通信设计中电源线选择常见误区分析

摘要 ：通信设计中电源线选择时存在只考虑设备的额定电流；中性线未考虑三相不平衡，特别是谐波影响；直流电源线不分情况只按照远期容量设计等常见误区，本文针对这些误区进行了分析，并给出了正确的方法。

关键词：电源线 敷设条件 中性线 谐波

1 引言

在通信电源系统中，电源线是输送电能的载体，是保证供电安全、可靠的十分重要的环节。工程设计中电源线的选择，不仅要立足于确保供电安全，而且应以节约工程投资，降低线路能耗为宗旨。但一部分设计人员在把握这些方面时，陷入了一定的误区。例如：选择电源线只考虑设备的额定电流，中性线未考虑三相不平衡等。本文针对这些误区进行了分析，并给出了正确的方法，以供工程设计时参考。

2 误区及分析

2.1 误区一：选择电源线只考虑设备的额定电流。

设计人员在选择电源线时，通常都是根据厂家提供的设备额定功耗，计算出设备的额定电流，再查表找出可以满足该额定电流的电源线。这样选择的电缆，在实际运行中有时会出现发热，发烫，线路损耗增大等现象。因此在选择电源线时，只考虑额定电流是远远不够的，导线的敷设方式、环境温度、机械强度等对其载流量均会有所影响。

正确的计算方法是在算出设备的额定电流之后还应考虑各种敷设条件下的修正系数（不同的环境温度、不同敷设方式下多根并联、不同的土壤热阻系数），应满足以下公式：

KI≥Ijs（式1）

式中 IJS：最大计算电流（A）；

I―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―考虑不同条件下的修正系数（K=KtK1K2K3K4）；

Kt―温度校正系数；

K1―电力线在地下直埋多根并联敷设校正系数；

K2―电力线在穿保护管在空气中多根并联敷设校正系数；

K3―电力线在空气中多根敷设校正系数；

K4―电力线在土壤热阻系数不同时的校正系数。

下面以一个案例说明如何进：

假设一台服务器的功耗是10KW，额定工作电压为220V，线缆沿走线架或槽道布放，采用单芯电缆，电源线该如何选择？

先计算设备额定电流：P=UI （式2） I≈45A

注：电缆在70℃工作温度时每相允许的长期载流量（由江苏中利电缆厂提供）

如果只考虑额定电流，查上表可知：该设备可选用截面积为4mm2的电缆，但有可能截面积过小。还必须考虑敷设方式的修正系数。

注：S―电缆的中心距；d―电缆的外经；当d不同时，d值取电缆外经的平均值。

通信机房的大部分电缆是沿槽道或者走线架布放，线缆很多，其间电磁干扰不可忽略，因此电源线敷设方式校正系数应该按照最差的来考虑，取0.75，则I≥60A，查表2.1-1得最小需要6mm2的电缆。

上述列举的情况只是在空气中多根并联敷设条件下的计算方式，由于敷设条件不同，修正系数亦不相同，所以在不同的敷设条件下计算截面积时，要选择不同条件下的修正系数。

2.2 误区二：中性线选择时未考虑三相不平衡，特别是谐波的影响。

交流电源线通常是三相五线制，很多设计人员在选择三相五线制电缆时还是按照原

来的方法：中性线截面积是相线截面积的一半。这种做法可能会导致中性线发热、发烫，造成安全隐患。

如果变压器三相负载平衡，那么中性线上是没有电流的。但是由于现实中各个通信局房的变压器三相负载并不平衡，甚至相差很大，中性线上存在电流，加之近年来通信系统中的非线性负载日渐增多，特别是一些大容量的高频开关电源和大功率UPS的大量应用，导致电网中产生大量的高次谐波，高频开关电源主要产生的3、5、7、9次谐波，UPS设备主要产生的5、7、11次谐波，而这些谐波电流通过矢量叠加，反馈在中性线上，使得中性线上的电流等于甚至大于相线上的电流。如果中性线截面积小于相线截面积，就会出现发热现象，产生电能损耗，甚至发生短路着火等严重事故。

