Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электропитание устройств и систем телекоммуникаций. Учебное пособие. Курс лекций
.pdf
131
ется данная установка. Так, по признаку непрерывности подачи электриче-
ской энергии к аппаратуре, связи установки подразделяются на установки
бесперебойного (УБП) и гарантированного (УГП) электропитания. В пер-
вом случае подача электроэнергии к аппаратуре осуществляется независимо от возможных перерывов в электроснабжении предприятия связи, что
обеспечивается использованием в установке аккумуляторной батареи, постоянно подключенной к входным цепям аппаратуры. В случае гарантиро-
ванного электропитания допускается кратковременный перерыв в подаче
электроэнергии к аппаратуре, обусловленный переходом с одного источника электроснабжения на другой и обратно.
В зависимости от рода выходного тока установки подразделяются на
установки постоянного или переменного тока. В настоящее время появились комбинированные установки, которые обеспечивают аппаратуру одновременно электрической энергией как постоянного, так и переменного
тока.
Установки электропитания постоянного и переменного тока, оборудование, входящее в их состав, и устройства ввода, защиты и коммутации
должны обеспечивать среднее время наработки на отказ не менее 150000 ч.
При этом среднее время восстановления оборудования должно быть не более 1 ч. Срок службы установок электропитания и их оборудования — не
менее 20 лет.
ВОПРОС 3. Электропитающая установка
Электропитающая установка (ЭПУ) предприятия связи предназначена для преобразования, регулирования, распределения и обеспечения подачи электрической энергии постоянного и переменного тока, необходимых для нормальной работы аппаратуры связи [4].
В состав ЭПУ бесперебойного питания входят установки бесперебойного питания постоянного и переменного тока, преобразователи и стабилизаторы напряжения, коммутационное оборудование и токораспределительные сети, связывающие между собой оборудование электропитания и аппаратуру связи.
132
ЭПУ должна быть рассчитана на работу в нормальном и аварийном
режимах. Нормальный режим работы обеспечивает аппаратуре связи качество электроэнергии, соответствующее установленным нормам, при этом
оборудование ЭПУ работает без вмешательства обслуживающего персонала. Аварийный режим работы не обеспечивает аппаратуре связи установленного качества электроэнергии и требует вмешательства эксплуатационного персонала. В этом режиме должно обеспечиваться автоматическое отключение поврежденного оборудования с выдачей соответствующих сиг-
налов. Автоматическое отключение оборудования должно также обеспечиваться в том случае, когда дальнейшая работа может привести к необратимому повреждению оборудования (например, разряду аккумуляторной батареи ниже допустимого уровня) или нарушению требований безопасности. В качестве примера на рисунке 1 приведен один из возможных вариантов построения ЭПУ объекта связи, аппаратура которого требует беспе-
Рисунок 1 - Функциональная схема ЭПУ
ребойной подачи электроэнергии переменного тока и постоянного тока
двух номиналов напряжения ( - 60 и - 48 В). В состав УБП переменного тока
входит выпрямитель В, инвертор И, аккумуляторная батарея АБ и устройство переключения с УБП на сеть переменного тока и обратно (байпас).
Нагрузки подключаются к УБП через распределительную панель РП переменного тока. Само УБП подключается через автоматический выклю-
133
чатель к главному распределительному щиту электроустановки объекта
связи. Основыми элементами УБП постоянного тока являются выпрямительные устройства В и аккумуляторная батарея АБ, подключенная к выходу В. Нагрузки, требующие напряжения - 60 В подключатся к выходу
УБП через автоматические выключатели распределительной панели РП постоянного тока. Аппаратура требующая электроэнергии с напряжением - 48
В подключается через стабилизирующий преобразователь напряжения
СПН.
ВОПРОС 4. Системы бесперебойного электропитания
постоянного тока
Под системой бесперебойного электропитания постоянного тока под-
разумевается совокупность системы электроснабжения, УБП и токораспределительных сетей, объединенных общей целью - обеспечения надежной и
бесперебойной подачи к аппаратуре электрической энергии постоянного
тока требуемого качества во всех режимах работы электроустановки.
Кроме того, система должна [4]:
обеспечивать высокую степень автоматизации и единство центра-
лизованного мониторинга и управления на основе стандартных интерфейсов и программного обеспечения;
возможность «горячей» замены аккумуляторных батарей и преоб-
разовательных модулей в УБП без перебоев в электропитании аппаратуры;
иметь средства отображения и индикации состояния устройств и
модулей, входящих в состав системы, а также обеспечивать работу оборудования системы без постоянного присутствия эксплуатационного персонала.
