1. Структурные схемы систем электропитания: классификация, основные характеристики и требования, предъявляемые к ним. Основные элементы систем электроснабжения постоянного и переменного тока, связь их характеристик с характеристиками потребителей электрической энергии на предприятиях связи.

1.Общие понятия

Нормальное функционирование предприятий связи обеспечивается системой электропитания, которая включает систему электроснабжения и электроустановки предприятия связи.

Система электроснабжения предприятия связи представляет собой совокупность трансформаторных и распределительных установок, линий электропередач, предназначенных для бесперебойного и гарантированного электропитания предприятия связи. Система электроснабжения соединена с территориальной энергетической системой, то есть совокупностью электростанций, подстанций, связанных между собой линиями электрической сети.

Электроустановка предприятия содержит весь энергетический комплекс, обеспечивающий нормальную работу аппаратуры и персонала предприятия связи. Основой электроустановки являются электро-питающие установки (ЭПУ), которые включают:

- устройства преобразования, регулирования и стабилизации электрической энергии;

- устройства резервирования электрической энергии с помощью аккумуляторов (АБ) и агрегатов бесперебойного питания (АБП), автономных электростанций;

- устройства распределения электрической энергии и защиты.

1.2 Основные показатели качества электроэнергии

Основные показатели качества электрической энергии в электрических сетях общепромышленного назначения по ГОСТ 13109-97:

- установившееся отклонение напряжения (нормально допустимое

δUУ=±5%, предельно допустимое ±10%);

- размах изменения напряжения δUt (предельно допустимое значение

суммы установившегося отклонения напряжения и размаха изменений на-

пряжения 380 В, δUУ+δUt=±10%);

- доза фликера кратковременная Pt =1,38 (восприятие человеком колеба-

ний света, вызванных колебаниями напряжения в электрической сети);

- коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения

KU=8%;

- коэффициент KU(n) n-ой гармонической составляющей напряжения;

- коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательно-

сти K2U=2% (предельно 4%);

- коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательно-

сти K0U=2% (предельно 4%);

- отклонение частоты Δf=±0,2 Гц % (предельно ±0,4%);

- длительность перенапряжения tП<10 mc, провала напряжения tПр<30

mc;

- импульсное напряжение UИмп;

- коэффициент временного перенапряжения KПерU.

1.3 Классификация систем электропитания

В зависимости от требований по надежности электроснабжения электроприемники (и предприятия связи) подразделяются на первую, вторую и третью категории, которые в свою очередь подразделяются ещё на подгруппы А и В.

К первой группе (I) относятся системы электропитания с полным обеспечением круглосуточного электроснабжения от двух независимых источников (региональных энергосистем или сторонних электростанций мощностью ≥ 1000 кВА) с колебаниями напряжения ≤ (-10÷ +5%).

Ко второй группе (II) относятся системы электропитания, обеспеченные не полностью, но более 16 часов от одного внешнего источника с колебаниями напряжения ≤ (-15÷+5%). А для подгруппы IIА необходимо круглосуточное электроснабжение от источника, в котором возможны перебои аварийного характера. К третьей группе (III) относятся системы электропитания, необеспеченные внешним электроснабжением вообще, или обеспеченные ≤16 часов в сутки.

Повышение надежности электропитания на предприятиях связи осуществляется путем резервирования, которое заключается в избыточности систем электропитания и автоматическом переключении источников в случае аварии одного из них. Большинство предприятий электросвязи относятся к потребителям первой категории, и их электроснабжение должно обеспечиваться от трех независимых источников электроэнергии. Два внешних ввода электроэнергии подключают к отдельным энергосистемам или электростанциям, а третий – к собственной автономной (дизельной) электростанции. В настоящее время по причине весьма высокой стоимости строительства линий электроснабжения в отдельных практических случаях допускается применение двухлучевых систем электроснабжения (с одним вводом и автономной электростанцией).