对于中性线截面积的选择，相关规范规定如下：

（1） 《通信电源设备安装工程设计规范》中规定：

通信用交流中性线应采用与相线等截面的导线。

（2）《中国移动通信局房电源系统谐波治理技术分析》中规定：

①对于含有15%或以下3*N谐波的相电流，本指导意见建议可不增大中线截面，在这种情况下，中性线电流最大可能会达到相线电流的45%，与通常电缆的额定值相比，生成的热量增加了6%。这种额外热量通常是可以容忍的，除非电缆安装通在风很差的地方，或者附近还有其它热源。例如，在电缆敷设空间有限时需要考虑一个额外安全余量。

②对于含有15%至33% 3*N谐波分量的相电流，中性线电流可能会与相线电流接近，电缆必须考虑0.86的降容系数。

③如果相线电流中的3*N次谐波分量超过33%，应该基于中性线电流选择电缆。对于含有33%--45%谐波的相线电流，由中性线电流决定电缆截面，但需要乘以0.86的降容系数。在3*N次谐波电流为45%时，按照中性线电流，即相线电流的135%选择电缆额定值，并乘以0.86的降容系数。

从测试数据可以看出，变压器的三相总谐波电流畸变率都在33%―45%之间，根据《中国移动通信局房电源系统谐波治理技术分析》规定，应该由中性线电流决定电缆截面，但需要乘以0.86的降容系数。

正确选择中性线是决定一个供电系统可靠性的重要因数，在选择三相五线制的电力线时要遵循中性线至少和相线截面积相等的原则。不少UPS厂家现在都要求UPS设备中性线的截面积等于相线截面积的1.5-2倍。

2.3 误区三：直流电源线不区分情况，只按照远期容量设计。

在直流供电系统设计中，主要是直流屏至通信机房内配电柜的电源线经常出现一些问题。一般情况下，电力室与用电设备不在同一楼层，这样导致供电回路变长，根据压降公式计算出来的导线的截面积非常大，经常会出现供电端子和受电端子无法接上所有导线的情况。

直流供电回路由多个电源设备及多段连接电源线组成（电池组、直流屏、PDF及连接导线），因此全程线路压降也是由各部分压降组成，如下图所示：

式中 L―配电设备到受电设备的距离；

I―导线上所承载的电流；

―铜的电导率为57；

ΔU―线路压降。

以下分析一个实例：

某局房在三楼交换机房新增加直流设备70A，电力室在一楼，距离81米，需要在三楼交换机房增加1个PDF，新增设备从PDF上引电。考虑三楼交换机房内未来直流设备的发展，PDF设计容量为600A，需2路输入。计算电力室直流屏至三楼新增PDF所需的电源线。

根据公式4计算出该段电缆截面积为S=1218mm2，那么需要240mm2的电缆正负各5根，两路共20根，总长1620米。

上述计算方法没有错误，但还需根据实际情况考虑以下三点。

（1）《通信电源设备安装工程设计规范》中5.0.6规定：“直流电源馈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装的条件”。因此本次一次性上1620米电缆有些浪费，可考虑扩容，分期敷设。

（2）直流配电屏的一个630A端子上最多接2-3根240mm2或300mm2的电缆，1个630A端子无法接5根线。

（3） 20根线全部接在一个直流屏内，电缆会占满直流屏的下线空间，导致无法下线。

所以合理的设计思路应根据近期负荷及一定冗余I=220A计算导线截面积：S=447mm2，即正负各2根，两路共8根。

3 结束语

通信设计中，盲目地追求安全，选择过大的线径而增加成本；随意地选择过小的线径而增加运行成本甚至发生安全隐患，这都是不可取的。电缆的选择看似简单，但为了选择安全而又经济的电缆，则需要综合考虑多方面的因素。

参考文献

1 中华人民共和国通信行业标准 YD/T 5040―2005 通信电源设备安装工程设计规范 中华人民共和国信息产业部 2006年7月25日

2 朱雄世主编 通信电源设计及应用 中国电力出版社 2006年4月第一版

3中国移动通信有限公司网络部等主编 中国移动通信局房电源系统谐波治理技术分析 2008年7月