Высокая надежность систем бесперебойного электропитания постоянного тока обеспечивается прежде всего за счет: высокой надежности систем электроснабжения; применения необходимого аккумуляторного резерва; высокой надежности элементов и применения избыточного количества модулей в УБП с использованием горячего резервирования их.
134
В УБП постоянного тока применяется, как правило, аккумуляторный
резерв в двухгруппном исполнении, т.е. две аккумуляторные батареи,
включенные через устройства защиты и коммутации между собой параллельно. Емкость каждой группы АБ должна обеспечивать электропитание
аппаратуры, как правило, в течение по крайней менее 0,5 часа при ее максимальном потреблений. При недостаточно надежном электроснабжении
объекта связи применяется аккумуляторный резерв на большее время. Так,
в необслуживаемых регенерационных пунктах (НРП) применяется аккумуляторный резерв в двухгруппном исполнении с суммарным запасом емкости на время не менее 24 часов, что обеспечивает питание оборудования до
устранения перерыва в электроснабжении или подъезда передвижной электростанции. Рекомендуемое значение аккумуляторного резерва для объектов связи различного назначения приводится в ВСН-332.
Широкое распространение на сети связи получили УБП постоянного
тока с непрерывным подзарядом аккумуляторных батарей (по классификации ОСТ 45.55-99 «Системы и установки питания средств связи взаимоувязанной сети связи РФ» — буферные системы питания). Особенностью таких УБП (буферных систем) является объединение в одной точке выходных
выводов выпрямителей, аккумуляторной батареи АВ и питаемой нагрузки,
как показано на рисунке 1.
Структурная схема одного из возможных вариантов выполнения такой УБП приведена на рисунке 2. В состав УБП входит:
комплект выпрямительных устройств, состоящий из К выпрямите-
лей (модулей);
автоматические выключатели А1-1... А1-К, с помощью которых
выпрямительные устройства подключаются к вводному щиту (щит вводной
распределительный автоматизированный — ЩВРА);
автоматические выключатели А2-1... А2-К, установленные в мину-
совом полюсе каждого из выпрямителей;
двухгруппная аккумуляторная батарея (АБ № 1, АБ № 2);
автомат (контактор) глубокого разряда АГР;
батарейные автоматические выключатели АБ1, АБ2, установлен-
ные в минусовом полюсе каждой из аккумуляторных батарей;
135
токовые шунты, с помощью которых осуществляется измерение
тока в цепи аккумуляторных батарей Ш1 и в цепи нагрузок Ш2;
автоматические выключатели Ап-1...Ап-т, через которые стативы
аппаратуры подключаются к УБП;
контроллер, обеспечивающий мониторинг и управление УБП.
В нормальных условиях работы УБП все К модулей постоянно включены, т.е. избыточные модули обеспечивают горячий резерв. На рисунке 2
показан вариант УБП с однофазными выпрямителями типа ВБВ (см. Л5),
при этом отдельные выпрямители подключаются к различным фазам
(L1...LЗ) трехфазной сети переменного тока через индивидуальные автоматические выключатели (А1-1...А1-К). В условиях нормального электроснабжения и исправном оборудовании электропитание аппаратуры осу-
ществляется от стабилизирующих выпрямительных устройств. Несекцио-
нированная двухгруппная аккумуляторная батарея (АБ № 1, АБ № 2), по-
стоянно подключенная параллельно нагрузке (выходным зажимам выпря-
мительных устройств), получает непрерывный подзаряд от этих же выпря-
мительных устройств. Значение выходного напряжения выпрямительных
устройств определяется числом последовательно соединенных элементов
(аккумуляторов) в каждой группе АБ и требуемым напряжением содержа-
Рисунок 2 - Структурная схема УБП постоянного тока с
непрерывным подзарядом аккумуляторной батареи
136
ния одного элемента. При относительно небольшой номинальной емкости
каждой группы аккумуляторной батареи (до 100 А-ч) она собирается из
моноблоков по три или шесть элементов в каждом.
При перерывах в электроснабжении питание аппаратуры осуществля-
ется от разряжающейся АБ. Для того чтобы не допустить сульфатации аккумуляторов в результате недопустимо глубокого их разряда, в систему
мощью которого осуществляется отключение АБ от аппаратуры.
При восстановлении электроснабжения выпрямительные устройства
должны обеспечить питание аппаратуры и заряд АБ, без отключения ее от
нагрузки. Заряд АБ может осуществляться либо в одну ступень (при напряжении, равном напряжению содержания АБ), либо в две ступени. В последнем случае выходное напряжение выпрямителей на первой ступени заряда
обычно выбирается из расчета 2,35 В на один элемент АБ.