2.1 Системы электропитания предприятий связи

Система электропитания – это комплекс сооружений на территории предприятия связи, включающий систему электроснабжения, устройства преобразования, распределения, регулирования и резервирования электрической энергии, обеспечивающий функционирование предприятия связи, как в нормальных, так и в аварийных режимах работы. Упрощенная структурная схема электропитания предприятия связи трехлучевого типа показана на рисунке 2.1. Схема включает следующие основные устройства:

- трансформаторную подстанцию ТП с трехфазными трансформаторами Т1, Т2 и резервным Т3, трехфазные разъединители Q1, Q2 и Q3 и плавкие вставки F1 и F2 (первого и второго луча) а также F3;

- автономную дизель-генераторную электростанцию АДЭС (образующую третий луч);

- устройство автоматического включения резерва (АВР);

- главный распределительный щит, или шкаф вводный распределительный переменного тока (ГРЩ);

- устройство защитного отключения (УЗО1);

- счетчик активной мощности Wh1 и реактивной мощности VARh1;

- плавные вставки F3 – F5 и измерительные трансформаторы фазного тока ТА1 – ТА3;

- автоматические выключатели QF1 – QF9 и QF10 – QF13;

- выпрямительное устройство UZ1 – UZ3 c двухгруппной аккумуляторной батареей GB3, GB4;

- устройство UZ4 бесперебойного питания переменного тока (ИБП) с аккумуляторной батареей GB1 и GB2;

- электросети освещения, кондиционирования и хозяйственных нужд;

- систему мониторинга и управления на основе сервера ЭПУ;

- токораспределительная сеть (ТРС).

Трансформаторная подстанция (ТП) предназначена для понижения напряжения от 6 или 10 кВ до 0,4 кВ (380/220 В) трехфазного переменного тока промышленной частоты 50 Гц и содержит силовые трехфазные трансформаторы, высоковольтные выключатели, предохранители, разрядники, измерительные трансформаторы, а также аппараты и приборы низкого напряжения. Вторичные цепи силовых трансформаторов Т1, Т2 и резервного Т3 включаются по схеме «звезда» с нулевым выводом, который подключают к системе заземления. Система заземления имеет общую точку, в которой объединены устройства заземления с одной стороны и заземляющие проводники с другой. Общая точка условно обозначается как точка нулевого потенциала «0».

Плавкие вставки, изображенные на схеме рисунка 2.1 представляют собой три однофазных предохранительных устройства.

С помощью автомата включения резерва (АВР) осуществляется переключение на резервный ввод 2 (фидер) в случае пропадания напряжения на основном вводе 1 (фидере). При пропадании напряжения на обоих фидерах осуществляется подключение автономной дизель-генераторной электростанции.

Рисунок 2.1 Структурная схема системы электропитания предприятия связи

Автономная дизельная электростанция (АДЭС) включает одну или несколько дизель – генераторных установки (ДГУ). ДГУ представляет собой дизельный двигатель внутреннего сгорания, объединенный общим валом с трехфазным электрогенератором. АДЭС предприятий связи должны иметь третью (высшую) степень автоматизации и специальные средства регулировки (стабилизации) выходного напряжения по величине, фазе и частоте. Запуск автономной электростанции выполняется автоматически с помощью стартера от аккумулятора. Запуск дизеля и установка выходных напряжений генератора производится в течение времени, меньшего 1÷3 мин. В случаях неудачного запуска его повторяют до трех раз (по 5 ÷ 6 с). Возможные неудачи запуска обусловлены, например, низкой температурой масла в двигателе, состоянием стартерных аккумуляторов и другими причинами. Мощность автономной электростанции лежит в пределах от 8 до 1500 кВт. Электрогенераторы ДГУ средней и большой мощности представляет собой трехфазную электрическую машину синхронного типа. ДГУ содержит цепь отрицательной обратной связи, с помощью которой в зависимости от величины нагрузки (тока) осуществляется регулирование подачи топлива и стабилизация выходного напряжения.

Главный распределительный щит (ГРЩ) - это вводный распределительный шкаф (ШВР), с помощью которого обеспечивается ввод и распределение энергии по потребителям с помощью различных токоведущих шин, а также защиту потребителей от перегрузок по напряжению и от токов короткого замыкания. На передней панели ШВР расположены измерительные приборы для контроля коэффициента мощности ψ, активной (Р, Вт) и реактивной (Q, ВАР) мощности, трансформаторы тока ТА1-ТА3, вольтметры, а также автоматы защиты. Иногда в главном распределительном щите монтируют и автомат ввода резерва АВР.

