8. Новые стандарты по электропитанию аппаратуры

ЭЛЕКТРОСВЯЗИ

С марта 2001 г. Минсвязи России ввело в действие ОСТ 45.183-2001 "Установки элект­ропитания аппаратуры электросвязи стационарные. Общие технические требования", разработанный ЦНИИС.

Стандарт распространяется на стационарные установки электропитания аппаратуры электросвязи, электроснабжение которых осуществляется от электрической сети общего назначения и резервных источников электроэнергии однофазного и (или) трехфазного переменного тока с частотой 50 Гц и номинальным напряжением 380/220 В. Этот стандарт устанавливает общие технические требования на стационарные установки электропитания и должен применяться при их разработке, производстве и сертификации

Реализация программы по стандартизации оборудования электропитания началась в ЦНИИС с разработки ОСТ "Системы и установки питания средств связи ВСС Российской Федерации. Термины и определения", который полу­чил номер ОСТ 45.55-99 и был введен в действие с 01.07.1999 г.

Стандарт устанавливает термины и определения понятий в области систем и установок питания средств связи и не распространяется на устройства питания, входящие в состав функциональных блоков аппаратуры связи.

Стандарт содержит группы терминов, характеризующих общие понятия, режимы работы систем, установок и оборудования, а также основные параметры систем и оборудования питания.

Всего в ОСТ установлено 89 терминов и понятий, которые основаны на материалах, изложенных в ГОСТ 27.002-89, ГОСТ 18311 -80, ГОСТ 24291-90, ГОСТ Р 50571.1 -93, а также а МЭК 50 (151), а МЭК 50 (486J-91, а МЭК 50 (601 )-85, а МЭК 50 (604)-87, а МЭК 50 {131 )-78, а МЭК 50 (826J-82 и СТ МЭК 50 (191 }-90.

Этот стандарт вводит ряд новых терминов, позволяет уточнить некоторые используемые ранее понятия и исклю­чить разночтения в технической документации и

При разработке нового стандарта бы­ли использованы материалы нескольких десятков государственных и отраслевых стандартов, охватывающих широкий круг вопросов, относящихся к установ­кам электропитания.

Классификация установок электропитания

В рассматриваемом стандарте впер­вые систематизирована классифика­ция установок электропитания по их основным признакам, в том числе по обеспечению непрерывности питания аппаратуры электросвязи и наличию аккумуляторов в резервных цепях. В зависимости от назначения и типа в состав установок электропитания могут входить:

• стабилизированные выпрямители и инверторы;

• аккумуляторные батареи;

• устройства регулирования, содержа­щие преобразователи постоянного и переменного тока, а также устройст­ва для создания дополнительного па­дения напряжения в выходных цепях установки;

• устройства коммутации внешних ис­точников питания переменного тока;

• устройства коммутации резервной це­пи постоянного тока;

• устройства распределения и защиты цепей переменного и постоянного тока;

• устройства контроля и управления ре­жимами работы установки;

• токораспределительные сети перемен­ного и постоянного тока.

Требования безопасности

В стандарте излагаются требования безопасности, которые следует учиты­вать при проектировании, монтаже, на­ладке и эксплуатации оборудования.

Также в стандарте приводятся основ­ные виды опасностей, от которых должна быть предусмотрена защита персонала.

К основным видам таких опасностей относятся:

• поражение электрическим током;

• возникновение пожаров и взрывов;

• воздействие вредных веществ, шума, электромагнитных полей;

• тепловое воздействие.

Технические требования

В разделе стандарта "Технические тре­бования" приведены значения входных и выходных параметров установок; тре­бования по функциональной совмести­мости входных характеристик с сетью переменного тока, функциональной сов­местимости выходных характеристик с параметрами цепей питания аппарату­ры связи, а также с аккумуляторами и токораспределительными сетями по­стоянного и переменного тока; требова­ния к защите, сигнализации и контролю параметров оборудования установки и электромагнитной совместимости. Отметим лишь основные требова­ния, приведенные в стандарте.

Номинальные напряжения сети пе­ременного тока составляют: 220 В -для однофазного и 380/220 В - для трехфазного напряжения, частоты - 50 Гц Установившиеся значения отклоне­ния напряжения не должны превы­шать +10/-15% от номинального зна­чения. Для отдельных видов оборудо­вания (при электроснабжении его от местных сетей или источников малой мощности) допускается увеличение указанных пределов отклонения на­пряжения. Коэффициент мощности оборудования электропитания должен быть не менее 0,95 для устройств с кор­рекцией мощности и не менее 0,7 для остальных устройств.

