5 Электропитание аппаратуры

Современная аппаратура ЦСП предъявляет высокие требования к системам и устройствам электропитания, составляющим до 25% объёма аппаратуры передачи. По мере микро миниатюризации аппаратуры передачи намечается тенденция роста этой величины. С увеличением объёма передаваемой информации и повышением её роли в автоматизированных системах управления к электропитанию аппаратуры электросвязи предъявляются всё более жёсткие требования.

К числу основных требований, которым должны отвечать системы и устройства электропитания, следует отнести бесперебойность подачи напряжения к аппаратуре связи, стабильность основных параметров во времени, электромагнитную совместимость с питаемой аппаратурой, высокие экономические показатели, устойчивость к внешним механическим и климатическим воздействиям и минимальный объём эксплуатационных работ.

Системы и устройства электропитания должны базироваться на следующих принципах [6]:

– максимальное использование энергосистем, центральных и местных электростанций в качестве основных и наиболее дешёвых источников электроэнергии, а также оборудование предприятий двумя независимыми вводами;

– применение на оконечных и промежуточных станциях резервных источников электроэнергии.

– они должны практически мгновенно замещать отключившийся основной источник и иметь большой коэффициент готовности. Кроме того, они должны обеспечивать автономный режим работы предприятия в течение длительного времени. В настоящее время наибольшее распространение получили собственные электростанции, оборудованные автоматизированными дизель-генераторными агрегатами, и аккумуляторные батареи;

– применение установок гарантированного питания постоянного и переменного тока, в состав которых входят преобразовательные устройства;

– автоматизация электропитающих установок, предусматривающая выполнение основных функций без вмешательства персонала;

– применение современных полупроводниковых приборов, а также введение избыточности элементов, что существенно повышает надёжность электропитания;

– построение систем и устройств электропитания с максимальной унификацией оборудования.

5.1 Расчет и выбор аккумуляторных батарей

В данном дипломном проекте предлагается применить аккумуляторы производства фирмы «Coslight Technology International Group Limited» 6GFM-50С, герметизированные необслуживаемые аккумуляторные батареи с утолщёнными пластинами.

Рисунок 5.1 Аккумулятор 6GFM-50С

Область применения:

• Электросвязь

• Системы наземной спутниковой связи

• Системы сотовой, мобильной связи

• Радиорелейные системы связи

• Источники бесперебойного электропитания (UPS)

• Системы организации и управления движением

• Системы сигнализации, автоматики, связи железных дорог

• Системы безопасности и охранные сигнализации

• Медицинская техника, приборы, светофоры, кассовые аппараты, игрушки

Конструкция

Промышленные источники питания серии GFM (C) изготавливаются в специальном пластмассовом корпусе, отвечающем требованиям пожаровзрывобезопасности.

Каждый элемент батареи снабжен специальным клапаном избыточного давления, обеспечивающего безопасность эксплуатации.

Особенности:

• Аккумуляторы серии GFM (C) являются герметизированными (VRLA) с внутренней системой рекомбинации газа по кислородному циклу. Не требуют обслуживания и долива воды в течение всего срока службы

• Аккумуляторы могут эксплуатироваться в помещениях с естественной вентиляцией, в том числе в помещениях с технологическим оборудованием и обслуживающим персоналом, при температуре окружающего воздуха от -15°С до +40°С (рекомендуемая температура +20°С)

• Аккумуляторы могут эксплуатироваться на стеллажах или в специальных аккумуляторных шкафах, или отсеках ЭПУ, имеющих воздухообмен с окружающей средой, в вертикальном положении.

• Срок службы аккумуляторов при соблюдении инструкции по эксплуатации и температуре +20°С составляет не менее 10 лет.

• Срок хранения без подзаряда при температуре +20°С шесть месяцев.

• Аккумуляторы выбираются из расчета 10 часовой работы аппаратуры от аккумуляторной батареи. Общая емкость, необходимая для питания оборудования при 10 часовом разряде аккумуляторов, для различных пунктов сведена в таблицу 5.1.1.

Таблица 5.1.1 – Общая емкость, необходимая для питания оборудования при 10 часовом разряде аккумуляторов, тип элементов, время работы аппаратуры связи на аккумуляторных батареях и время их заряда.

