传输设备工程电源及接地设计若干问题的探讨

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1、 1传输设备工程电源及接地设计若干问题的探讨 Issues on Design of Power Supply and Grounding in Transmission Equipment Project 赵春华 （广东省电信规划设计院） 摘 要 探讨了传输设备工程安装设计中应考虑的有关开关整流器、电池、配电屏、列柜、 工作接地及保护接地等方面的问题。 关键词 回路压降 直流配电屏 工作接地 保护接地 1 概述 传输设备工程设计中常常涉及到对相关配套电源系统的核查或设计， 电源部分的设计关 系到设备的正常工作和用电的安全， 其重要性不言而喻。 本文探讨了传输设备工程中电源和 接地设计中需要注

2、意的问题，供相关人员借鉴。 2 电源供电系统 大多数综合楼的集中供电系统如图 1 所示， 其中交流屏、 开关整流器和电力室直流配电 屏设在电力室，电池设在电池室，其余部分设置在传输机房；如果采用分散供电的方式，则 可以将整个系统都放在传输机房，电力室和传输机房的直流配电屏合为一个。根据通信电 源设备安装设计规范 ，48V 直流放电回路的全程压降不超过 3.2V，它表示在设备失去正 常直流供电时，备用电池到设备受电端子的回路全程压降应不超过 3.2V；而单个电池在 1 10 小时率放电时的终止电压为 1.8V，24 只电池放电的终止电压是43.2V，因此通信设备 应能承受40V 的电压。为了提高

3、配电系统的可靠性，防止熔丝故障，从电力室直流配电屏 传输机房配电屏列柜设备架顶电源分配器设备子架设备板卡的直流电源分配一 般采用两路熔丝负荷分担的方式工作，正常工作时，只要两回路的电阻接近，其电流就接近 相等。必须指出，工程设计中需要注意两路的总电流不能超过任何一路的熔丝容量，否则一 主一备的保护功能便不存在，例如，列柜进线是两路 100A 的熔丝，如果设备耗电为 120A， 则两路熔丝并不具备一主一备的保护作用。 在实际工程中， 列柜以后的电源分配一般都采用 两路供电， 但电力室直流配电屏传输机房直流配电屏和传输机房直流配电屏列柜有可能 采用单路熔丝供电。图 2 是传输设备子架到设备板卡的分

4、散供电图，整个子架没有集中的 DC/DC 电源板卡，各 DC/DC 模块设置在各个板卡上，其中反向二极管防止电流反向流动， 以阻止两路不同的供电系统因电压不等而出现充电现象。 近年来， 传输设备随着容量的增大 功耗也不断增大，大容量的设备一般都采用分散供电的方式。 2图 1 传输设备电源供电系统图 图 2 传输设备子架到板卡的分散供电图 3 直流配电屏和列柜 3.1 直流配电屏和列柜容量的核算 直流配电屏和列柜的最大电流应以40V 电压下的设备电流来考虑， 例如，某直流配电 屏进线只接一路 500A 的熔丝，勘查中测得的工作电流为 370A，设备工作电压为52V（开 关整流器输出电压为54V，

5、线路压降 2V） ，由于电池放电终了时设备的受电端子电压可能 接近40V，为维持设备功耗不变，40V 下的电流将达到 370X52/40=481A，接近熔丝容 量 500A，因此此配电屏不可再接负载。如果直流配电屏的进线是一主一备的两路 500A 熔 丝供电， 由于熔丝故障与电池到达放电终了的情况一般不会同时出现， 因此其实际用电在正 常供电情况下可以接近 500A。 3.2 直流配电屏和列柜电源线线径的计算 对于单路熔丝供电的情况， 配电屏和列柜的输入端电源线线径的大小可以根据设计的最 大电流采用压降计算公式来计算； 对于主备用两路熔丝供电的情况有两种计算方法， 一种方 法是按照单路工作来计

6、算，即要求另一路熔丝故障时全程回路压降仍保持在 3.2V 以内；另 一种算法是保证两路都正常工作时全程回路压降在 3.2V 以内，很显然，前一种算法要比后 一种算法得出的电源线线径大 1 倍（多根电源线情形下条数多 1 倍） ，前一种算法虽然安全 性高，但过于保守，容易造成施工中接线、走线和穿洞的困难。那么后一种算法的安全性如 何呢，我们知道，在电源系统正常供电时，回路压降并不受限于 3.2V，供电回路 3.2V 的压 降是为了保证在正常的直流供电系统出现故障（如市电中断）而由后备电池供电时，电池到 达放电终了时设备仍可以正常工作； 在设备由正常的开关电源供电时， 开关电源要给电池充 电，其工