В стандарте приведены нормы на ве­личины пусковых токов, потребляемых входными цепями электропитания Так, в зависимости от времени импульса тока от 0,1 мс до 1 с пусковой ток может изме­няться от 90 до 6 раз от его номинального значения.

Установка электропитания должна быть рассчитана на работу в нормальном (установившемся и переходном) режиме без вмешательства эксплуатационного персонала.

В аварийном режиме должно обеспе­чиваться автоматическое отключение неисправного оборудования с выдачей соответствующего сигнала на пункт об­служивания. Автоматическое отключе­ние установки или ее части должно обеспечиваться также и в том случае, если дальнейшая работа установки мо­жет привести к необратимому повреж­дению оборудования (например, разря­ду аккумуляторной батареи ниже допу­стимого уровня) или нарушению требо­ваний безопасности

В зависимости от требований питае­мой аппаратуры, установка может обес­печивать бесперебойное электропитание (установка бесперебойного питания) или гарантированное электропитание с длительностью провала (исчезнове­ния) электроэнергии до 30 с.

Установившиеся отклонения напря­жения на выходных выводах установки для постоянного тока должны быть не более'

• +4/-3,6 В (для номинала 24 В);

• +9/-7,5 В (для номинала 48 В);

• ±12 В (для номинала 60 В).

То же и для установки переменного тока:

• +10/-15% (от номинального значения без стабилизации);

• ±3% (со стабилизацией выходного на­пряжения)

Входящие в состав установки совре­менные выпрямители, преобразующие

основную часть ее мощности, должны иметь коэффициент полезного действия (КПД) не менее 0,8 (при выходной мощности до 2 кВт) и 0,9 (при более вы­сокой мощности) Значения КПД для тиристорных выпрямителей и остально­го вспомогательного оборудования, входящего в состав установки, устанав­ливаются при разработке конкретных типов устройств.

В установке с аккумуляторными бата­реями должны обеспечиваться режимы заряда (непрерывного подзаряда) и раз­ряда аккумуляторов При необходимо­сти должны применяться устройства ав­томатического включения вентиляции при заряде аккумуляторов Переключе­ние режимов работы аккумуляторов должно происходить автоматически и соответствовать требованиям применя­емых аккумуляторов.

Суммарная мощность установки должна рассчитываться с учетом одно­временного питания аппаратуры и заря­да аккумуляторной батареи, а также на­личия резервного оборудования.

Параметры токораспределительных сетей

В стандарте нормированы параметры токораспределительных сетей. При проектировании сети постоянного тока индуктивность и омическое сопро­тивление должны выбираться из усло­вия ограничения величины импульсного перенапряжения на нагрузке при корот­ких замыканиях (КЗ) в сети.

Расчетные величины тока КЗ и инду­ктивности цепи рекомендуется выби­рать не более 1000 А и 10^~4 Гн соответ­ственно. Падение напряжения в сети ограничивается величиной в 4% от но­минального напряжения. Выходные цепи должны быть рассчитаны на им­пульсные токи, возникающие при ком­мутациях в нагрузках. Для цепей по­стоянного тока (в зависимости от дли­тельности импульса от 0,1 мс до 1,0 с) величину импульсов тока могут изме­няться от 50 до 4 раз от номинального значения, а для цепей переменного тока (при длительности импульса от 0,1 мс до 1,0с) соответственно от 90 до 2 раз.

Защита цепей постоянного тока с то­ком нагрузки до 32 А должна осущест­вляться при помощи автоматиче­ских выключателей с электромагнит­ным расцепителем.

Контроль параметров установки и сигнализации

В новом стандарте отражены вопросы контроля параметров установки и сигна­лизации.

По требованию потребителя в состав установки должны входить встроенные устройства диагностики и управления или обеспечиваться выдача сигналов для подключения внешней системы ди­агностики и управления, в том числе дистанционного управления работой установки.

