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通信電源系統:
通信用蓄電池的充放電特性和通信太陽能供電系統
1L411050 通信電源系統
1L411051 通信電源系統的要求及供電方式
一、通信電源系統的要求
通信電源是通信設備的心臟，在通信系統中，具有舉足輕重的地位。通信設備對電源系統的要求是:可靠、穩定、小型、高效。通信局(站)電源系統應有完善的接地與防雷設施，具備可靠的過壓和雷擊防護功能，電源設備的金屬殼體應有可靠的保護接地；通信電源設備及電源線應具有良好的電氣絕緣層，絕緣層包括有足夠大的絕緣電阻和絕緣強度；通信電源設備應具有保護與告警性能。除此之外，對通信電源系統
還有其他要求:1.由於微電子技術和計算機技術在通信設備中的大量應用，通信電源瞬時中斷除了會造成整個通信電路的中斷，還會丟失大量的信息。為了確保通信設備正常運行，必須提高電源系統的可靠性。由交流電源供電時，交流電源設備一般都採用交流不間斷電源(UPS)。在直流供電系統中，一般採用整流設備與電池並聯浮充供電方式。同時，為了確保供電的可靠，還採用由兩臺以上的整流設備並聯運行的方式，當其中一臺發生故障時，另一臺可以自動承擔為全部負載供電的任務。
2 各種通信設備要求電源電壓穩定，不能超過允許變化範用。電源電壓過高，會損壞通信設備中的元器件；電壓過低，設備不能正常工作。
交流電源的電壓和頻率是標誌其電能質量的重要指標。由380/220V 、50Hz的交流電源供電時，通信設備電源端子輸入電壓允許變動範圍為額定值的-10% ~ +5%，頻率允許變動範圍為額定值的一4% ~ +4% , 電壓波型畸變率應小於5% 。
直流電源的電壓和雜音是標誌其電能質量的重要指標。由直流電源供電時，通信設備電源端子輸入電壓允許變動範圍為一57 ~ -40V，直流電源雜音應小於2mV，高頻開關整流器的輸出電壓應自動穩定，其穩定精度應≤0. 6% 。
3. 設備或系統在電磁環境中應正常工作，且應不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁干擾。這有兩方面的含義，一方面任何設備不應干擾別的設備正常工作，另一方面對外來的干擾有抵禦能力，即電磁兼容性包含電磁干擾和對電磁干擾的抗擾度兩個方面。
4. 為了適應通信的發展，電源裝置必須小型化、集成化，能適應通信電源的發展和擴容。各種移動通信設備和航空、航天裝置更要求體積小、重量輕、便於移動的電源裝置。
5. 隨著通信技術的發展，通信設備容量的日益增加，電源負荷不斷增大。為了節約電能，提高效益，必須提高電源設備的效率，並在有條件的情況下采用太陽能電源和風力發電系統。
二、通信電源系統的供電方式
目前通信局站採用的供電方式主要有集中供電、分散供電、混合供電和一體化供電四種方式。
1. 集中供電方式:由交流供電系統、直流供電系統、接地系統和集中監控系統組成。採用集中供電方式時，通信局(站)一般分別由兩條供電線路組成的交流供電系統和一套直流供電系統為局內所有負載供電。交流供電系統屬於一級供電。
2. 分散供電方式:在大容量的通信樞紐樓，由於所需的供電電流過大，集中供電方式難以滿足通信設備的要求，因此，採用分散供電方式為負載供電。直流供電系統可分樓層設置，也可以按各通信系統設置多個直流供電系統。但交流供電系統仍採用集中供電方式。
3. 混合供電方式:在無人值守的光纜中繼站、微波中繼站、移動通信基站，通常採用交、直流與太陽能電源、風力電源組成的混合供電方式。採用混合供電的電源系統由市電、柴油發電機組、整流設備、蓄電池組、太陽電池、風力發電機等部分組成。
4. 一體化供電方式:通信設備與電源設備裝在同一機架內，由外部交流電源直接供電。如小型用戶交換機，一般採用這種供電方式。
1L411052 通信電源系統的組成及功能
為各種通信設備及有關通信建築負荷供電的電源設備組成的系統，稱為通信電源系統。該系統由交流供電系統、直流供電系統、接地系統和集中監控系統組成。
一、交流供電系統
交流供電系統包括交流供電線路、燃油發電機組、低壓交流配電屏、逆變器、交流不間斷電源(UPS)等部分。
