1.2 军事通信网设备对电源系统的基本要求
保证军事通信网的正常运行,是平时和战时对网络的总体要求。电源系统必须在任何环境和条件下保持稳定可靠的运行,并保质保量安全地向通信设备供电。要求军事通信台站应具有多手段的供电方式,做到供电不中断,供电质量不低于相关技术标准,同时要求通信电源系统应具有良好的电磁兼容性和抗干扰性,为防止军事电磁脉冲武器和日常雷电的袭击,电源系统应具有优良的接地装置和屏蔽措施。军事电源设备应具有效率高、节约能源、体积小、重量轻、智能化程度高、可实现集中监控、便于安装维护和扩容等功能。基本要求主要有以下几个方面。
1.2.1 通信电源系统及设备的可靠性
电源系统可靠性是衡量通信台站电源系统和组成系统各设备的一项综合性质量指标。根据通信台站电源系统可靠性指标,可科学地确定电源系统各设备的相应配置。军事通信网电源系统的可靠性用“不可用度”指标来衡量,电源系统的不可用度是指电源系统故障时间与故障时间和正常供电时间之和的比,即:
通信电源系统主要设备的可靠性,用“不可用度”和“平均失效间隔时间(MTBF)”指标来衡量,这在《固定通信台站电源系统技术标准》中做了具体规定。通常,若不同标准中对某设备的MTBF指标要求不同时,一般选取高的指标规定值,市电和通信电源设备的可靠性指标如表1-1所示。
表1-1 市电和通信电源设备的可靠性指标
通信电源系统由各类通信电源设备组成,要保证通信电源系统的高可靠性,必须注意以下三个方面:
(1)科学选择配置通信电源设备。只有配置具有较高可靠性指标的设备,才能够降低设备故障率,减少维护的工作量。同时,设备的可靠性随着运行时间的增加呈指数降低。特别是在设备运行的中后期,MTBF值的高低对设备的可靠性影响更大。因此,无论对单台设备还是整批设备,越到设备运行后期越应加强对设备的维护检查,做到及时发现故障,及时排除故障。
(2)重视系统可靠性设计。电源的故障往往是造成军事通信网灾难性故障的主要原因。由于电源系统是通信网络的基础配置,故障率低,易于被边缘化,为此要提高认识,高标准、高投入建设高可用性的通信电源系统。
(3)加强通信电源系统科学的运行维护管理。一方面认真落实《固定台站通信电源系统执勤维护管理规定》等标准规范,通过制定科学的运行维护规程,加强技术培训,对设备进行合理配置和正确的操作维护,提高设备使用的可靠性;另一方面要完善施工和配套设备管理,确保设备正常工作必需的温度、湿度等环境条件,这是保证设备可靠性和预期使用寿命的必要条件;同时要下大力气提高系统故障应急处理能力。既要制订应对突发事件的响应预案,也要全面提高抢修装备水平,更要锻造一支战斗力强大的电源专业抢险救灾队伍。
1.2.2 通信电源设备电磁兼容性
电磁兼容性(electromagnetic compatibility,EMC)是指电子及电气产品的电磁辐射,以及对电磁干扰的耐受能力。它包含着两个方面的要求:其一是要求产品对外界的电磁干扰具有一定的承受能力;其二是要求在正常运行过程中,该产品对周围环境产生的电磁干扰不能超过一定的限度。
1. 基本概念
电磁兼容性包含电磁干扰和对电磁干扰的抗扰度两个方面。
电磁干扰(electromagnetic disturbance)定义为任何可能引起装置、设备或系统性能降低的电磁现象。对通信系统而言,其可能造成通信质量降低甚至失效等不良后果,因此电磁干扰的产生必须受到限制,以使通信设备与系统以及其他电子、电气设备能够正常运行。
电磁干扰主要通过以下两个途径:一是传导途径,即沿着导体传播开去,称为传导干扰(conducted disturbance),比较常见的是通过电源线进行传播;二是辐射途径,即通过空间以电磁波形式进行传播,称为辐射干扰(radiated disturbance),例如使用移动电话手机以及其他高频设备会对飞机导航系统和医院的医疗器械造成干扰,影响它们的正常运行。
