Глава 14 система энергоснабжения предприятия связи

14.1 Надёжность электроснабжения

От состояния электроснабжения зависит работоспособность всех систем предприятия связи. При нарушениях или при прекращении электроснабжения снижается производительность, происходит сбой оборудования или происходит техническая остановка.

Электроснабжением называется обеспечение потребителей электрической энергией.

Требования Правил устройства электроустановок (ПУЭ) являются обязательными для всех предприятий связи. Существуют также ряд нормативных документов, требования которых необходимо учитывать (пожарная безопасность, электромагнитная совместимость).

Электроустановкой называется совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования, предназначенных для производства, преобразования, трансформации, распределения электрической энергии необходимых для нормальной работы аппаратуры связи и вспомогательного оборудования.

Различают электроустановки напряжением до 1 кВ и электроустановки выше 1 кВ.

Потребителем электрической энергии называется электроприёмник или группа электроприёмников, объединённых технологическим процессом и размещающихся на определённой территории.

Способы и схемы организации электроснабжения зависят от требований к надёжности электроснабжения потребителей групп А, В и С.

Таблица 14.1 – Требования к надёжности электроснабжения потребителей

Группа потребителей	Состав потребителей электроэнергии	Допустимый перерыв электро­снабжения
А	Информационно-вычислительные системы Телекоммуникационные системы Системы голосового оповещения Автоматическая телефонная станция Системы охранной и пожарной сигнализации Системы контроля и управления допуском Системы видеонаблюдения Эвакуационное освещение и освещение безопасности Системы диспетчерского управления	Не допускается
В	Пожарные насосы Системы подпора воздуха и дымоудаления Пожарные лифты Системы кондиционирования технологических помещений Холодильные камеры столовой Сигнальные огни	Допускается на время включения резервного источника питания
С	Прочие технологические нагрузки и инженерные системы	Допускается на время устранения аварии

Энергоснабжение потребителей I особой категории должно осуществляться от трёх независимых, взаимно резервирующих источников. В качестве третьего источника применяется ДГУ.

Два ввода от источников внешнего энергоснабжения осуществляются через устройство автоматического включения резерва (АВР).

В условиях городской застройки энергоснабжение от ДГУ может оказаться невозможным по нормам пожарной безопасности. В данном случае достаточно применить источник бесперебойного питания.

Потребители II категории допускают перерыв на время включения резервного источника.

Потребители III категории допускают перерыв на время устранения аварии.

14.2 Качество электроснабжения

Качество электроснабжения нормируется ГОСТ 13109–09 «Нор­мы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». Точка на схеме (рисунок 14.2), в которой устанавливаются требования стандарта на качество электрической энергии, называется точкой общего присоединения.

В точке присоединения электрической сети и потребителя электрической энергии должна быть обеспечена электромагнитная совместимость. В результате взаимных электромагнитных влияний в точке присоединения возникают искажения качества электроснабжения.

При электромагнитной совместимости не возникает нарушений и помех в работе аппаратуры связи и вспомогательных нагрузок.

Рисунок 14.2 – Источники искажения качества электроэнергии

Показатели качества электроэнергии:

1. Отклонение напряжения δUу (± 5 % и ± 10 %).

2. Колебания напряжения

• размах изменения напряжения δUt;

• доза фликкера Pt – мера восприимчивости человека (субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственного освещения, вызванного колебаниями напряжения).

3. Несинусоидальность напряжения (искажение формы напряжения) характеризуется:

• коэффициентом искажений синусоидальной кривой напряжения К_U< 8 %;

• коэффициентом n-гармоники составляющей напряжения К_U(n).

4. Несимметрия напряжений, характеризуется показателями:

• коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности К_2U < 2,0 %;

• коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности К_0U < 4,0 %.

5. Отклонение частоты напряжения переменного тока Δf < 0,4 Гц.

6. Провал напряжения характеризуется показателем длительности Δtп= 30 с.

7. Импульс напряжения характеризуется показателем импульсного напряжения Uимп < 4,5 кВ.

8. Временное перенапряжение характеризуется показателем К_перU = Um/Uн < 1,47.

Ухудшение показателей качества электрической энергии приводит к ухудшению работы аппаратуры связи, повреждению оборудования, созданию реальной пожарной опасности.