Устройство защитного отключения (УЗО1) устанавливается для защиты потребителей от попадания опасного для жизни напряжения. Принцип действия устройства основан на обязательном штатном равенстве фазных токов суммарному току в нулевом проводнике. УЗО срабатывает, то есть отключает цепи с напряжением от потребителей в случае нарушения такого равенства. УЗО имеет уставку тока срабатывания, регламентируемую правилами техники безопасности в зависимости от места установки и назначения.

Система вентиляции и кондиционирования воздуха, как правило, разделена на несколько частей (подсистем). С помощью технологических систем вентиляции и кондиционирования обеспечивается нормальный температурный режим и функционирование аппаратуры телекоммуникаций. В частности, регулируется температурный режим отдельных устройств и производится вентиляция помещений (например, с аккумуляторной батареей). Одновременно на предприятии используются системы кондиционирования помещений с персоналом и помещений отдельных служб предприятия.

Система мониторинга и управления предназначена для контроля состояния основных узлов системы электропитания и управления электропитающей установкой. Центральным устройством системы мониторинга является сервер ЭПУ на котором размещен программный комплекс контроля устройств ЭПУ (SCADA – система). Сервер ЭПУ представляет собой автоматизированное рабочее место диспетчера ЭПУ и вместе с контроллерами устройств ЭПУ образуют локальную информационно – вычислительную сеть. На экране дисплея сервера размещена мнемосхема системы электропитания, на которой условно изображены устройства системы электропитания (АВР, АДЭС, токораспределительная сеть и так далее) и показатели их состояния. Устройства системы электропитания содержат в своем составе контроллеры управления (например, панель автоматики автономной электростанции).

Электропитающая установка – (ЭПУ) это комплекс устройств, предназначенных для распределения электрической энергии, резервирования ее источников, регулирования, стабилизации и контроля качества питающих напряжений. ЭПУ постоянного тока включает выпрямительные устройства (UZ1-UZ3) c двухгруппной аккумуляторной батареей GB3 и GB4. Вместе с этим на предприятиях связи применяются источники бесперебойного питания переменного тока (UZ4), а также инверторы (И) и конверторы (К) или стабилизаторы напряжения (Ст), аккумуляторные батареи (GB1, GB2), токораспределительную сеть (ТРС) и систему заземления.

С помощью выпрямительного устройства (ВУ) напряжение переменного тока преобразуется в напряжение постоянного тока и стабилизируется. Система бесперебойного питания постоянного тока может состоять из нескольких параллельно включенных выпрямителей и аккумуляторных батарей для увеличения тока нагрузки. Выпрямительные устройства с аккумуляторной батареей, подключенной по буферной схеме, могут работать в трех режимах:

- режим стабилизации напряжения питания аппаратуры связи и содержания аккумуляторной батареи (штатный режим);

- режим стабилизации напряжения и послеаварийного заряда аккумуляторных батарей после разряда;

- разряд на нагрузку аккумуляторных батарей в условиях отсутствия напряжения переменного тока (аварийный режим).

Посредством инвертора напряжения осуществляется преобразование напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока заданной частоты (50 Гц) прямоугольной или синусоидальной формы. При этом обеспечивается стабилизация выходного напряжения.

С помощью конвертора напряжения (или стабилизатора) постоянное напряжение одного уровня преобразуется в постоянное напряжение другого уровня. Конверторы напряжения могут включать устройства гальванической развязки: инвертор с высокочастотным трансформатором напряжения и выпрямитель. Конверторы напряжения используются для получения стабилизированных напряжений необходимых величин, а также для формирования вольтодобавки к напряжению аккумуляторной батареи при ее разряде в аварийном режиме работы.

Источник бесперебойного питания переменного тока – устройство электропитания нагрузки напряжением 380/220 В переменного тока от электросети или аккумуляторных батарей в течение времени отказа или аварии основного источника электроснабжения переменного тока до его восстановления или включения резервного источника.

Аккумуляторной батареей называют группу аккумуляторных элементов, то есть электрохимических источников постоянного тока, которые используется в качестве резервного источника электроэнергии в аварийном режиме до момента запуска автономной дизельной электростанции. После аварии происходит восстановление заряда элементов аккумуляторной батареи.

Заряд производится в режиме стабилизации тока источника.