7、作电压通常设定在略高于53V（阀控式密封铅酸蓄电池浮充电压为 2.23 2.27V/cell，24 个电池的浮充电压为53.5254.48V） ，从53V 到40V 之间有 13V 的 电压差，因此由于一路熔丝故障造成回路压降的增大不至于使设备受电端子电压低于 40V；综合楼一般备有发电机，由于电源故障而使备用电池到达放电终了的情况并不多见， 只要电池到达放电终了与一路熔丝出现故障不同时发生， 就不会导致设备受电端子的电压提 前降至40V 以下，从这个角度看，后一种方法仍然具有较好的安全性。 4 开关整流器和电池 机房新增传输设备后， 需核实开关整流器的容量是否足够， 电池的放电时长能否满足要

8、3求。 4.1 开关整流器容量的核算 根据规范，开关整流器应按照 n+1 冗余方式配置，其中 n 只主用，n10 时，1 只备用； n10 时，每 10 只备用 1 只。开关整流器容量的最大负载电流可根据下式来计算： 开关整流器容许负载电流总容量备用容量电池的均充电流 其中，电池的均充电流按 10 小时率的充电电流考虑，即电池的均充电流电池总容量 /10。 例如，现场勘查到开关整流器配置了 100A 的模块 10 个，电池配置了 2 组，每组容量 1500AH，根据其配置原则可推知开关整流器 9 个为工作模块，1 个为备用模块，电池的均 充电流为 300A，由此可算出该系统容许负载电流为 10

9、00A100A300A=600A，即新增设 备耗电加上原有设备的耗电应不超过 600A。 4.2 电池放电时间的核算 根据通信电源设备安装设计规范 ，电池容量的核算可用下式： )25(1 +tKT IQ （1） 式中：Q蓄电池容量（Ah） ；I负荷电流（A） ；K安全系数，取 1.25；T 放电小时数（h） ；放电容量系数，可从放电容量系数表查得，若 T = 2 小时，查得 = 0 . 6 1 ，若 T = 3 小时，查得= 0 . 7 5 ；t 电池所在地最低环境温度数值，无采暖设备时， 按 5 考虑；电池温度系数（1 / ） ，在 1 放电小时率1 0 时，取 0 . 0 0 8 。 在

10、T = 2 小时的情况下, 由 （1 ） 式得到 Q / I 4 . 8 8 ； 在 T = 3 小时的情况下， 得到 Q / I 5 . 9 5 。 例如，在电池容量 Q=3000Ah，负载电流 I=500A 的情况下，由于 3000/500=65.95，因此电 池可以满足 3 小时的放电要求。需要注意的是，电池的容量不仅影响放电时间，还影响容许 的最大负载电流。 5 接地系统 传输设备的接地分为工作接地和保护接地， 采用集中供电系统的综合楼， 传输机房一般 都设有专门的保护地线排， 工作地线排一般设在电力室， 工作接地线在正常情况下同保护地 线一样是没有电流通过的；虽然传输机房的配电屏和列

11、柜内的电源极接线排一般也称为 “工作地线排” ，但该接线排的作用并不是接地，而是提供直流系统的回路，接线排上的导 线中有工作电流通过。在光缆通信干线工程数字交叉连接设备技术规范中明确规定，传 输设备保护地与工作地应分开设置，如图 3(a)所示，这样，工作接地线、保护接地线和大楼 钢筋地网中都没有电流；但有的传输设备厂家在设备内将保护地与工作地（即电源地）连在 了一起， 造成机房的保护接地线、 工作接地线和建筑物钢筋中均有电流通过， 如图 3(b)所示，图中 III工作地，其中 I工作地I保护地I钢筋，要想消除通过大楼钢筋的电流 I钢筋，必须使机架与地面和走线架绝缘，如果机架不能与走线架绝缘则走

12、线架必须与大楼钢筋绝缘， 但此时的保护接地线和工作接地线中仍存在电流； 这种做法对设备的安装施工提出了较高的 要求，增加了接地系统的复杂性，不符合我国相关接地规范的要求，因此传输设备厂家应纠 正这种设计，将设备内的保护地与工作地在电气上完全隔离。 4图 3 不同连接方式下的电流走向 参考文献 1 通信电源设备安装设计规范 中华人民共和国通信行业标准 YD504097 北京邮电 大学出版社 1997 2 光缆通信干线工程数字交叉连接设备技术规范 中华人民共和国通信行业标准 YD 5081 99 北京邮电大学出版社 1999 3 同步数字系列(SDH)长途光缆传输工程设计规范 中华人民共和国通信行业标准 YD/T 50952000 北京邮电大学出版社 2001 作者简介 赵春华，高级工程师，1998 年毕业于浙江大学物理电子学与光电子学专业， 获工学博士学位。 现为广东省电信规划设计院副总工程师， 从事传送网和数据网方面的技术 管理工作。