Меры по улучшению качества электроснабжения:

1. Выделение переменной нагрузки на отдельный трансформатор.

2. Осуществление встречного регулирования напряжения.

3. Применение фильтрокомпенсирующих устройств.

4. Применение стабилизаторов, сетевых фильтров, источников бесперебойного питания.

5. Организация технологического процесса.

14.3 Классификация электроприёмников по условиям надежности электроснабжения

К первой категории (I) отнесены электроприёмники, перерыв в энергоснабжении которых может вызвать перерыв связи и вещания, потерю важной информации.

I категория электроприёмников – центральные усилительные станции, городские АТС ёмкостью 500-3000 N, районные узлы связи и т. д.

Из электроприёмников I категории выделена особая группа потребителей (IА), перерыв в энергоснабжении которых может вызвать нарушение особо важных сообщений, нарушить сложный технологический процесс, создать угрозу жизни людей.

IA (первая особая) категория потребителей – аппаратура междугородних телефонных станций, сетевых узлов и городских АТС ёмкостью более 3000 N, а также аппаратура аварийного и эвакуационного электроосвещения.

Ко второй категории (II) отнесены электроприёмники, перерыв в энергоснабжении которых возможен на время переключения на резервный источник (подстанции городских телефонных станций, опорные усилительные подстанции).

III категория потребителей – к ней отнесены все остальные потребители (двигатели, освещение, термические нагрузки).

14.4 Система общего электроснабжения

Система общего электроснабжения (СОЭ) предназначена для обеспечения энергией различных потребителей. Система общего электроснабжения – это совокупность электрических линий, электрических машин, аппаратов от ввода питающих линий до коммутационных аппаратов СБЭ и СГЭ.

Рисунок 14.3 – Структурная схема системы общего электроснабжения

Государственная энергосистема – это комплекс электростанций, вырабатывающих электрическую энергию, и сложная распределительная сеть, обеспечивающая подачу энергии переменного тока высокого напряжения к территориально распределённым потребителям электрической энергии.

ЛЭП – линии электрической передачи энергии переменного тока. Энергия подаётся высоким напряжением, при этом ток становится меньше, потери в линии меньше, КПД выше. Линии электропередачи энергии могут быть воздушные и кабельные. Для обеспечения надёжности электроснабжения электрическая энергия подаётся от двух независимых источников по двум линиям электропередачи (ЛЭП № 1 и ЛЭП № 2).

ВРУ – вводно-распределительное устройство – обеспечивает ввод энергии переменного тока высокого напряжения, защиту источников питания и коммутацию тока в нормальных, аварийных условиях и при производстве профилактических и ремонтных работ.

ТП – трансформаторная подстанция – необходима для установки силового трансформатора и его обслуживания. ТП располагается в отдельном помещении или в самом здании.

ГРЩ – главный распределительный щит, обеспечивает коммутацию переменного тока низкого напряжения к потребителям А, В и С, а также защиту источников питания от короткого замыкания или перегрузки.

КУ – конденсаторная установка служит для повышения коэффициента мощности электроустановки.

ВН – вспомогательные нагрузки, потребители группы С.

РЩ – распределительный щит, предназначен для распределения электрической энергии переменного тока к потребителям группы А и В, расположенных в разных помещениях.

РС – распределительная сеть предназначена для подачи переменного тока к оборудованию и аппаратуре связи.

14.5 Оборудование трансформаторной подстанции

Трансформаторная подстанция имеет два трансформатора для обеспечения надёжности электроснабжения и производства профилактических работ.

Рисунок 14.4 – Схемы оборудования трансформаторной подстанции и АВР

Силовой трёхфазный трансформатор предназначен для снижения напряжения 10 кВ до напряжения 0,4 кВ и электрической развязки цепей питания и нагрузки. Применяются сухие трансформаторы внутренней установки. Изоляция обмоток высокого напряжения выполнена путём заливки под вакуумом эпоксидной смолы со специальным наполнителем, обеспечивающим негорючесть устройства. Регулирование напряжения осуществляется ступенями ± 5 % Uн при отключённом трансформаторе. Перегрузочная способность низкая.

