供电种类少、设备单一时采用。缺点：可控性差，任何一个设备故障都有可能 造成电源系统故障，故障面、故障风险 大，后果严重。,2）集中供电方式的优缺点,17,高低压配电,市电,油机,交流配电屏,整流器,整流器,直流配电屏,蓄电池,逆变器,变换器,通信设备,交流设备,其它设备,UPS,交流设备,2、分散供电方式,18,优点：故障的范围面小，可靠性高。各直流供电系统可分层设置，也可以按 照通信设备系统设置，设置地点可为单 独的电力电池室，也可与设备安装在同 一个机房。缺点：代价大，占地面积大，工程实施容易。,分散供电方式的优缺点,19,3）供电发展的方向,交流逐步走向集中直流逐步走向分散,20,第二讲 电源的原理与应用,第一节：整流器的原理简介第二节：蓄电池组的原理简介第三节：简单应用,主要内容：,21,复习通信电源系统组成框图,防雷与接地系统,动力与环境集中监控,22,第一节：整流器的原理,整流器发展和分类 目前常用PWM型开关电源。经历3个发展阶段：线性电源、相控电源和开关电源。线性电源：功率调整管和负载串联分压，调整分压比来保证输出电压不变。相控电源：改变晶闸管的导通相位角来稳压。开关电源：功率器件IGBT处于开关状态，采用PWM方式控制功率器件的开关状态。,23,线性电源工作原理,整流电路,工频变压器,滤波电路,负反馈,通信设备,380V,+UR-,UO,UN,UN=UO-UR,说明：通过改变晶体管电压进行稳压。,24,相控电源工作原理,整流电路,工频变压器,滤波电路,负反馈,通信设备,晶闸管,相位控制,380V,说明：通过晶闸管导通角a进行稳压。,25,开关电源工作原理,整流电路,高频变压器,负反馈,通信设备,IGBT,PWM电路,380V,滤波电路,IGBT管（场效应管）工作在开关状态，通断频率高。PWM产生的脉冲宽度控制IGBT导通时间,改变y宽度。,26,频率高、体积小、重量轻，可制成模块式；效率高，寿命长。均流技术使多模块运行,提高系统容量和可靠性。功率因素高，符合环保需要并降低使用成本。智能化给维护工作带来方便。,开关电源成为通信网的主导基于以下主要特点：,开关电源的主要特点,27,开关电源的典型配置（交换局）,开关电源容量单位：A,28,开关电源的典型配置（基站）,1、基站是综合的小容量电源2、交流屏对应交流配电单元3、直流屏对应直流配电单元4、基站电源多了LVD功能 脱离非重要设备；脱离电池组,29,直流供电系统,传输,开关电源架,蓄电池组,蓄电池组,基站电源系统,30,交流供电系统,市电,开关电源,空调,照明及其它,油机电,交流配电箱,市电油机电转换屏,浪涌抑制器,基站电源系统,31,开关电源的容量计算,主要计算整流模块的数量：按N+1冗余方式配置,其中：ILOAD本期负荷电流；IBATT电池充电电流，按0.1C10考虑；IREC单个整流模块的容量。,32,1、蓄电池组的定义和分类定义：储存电能的一种设备，将充电时得到的电能转化为化学能储蓄起来，又能及时将化学能转变为电能。分类：固定电池、移动电池；酸性和碱性电池 讨论固定式酸性电池。条件：反应物质和电解液组成电解池。正极为PbQ2,负极为Pb,电解液为H2SQ4 组成：极板、隔板、电池槽、电池阀等。,第二节：蓄电池组的原理,33,2、蓄电池组原理,目前常用阀控式密封铅酸蓄电池（VLRA)。工作原理：PbQ2+2H2SO4+Pb PbSO4+2H2O+PbSO4(+)(-)(+)(-),充电,放电,特点：密封程度高；水分不易蒸发，采取抑制气体产生的方法，极少有酸雾溢出，基本无污染；对温度敏感。