Электромагнитная совместимость

В процессе разработки стандарта мно­го внимания уделялось электромагнит­ной совместимости, при этом учитыва­лись следующие виды воздействий:

•динамические изменения напряже­ния, включая повышение напряже­ния, провалы и исчезновение напря­жения;

• гармоники в сетях переменного и по­стоянного тока (включая коэффици­ент искажения синусоидальности кри­вой переменного напряжения) и пуль­сации постоянного напряжения;

• несимметрия напряжения питания в трехфазной сети переменного тока (в том числе коэффициент небаланса напряжения) и неравномерность по­требляемых отдельными фазами токов;

• изменения частоты;

• импульсные помехи;

• электростатические разряды;• индустриальные радиопомехи;

• мощные электромагнитные поля.

На входных выводах установки нор­мируются следующие величины кондуктивных помех:

• размах изменения напряжения (в про­центах от номинального значения) -не более 12;

• коэффициент временного перенапря­жения (в относительных единицах) -не более 1,47 (при длительности пере­напряжения до 1 с), 1,31 (при дли­тельности перенапряжения до 20 с);

• длительность провала напряжения, глубина которого составляет от 0,9 но­минального значения до значения близкого к нулю, - не более 30 с;

• отклонения частоты -не более ±2,5 Гц;

• величина импульсного напряжения: при длительности импульса до 50 мкс - не более 6 кВ и при длительности до 5 мс - не более 4,5 кВ (в первом случае время нарастания импульса от 0,1 до 0,9 амплитуды - не менее 1 мкс, во втором - не менее 100 мкс). Помехозащищенность установки от воздействия

электростатических помех проверяется методом контактного разря­да по ГОСТ 29280 при амплитуде напря­жения 4 кВ.

Кондуктивные помехи, создаваемые установкой питания в сети переменного тока ограничены на уровне:

• не более 8% - коэффициент искаже­ния синусоидальности кривой напря­жения;

• не более 4% - коэффициент несиммет­рии напряжения по обратной последо­вательности;

• не более 2% - коэффициент несиммет­рии напряжения по нулевой последо­вательности;

• не более 0,1% от номинального значе­ния - коэффициент n-ой гармониче­ской составляющей напряжения (n>25).

Кондуктивные помехи, воздействую­щие на нагрузку со стороны оборудова­ния установки питания постоянного то­ка, должны быть ограничены на уровне:

• не более 12% от номинального напря­жения (на выводах для подключения токораспределительной сети) - глуби­на провала напряжения при коммута­циях и коротких замыканиях (ток КЗ до 1000 А);

• не более 20% в цепях нагрузки;

• не более 50 мс - длительность провала напряжения;

• не более 1,4 номинального значения -импульсное напряжение при комму­тациях и коротких замыканиях (ток не более 1000 А, индуктивность сети не более 10^-4 Гн) в нагрузке при при­менении специальных мер по ограничению величины импульса и не более 150 В - во всех остальных случаях (длительность импульса на уровне 0,5 амплитуды в первом случае допу­скается до 15 мс, во всех других слу­чаях - не более 5 мс);

• не более 50 мВ - по действующему зна­чению n-ой гармонической составляю­щей в диапазоне частот до 300 Гц;

• не более 7 мВ в диапазоне частот от 300 Гц до 150 кГц (до 10 кГц для уста­новок, размещаемых совместно со служебными радиоприемными уст­ройствами);

• не более 50 мВ - пульсации напряже­ния по действующему значению суммы гармонических составляющих в диапа­зоне частот от 25 Гц до 150 кГц (до 10 кГц для служебных радиоприемных устройств);

• не более 2 мВ - пульсации напряжения по псофометрическому значению для номинальных напряжений 48 и

60 В. Кондуктивные помехи, воздействую­щие на нагрузку со стороны оборудова­ния установки питания

переменного то­ка, должны быть ограничены на уровне:

• не более ±1% - отклонения частоты выходного напряжения;

• не более 30% - максимальное отклоне­ние выходного напряжения при изме­нении тока нагрузки от 0 до номиналь­ного значения;

• не более 40 мс - длительность откло­нения;

• не более 10 мс - длительность прова­ла напряжения при глубине от 0,9 номинального значения до близкого к нулю;

• не более 8% - коэффициент искаже­ния синусоидальности кривой напря­жения.