Применяются также трёхфазные, герметичные, масляные трансформаторы.

Достоинства трансформаторов: отсутствует контакт масла с воздухом, занимают меньше места, не создают шума, не нуждаются в обслуживании при эксплуатации, меньшие потери в режиме холостого хода, срок службы более 25 лет.

Высоковольтные выключатели применяются для включения и выключения высоковольтных цепей. Применяются масляные и воздушные выключатели.

Разъединители обеспечивают разъединение электрических цепей в режиме холостого хода, создают видимый разрыв цепей, применяются при ремонтных и профилактических работах. Включаются приводом с ручным управлением.

Высоковольтные предохранители предназначены для защиты источников питания от короткого замыкания. При коротком замыкании вставка перегорает, и нагрузка отключается от источника.

Измерительные трансформаторы понижают напряжение или ток, подаваемый к измерительным приборам, обеспечивают безопасность работы персонала.

Разрядники предназначены для защиты аппаратуры ТП от перенапряжений. Разрядник включается между проводом и землёй. Применяются воздушные и полупроводниковые разрядники. При возникновении перенапряжения возникает дуга, резко уменьшается электрическое сопротивление, ток протекает через разрядник, а не через аппаратуру. По окончании перенапряжения дуга гаснет, и разрядник не пропускает ток.

Реактор предназначен для ограничения тока короткого замыкания, представляет собой катушку индуктивности без сердечника.

Автоматические выключатели предназначены для защиты источников питания от короткого замыкания и перегрузки. Автоматический выключатель имеет два расцепителя – тепловой (выключается при перегрузке) и электромагнитный (выключается при коротком замыкании). Включение производится после устранения причины перегрузки или короткого замыкания.

Аппаратура включения резерва предназначена для переключения источников электроснабжения, питающих нагрузку, в случае прекращения питания от основного источника или пропадании одной из фаз питания нагрузки или снижении напряжения на одной из фаз на 40 % от Uн. При прекращении питания от источника № 1, коммутационный аппарат К1 размыкается, а коммутационный аппарат К2 замыкается и нагрузка подключается к другому источнику № 2. Время переключения электромеханических АВР tпер=0,6С, а тиристорных АВР tпер =3мС. При восстановлении питания нагрузка переключается автоматически на источник № 1.

Применяются также АВР с автоматическими выключателями и с микропроцессорным управлением схемой АВР и отходящими линиями.

14.6 Схема системы общего электроснабжения

В системе общего электроснабжения предусмотрены три источника питания: от независимых источников (ввод № 1 и ввод № 2) и резервная дизель-электростанция (РДЭС).

Потребители группы А получают электрическую энергию от источников бесперебойного питания, входящих в состав системы бесперебойного питания (СБЭ). Потребители группы А, В и С получают энергоснабжение от двух независимых источников и РДЭС с АВР. Для приёма и распределения электроэнергии предусмотрен главный распределительный щит (ГРЩ). Каждая секция ГРЩ получает энергию через трансформаторы Т1 и Т2 от высоковольтных вводов № 1 и № 2. В ГРЩ предусмотрено измерение фазных токов, напряжений, коэффициента мощности, частоты сети, учёт реактивной и активной мощности.

К ГРЩ с помощью двух автоматических выключателей подключёны компенсирующие устройства для повышения коэффициента мощности.

ГРЩ обеспечивает автоматическое включение резерва и автоматическое резервирование от РДЭС. Все автоматические выключатели снабжаются микропроцессорными модулями, позволяющими организовать дистанционное управление и измерение электрических параметров. Алгоритм действия автоматики реализован на промышленных контроллерах, управляющих схемами АВР и отходящими линиями ГРЩ, что делает систему общего электроснабжения универсальной. Управление системой электроснабжения предоставляет возможность по оптимизации режима работы системы электроснабжения.

Рисунок 14.5– Схема электроснабжения предприятия связи

15.7 Система гарантированного электроснабжения

Система гарантированного электроснабжения (СГЭ) предназначена для резервного питания нагрузок групп А и В в аварийном режиме. Основным элементом СГЭ является дизель-генераторная установка (ДГУ).

Пуск установки происходит в течение короткого времени, потребители группы А получают питание за счёт энергии аккумуляторной батареи. Время работы установки определяется количеством топлива.