1. 市電應由兩條供電線路引入，經高壓櫃、變壓器把高壓電源(一般為10kV)變為低壓電源(三相380V)後，送到低壓交流配電屏。
2. 燃油發電機組是保證不間斷供電時必不可少的設備，一般為兩套。在市電中斷後，燃油發電機自動啟動，供給整流設備和照明設備的交流用電。
3. 低壓交流配電屏可完成市電和油機發電機的自動或人工轉換，將低壓交流電分別送到整流器、照明設備和空調裝置等用電設施，並可監測交流電壓和電流的變化。當市電中斷或電壓發生較大變化時，能夠自動發出聲、光告警信號。
4. 在市電正常時，市電經整流設備整流後為逆變器內的蓄電池浮充充電。當市電中斷時，蓄電池通過逆變器(DC/AC變換器)自動轉換，輸出交流電，為需要交流電源的通信設備供電。在市電恢復正常時，逆變器又自動轉換由市電供電。
5. 交流不間斷電源(UPS)無論在市電正常或中斷時，都可提供交流電源供電。工作原理同逆變器。逆變器實際上是交流不間斷電源的一部分。
二、直流供電系統
直流供電系統由直流配電屏、整流設備、蓄電池、直流變換器(DC/DC)等部分組成。
1. 直流配電屏:可接入兩組蓄電池，其中一組供電不正常時，可自動接入另一組工作。同時，它還可以監測電池組輸出總電壓、電池浮/均充電流和供電負載電流，可發出過壓、欠壓和熔斷器熔斷的聲、光告警信號。
2. 整流設備:輸入端由交流配電屏引人交流電，其作用是將交流電轉換成直流電，輸出端通過直流配電屏與蓄電池和需供電的負載並聯連接，並向它們提供直流電源。
3. 蓄電池:處於整流器輸出並聯端。在市電正常時，由整流器浮/均充電，不斷補充蓄電池容量，並使其保持在充足電量的狀態。當市電中斷時，蓄電池自動為負載提供直流電源，不需要任何切換。
4. 直流變換器(DC/DC):可將基礎直流電源的電壓變換成通信設備所需要的各種直流電壓，以滿足負載對電源電壓的不同要求。
三、接地系統
接地系統有交流工作接地、直流工作接地，保護接地和防雷接地等，現一般採取將這四者聯合接地的方式。
1. 交流工作接地可保證相間電壓穩定。
2. 直流工作接地可保證直流通信電源的電壓為負值。
3. 保護接地可避免電源設備的金屬外殼因絕緣受損而帶電。
4. 防雷接地可防止因雷電瞬間過壓而損壞設備。
聯合接地是將交流工作接地、直流工作接地、保護接地和防雷接地共用一組地網，由接地體、接地引入線、接地彙集排、接地連接線及引出線等部分組成，如圖lL411052所示。這個地網是一個閉合的網狀網絡，地網的每個點都是等電位的。
機房內接地線的佈置方式有兩種形式，在較大的機房為平面型，在小型機房為輻射式。
注:1. 當變壓器裝在樓內時，變壓器的中性點與接地總彙集線之間宜採用雙線連接；
2. 根據需要亦可從接地總彙集線引出一根或多根從底層至高層的主幹接地線，各層分彙集線由它引出；
3. 接地端子的位置應與工藝設計中對接地的要求相對應。
圖1L411052 機房聯合接地系統的連接方式
四、集中監控系統
集中監控系統可以對通信局(站)實施集中監控管理，對分佈的、獨立的、無人值守的電源系統內各設備進行遙測、遙控、遙信，還可以監測電源系統設備的運行狀態，記錄、處理相關數據和檢測故障，告知維護人員及時處理，以提高供電系統的可靠性和設備的安全性。
1L411053 通信用蓄電池的充放電特性
一、蓄電池的工作特點及主要指標
蓄電池是將電能轉換成化學能儲存起來，需要時將化學能轉變成為電能的一種儲能裝置。蓄電池由正負極板、隔板(膜)、電池槽(外殼)、排氣閥或安全閥以及電解液(硫酸)五個主要部分組成。
目前，通信行業己廣泛使用閥控式密封鉛酸蓄電池(免維護電池)。雖然固定型鉛酸蓄電池在安裝階段需要現場配置電解液，維護階段需要週期性測試電解液濃度和隨時配比硫酸濃度，維護成本偏高，但電池組容量可按實際需求設計，電池內部電解液處於液體流動狀態，有利於電解液和極板充分化學反應，在集中供電的核心機房，電池組容量很大時仍有采用。
1.閥控式密封鉛酸蓄電池由正負極板、隔板、電解液、安全閥、外殼等部分組成。正負極板均採用塗漿式極板，具有很強的耐酸性、很好的導電性和較長的壽命，自放電速率也較小。隔板採用超細玻璃纖維製成，全部電解液注入極板和隔板中，電池內沒有流動的電解液，頂蓋上還備有內裝陶瓷過濾器的氣閥，它可以防止酸霧從蓄電池中逸出。正負極接線端子用鉛合金製成，頂蓋用瀝青封口，具有全封閉結構。