电磁干扰的抗扰度(immunity of disturbance)或简称抗扰度(immunity),定义为装置、设备或系统面临电磁干扰时性能不降低的能力,又称抗扰性。任何通信设备与电子电气设备都要有适当的抗扰度,才能在愈来愈复杂的电磁环境中正常工作。
2. 电磁干扰限值
在复杂的电磁环境中,通信电源设备只有具备良好的电磁兼容性,才能在复杂的电磁环境中正常工作,而且不干扰别的设备正常运行。《固定通信台站电源系统技术标准》中规定,配电设备的电磁兼容性要求应符合GJB 151A的规定;柴油发电机组应有抑制电磁干扰措施,电磁干扰满足GB 9254《信息技术设备的无线电干扰限值和测量方法》或CISPR 22《信息技术设备-射频干扰特性-限值和测量方法》标准要求;其余通信电源设备的电磁兼容性能应符合YD/T 983《通信电源设备电磁兼容性限值及测量方法》的相关要求。
电磁干扰用电平来度量,以分贝(dB)及其参量的单位来表示。根据GB 9254和YD/T983的规定,通信电源设备(TPE)通过电源线的传导干扰应满足表1-2的限值要求(准峰值与平均值限值应同时满足);通过空间的辐射干扰应满足表1-3的限值要求。
表1-2 TPE电源端子传导干扰限值
注:1. 在衔接频率点(0.5MHz和5MHz)应采用较低的限值;
2. 在0.15~0.50MHz内,限值随频率的对数呈线性减少。
表1-3 TPE在10m距离的辐射干扰限值
注:1. 在衔接频率点应采用较低的限值;
2. 当出现外界干扰时,可能需要采取附加措施。
3. 通信电源设备抗扰度要求
为确保通信电源设备自身的安全运行,通信电源设备(TPE)应具有抗射频电磁场辐射、抗静电放电、抗射频场感应的传导干扰、抗浪涌冲击、抗电快速瞬变脉冲群、抗电压暂降和短时中断等抗扰能力。在YD/T983等标准中,对TPE的不同部位有不同的抗扰度要求,如表1-4所示。
判定准则分A、B、C三个等级:
A级:在测试期间和测试后,TPE应正常工作,输出电压应符合正常工作范围,不应产生报警、误报警或误显示;
B级:在测试后,TPE应正常工作,输出电压应立即符合正常工作范围,不应产生报警、误报警或误显示;
C级:允许监视和报警功能丧失,但在测试后,TPE所有的功能应恢复正常,输出电压应符合正常工作范围。
表1-4 TPE抗干扰最低测试等级和判定准则
注:1.测试起始频率可降低80MHz,但不能低于27MHz;
2.测试频率高于10MHz,可使用较低的测试级别;
3.测试级别可定义为输入电阻150Ω的等效电流;
4.当有合适的CDN(耦合/去耦合网络)时,进行这项测试。
4. 电磁兼容性系统设计
系统电磁兼容性(EMC)设计的目的是使电子、电气产品在一定的电磁环境中能正常工作。既满足标准规定的抗干扰极限值要求,在受到一定的电磁干扰时,无性能降级或故障,又满足标准规定的电磁辐射极限值要求,对电磁环境不形成污染源。因此,EMC是产品的重要性能之一,也是实现产品效能的重要保证。
高频开关整流器等通信电源设备,既是电磁干扰源,又是电磁干扰的承受者。为了确保通信电源系统稳定、可靠、安全地供电及通信系统的正常运行,通信电源设备必须具有良好的电磁兼容性,其电磁干扰、谐波电流和抗扰度等都要符合相关标准的要求。
EMC设计要从分析产品预期的电磁环境、干扰源、耦合途径和敏感部件入手,采用相应的技术措施,如抑制干扰源,切断或削弱耦合途径,增强敏感部件的抗干扰能力等,并进行计算机仿真和测试验证。
EMC设计技术包括系统设计、结构设计、材料和元器件的选取以及抗EMI元器件的使用等,其中有源器件的选用十分关键。
EMC设计技术在产品设计的初始阶段就应十分重视,尽可能把80%~90%以上的问题解决在初始阶段。一旦产品批量生产了,发现EMC问题再去解决,就会事倍功半。