,容量单位：Ah,34,3、蓄电池容量的选择,主要根据市电状况、负荷大小配置,其中：K安全系数1.25 I近期负荷电流 T放电小时数（h）t最低环境温度（5）放电容量系数 电池温度系数0.006,35,第三节：-48V电源系统应用,需要明确的几个概念：A、接地必要性：直接影响到通信的质量和电源系统的正常运行，保障人身和设备安全。接地的作用：直流工作接地，稳定工作基准电压，减少线路串话。直流电源“”极接地，减少电缆、设备电化腐蚀。通信设备金属外壳等接地，减小电磁感应，达到机壳屏蔽作用，减小杂音干扰。避免过电压危及人身和设备安全，让过电流尽快入地。,36,接地的分类：工作接地：电源系统的极性接地，仅在电源侧接地；其他专业一般指电源的正极。保护接地：各类设备、金属器件的接地。防雷接地：泄放雷电流的接地，主要针对建筑物而言。,第三节：-48V电源系统应用,B、KVA与KW为交流电源功率的计量单位。KVA：U与I的乘积，包括有功功率和无功功率2部分。KW：有功功率计量单位，为KVA*。,37,第三节：-48V电源系统应用,C、直流线路压降定义：在供电过程中线路上的电压损失，等于线路首末端的电压差作用：用来计算直流电源线径。D、直流电源系统的运行方式市电正常时由开关电源对交换设备供电，同时对两组蓄电池进行并联浮充，在市电停电油机未供电之前由蓄电池组放电供通信设备用电；当油机电或市电恢复后，设备由开关电源供电，同时开关电源对蓄电池进行均衡或浮充充电。可通过设置程序自动充电，亦可手动转换均衡充电。蓄电池组均衡及浮充充电采用低压恒压充电方式进行，浮充电压为2.25至2.27V/只，均衡电压一般为2.30至2.40V/只。E、-48V系统3.2V概念：满足通信设备最低供电允许电压下，蓄电池组放电终了电压与最低电压的差值。,38,第三节：-48V电源系统应用,0.5V,0.4V,0.2V,X 一般在11.5V左右。,39,-48V电源系统应用,1、电源设计的内容：各类通信设备交直流负荷的估算，交直流电源设备的配置及安装，相关电源线的线径核算与选择，以及交直流供电系统和室内外接地系统的设计等。,40,2、电源设计的分工 作用：明确工程设计界面和责任界面。分工包括：与建设单位的分工；与电源设备厂家分工：与各专业分工：主设备有电源柜则以电源柜输入端为界 无电源柜则由电源专业与主专业协商。,-48V电源系统应用,41,例1：某局新增设备负荷为48V/50A，远期负荷为100A，设备与电源的距离为20米（蓄电池组放电时间按3小时计算，最低环境温度为5，整流模块容量为50A/个）。,-48V电源系统应用,42,计算步骤：蓄电池组根据公式：查表得=0.75将各类数据代入，其中I100A则Q540Ah，蓄电池可选择600AH。蓄电池组平时使用2组，则每组容量为300AH。,问题1：计算开关电源和蓄电池组的容量,43,计算步骤：开关电源考虑2个方面，1、开关电源机架容量 2、本期配置整流模块的数量。根据公式：将各类数据代入其中I50A，则N2.2个，取3个，根据N1冗余，则整流模块需要4个。开关电源机架容量应大于300A。,问题1：计算开关电源和蓄电池组的容量,44,问题1：计算开关电源和蓄电池组的容量,关于设备的安装开关电源EMC以达到标准，可与主设备共机房。蓄电池组基本无酸溢出，也可与主设备共机房。蓄电池组较重，如48/300AH重量约550Kg,1000AH约在1.8吨，四层安装单位面积荷载 通常在1吨左右。需要分层安装。一般高层基站根据设备按一层或二层安装；交换局电池室一般在工艺阶段提荷载要求，后期加固往往比较困难。,45,工程上常用固定压降分配法计算：电源配电端子至设备一般取11.5V。