在這種陰極吸收式閥控密封鉛酸蓄電池中，負極板活性物質總量比正極多15%，當電池充電時，正極已充足，負極尚未到容量的90%，因此，在正常情況下，正極會產生氧氣，而負極不會產生難以複合的氫氣。蓄電池隔板為超細玻璃纖維隔膜，留有氣體通道，解決了氧氣的傳送和複合問題。在實際充電過程中，氧氣複合率不可能達100% 。如果充電電壓過高，電池內會產生大量的氧氣和氫氣，為了釋放這些氣體，當氣壓達到一定數值，電池頂蓋的排氣閥會自動打開，放出氣體；當氣體壓力降到一定值後，氣閥能自動關閉，阻止外部氣體進入。
在該電池中，負極板上活性物質(海綿狀鉛)在潮溼條件下，活性很高，能夠與正極板產生的氧氣快速反應，生成水，同時又具有全封閉結構，因此在使用中一般不需要加水補充。
2. 蓄電池的主要指標包括電動勢、內阻、終了電壓、放電率、充電率、循環壽命。
(1)電池電動勢(E):蓄電池在沒有負載的情況下測得的正、負極之間的端電壓，也就是開路時的正負極端子電壓。
(2)蓄電池的內阻(R):在蓄電池接上負載後，測出端子電壓(U)和流過負載的電流(I)，這時蓄電池的內阻(R)為(E-U)/I。蓄電池的內阻應包括:蓄電池正負極板、隔板(膜)、電解液和連接物的電阻。電池的內阻越小，蓄電池的容量就越大。
(3)終了電壓:是指放電至電池端電壓急劇下降時的臨界電壓。如再放電就會損壞電池，此時電池端電壓稱為終了電壓。不同的放電率有不同的放電終了電壓，U終=1.66+0.0175h，式中h為放電小時率，若採用1小時放電率，U終=1.66+0.0175 x 1= 1.68V ,若用10小時率放電，U終= 1.66+0.0175 x 10= 1.835V 。
(4)放電率:蓄電池在一定條件下，放電至終了電壓的快慢稱之為放電率。放電電流的大小，用時間率和電流率來表示。 通常以10小時率作為放電電流，即在10h 內將蓄電池的容量放至終了電壓。蓄電池容量的大小隨放電率大小而變化，由於在大電流放電時，極板表面與周圍硫酸迅速作用，生成顆粒較大的硫酸鉛，阻擋了硫酸進入極板內部與活性物質的電化作用，所以電池電壓下降快，放出容量小。在低放電率時，電解液可以充分滲透，電化作用深入極板內部，放出的容量相對較大。
(5)充電率:蓄電池在一定條件下，標稱容量與充電電流的比稱之為充電率。常用的充電率是10h率，即放電終了後的電池組充電的時間至少需10h，才達到充電終期(電池充滿)。 當縮短充電時間時充電電流必須加大，反之，充電電流可減少。具體充電所需時長與電池內剩餘的電量有關。
(6)循環壽命:蓄電池經歷一次充電和放電，稱為一次循環。蓄電池所能承受的循環次數稱為循環壽命。固定型鉛酸蓄電池的循環壽命約為300-500次，閥控式密封鉛酸蓄電池的循環壽命約為1000-1200次，使用壽命一般在10年以上。
二、蓄電池的充放電特性
l. 放電:用大電流放電，極板的表層與周圍的硫酸迅速作用，生成的硫酸鉛顆粒較大，使其硫酸濃度變淡，電解液的電阻增大。顆粒較大的硫酸鉛又阻擋了硫酸進入極板內層與活性物質電化作用，所以電壓下降快，放電將會超過額定容量很多，成為深度過量放電，造成極板的硫酸化，甚至造成極板的彎曲、斷裂等。用小電流放電，硫酸鉛在電解液中生成的晶體較細，不會遮擋中間隔板，硫酸滲透到極板比較順利，電壓下降較少，不會造成深度放電，有利於蓄電池的長期使用。
2. 充電:充電終期電流過大，不僅使大量電能消耗，而且由於冒氣過甚，會使電池極板的活性物質受到衝擊而脫落，因此在充電終期採用較小的電流值是有益的。充電的終了電壓並不是固定不變的，它是充電電流的函數，蓄電池充電完成與杏，不但要根據充電終了電壓，還要根據蓄電池接受所需要的容量，以及電解液比重等來決定。
(1)初充電
就是電池生產或組裝完畢的第一次充電。固定型鉛酸蓄電池一般是電池組安裝連接完畢，電解液按照設計要求灌裝到位，按照設計要求的充電方式在現場進行；閥控式密封鉛酸蓄電池一般是電池出廠前在工廠採用連接成電池組或單體狀態進行。