Пункт	Общая емкость, Ач	Тип элемента аккумулят-орной батареи	Время работы на аккумуляторной батарее, ч.	Время работы на аккумуляторной батарее, ч.
1	2	3	4	5
Ишимбай	50,0	6GFM-50C	10,0	8,0

В качестве элемента аккумуляторной батареи, принимаем элемент Coslight 6GFM-50C. Этот элемент имеет следующие характеристики:

– напряжение 12 В;

– ёмкость 50 Ач (при 1,8 В);

– вес 22 кг;

– размеры (ГхШхВ) 322 мм x 167 мм x 170 мм;

– напряжение для подзарядки 13,6 В.

Определим минимально необходимое число последовательно включенных в батареи аккумуляторов:

(5.1.1)

где U_M – минимальное значение напряжения на зажимах аппаратуры (60 В);

U_P – падение напряжения в распределительной сети (U_P = 0,8 В);

U_А – напряжение одного аккумулятора;

тогда

Для питания принимаем батарею, состоящую из 6 элементов.

5.2 Расчет мощности и выбор выпрямительных устройств

Исходные данные для выбора устройства электропитания:

– напряжение – 60 В;

– мощность, потребляемая одним мультиплексором

Cisco ONS 15454 – 82 Вт;

– мощность, потребляемая другим оборудованием (АЦО, оборудование гибкого мультиплексирование) –100 Вт.

Данные по потреблению электроэнергии по каждому из пунктов установки (замены), сведены в таблицу 5.2.1.

Рассчитаем мощность необходимую для буферного режима питания аппаратуры связи по формуле:

(5.2.1)

где I_ЧНН – ток потребляемый в час наибольшей нагрузки;

U_КЗ – напряжение в конце разрядки;

Тогда

;

Таблица 5.2.1 Данные по потреблению электроэнергии.

Пункт	Потребляемая мощность, Вт			Нагрузка, IЧНН (Uпит= 60 В), А
	ONS 15454	Другое оборуд.	Всего
1	2	3	4	5
Ишимбай	82	100	182	3,034

Рассчитаем зарядную мощность по формуле:

(5.2.2)

где Q_Б – емкость аккумуляторной батареи;

t_З – время заряда (t_З = 8 часов);

тогда

Как видно из выше приведенных расчетов, итоговая мощность выпрямительных устройств должна быть не меньше чем 0,262 кВт. Исходя из расчетной мощности, в рамках дипломного проекта для установки в г. Ишимбай выбираем устройство электропитания связи УЭПС-2К 60/15-32. Это устройство имеет следующие технические характеристики:

Таблица 5.2.2 Характеристики УЭПС-2К 60/15-32

Основные параметры	УЭПС-2К 60/15-32
Тип и количество устанавливаемых выпрямителей	ВБВ 60/5-23 (2)шт.
Номинальное выходное напряжение, В	60
Диапазон регулирования выходного напряжения, В	54-72
Максимальный выходной ток (ток нагрузки), Imax, А	10
Максимальная выходная мощность, Вт	720
Коэффициент мощности, не менее	0,99
КПД не менее	0,9
Переходное отклонение выходного напряжения от установленного значения	±10
Габаритные размеры УЭПС, мм	482,6 х 133 х 290
Масса при полной комплектации, не более, кг	12

Устройство УЭПС-2К предназначено для питания аппаратуры связи различного назначения в буфере с аккумуляторной батареей и без нее номинальным напряжением 60 В постоянного тока (рис. 5.2.1).

Рисунок 5.2.1 Устройство УЭПС-2К

УЭПС построен по модульному принципу с установкой трех внутренних выпрямительных модулей.

Функциональные возможности УЭПС

• одновременное питание нагрузки и заряд аккумуляторной батареи;

• защита аккумуляторной батареи от разряда ниже допустимого уровня;

• защита от КЗ батарейных цепей, выходных цепей любого из выпрямителей и цепей на любом выводе для подключения нагрузки;

• селективное отключение любого неисправного выпрямителя, входящего в состав устройства;

• защита устройств от длительного ухода напряжения сети переменного тока за допустимые пределы;

УЭПС обеспечивает контроль выходного напряжения, тока нагрузки и тока аккумуляторной батареи, тока аккумуляторной батареи, напряжения сети, среднесуточной температуры окружающей среды аккумуляторной батареи (при наличии термодатчика), а также передачу на экран компьютера по интерфейсу RS-232 или Ethernet этих параметров и статистики аварийных ситуаций.

УЭПС поддерживает работу герметичных аккумуляторных батарей (заряд, буфер, защита от глубокого заряда), а также может быть использован в качестве самостоятельного источника питания.