通信工程设计中如何选择电源线.doc
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通信工程设计中如何选择电源线
在通信工程设计中，经常要面临如何选用电源线的问题，因为电源线是通信电源供电系统的重要组成部分。
电源线的选用应根据使用环境的温度、敷设方式、额定工作电压、用电设备负荷电流或直流电路允许电压降加以选择。
合理选择电源线不仅可以减少隐患、提高供电系统的可靠性，而且可以延长电源线的使用寿命及节约电源能源。
电源线的选择包括交流电源线和直流电源线的选择。
一、交直流电源线的选择原则
交流电源线的选择：
低压配电设备的交流进线电源线宜按远期负荷计算，低压配电设备的出线如直接接用电设备时，按被接设备的负荷容量计算，低压配电设备的出线如接电力室交流配电屏或其它机房交流配电屏（箱）时，交流电源线宜按所接交流配电屏（交流配电箱）容量或交流配电屏（交流配电箱）的远期负荷选择，备用发电机组的输出电源线宜按机组容量设计。
直流电源线的选择：
直流配电屏到蓄电池的导线按远期容量设计，直流配电屏到开关电源架的导线按开关电源架容量设计，直流配电屏到通信机房直流分配柜或分配箱的电源线一般按分配柜或分配箱的容量设计，也可根据直流分配柜或分配箱今后所接设备的负荷容量设计，直流配电屏（直流分配柜或分配箱）接通信没备时的电源线按被接机架设备的最大负荷容量计算。
室内布放的电源线应选用阻燃耐火软电缆；同机房内布放的电源线原则上采用单芯电源线，不同机房之间布放的电源线为直流电源线时采用单芯（小于6mm2的可考虑采用电缆），为交流电源线时采用电缆；室外敷设的电缆应选用铠装电缆。
电源线的芯线应选用铜质材料。
二、交流电源线的选择
交流电源线的选择主要考虑两个方面，一是交流电源线的外护套选择，二是交流电源线的截面积选择。
交流电源线的外护套选择应按其运行电压、环境条件、敷设方式选择。
通信用低压部分的交流电源线耐压一般为1000V。
室内布放时选用铜芯阻燃聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套软电缆（RVVZ），室外布放时选用铜芯阻燃聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套软电缆（RVVZ22）。
交流电源线的截面积选择通常要考虑导线允许载流量、电压损失、机械强度等。
计算导线截面积的方法一般有四种，①按导线允许载流量进行选择，②按导线允许电压损失进行选择，③按机械强度允许的最小载流量进行选择，④按经济电流密度进行选择，有时按一种方法计算导线截面积，还应满足另一方面的技术要求，通常情况下，室内布放的交流电源线一般只考虑导线允许载流量，室外布放的交流电源线不仅要考虑导线允许载流量，同时还要考虑电压损失、机械强度等，另外交流电源线截面积的选择应同时考虑各种敷设条件下的修正系数（不同环境温度、不同敷设方式下多根并联、不同的土壤热阻系数）。
1、按导线允许载流量选择电源线
电源线在通过电流时，由于其导线自身电阻所引起的损耗会导致电源线发热，温度升高，如导线温度升高过快，会使电源线绝缘层损坏、起火，也会使导线变软，机械强度降低，导线接头处氧化加剧等。
因此规定了在各种温度条件下，不同截面的电源线允许载流量。
导线允许载流量，就是在规定的环境温度下，导线能够连续承受而不致于使其线芯温度超过最大值的电流。
按照载流量法选择导线截面积应满足下列公式：
KI≥Ijs
式中Ijs--最大计算负载电流（A）；
I--考虑在标准条件下（空气温度为25℃，土壤温度为15℃）的导线持续允许电流（A）；
K--考虑不同条件下的校准系数（K=Kt、K1、K2、K3、K4）；
Kt--温度校准系数（表3-1）；
K1--电源线在地下直埋多根并联敷设校准系数（表3-2）；
K2--电源线穿管在空气中多根并联敷设校准系数（表3-3）；
K3--电源线在空气中多根并联敷设校准系数（表3-4）：
K4--电源线在土壤热阻系数不同时的校准系数（表3-5）。
表3-1电缆在不同环境温度时载流量的校准系数Kt
环境温度
50C
100C
150C
200C
250C
300C
350C
400C
450C
校准系数
1.2
1.15
1.1
1.05
1.0
0.94
0.88
0.815
0.745
表3-2电缆直埋地下多根并联敷设时载流量的校准系数K1
电缆间净距/mm
电缆根数
1
2
3
4
5
6
7
8
100
1.00
0.88
0.84
0.80
0.78
0.75
0.73
0.72
200
1.00
0.90
0.86
0.83
0.81
0.80
0.80
0.79
300
1.00
0.92
0.89
0.87
0.86
0.85
0.85
0.84
表3-3电源线穿管在空气中多根并联敷设时载流量的校准系数K2
钢管、铁管、塑料管根数