Во время работы контроллер непрерывно ведет протокол, записывая
информацию в энергонезависимую память, поэтому при соединении контроллера с компьютером на экран монитора можно вывести все текущие
параметры и состояние всех сигналов ввода и вывода в позиционном коде
с указанием даты и времени возникшей аварийной ситуации. С помощью
модема можно передавать текущие параметры и все сигналы по телефонной линии на любое расстояние. Обмен информацией с компьютером ведется по интерфейсу К8-232 со скоростью 9600 бит/с.
К достоинствам рассмотренной СЭП, называемой часто буферной
модульной СЭП, следует отнести:
высокое качество вырабатываемой электрической энергии, так как
во всех режимах работы СЭП АБ остается подключенной к нагрузке;
минимальное количество устройств, входящих в состав ЭПУ, что
объясняет ее относительно низкую стоимость и высокую надежность;
высокий КПД (практически равный КПД выпрямителей может до-
стигать 91... 94 %) и высокий коэффициент мощности (в случае применения
выпрямителей с корректором коэффициента мощности).
137
Буферная модульная система электропитания находит самое широкое
применение для цифровой аппаратуры как автоматической и многоканальной электросвязи, так и радиосвязи.
К недостаткам данной системы обычно относят широкие пределы изменения выходного напряжения. Например, при 30 элементах в каждой
группе АБ и при конечном разрядном напряжении одного элемента до 1,70
В напряжение на выходных зажимах УБП (ЭПУ) изменяется от 30 · 1,7 =
51,1 В до 30 · 2,35 = 70,5 В. Столь широкие изменения напряжения на вы-
ходе ЭПУ недопустимы для аппаратуры электромеханических систем коммутации. Так, для координатных АТС допустимое изменение напряжения
на зажимах стативов аппаратуры лежит в пределах 58... 72 В, что не позволяет выполнять ЭПУ по буферной модульной системе электропитания, являющейся наиболее простой, экономичной и надежной по сравнению с другими буферными системами электропитания.
Наибольшее применение в настоящее время для аппаратуры электромеханических систем коммутации находят ЭПУ, выполненные по буферной системе электропитания с вольтодобавочными конверторами. Структурная схема ЭПУ, выполненной по этой СЭП, приведена на рисунке 3.
В состав оборудования ЭПУ входят: вводной распределительный щит
ЩВРА; два буферных выпрямительных устройства БВ1, БВ2; резервный
зарядный выпрямитель РЗВ; вольтодобавочные конверторы ВДК (в количестве К модулей); обходной диод ОД; двухгруппная аккумуляторная батарея АБ1, АБ2; перекидной рубильник ПР; блок разрядных резисторов БРР;
токовые шунты Ш1...Ш4; перемычки П1, П2; автоматические выключатели.
В этой системе в нормальном режиме (при наличии сети переменного
тока и исправных выпрямительных устройствах) электропитание аппара-
туры осуществляется от выпрямителей (БВ1, БВ2) как через так называе-
мый обходной диод ОД, так и через выходные диоды самих ВДК. Обходной
диод вводится в ЭПУ для повышения ее надежности работы.
Двухгруппная аккумуляторная батарея подключена параллельно выходу выпрямителей и находится в режиме содержания, т.е. как и в предыдущей СЭП значение выходного напряжения выпрямителей в нормальном
138
Рисунок 3 - Структурная схема ЭПУ, выполненной по буферной
СЭП с вольтодобавочными конверторами
режиме определяется числом последовательно соединенных элементов (аккумуляторов) в каждой группе АВ и необходимым напряжением содержания аккумулятора. Обычно в качестве выпрямительных устройств в этой
СЭП применяются выпрямительные устройства типа ВУК или ВУТ, представляющие собой управляемые выпрямители с фазоимпульсным способом регулирования напряжения в цепи постоянного тока посредством либо
дросселей насыщения (выпрямители ВУК), либо тиристоров (выпрямители
ВУТ). Эти выпрямители имеют относительно низкие значения КПД и коэффициента мощности, поэтому для аппаратуры, имеющей существенные
изменения потребления в течение суток (например, аппаратура координатных АТС), буферные выпрямители работают по принципу ведущий-ведомый. При малой нагрузке на ЭПУ работает только один из буферных выпрямителей - ведущий, что позволяет загрузить его на мощность, близкую
к его номинальной, и тем самым иметь относительно высокие энергетические показатели ЭПУ в целом. Ведущий выпрямитель включает другой выпрямитель - ведомый только тогда, когда сам загружается на 90... 95 %
своей номинальной мощности. Следовательно, в этом случае имеет место
холодное резервирование выпрямителей. Максимальное число буферных
139
выпрямителей в ЭПУ равно трем. Резервный зарядный выпрямитель автоматически включается в случае отказа любого из буферных выпрямителей.
