在通信直流供电系统中所使用的全部电力线统称为直流电源线,其中,包括整流器及蓄电池到直流配电屏、直流配电屏到直流配电列柜(配电单元)、直流配电屏到直流-直流变换器及直流配电屏(或直流配电列柜)到通信设备的电源线。
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一、导线选择
1、一般原则
在直流供电系统中,直流缆线的选择一定要综合考虑,既要避免初期投资过大,又要避免满足终期要求时导线改造次数过多。因此,根据GB 51194《通信电源设备安装工程设计规范》的有关规定,直流缆线应按远期负荷确定,当近期负荷与远期负荷相差悬殊时,可按分期敷设的方式确定,设计时应考虑将来扩容的条件。通常情况下,直流配电屏到蓄电池的导线及从直流配电屏到通信机房电源架或电源分支(列)柜的电源线宜按远期容量设计,从直流配电屏直接敷设到通信设备机架的电源线宜按机架最大用电容量设计。还有,在GB/T 51194中还规定了直流电源电缆有关的选择要求,具体汇总于下表1-1中。
表1-1:GB 51194中规定的有关直流电缆的选择要求
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2、电压降的选择
直流导线的选择除额定电流应大于设计电流外,并应按满足放电回路电压降的设计要求。直流导线截面积的计算一般有三种方法,即电流矩法、固定压降分配法及最小金属用量法。这三种方法都用到回路压降的,因此,对于直流缆线的选择来说,线路压降是主要考虑因素,导线截面积必须满足允许的电压损失,以保证直流供电的质量。直流放电回路全程压降是指从蓄电池经直流配电屏(单元)和直流列头柜至通信设备电源输入端的总压降。根据GB 51194的规定,不同电压的直流供电系统放电回路全程压降不应大于下表1-2-1的值。同时要求:线路的电压损失应满足用电设备正常工作及启动时的端电压的要求。
表1-2-1:各种电压直流供电系统放电回路的全程压降值要求
根据我国通信行业标准YD/T 585《通信用配电设备》和YD/T 939《传输设备用电源分配列柜》的有关规定,直流配电屏和直流列头柜(单元)的直流压降应不大于下表1-2-2的值。另外,依据相关资料,直流供电回路中,相关刀开关、熔断器等器件及接头(直流配电屏以外的接头)直流压降应符合下表1-2-3的要求。
表1-2-2:直流配电设备和直流配电列柜(配电单元)的直流电压降值要求
表1-2-3:直流供电回路中相关器件与接头的直流压降值
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3、导线型号规格的选择
所选用的直流电源缆线的型号规格、名称应符合我国相关通信行业标准的规定,如YD/T 1173《通信电源用耐火阻燃软电缆》、YD/T 2761《通信电源用交联聚烯烃绝缘电缆》、YD/T 2320《通信用铜包铝电源线》等,依据工程实际进行合理的选择使用。
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4、电缆导体最高温度等级的选择
在通信用低压电源系统中,由于电缆的导线的载流量的不同,使之电缆在正常运行时导线有最高温度等级之分,依据YD/T 1173《通信电源用阻燃耐火软电缆》和YD/T 2761《通信电源用交联聚烯烃绝缘电缆》的规定,其电缆导体最高温度等级有下表1-4所示的选择。
表1-4:电缆导体最高温度等级的选择
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二、导线截面积的计算
直流电源导线截面积的计算一般有三种方法,即电流矩法、固定压降分配法及最小金属用量法。
1、 电流矩法
电流矩法是按照直流供电回路所允许的电压降来计算导线截面积的方法。根据欧姆定律,按下式计算某段导线的电压降,式中符号的含义详见下表2-1-1。
△U = IR = IρL / S = IL / gS (式2-1-1)
表2-1-1:式2-1-1中符号的含义
由式2-1-1可以得出下式2-1-2,该式中用到了参数I和L的乘积,即所谓的电流矩,故称电流矩法。
S = IL /△U·g (式2-1-2)