载流量的校准系数
2--4
0.95
4以上
0.9
表3-4电缆在空气中多根并联敷设时载流量的校准系数K3
排列根数
1
2
3
4
6
4
6
排列方式
0
00
000
0000
000000
00
00
000
000
线缆中心距/mm
S=d
1.00
0.90
0.85
0.82
0.80
0.80
0.75
S=2d
1.00
1.00
0.98
0.95
0.90
0.90
0.90
S=3d
1.00
1.00
1.00
0.98
0.96
1.00
0.96
注:
S--电缆的中心距,d—电缆的外径,当d不同时,d值取电缆外径的平均值。
表3-5土壤热阻系数不同时载流量的校准系数K4
土壤热阻系数（0Cm/w）
分类特征（土壤特性和雨量）
校准系数
0.8
土壤很潮湿，经常下雨。
如湿度大于9%的沙土或湿度大于10%的沙泥土等。
1.05
1.2
土壤很潮湿，规律性下雨。
如湿度大于7%但小于9%的沙土或湿度为12%-14%的沙泥土等。
1.0
1.5
土壤较干燥，雨量不大。
如湿度为8%-12%的沙泥土等
0.93
2.0
土壤较干燥,少雨,如湿度大于4%但小于7%的沙土或湿度为4%-8%的沙泥土等。
0.87
3.0
多石地层,非常干燥。
如湿度小于4%的沙土等。
0.75
在按照载流量法选择导线截面积时，不管采用何种敷设方式，温度校准系数都要考虑，然后再选择一种敷设方式的校准系数。
环境温度的选择，一般在局内各机房除电力室外按250C考虑，如电力室安装有空调则按250C考虑，如未安装空调则按300C-350C考虑。
模块局接入网等机房，如机房安装空调则按250C考虑，如未安装空调则按300C考虑。
在山上的基站机房，如安装空调则按300C考虑，如未安装空调则按350C-400C考虑。
2、其它选择电源线的方法
按导线允许电压损失选择电源线的方法：
电源线的线路阻抗在供电线路中会造成一定的电压损失，尤其远距离的供电线路，电压损失是必须考虑的问题。
一般通信设备的交流供电允许电压变动幅度为-10%～+5%。
在通信工程设计中如果某个局站已安装变压器，则不需考虑。
一般需要考虑的情况为：
在农村新建的接入网点或基站，因为有的接入网点或基站距离变压器较远，有可能电压损失会超过10%。
另外，选择电源线的方法还有按机械强度允许的最小载流量选择和按经济电流密度选择电源线等。
由于该两种方法在通信工程设计中用得较少，故不在介绍。
三、直流电源线的选择
在直流供电系统中使用的电源线称为直流电源线，包括开关电源到直流配电屏、直流配电屏至蓄电池组、直流配电屏至直流分配柜以及至通信设备的电源线等。
直流电源线的选择除主要考虑满足放电回路电压降的要求外，还应满足导线的额定电流大于设计电流的要求。
直流电源线一般在室内布放，应选用铜芯阻燃聚氯乙烯绝缘软电缆（RVZ），电源线耐压一般为600V。
直流电源线截面积的计算一般有三种方法，即电流矩法、固定压降分配法和最小金属用量法。
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：
ΔU--导线电压降（V）
I--流过导线的电流（A）
R--导线的直流电阻（Ω）
L--导线长度（m）
S--导线截面积（mm2）
r--导体电导率（m/Ω.mm2）
不同导体的电导率根据其导电性能的不同而有所不同。
通信工程中现用的电源线主要是铜线，铜的电导率为：
r铜--57m/（Ω.mm2）。
上式中导线长度L为计算某段供电回路压降时的总长度，即正、负极的长度之和。
在直流供电系统中，一个直流供电回路是由多种电源设备及多段连接电源线组成（蓄电池组、直流配电屏、通信机房的直流分配屏、分配箱以及连接的导线等）为此全程线路压降是由多种电源设备和多段线路的分压降组成。
即
现大多数通信设备的工作电压为-40V～-57V，全程允许压降为3.2V，包括从蓄电池至通信设备输入端的各种配电设备和各段线路的压降。
在额定电流下，部分配电设备和元器件直流压降参考值如下：
名称
额定电流下的电压降（mV）
刀开关
30～50
RTO型熔断器
80～200
直流配电屏
≤500
直流分配柜、列头柜和直流分配箱
≤200
配电设备和元器件的实际电压降按下式计算:
ΔUsh=（I最大/IH）ΔUH
式中ΔUsh--配电设备或元器件的实际电压降
I最大--通过配电设备或元器件的最大电流
IH--配电设备或元器件的额定电流
ΔUH--额定电流下，配电设备或元器件的最大电压降
在实际工作中，固定的配电设备压降主要考虑的是直流配电屏、直流分配柜、列头柜和直流分配箱等，其它元件的压降基本不考虑。
直流配电屏在额定电流下的电压降为0.5V，但实际工作电流一般最多到额定电流的80%，根据公式ΔUsh=（I最大/IH）ΔUH，故直流配电屏压降按0.4V考虑即可。