Вольтодобавочные конверторы ВДК, подключенные к выходу выпрямителей, находятся в ждущем режиме, так как они настраиваются на стабилизацию выходного напряжения ЭПУ на уровне на 2... 3 В ниже уровня
напряжения содержания АБ.
При отключении сети переменного тока питание аппаратуры осуществляется суммарным напряжением разряжающейся АБ и тем напряжением, которое появляется на выходе ВДК. Обходной диод при этом закрыт.
Если каждая группа АБ содержит по 28 кислотных аккумуляторов закры-
того типа, то в этом случае ВДК обычно настраиваются на стабилизацию
выходного напряжения ЭПУ на уровне 60,5 В, тогда как напряжение содержания АБ составляет 62,5 В. С целью получения необходимой надежности
бесперебойной подачи электрической энергии к аппаратуре число ВДК выбирается с избыточностью не менее чем 5/4. Принципиально ВДК позволяют наращивать выходную мощность ЭПУ за счет дополнительной установки любого числа конверторов. В настоящее время на вновь вводимых и
модернизируемых ЭПУ на выходное напряжение 60 В чаще всего устанавливаются ВДК типа КУВ-12/100-2 (конвертор унифицированный вольтодобавочный на номинальный выходной ток, равный 100 А). Этот конвертор
представляет собой два идентичных однотактных преобразователя с прямым включением диода, работающих на частоте 20 кГц. Причем выходные
напряжения этих преобразователей сдвинуты по фазе друг относительно
друга на половину периода так, что их общий выходной сглаживающий
фильтр работает на частоте 40 кГц. Управление силовыми транзисторами
этих преобразователей осуществляется широтно-импульсным методом.
При появлении напряжения сети переменного тока включаются все
выпрямители ЭПУ (включая РЗВ) и обеспечивают электропитание аппаратуры и заряд обеих групп АБ. Заряд АБ осуществляется, как правило, в две
ступени. Причем в начале заряда на первой ступени все выпрямители работают в режиме ограничения тока (стабилизации тока), так как даже частично разряженная АБ представляет для выпрямителей по существу короткое замыкание. Перевод выпрямителей на первую ступень заряда осу-
140
ществляется за счет закорачивания контактами реле одного из сопротивлений выходного сравнивающего делителя выпрямителя. По мере заряда АБ
напряжение на ней возрастает и при достижении значения, равного произведению числа элементов в каждой группе АБ (nэл) на 2,35 В выпрямители
переходят из режима ограничения тока в режим стабилизации напряжения
на этом уровне. На начальной стадии заряда АБ, пока напряжение на АБ
меньше 60,5 В, ВДК находятся в работе, обеспечивая стабилизацию выходного напряжения ЭПУ на уровне 60,5 В. После перехода выпрямителей в
режим стабилизации напряжения зарядный ток по мере заряда АБ начинает
уменьшаться. Перевод выпрямителей с первой ступени на вторую осуществляется тогда, когда уменьшающийся зарядный ток спадает до значения в 50... 100 раз большего значения тока содержания АБ.
Для того чтобы обеспечить возможность проведения контрольных и
уравнительных зарядов каждой из групп АБ, РЗВ подключается к АБ через
перекидной рубильник ПР. Перемычки П1 или П2 устанавливаются для
проведения контрольных разрядов одной из групп АБ.
Рассмотренная СЭП в отличие от предыдущей требует больших капитальных затрат, что объясняется необходимостью установки ВДК и увеличения емкости аккумуляторной батареи с целью компенсации потерь в этих
ВДК. Кроме того, коэффициент полезного действия ЭПУ, выполненной по
этой системе (в нормальном ее режиме работы), также оказывается несколько ниже за счет дополнительных потерь в обходных диодах ОД и
мощности, потребляемой ВДК, находящимися в ждущем режиме. Следует
также отметить, что в отличие от буферной модульной СЭП качество электрической энергии, вырабатываемой ЭПУ в этой СЭП при отсутствии сети
переменного тока, определяется не только параметрами АБ и токораспределительной сети постоянного тока, но и внутренним сопротивлением ВДК.
В связи с этим при импульсном изменении тока нагрузки и подключении к
ЭПУ нелинейных нагрузок эта СЭП может в отдельных случаях терять
устойчивость, что приводит к резкому увеличению пульсации на выходе
ЭПУ и выходу из строя аппаратуры. Следует отметить, что по мере перехода с электромеханических систем коммутации на цифровые необходимость в применении буферных СЭП с вольтодобавочными конверторами
отпадает.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]