根据公式：将各类数据代入其中I100A,Y铜的电导率57，则S47mm2取S50mm2。注意：供电路数应当根据设备要求定。,问题2：计算开关电源至通信设备的直流电源线,46,电源工程中几个常见的问题,1、直流配电屏熔丝的配置；2、二次直流配电屏熔丝的配置；3、熔丝的互换；4、熔丝下端并联的危险；5、交换机电源头柜（如JZ00架、华为高阻柜等）的电源接入；6、电缆铜鼻子的选择；7、交流配电屏（箱）上各级开关的选择；8、三相UPS的单相最大输出；9、机架接地。,47,例2：某局交流设备负荷为6KVA，计算：1、单相220V供电时，电源线径。2、三相380V供电时，电源线径。,-48V电源系统应用,48,工程中常用载流量计算：方法是根据计算电流与电源线额定载流量比较来选择。计算1：计算电流I6000/220=27A。查交流电源线额定电流表，得6mm2电源线额定电流为35A，则选择该截面电源线。计算2：计算电流I6000/660=9A。查表得4*1.5mm2可满足要求。,交流电源线径计算,49,四、UPS系统概述,50,UPS的主要作用,1 为什么要使用UPS？为了保护重要设备（网络、服务器、DCS等)免受断电及市电电网中存在的动态或静态干扰的影响，不至造成数据丢失、硬件损坏、控制误动、传输误码率降低等不良后果。2 什么是UPS？UPS是英文Uninterruptable Power System的缩写，中文名叫不间断电源。3 UPS的主要作用是什么？市电故障时，通过电池放电和逆变器输出，维持继续向负载供电。用于保证供电的连续性，可以等效为一台发电机。市电正常时，UPS是一个具有稳频稳压功能的高性能滤波器。保证向负载提供无动静态干扰的纯正弦波的高品质交流电源,51,双变换在线式UPS通用结构框图,整流器,逆变器,蓄电池,静态开关,维修旁路,主市电输入,UPS输出,52,UPS的基本组成部分,整流器 将输入的交流电转化为恒定电压的直流,一路给蓄电池进行补充 电，一路送给逆变器以便转化为交流供给负载使用。逆变器 将整流器或蓄电池送来的直流转化为交流输出，以便供给负载 使用。蓄电池 能量储存装置。作用是市电供应中断时，能通过逆变器继续向 负载维持交流电能的供给。静态开关 二路输入一路输出的高速转换开关，转换时间可认为是零 毫秒。二路输入分别是逆变器和市电送来，输出送至负载。维修旁路开关 以便UPS常规保养或故障检修时，在不中断负载运行条件 下将UPS退出运行并与系统隔离，保证操作时设备和人员 的安全。,53,UPS分类（按工作方式）,后备式 线路交互式 双变换在线式 DELTA变换式,54,后备式UPS工作原理,（1）市电正常时，UPS处于后备状态，由市电直接向负载供电；同时，市电经整流后向蓄电池浮充电，逆变器不工作。,静态开关,负载,整流器,逆变器,蓄电池,市电,55,（2）市电停电时，蓄电池才对逆变器充电，并由UPS的逆变器向负载提供交流电。,静态开关,负载,整流器,逆变器,蓄电池,市电,后备式UPS工作原理,56,后备式UPS的特点,效率高低成本占地小部件少容量小,逆变器不在线416ms转换时间方波输出输出电性能指标差,57,双变换在线式UPS原理与特点,（1）市电正常时，市电电源经整流变换成直流电，直接驱动逆变器向负载供电，同时也给蓄电池充电。,静态开关,负载,整流器,逆变器,蓄电池,市电,58,（2）当市电停电时，由蓄电池放电驱动逆变器工作。对逆变器而言，它的输入端电压一直存在，故负载可不间断供电。