通信电源在铁塔中的设计与应用

2017-06-15李伯言

网络安全技术与应用 2017年6期

◆李伯言

通信电源在铁塔中的设计与应用

◆李伯言

(广东省电信规划设计院有限公司广东 510630)

通信电源是通信系统的核心部分，也是通信铁塔的重要组成部分。随着通信行业的快速发展，通信电源在通信铁塔中的设计和应用也愈来愈重要。本文结合对通信铁塔中通信电源组合的概述，探讨了通信电源系统在铁塔中的市电引入设计及应用、避雷设备SPD设计及应用、交流配电柜的设计及应用、开关电源设计及应用、蓄电池和电源线的设计及应用五大方面。

通信电源；通信铁塔；电源配置；电源系统；设计

0 前言

通信电源包括很多组件，其主要组件包括交流供电系统、直流组合通信系统和UPS不间断供电系统、接地系统等。通信铁塔中的通信电源结构示意图如图1所示：

图1 通信电源结构示意图

直流供电系统包括蓄电池、传输、预留和开关电源柜等，交流供电系统包括市电、移动油机、SPD避雷设备、市电油机电转换接口、交流配电器和辅助系统等。直流电源系统的功能是完成直流的单元分配和备用电池的接入，直流电源系统可负载分配不同容量的输出，直流电路可根据用户需求增减，可满足通信铁塔的不同需求。交流配电的功能是将市电接入，经过市电转换接口切换送入系统，交流电经分配单元按需求分配后，一部分交流电提供给开关整流器，另一部分作为备用输出同通信铁塔的通信系统的通信用户使用[1]。

1 通信电源系统在铁塔中的设计与应用

在通信铁塔的建设中，首先要确定的是铁塔的建造地址，详细了解通信铁塔的通信电源设计要求以及所设计内容在铁塔中的用途，然后才能结合所知设计通信电源系统。

（1）市电引入设计与应用

市电引入属于通信铁塔中通信电源的交流供电系统，在设计电源系统前首先要考虑的是市电引入部分的设计。市电引入部分的设计需根据通信铁塔的选址来设计，不同位置的铁塔市电引入方式也不同，供电情况也不同。通信电源的市电引入主要有三种方式：一是独立新建的铁塔市电变压器基站，需要根据新建铁塔自身需求引入安全可靠的高压市电，安装铁塔变压器时须采用H杆形式安装；二是对于不是新建铁塔而是公用铁塔可通过公用市电变压器引出一路电压幅值为380伏的交流电导入通信铁塔内；三是从通信铁塔基站原有交流配电柜系统中引出一路幅值为380伏的交流电导入铁塔内。在通信铁塔的通信电源设计中，至少要设计引入三种以上市电电源的方案，铁塔通信电源的供电对象主要是通信铁塔内的耗电设备，在计算电源需要引入的市电容量总值时只需将铁塔内所有耗电设备的功耗相加即可。

（2）避雷设备SPD的设计与应用

通信铁塔雷电入侵的对象主要是电力传输电缆，因此防雷设备SPD的保护重点是通信电源，设计围绕的中心也是通信电源。直击雷、感应雷、地电位反击和雷电波入侵是通信铁塔通信电源遭受侵害的主要几种方式，避雷设备防护的也主要是这几种侵害。直击雷是指雷雨天云层产生的雷电直接击中铁塔通信电源设备，在瞬间产生数万或数十万伏的高压导致通信电源设备瞬间产生火花放电，瞬间产生巨大电能、热能和机械能量，这些能量远超通信电源设备所能承受的负荷，导致设备遭到严重破坏。针对这种情况可在通信塔顶设计极易导电的避雷针，通过避雷针将直击雷电吸进接地装置接入大地，保护通信铁塔的通信电源设备。感应雷入侵是指由天空云层之间或者云层和大地之间放电在通信电源的电缆上诞生的感应电压，这种感应电压一旦传导至铁塔基站的设备上会对设备造成间接破坏。针对这种雷电入侵可采取分段保护策略抑制感应雷导入设备，同时还可抑制由于通信铁塔运行产生的暂态过电压破坏基站设备。低电压反击是指直击雷导入接地装置进入大地时，接地电阻会升高铁塔基站的地电位从而破坏铁塔基站电源设备。针对低电压反击SPD避雷设备设计可增加浪涌保护器、将通信铁塔的工作接地和避雷接地在铁塔基站地电网上的引接点分开设置。对雷电波侵入的是铁塔的金属管线，可利用电阻性耦合将之引入机房避免破坏设备。[2]

（3）交流配电柜设计及应用

交流配电柜的设计包括配置接口端子、输入输出开关配置、交流屏设置、输出开关电源配置和辅助电源系统配置等。交流配电电柜电容应根据通信铁塔引入市电的容量来确定，根据通信铁塔实际需求确定好输入输出开关配置后，应按照铁塔建设的规模选择交流屏，配置两套安全可靠的电源，并根据铁塔自身需求设计通风、照明等辅助电源设备。

（4）开关电源设计及应用

开关电源的设计一般选择N+1的冗余方式，关于冗余方式的数学计算公式是：N=（负荷电流+电池充电电流）/整流单元总容量。在设计开关电源时需考虑铁塔基站设备本身消耗的功率，单个开关电源电流模块通常选择50A，此外开关电源的保险丝容量需在电池组工作总容量以上，且同时满足通信铁塔电源系统的二次下电需求[3]。

（5）蓄电池和交直流电源线的设计及应用

通信铁塔的通信电源的直流供电系统需配置两套蓄电池，在配置前需根据铁塔需要确定蓄电池容量，在设计蓄电池时应重点考虑放电要求，同时结合通信铁塔的选址、市电、维护和地理环境等条件设计。交、直电源线可根据经济密度需求和电压损失量的原则设计线缆横截面积，因电线本身具有电阻，虽然电线电阻小到可以忽略不计但是通信电源电流通过电线时肯定会产生电压下降的现象，所以在设计电源线时应结合国家相关行业规范选择电源线电缆横截面积控制电压降。特别是直流电源的设计更应加强控制铁塔电源设备允许的电压降，电线源的电缆横截面积公式是，S是电源线的横截面积，Ⅰ是通信电源系统中最大的工作电流，L是电源线缆的实际长度，ρ是电源线线缆的电导率，V是通信电源系统中设备允许出现的最大电压降。需要注意的是一般情况下通信铁塔通信电源系统允许出现的最大电压降为3.2V[4]。