Индустриальные радиопомехи на входных и выходных выводах установ­ки, воздействующие на сеть общего на­значения и на нагрузку, должны иметь ограничения по следующим параметрам:

• несимметричные напряжения не должны превышать значений, указан­ных в таблице 2 ГОСТ 30428-96. Для установок, размещаемых совместно со служебными радиоприемными уст­ройствами величина несимметричных напряжений не должна превышать значений, приведенных на рисунке 1 в таблице 1 ГОСТ 30429-96;

• квазипиковое значение напряженно­сти поля радиопомех не должно пре­вышать величин, указанных в табли­це 6 ГОСТ 30428-96. Для установок, размещаемых совместно со служебны­ми радиоприемными устройствами, это значение не должно быть больше значений, приведенных на рисунке 2 в таблице 1 ГОСТ 30429-96.

Испытания на помехоустойчивость должны проводиться в соответствии с требованиями ГОСТ 29280-96.

Надежность

Для характеристики надежности уста­навливаются следующие показатели:

• средняя наработка до отказа не менее 10⁶ ч для установок с аккумуляторны­ми батареями;

• среднее время восстановления не более 0,5ч;

• средний срок службы не менее 20 лет;

• срок хранения не менее 12 месяцев.

За критерий отказа установки должно приниматься несоответствие установ­ленным нормам качества электроэнер­гии на ее выходных выводах. Предель­ное состояние установки определяется невозможностью восстановления ее с помощью принятых для нее правил эксплуатации.

Требования к внешним воздействующим факторам

В стандарте приведены требования стойкости к внешним воздействующим факторам. К ним отнесены климатиче­ские и механические факторы. Эти воз­действия проявляются при эксплуата­ции, хранении и транспортировании оборудования установки. К общим требованиям можно отнести следующие:

• по условиям эксплуатации оборудова­ние должно быть рассчитано на рабо­ту в стационарных отапливаемых и (или) неотапливаемых помещениях при температуре от +5° до +40°С, влажности воздуха до 80% (при 25°С) и пониженном атмосферном давлении до 60 кПа;

• по условиям транспортирования обо­рудование должно допускать пере­возку автомобильным транспортом, в закрытых железнодорожных ваго­нах, негерметизированных кабинах самолетов и трюмах водного транс­порта при температуре окружающей среды от -50° до +50°С, при понижен­ном давлении до 12 кПа и относитель­ной влажности до 100% (при темпера­туре +25°С);

• по условиям хранения оборудование в упакованном виде должно допус­кать хранение в неотапливаемых складских помещениях при темпера­туре от -50° до +40°С, среднемесяч­ной относительной влажности 80% при 20°С. Допускается кратковре­менное повышение относительной влажности не более 25°С без конден­сации влаги, но суммарно не более одного месяца в год.

Конструктивные требования

В стандарте приводятся основные кон­структивные требования, выполнение которых обеспечивает совместимость оборудования установки электропита­ния с питаемой аппаратурой и безуслов­ное выполнение требований безопасно­сти. Рассмотрена комплектность постав­ки и условий заказа, уделено внимание вопросам ремонтопригодности, марки­ровки и упаковки оборудования. В стан­дарте также приводятся общие указания по эксплуатации.

Заключение

Новый стандарт "Установки электро­питания аппаратуры электросвязи ста­ционарные. Общие технические требова­ния" охватывает круг технических тре­бований, которые должны предъявлять­ся к установкам электропитания аппара­туры связи сети общего пользования.

ЛИТЕРАТУРА

1. БагуцВ.П., Ковалев Н.П., Костроминов А.М. Электропитание устройств железнодорожной автоматики.- М.: Транспорт, 1991. – 266 с.

2.Коган Д.А., Молдавский М.М. Аппаратура электропитания железнодорожной автоматики. – М: ИКЦ «Академкнига», 2003.- 438 с.

3. Рогинский В.Ю. Расчет устройств электропитания. - М.: Связь, 1972. – 360 с.

4. Семенов Б.Ю. Силовая электроника : от простого к сложному. – М.: СОЛОН-Пресс,2005. – 416 с.

5. Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи. – М.: Транспорт, 1999.- 454 с.

6. Бушуев В.М. Универсальное устройство бесперебойного питания// Электросвязь № 10, 2005.- С. 18- 20.

7. Бушуев В.М. Новые стандарты по электропитанию аппаратуры электросвязи // Технологии и средства связи.- №2 .- 2001.- С.116-119