Дизель-генераторная установка (ДГУ) состоит из теплоагрегата (дизель или бензиновый двигатель), преобразующих тепловую энергию топлива в механическую энергию, и синхронного генератора, преобразующего механическую энергию в электрическую энергию переменного тока. ДГУ автоматизирована по 3-й степени автоматизации, предусматривает работу установки без постоянного присутствия обслуживающего персонала (200 часов).

Аппаратура включения резерва обеспечивает автоматическое переключение нагрузки с основного ввода на резервный источник питания в аварийном режиме работы.

Распределительный щит ДГУ позволяет контролировать, управ­лять автоматически и при необходимости осуществить ручное управление работой всей установки.

Рисунок 14.6 – Структурная схема системы гарантированного электроснабжения

По окончании работы ДГУ нагрузка переключается на основное питание, но ДГУ продолжает работать некоторое время (t =15 мин.), так в сети питания возможны переходные процессы, и не исключено отключение основного источнике питания.

Электрическая энергия по распределительной сети (РС) от системы гарантированного электроснабжения поступает к потребителям группы А и В.

14.8 Система учёта электроэнергии и система управления электроснабжением

В состав системы общего электроснабжения входит система учёта электроэнергии.

Различают расчётный учёт и технический учёт потребления электроэнергии.

Учёт электроэнергии представляет собой процесс измерения потребления энергии специальными приборами – счётчиками электроэнергии.

Счётчик электрической энергии – это интегрирующий прибор, показания которого зависят от времени. Применяются индукционные счётчики и электронные счётчики, имеющие лучшие метрологические характеристики.

К каждому счётчику подводится ток и напряжение непосредственно или через измерительные трансформаторы.

Счётчики позволяют также снимать профиль нагрузки – график потребления мощности в зависимости от времени. Учёт энергии производится через каждые полчаса.

Современными счётчиками являются микропроцессорные счётчики, обладающие широкими функциональными возможностями.

Система управления электроснабжением обеспечивает мониторинг оборудования и позволяет осуществить удалённое управление. Данные функции осуществляются по выделенным и коммутируемым каналам.

Каждое оборудование имеет индикаторы состояния, определяющие режим их работы, а с помощью релейных интерфейсов осуществляют простейшие функции управления.

Контроль параметров можно осуществить при помощи компьютера, платы сбора данных и соответствующего программного обеспечения.

Информация о параметрах режима выводится на последовательный порт и по протоколу RS-232 передаётся на контроллер или сервер управления.

Система управления позволяет оптимально и эффективно обеспечивать жизнедеятельность персонала и работу оборудования.

ЗАПОМНИТЕ

Потребители электрической энергии имеют разную надёжность электроснабжения.

В точке присоединения возникают искажения качества электроснабжения в результате взаимных электромагнитных влияний.

Система общего электроснабжения (СОЭ) предназначена для обеспечения энергией различных потребителей.

В системе общего электроснабжения предусмотрены три источника питания: от независимых источников (ввод № 1 и ввод № 2) и резервная дизель-электростанция (РДЭС).

Аппаратура включения резерва обеспечивает автоматическое переключение нагрузки с основного ввода на резервный источник питания в аварийном режиме работы.

К ГРЩ с помощью двух автоматических выключателей подключёны компенсирующие устройства для повышения коэффициента мощности.

Счётчик электрической энергии – это интегрирующий прибор, показания которого зависят от времени.

Темы докладов и рефератов

1. Надёжность электроснабжения предприятия связи.

2. Силовые трансформаторы для трансформаторных подстанций.

3. Помещение трансформаторной подстанции предприятия связи.

4. Главный распределительный щит системы общего электроснабжения.

5. Дизель-генераторная установка предприятия связи.

Контрольные вопросы

1. Назовите показатели качества электрической энергии.

2. Укажите меры по улучшению качества электроснабжения.

3. Как классифицируются электроприёмники по условиям надёжности электроснабжения?

4. Почему по линиям электропередач энергия подаётся высоким напряжением?

5. Укажите назначение высоковольтных предохранителей.

6. Поясните схему электроснабжения предприятия связи.

7. Укажите назначение счётчика электрической энергии.