,静态开关,负载,整流器,逆变器,蓄电池,市电,双变换在线式UPS原理与特点,59,（3）当整流器、逆变器、蓄电池中任何部件故障或者负载故障过载时，由静态开关将负载转换至旁路。,静态开关,负载,整流器,逆变器,蓄电池,市电,双变换在线式UPS原理与特点,60,逆变器在线抗尖峰冲击静态旁路应付过载及内部故障零转换(转向静态旁路的时候才有1ms左右的中断)发电机兼容性好输出特性好,效率低成本高部件多占地大容量大,双变换在线式UPS原理与特点,61,线路交互式UPS原理与特点,（1）正常情况下，负载由市电经电抗器L供电。在市电电压变化或者负载变化时，输出电压和市电电压的差值由L加以补偿；市电停电时，逆变器可以不间断地为负载供电（此时市电输入开关断开，以防止逆变器输出反馈到市电）。,62,线路交互式UPS原理与特点,效率高充电快噪音低部件少占地小滤波特性容量中等,对频偏反应差逆变器不在线阶跃负载反应差逆变器受热冲击峰值因数差无旁路,63,Delta变换器：其容量约为UPS系统容量的20左右，它通过Delta变压器串联在市电电源与负载之间；主逆变器：其容量等于UPS系统容量，连接在系统输出端，它具有线路交互式UPS中的逆变器的基本功能。,Delta变换UPS原理与特点,64,（1）正常工作时：市电经Delta逆变器为负载供电，主逆变器稳定系统输出电压，市电和系统输出的电压差由Delta逆变器补偿。市电故障或市电电压超出允许的极限时：系统转入蓄电池供电方式，主逆变器为负载供电。因为主逆变器始终连接在系统输出端，在从市电供电向蓄电池供电的转换过程中不会产生供电中断。,Delta变换UPS原理与特点,（2）和线路交互式类似，正常情况等效稳压器、输出不隔离。,65,UPS实际应用系统框图,注：方框中的部分一般要求供货厂家提供。,66,UPS的配置,UPS容量的确定电池后备时间工作方式的选择,67,UPS容量的确定统计本期负载的功耗；结合发展规划，确定中远期的总功耗；考虑至少3050%安全余量；,UPS的配置,68,UPS的配置,电池后备时间主要取决于市电供应情况油机发电机组的配置维护响应时间UPS的容量,工程中简易方法：1.25*S*t=V*AH,69,UPS的配置,UPS工作方式的选择单机工作方式串联备份工作方式并联冗余工作方式,70,UPS的配置,单机工作方式单机工作方式是UPS最常见的和最基本的工作方式，它一般使用在不能停电的一般负载场合，其可靠性较差。,71,UPS的配置,串联备份工作方式 双机热备份也是为了大大提高供电系统的可靠性，它和双机并联一样，也是使用在特别重要的场合。其工作方式是：UPS2的输出作为UPS1的旁路输入，正常时UPS1处于主用状态，承担100%的负载，UPS2处于热备份状态；UPS1故障，则由UPS2转为主用，承担全部负载；UPS1、UPS2均故障，则由市电经静态旁路开关直接对负载供电。缺点：主备机老化程度不一，易造成切换失败，或需要定期倒换；存在供电瓶颈。,UPS2,UPS1,市电输入,负载,72,UPS的配置,并联冗余工作方式两台UPS并联的必要条件时同频、同相、等幅，因此必须有一个并联控制器，它主要完成同步锁相、均流及并联管理等功能。UPS并联的目的是为了大大提高供电系统的可靠性，它往往使用在特别重要的场合。其运行模式是：两台UPS均正常时，各承担50%的负载；当其中某一台UPS故障，由另外一台承担100%的负载；当两台UPS均故障时，市电经静态旁路开关直接对负载供电。,UPS1,UPS2,输入配电屏,输出配电屏,市电输入,负载,73,一个UPS工程的实例,工程条件：近期负荷约30KVA，远期估计将增加到60KVA左右。,74,谢谢THANK YOU,