原标题：4级电源：即将推出您附近的技术

　　几十年来，安全电气安装的指导原则一直是通过限制电路的最大功率和电压来降低风险。然而，随着现代计算、机器人和通信设备的功率需求不断提高，对电路容量的限制越来越限制了创新。

　　为了响应建筑内应用对更高功率选项的需求并支持关键基础设施，美国国家消防协会(NFPA)计划在未来几个月内定义一种新的功率等级，并采取不同的方法来降低更高功率下的风险。国家电气规范(NEC)中增加4类电路计划于明年初进行，美国保险商实验室(UL)正在努力为新安装制定安全测试指南。

　　随着两个最著名的电气安全组织的加入以及美国各地4级电力的推出，随着对最大负载能力的严格限制的消失，各行各业的创新有望起飞。

　　限制功率可以限制潜在风险...和奖励

　　4类电源改变电源架构的潜力不容低估。但是，引入该技术的背景对于了解其潜在影响非常重要。1、2 和 3 类电路在 NEC 中定义都已有一段时间了。每个类别在输出电流、电压、范围和接线规格方面都有自己的限制，但它们背后的想法是相同的：限制功率可以限制火灾和电击对人类的风险。

　　尽管NEC分类包括三个选项，但对于电力可能构成重大风险的环境，2类已成为传统布线方法的最常见替代方案。这是由于 Class 2 专注于减轻火灾和冲击，而不是其中之一。根据 NEC 指南，2 类电路是指在 2 类电源的负载侧和连接的设备之间接线的电路。它们必须使用入墙式额定接线进行永久安装，连接到额定值小于 100 伏安 (VA)、电压不超过 60 伏 (V) DC 的电源，并安装在非危险位置的干燥环境中 (图1).

　　图1 服务器钳中的主站压接电触点。

　　上述规范在保护人的生命和财产方面非常有效，但它们有一些警告。最值得注意的是，它们限制了在电压降至负载最小输入电压以下之前功率可以传播的距离。通过 2 类电路分配的功率只能覆盖大约 500 到 5，000 英尺的距离，具体取决于负载、工作电压水平，更重要的是，部署中使用的电线尺寸 (AWG)。这对电气工程师和基础设施设计师来说是一个重大限制。以这种方式限制容量意味着某些应用程序已经遥不可及，这是一个日益严重的问题，因为数据中心、移动网络和其他耗电技术正成为进步的关键任务。

　　第 4 类如何以不同的方式做到这一点

　　1 类、2 类和 3 类依靠节流容量来减轻触电和火灾风险，而 4 类电源则采用另一种方法。4 类电路不是限制功率以降低风险，而是使用故障管理电源系统 (FMPS) 来帮助确保与其一起工作和周围工作的人员的安全。这些系统利用先进技术持续监控可能对人员和财产构成风险的故障，同时以 450 V 的最大电压提供大负载。

　　FMPS的高级传感、监测和控制功能可以识别各种故障。幕后工作的技术每秒检查数百(甚至数千)次问题，并可以区分不同类型的故障以做出相应的反应。FMPS的故障检测技术可以区分负载和人为干扰，响应线对线和线对地故障，识别串联和并联电弧，并识别线对线和串联电阻故障。如果发生任何故障，FMPS技术会关闭电路，有效消除电击和火灾的风险。

　　4类电路可配置为点对点或总线拓扑，使其灵活地用于许多应用。点对点配置使用至少一对电缆将单个电源连接到单个用电设备，而总线配置可以将电源连接到具有一对或多对电缆的多个设备，使后者对 5G 和电信用途有效。无论 4 类电路采用哪种拓扑结构以及设备的预期最终用途如何，该类中的所有电路都利用类似的 FMPS 机制。

　　Class 4 将如何为 5G 提供动力

　　随着技术的进步，对一种可靠地、更远距离安全地输送更大负载的方法的需求变得更加明显。虽然过去几天 2 类电路的局限性可能让电源工程师感到沮丧，但现在它阻碍了创新的进展——而 NEC 引入的 4 类电路代表了各行各业充满潜力的时刻。很快，它可能会成为关键任务系统的默认设计，如配电基础设施、分布式天线系统、无源光网络和使用 PoE 交换机的系统 (图2).

　　图2 不同颜色的电线安装在工业建筑的结构上。

　　特别是5G网络和相关技术将受益于总线配置的FMPS电路的使用。随着通信服务提供商(CSP)以极快的速度扩展其网络以满足对5G连接不断增长的需求，为运行它们的设备供电的复杂性已成为一个重大障碍。5G小型蜂窝无线电比前几代无线电具有更高的功率需求，需要大规模部署。因此，CSP和电源工程师一直在寻找更高效、更具成本效益和可定制的电源解决方案，以满足5G网络的独特需求。

　　将4类电路集成到这些计划中提供了一种解决方案，因为这些设计可以为各种高频无线电提供电源。从理论上讲，FMPS可以使用一个高容量电源为建筑物中的所有必要设备供电。它也许能够做到这一点，同时仍然安全地保护与高压电路相关的所有安全要求。这些功能可以将5G最令人兴奋和最先进的用例(如自动驾驶汽车，无线宽带，边缘计算等)带入生活。

　　力量只是开始

　　解决5G的电源问题只是FMPS如何促进创新的一个例子。尽管该技术已经开发了一段时间，但其全部应用尚未被发现。随着FMPS技术的成熟，越来越多的行业可能会采用这种方法来推动其行业内的创新。

　　它有可能从根本上改变工程师和建筑师设计电力基础设施的方式，并且很可能被集成到体育场馆、酒店机场等大型耗电设施中。虽然电力工程师和电工可能会首先看到变化，但它的影响很快就会在零售、旅游、娱乐等各个行业感受到。

　　Raj Radjassamy，ABB电源转换部5G解决方案产品管理总监