1.2.3 供电质量指标
参照我军有关规定和国家通信行业标准YD/T1051-2000规定,通信台站的电源分为交流电源和直流电源两大类。就供电质量而言,首先是电源电压在市电和负载变化时,交直供电电压不应有过大的波动,以免造成通信设备的损坏和影响蓄电池的浮充效果;其次是直流供电中的脉动成分必须低于允许值,以免影响通信质量。
1. 交流电源技术指标
通信台站的交流电源包括市电和备用发电机组(含移动电站)提供的低压交流电源。衡量交流电源的重要指标是供电电压和频率。低压交流电的额定电压为220/380V(三相五线制,即相电压220V,线电压380V);额定频率为50Hz。通信设备用交流电供电时,在通信设备的电源输入端子处测量,电压允许变动范围为额定电压值的-10%~+5%,即相电压198~231V,线电压342~399V。通信电源设备及重要建筑用电设备用交流电供电时,在设备的电源输入端子处测量,电压允许变动范围为额定电压值的-15%~+10%,即相电压187~242V,线电压323~418V。三相供电电压不平衡度应不大于4%。交流电的频率允许变动范围为额定值的±4%,即48~52Hz;交流电的电压波形正弦畸变率应不大于5%。电压波形正弦畸变率是电压的谐波分量有效值与总有效值之比。
在市电供电电压超过以上指标时,供电应采用调压器或稳压设备来满足通信设备电压允许变动范围的要求。要求不间断交流供电的通信设备,需要具备一定后备时间的交流不间断供电能力。
根据《全国供用电规则》的要求,在大、中型通信台站采用100kVA以下变压器时,应安装无功功率补偿装置,使其功率因数不小于0.85;采用100kVA以上变压器时,功率因数不小于0.9。
2. 直流电源技术指标
通信台站的直流电源是向各种通信设备和二次变换电源设备或装置提供直流电压的电源。目前通信设备需要的直流基础电源趋于简化为-48V。衡量直流电源质量的是电压和杂音两个重要指标。
通信机房内每个直流配电设备直流电源输入端子处的电压为-48V,电源电压的波动范围为-57~-40V,电话的衡重杂音应不大于2mV,杂音电压峰-峰值应不大于400mV。直流供电回路接头(直流配电屏以外的接头)压降应符合下列要求:1000A以下,每100A接头压降不大于5mV;1000A以上,每100A接头压降不大于3mV。
1.2.4 电气设备外壳防护等级
有些电气设备有外壳防护等级的要求,其表示方法见图1-1。其中IP是国际防护(international protection)的英文缩写。
图1-1 电气设备外表防护等级表示方法
根据国家标准GB 4208《外壳防护等级(IP代码)》,电气设备外壳防护等级按如下方法表示:
第一位特征数字表示第一种防护形式等级。第一种防护是对固体异物进入内部,以及对人接近危险部件(内部带电部分或运动部分)的防护,分为0~6级共7级,如表1-5所示。产品不要求规定特征数字时,数字用字母X代替。
表1-5 电气设备第一种防护
第二位特征数字表示第二种防护形式等级。第二种防护是对水进入内部的防护,分为0~8级共9级,如表1-6所示。
表1-6 电气设备第二种防护
附加字母表示对人接近危险部件的防护等级:A、B、C、D对应地表示能防止手背、手指、工具(直径2.5mm、长100mm)、金属线(直径1.0mm、长100mm)接近危险部件。附加字母仅在对人接近危险部件的防护高于第一位特征数字所代表的防护等级,或第一位特征数字用X代替,仅需表示对接近危险部件防护等级的情况下使用。
补充字母是专门补充的信息:H表示高压设备;M表示做防水试验时设备运行;S表示做防水试验时设备静止;W表示适用于规定的气候条件。
如无特别说明,附加字母和补充字母可以省略。
若室外通信电源设备的防护等级为IP55,则表明对固体异物进入内部的防护为防尘级,对水进入内部的防护为防喷水级。