用式2-1-1计算电压降应注意的是导线长度L的取值,计算某一段供电回路总电压降时,应按正、负线的总长度计算。在直流供电系统中,由于一个直流供电回路是由多个电源设备及多段连接电源线组成(电池组、直流配电屏、通信机房不同设备的电源架及连接导线等),为此全程线路压降是由多种电源设备及多段线路分压降组成的。即
△U总=△U1+△U2+△U3+…+△Un (式2-1-3)
每段线路压降计算方法见式2-1-1。计算电流为每段线路通过的电流。
根据上述公式计算出导线截面积后,根据设计中所需选择电源线的型号及该型电源线的截面积规格来确定电源线的截面积。所选择的电源线截面积应等于或大于实际计算的导线截面积(计算出的截面积未必是产品规格数据)。
对于采用具有二次下载功能的直流供电系统选择电源线时,由于一次下载设备是基站,用电负荷较大的基站设备(BTS),一般切断第一级接触器的电压设定值每只蓄电池电压在1.9V/只以上,第二级下载的传输设备因用电负荷较小,且馈线距离较近,因此电池到直流配电单元及直流配电单元到基站通信设备(BTS)的导线截面积可不进行电压降计算,但应核算所选用的导线截面积应大于其设计电流。
配电设备和元器件的实际电压降可按下式计算。式中:△USH为配电设备或元器件的实际电压降(V);I最大为通过配电设备或元器件的最大电流(A);IH为配电设备或元器件的额定电流(A);△UH为在额定电流下,配电设备或元器件最大电压降(V)。在额定电流下,配电设备和元器件直流电压降参考值见表1-2-2和表1-2-3。
△USH =(I最大 / IH)△UH (式2-1-4)
另外,在GB 51215《通信高压直流电源设备安装工程设计规范》中规定,高压直流导线截面积应按电缆长期允许载流量选择、回路允许电压降计算,取其最大值。回路允许电压降计算截面积应按下式计算:
Scac = 2ρIca L /△Up (式2-1-5)
式2-1-5中各符号的含义详见下表2-1-2中,注意,在式2-1-5计算中,电缆长期允许载流量不应小于计算电流量Ica。
表2-1-2:式2-1-5中各符号的含义
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2、固定压降分配法
所谓固定压降分配法,就是将直流供电回路允许的全程电压降的数值,根据经验分配给每一段馈电回路导线压降以一个定值,依此定值来计算该段导线截面积。
固定压降分配法在20世纪80年代以前的模拟通信设备电源线设计中较常采用。由于当时通信楼建筑面积比较小(大多在3000m2左右),楼层比较低,且电源线大多采用铜或铝母线敷设,因此较易采用固定压降分配法。
这种方法计算简单,但往往计算的导线截面积前、后衔接不尽合理(有时后一级截面积会大于前一级截面积)。这时就需进行重新分配,直至从电池到通信设备计算的导线截面积从前到后逐级合理选择,使得前级导线截面积等于或大于后级导线截面积。常见的直流供电系统电压降值固定分配见表2-2。
表2-2:直流供电系统电压降值固定分配
表2-2数值仅供了解参考,因为它用于早期的模拟通信系统,对于目前高层通信建筑、分散供电方式、含有高压直流供电等的数字通信系统是不合适用的。
3、最小金属用量法
最小金属用量法是从节约有色金属出发的一种导线选择方法。其先利用求多变量函数极值的方法计算出直流供电系统中金属用量最合理的各段导线电压降分配数值,再依此计算各段导线的截面积,从而选择导线的规格。其基本方程为下式,式中各符号的含义详见下表2-3。
G = SLD = L2ID/△U·g (式2-3)
表2-3:式2-3中符号的含义
最小金属用量法由于其计算比较繁琐,因此在工程设计中现均不采用。相关具体计算方法可参见人民邮电出版社早期出版的《电信工程设计手册》。
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三、电缆外皮颜色的选择
为了便于区分低压(48V或24V等)直流电源电缆与高压(240V或336V等)直流电源电缆,两者的电缆外皮颜色要求是有区别的,依据我国国家相关工程建设标准要求,具体详见下表3。
表3:直流电缆的外皮颜色要求
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