CN113765103A - 一种低压远距离分布式供弱电系统 - Google Patents

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侯松生
丛赟
徐建良
李小炳
谢仕挺
俞培海
赵程磊
夏兰强
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Abstract

本发明公开了一种低压远距离分布式供弱电系统，涉及供电系统。目前，远距离的分布式供电成了信号采集系统的一个短板。本发明电源与负载之间的电源线缆大于1公里；负载为多个，电源为负载进行远距离分布式供电，电源为380V交流供电电源；位于电源线缆的靠近负载的负载端设开关电源；所述的开关电源的输入端与电源的A、B、C三相输出端电连接，所述的开关电源将交流电转换为直流电后为负载供电。开关电源采用三相供电，供电效率高、线损少，且开关电源采用三相整流，确保三相平衡。本技术方案采用交流电远距离输送，再通过开关电源转成直流电，并对负载进行供电，从而提高电效率，充分利用交流系统高的柔性能力，更好地满足远距离分布式供电要求。

Description

一种低压远距离分布式供弱电系统
技术领域
本发明涉及供电系统，尤其涉及一种低压远距离分布式供弱电系统。
背景技术
万物物联的背景下，通讯和电源供电成为了难以攻克的技术。远距离供电的最大问题是铜损：采用6平方毫米的粗线的情况下，远距离传输1公里，线路阻抗都有6欧姆。负载10A时，线损就达到了60V。远距离10km时，则根本带不动，必须采用非常粗的铜线，成本高。远距离的分布式供电成了信号采集系统的一个短板。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种低压远距离分布式供弱电系统，以达到降低远距离供电成本的目的。为此，本发明采取以下技术方案。
一种低压远距离分布式供弱电系统，电源与负载之间的电源线缆大于1公里；负载为多个，电源为负载进行远距离分布式供电；其特征在于：所述的电源为380V交流供电电源；位于电源线缆的靠近负载的负载端设开关电源；所述的开关电源的输入端与电源的A、B、C三相输出端电连接，所述的开关电源将交流电转换为直流电后为负载供电；
电源线缆采用铜导线；其截面计算公式为：
Figure BDA0003263752080000011
其中，S为铜的截面积；P为需要的功耗；ρ铜的导电率，L需要传输的距离，即电源线缆的长度；U为280～300V之间的数值；
开关电源的电压输入为宽范围电压输入，其输入电压范围为90V～500V，以适应供电系统初始端电压和末端底电压的稳定供电。
为了解决线路损耗，最简单直接的办法就是提高电压、减小电流。当功率一定时，选择大电压小电流优于小电压大电流，但相对380V更高规格的电压就是6kV。而6kV的电压系统，需要配备专业的高压电线，由于分布式供电系统需要多支点耗电，而将6kV降压的系统成本很高，因此在低压远距离分布式供电系统中选用380V供电时为最经济的方式。开关电源采用三相供电，供电效率高、线损少，且开关电源采用三相整流，确保三相平衡。本技术方案采用交流电远距离输送，再通过开关电源转成直流电，并对负载进行供电，从而提高电效率，充分利用交流系统高的柔性能力，更好地满足远距离分布式供电要求。
开关电源设计为90V～500V的电压使用范围。可以在末端线损后只有90V,仍然可以正常工作。线损范围达到了380V-90V，即290V的范围。电源线缆以压降280-300V计算，计算得到的铜的截面积小，兼顾成本及使用要求。
本技术方案适用于远距离的分布式供电，如分布式照明系统、摄像头监控系统、信号采集系统等。直接解决了三相供电平衡问题；并将线损和线材成本做到最小。
作为优选技术手段：还包括漏电保护器，所述的漏电保护器位于电源线缆的靠近电源的电源端；所述的漏电保护器的输入端与380V交流供电电源输出端相连；所述的开关电源的输入端与漏电保护器的输出端相连；所述的开关电源的输出端与负载相连；所述的漏电保护器与开关电源之间通过电源电缆相连。采用漏电保护器，当出现漏电时，漏电保护器及时断开供电回路，有助于进一步提高工作的安全性。
作为优选技术手段：每一开关电源均包括三相全桥整流电路，开关电源的输入端包括A相输入端、B相输入端、C相输入端和接地端。采用三线四线制进行供电，进一步提高工作的安全性。
作为优选技术手段：所述的开关电源还包括滤波电容，所述的滤波电容与三相全桥整流电路的输出端相连，所述的三相全桥整流电路包括6个二极管。成本低，且有效的利用了三相的电源,使得三相电压平衡,更加充分的利用线缆的送电能力。
作为优选技术手段：在计算电源线缆铜导线截面时，U取290V。线损范围达到了380V-90V，即290V的范围。电源线缆以压降290V计算，兼顾成本及使用要求。
有益效果：本技术方案中选用380V相较于220V及6KV供电，成本低。开关电源采用三相供电，供电效率高、线损少；开关电源采用三相整流，确保三相平衡。本技术方案采用交流电远距离输送，再通过开关电源转成直流电，并对负载进行供电，提高电效率，充分利用交流系统高的柔性能力，更好地满足远距离分布式供电要求；并将线损和线材成本做到最小。
附图说明
图1是本发明系统框架图。
图2是本发明的开关电源图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明适用于电源与负载之间的电源线缆大于1公里；负载为多个，电源为负载进行远距离分布式供电的低压远距离分布式供电系统；在本发明中电源为380V交流供电电源；位于电源线缆的靠近负载的负载端设开关电源；所述的开关电源的输入端与电源的A、B、C三相输出端电连接，所述的开关电源将交流电转换为直流电后为负载供电。为了解决线路损耗，最简单直接的办法就是提高电压、减小电流。当功率一定时，选择大电压小电流优于小电压大电流，但相对380V更高规格的电压就是6kV而6kV的电压系统，需要配备专业的高压电线，由于分布式供电系统需要多支点耗电，而将6kV降压的系统成本很高，因此在低压远距离分布式供电系统中选用380V供电时为最经济的方式。开关电源采用三相供电，供电效率高、线损少，且开关电源采用三相整流，确保三相平衡。