直流分配柜、列头柜和直流分配箱等由于在额定电流下的电压降仅为0.2V，故实际计算中按0.2V取值。
全程允许压降3.2V减去固定压降后，剩余的部分即可分配到各段线路上。
例：
某一供电回路经蓄电池至直流配电屏至通信机房的直流分配柜到通信设备机架；蓄电池至直流配电屏电流为500A，距离6米；直流配电屏至通信机房的直流分配柜电流为480A，距离15米；通信机房的直流分配柜到通信设备机架电流每架为20A，共24架，距离10米；各段电源线均在走线架上布放；全程允许压降3.2V，则固定压降为直流配电屏的0.4V和直流分配柜的0.2V，共计0.6V。
线路部分各段的压降为2.6V。
各段导线截面计算如下：
第一段蓄电池至直流配电屏：
计算得到电源线截面为202.43mm2,由于现有电源线无该种规格，往上与202.43mm2接近的有240mm2规格电源线，240mm2电源线单根在空气中布放时的载流量为628A，室内温度为25CO，温度校准系数为1；电源线正负极并联布放在走线架上，电源线在空气中2根并联敷设时载流量的校准系数为0.9；最大计算负载电流为628A×1×0.9=565.2A，大于500A设计电流的要求，故选用二根240mm2规格的铜芯阻燃聚氯乙烯绝缘软电缆（正负极各一根）。
在确定了第一段导线的规格后,可计算出第一段导线的压降ΔU1为0.44（V）。
第二段直流配电屏至通信机房的直流分配柜：
计算得到电源线截面为194.93mm2,由于现有电源线无该种规格，往上与194.93mm2接近的有200mm2规格电源线，查200mm2电源线单根在空气中布放时的载流量为580A，温度校准系数为1；电源线在空气中2根并联敷设时载流量的校准系数为0.9；故最大计算负载电流为580A×1×0.9=522A，能满足设计电流480A的要求，故选用二根200mm2规格的铜芯阻燃聚氯乙烯绝缘软电缆（正负极各一根）。
在确定了第二段导线的规格后,可计算出第二段导线的压降ΔU2为1.26（V）。
第三段直流分配柜到通信设备机架：
在第一段和第二段压降已确定后，最后一段的压降为0.9（V），
最后一段到每个机架的导线截面为：
计算得到电源线截面为7.79mm2,由于现有电源线无该种规格，往上与7.79mm2接近的有10mm2规格电源线，10mm2电源线单根在空气中布放时的载流量为83A，温度校准系数为1；电源线在空气中2根并联敷设时载流量的校准系数为0.9；故最大计算负载电流为83A×1×0.9=74.7A，能满足设计电流20A的要求，故选用二根10mm2规格的铜芯阻燃聚氯乙烯绝缘软电缆（正负极各一根）。
2、固定压降分配法
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，根据经验每一段馈电回路分配给一个固定值，然后分别计算各段导线的截面积。
步骤如下：
①了解全程供电允许压降值，确定供电回路中各种配电设备和元器件的固定压降值，然后用全程供电允许压降值减去固定压降值后，得到可分配在线路上的压降值。
②确定各段导线的材质，但目前通信工程设计中基本上都采用铜导线。
③了解各段导线负荷和各段导线长度。
④分配各段导线上的电压降数值。
根据经验一般情况下,最后一段（直流分配柜到通信设备机架）分配的电压降可按0.4-0.6伏考虑。
⑤根据公式计算该段导线截面积。
这种方法计算比较简单，但要求有比较丰富的工作经验，不然往往造成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，直至从蓄电池到通信设备的导线截面积从前到后逐级合理，使得前级导线截面积等于或大于后级导线截面积。
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选择导线的方法。
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。
以上三种方法为直流导线截面积的计算方法，通常在实践工作中用得较多的为第一种和第二种，第三种方法由于计算工作量大，在实际工作中基本不采用。
在利用第一种和第二种方法计算导线截面积时，有时可能会使计算出的导线截面积满足压降要求，但所计算出的导线截面积的载流量不能满足设计的要求时，该段导线截面积的选择按满足载流量来考虑。
直流电源线载流量同样需按公式KI≥Ijs来考虑，但考虑的因素主要有电源线布放的环境温度、穿管布放或是直接在空气中布放、布放是否多根并联等。
四、结束
在通信工程设计中正确选择交直流电源线不仅是技术上的需要，同时也是经济上的需要。
如果电源线选择过小有可能导致设备不能正常工作或造成火灾等，如果电源线选择过大则会造成不必要的浪费，因此需要不断的探索和积累经验，在正确掌握交直流电源线选择方法的基础上，使得所选用的电源线更合理，更科学。
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