(2)浮充充電
在電池組與開關電源設備構建成供電系統後，用整流設備和電池並聯供電的工作方式，由整流設備浮充蓄電池供電，並補充蓄電池組己放出的容量及自放電的消耗。
(3)均衡充電
即過充電，因蓄電池在使用過程中，有時會產生比重、容量、電壓等不均衡的情況，應進行均衡充電，使電池都達到均衡一致的良好狀態。均衡充電一般要定期進行。如果出現放電過量造成終了電壓過低、放電超過容量標準的10% 、經常充電不足造成極板處於不良狀態、電解液裡有雜質、放電24h未及時補充電、市電中斷後導致全浮充放出近一半的容量等情況時，都要隨時進行均衡充電。
1L411054 通信用太陽能供電系統
一、太陽電池的特點
太陽具有巨大的能量。這種能量通過大氣層到達地球表面，使地球表面吸收到大量的能量。長期以來，輻射到地球表面的太陽能一直沒有得到充分利用，隨著科學的發展，太陽能利用技術正在被逐步開發。
太陽電池是近年來發展起來的新型能源。這種能源沒有汙染，是一種光電轉換的環保型綠色能源，特別適用於陽光充足、日照時間長、缺乏交流電的地方，如我國的西部地區以及部分偏僻地區。太陽電池為無人值守的光纜傳輸中繼站、微波站、移動通信基站提供了可靠的能源。
1.太陽能電源的優點
與其他能源系統相比較，太陽能電源具有取之不盡，用之不竭，清潔、靜止、安全、可靠、無公害等優點。太陽能電源是利用太陽電池的光一電量子效應，將光能轉換成電能的電源系統。它既無轉動部分，又無噪聲，也無放射性，更不會爆炸，維護簡單，不需要經常維護，容易實現自動控制和無人值守。太陽電池安裝地點可以自由選擇，搬遷方便，而不像其他發電系統，安裝地點必須經過選擇，而且也不易搬遷。同時，太陽能電源系統與其他電源系統相比，可以隨意擴大規模，達到增容目的。
2. 太陽能電源的缺點
太陽能電源的能量與日照量有關，因此輸出功率將隨晝夜、季節而變化。太陽電池輸出能量的密度較低，因此，佔地面積較大。
3. 太陽電池種類
目前，因材料、工藝等問題，實際生產並應用的只有硅太陽電池、砷化鎵太陽電池、硫(碲)化鎘太陽電池三種。
(1)單晶硅太陽電池是目前在通信系統應用最廣泛的一種硅太陽電池，其效率可達18%，但價格較高。為了降低價格，現已大量採用多晶硅或非晶硅作太陽電池。多晶硅太陽電池效率可達14%，非晶硅太陽電池效率可達6.3%。
(2)砷化鎵太陽電池抗輻射能力很強，目前主要用於宇航及通信衛星等空間領域。由於碑化嫁太陽電池工作溫度較高，可採用聚光照射技術，以獲得最大輸出功率。
(3)硫化鎘太陽電池有兩種結構，一種是將硫化鎘粉末壓制成片狀電池，另一種是將硫化鎘粉末通過蒸發或噴塗製成薄膜電池，具有可繞性，攜帶、包裝方便，工藝簡單，成本低等特點，最高效率可達9% 。但是由於其穩定性差，壽命短，同時又會汙染環境，所以發展較慢。
二、硅太陽電池的工作原理
硅太陽電池的工作原理是:太陽光照射到晶體硅板上時，光子將能量提供給電子。當光照射到硅板的P-N結上時，就會產生電子一空穴對。由於受內部電場的作用，電子流入N區，P區多出空穴，結果使P區帶正電，N區帶負電，在P區與N區之間產生電動勢，使得太陽能轉換成電能。
太陽電池是一種光電轉換器，只能在有一定光強度的條件下，才會產生電。因此，在通信機房只配備太陽電池是不夠的，應必須配有儲能設備即蓄電池，才能完成供電任務。
三、太陽電池供電系統的組成
太陽電池供電系統的基本結構可分為直流、交流和直流一交流混合供電系統。
1. 太陽電池直流供電系統由直流配電盤、蓄電池和太陽電池方陣等組成。在正常情況下，由太陽電池向通信設備供電並向蓄電池浮/均充電。在晚間和陰雨天，由蓄電池向通信設備供電。
2. 太陽電池交流供電系統由交流配電盤、逆變設備、整流設備、UPS交流不間斷電源、發電機組等組成。當長期陰雨季節，太陽電池和蓄電池容量都不足時，應由發電機組發電通過接在交流配電盤輸出端的整流設備向通信設備供直流電並同時向蓄電池浮/均充電。
3. 太陽電池的直流和交流供電系統都可以與市電聯網供電，組成直流一交流混合供電系統。
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