在本发明中，采用交流电远距离输送，再通过开关电源转成直流电，并对负载进行供电，从而提高电效率，充分利用交流系统高的柔性能力，更好地满足远距离分布式供电要求。
本发明电源并不采用直流电，主要原因为：直流供电系统在远距离供电中。远距离的电缆是一个巨大的电感。对于分布式供电系统，如果其中一个耗电设备掉线，则直流系统会将能量传递到其它模块，而导致其它模块的电压升高，而高电压会击毁其它设备。因此交流系统的柔性能力强，更适合远距离分布式供电。
而采用直流电为负载供电，主要为直流电相对交流电效率更加高。故采用交流电远距离输送，再通过开关电源转成直流电，并对负载进行供电的方式兼顾了安全性和电效率，减少设备被击毁情况发生。
为提高安全性，本发明还包括漏电保护器，所述的漏电保护器位于电源线缆的靠近电源的电源端；所述的漏电保护器的输入端与380V交流供电电源输出端相连；所述的开关电源的输入端与漏电保护器的输出端相连；所述的开关电源的输出端与负载相连；所述的漏电保护器与开关电源之间通过电源电缆相连。采用漏电保护器，当出现漏电时，漏电保护器及时断开供电回路，有助于进一步提高工作的安全性。
为进一步提高工作的安全性，可靠性，每一开关电源均包括三相全桥整流电路，开关电源的输入端包括A相输入端、B相输入端、C相输入端和接地端。采用三线四线制进行供电，进一步提高工作的安全性。
在本实施例中，电源线缆采用铜导线；其截面计算公式为：
Figure BDA0003263752080000051
其中，S为铜的截面积；P为需要的功耗。ρ铜的导电率，L需要传输的距离，即电源线缆的长度；U为290V。开关电源设计为90V～500V的电压使用范围。可以在末端线损后只有90V,仍然可以正常工作。线损范围达到了380V-90V，即290V的范围。电源线缆以压降280-300V计算，计算得到的铜的截面积小，兼顾成本及使用要求。
其具体的推导过程为：
其供电线截面积的计算公式如下：
依据需求功耗计算三相电流。
Figure BDA0003263752080000052
P为功率。U为电压，I为电流
功率因素
Figure BDA0003263752080000061
对于阻性负载，取值1。
Figure BDA0003263752080000062
再依据公式，求出电阻R。
Figure BDA0003263752080000063
其中ρ是电导率，L是导线长度，S是导线的横截面积。
推导可得：
Figure BDA0003263752080000064
设定导线线损阻抗产生的电压为U。则U应该满足U。(380V初始电压)-U(线损耗电压)>开关电源启动电压(优选的为90V)。
则U(线损)应该小于290V。
Figure BDA0003263752080000065
U为380V初始电压。P为需要的功耗。ρ铜的导电率，L需要的距离S铜的截面积。取U为290V优先。则可以依据距离计算出需要的铜的截面积。
Figure BDA0003263752080000066
如图2所示，开关电源包括三相全桥整流电路和滤波电容，所述的滤波电容与三相全桥整流电路的输出端相连，所述的三相全桥整流电路包括6个二极管。开关电源采用3相输入，6只二极管组成三相全桥电路，直接解决了三相供电平衡问题；并将线损和线材成本做到最小。
以上图1、2所示的一种低压远距离分布式供弱电系统是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种低压远距离分布式供弱电系统，电源与负载之间的电源线缆大于1公里；负载为多个，电源为负载进行远距离分布式供电；其特征在于：所述的电源为380V交流供电电源；位于电源线缆的靠近负载的负载端设开关电源；所述的开关电源的输入端与电源的A、B、C三相输出端电连接，所述的开关电源将交流电转换为直流电后为负载供电；
电源线缆采用铜导线；其截面计算公式为：
Figure FDA0003263752070000011
其中，S为铜的截面积；P为需要的功耗；ρ为铜的导电率，L为需要传输的距离，即电源线缆的长度；U为280～300V之间的数值；
开关电源的电压输入为宽范围电压输入，其输入电压范围为90V～500V，以适应供电系统初始端电压和末端底电压的稳定供电。
2.根据权利要求1所述的一种低压远距离分布式供弱电系统，其特征在于：还包括漏电保护器，所述的漏电保护器位于电源线缆的靠近电源的电源端；所述的漏电保护器的输入端与380V交流供电电源输出端相连；所述的开关电源的输入端与漏电保护器的输出端相连；所述的开关电源的输出端与负载相连；所述的漏电保护器与开关电源之间通过电源电缆相连。
3.根据权利要求2所述的一种低压远距离分布式供弱电系统，其特征在于：每一开关电源均包括三相全桥整流电路，开关电源的输入端包括A相输入端、B相输入端、C相输入端和接地端。
4.根据权利要求3所述的一种低压远距离分布式供弱电系统，其特征在于：所述的开关电源还包括滤波电容，所述的滤波电容与三相全桥整流电路的输出端相连，所述的三相全桥整流电路包括6个二极管。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的一种低压远距离分布式供弱电系统，其特征在于：在计算电源线缆铜导线截面时，U取290V。
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