Разработка технических данных ЭПУ

1.1. Объект электропитания и требования к ЭПУ. Аппаратура связи объединяется территориально и организационно в узлы связи. На крупных станциях и железнодорожных узлах размещение технических средств узлов связи осуществляется в служебно-технических зданиях – домах связи, выполняемых по типовым проектам, где с целью уменьшения эксплуатационных расходов аппаратура связи устанавливается в отдельных цехах (ЛАЦ, АТС, телеграфный).

Для нормального функционирования аппаратуры связи и другого оборудования, расположенного в домах связи, требуется электрическая энергия, которая обеспечивается электроустановками (ЭУ). Основными элементами ЭУ являются следующие:

- устройства электроснабжения, которые включают электростанции, линии электропередачи, трансформаторные подстанции и устройства автоматического ввода резерва (АВР);

- собственные электрические станции, осуществляющие резервное электроснабжение в качестве которых, чаще всего используются дизель-генераторные агрегаты (ДГА);

- сети электросилового оборудования и освещения, которые обеспечивают энергией системы вентиляции, отопления, оборудования мастерских и рабочее освещение производственных помещений;

- электропитающие установки (ЭПУ), являются основной частью ЭУ. Они предназначены для преобразования, регулирования, распределения и обеспечения бесперебойности подачи различных напряжений переменного и постоянного тока, необходимых для нормальной работы устройств автоматики и связи. В состав ЭПУ входят следующие элементы: выпрямительные и преобразовательные устройства, аккумуляторные батареи, устройства стабилизации напряжения и тока, распределительно-коммутационные устройства, распределительные сети, устройства защиты сигнализации и др.

ЭПУ должны удовлетворять следующим основным требованиям:

- обеспечивать надежное, гарантированное и бесперебойное электропитание аппаратуры напряжением необходимой стабильности, с допустимой величиной пульсации;

- быть экономичными при строительстве и эксплуатации;

- обладать достаточно высокими значениями КПД и коэффициента мощности;

- быть максимально автоматизированными;

- допускать возможность развития дома связи без замены основного силового оборудования.

Гарантированным называется электроснабжение от основного и одного или нескольких независимых резервных источников, при котором гарантируется ограничение длительности возможных перерывов в поступлении электроэнергии к приемникам за счет работы устройств автоматического ввода резерва ЭУ.

Современная аппаратура связи требует электропитания без ухудшения показателей качества электроэнергии (исчезновения, посадок напряжения и др.). Это достигается за счет бесперебойногоэлектро-снабжения, при поступлении электроэнергии к приемникам в непрерывном режиме, который обеспечивает буферная аккумуляторная батарея ЭПУ. [1]. Бесперебойное электропитание устройств переменного тока обеспечивается источниками бесперебойного питания (ИБП), которые в проекте рассчитываться не будут.

 

1.2. Исходные данные для проектирования ЭПУ. На основании номеров вариантов, рассчитанных в соответствии с табл. 13 (Приложение 7), из таблиц 15 и 16 (Приложение 7) следует выписать конкретные значения исходных данных для проектирования ЭПУ дома связи (внешнее электроснабжение, номинальные напряжения и величины токов, потребляемые аппаратурой, устанавливаемой в различных цехах дома связи РЦС, сведения о дополнительных нагрузках) в табл. 14 (Приложение 7).

Все электроприемники, получающие питание от внешних источников, подразделяются на две группы гарантированного и негарантированного электроснабжения.

К первой группе относятся устройства поездной и станционной радиосвязи, сеть гарантированного освещения, устройства вентиляции и отопления помещений аккумуляторной и ДГА, устройства подкачки топлива, масла и воды в расходные баки для обеспечения длительной работы резервной электростанции. Все приемники этой группы получают питание от внешних источников тока, а в случае их аварии – от ДГА.

Ко второй группе относят сеть общего освещения, оборудование вентиляции, силовое оборудование мастерских и других вспомогательных помещений. Приемники этой группы получают электропитание от внешних источников, а при повреждении последних выключаются.

На каждом узле связи, кроме сетей гарантированного и общего освещения, должно быть предусмотрено аварийное освещение, поддерживающее выполнение технологического процесса обслуживания аппаратуры связи при аварии всех источников переменного тока (внешних и ДГА). Оно обеспечивается электроэнергией от аккумуляторных батарей.

 

1.3. Категории электроприемников. Все электроприемники по требованиям к надежности электроснабжения в соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) подразделяются на три категории.

Электроприемники I категории – электроприемники, перерыв энергоснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса и др. К этой категории относятся: устройства связи и автоматики, сети гарантированного освещения и др.. Эти электроприемники должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их энергоснабжения при нарушении энергоснабжения одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Из состава электроприемников I категории выделена особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров. К таким электроприемникам относятся дома связи, обслуживаемые усилительные пункты и др. Для их энергоснабжения должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.

В качестве третьего независимого источника питания для особой группы электроприемников и в качестве второго независимого источника питания для остальных электроприемников I категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем, предназначенные для этих целей агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т.п.

К электроприемникам II категории относятся громкоговорящая оповестительная связь промежуточных станций; громкоговорящая двухсторонняя парковая связь станций и др., которые должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.

Электроприемники III категории обеспечиваются энергоснабжением от одного источника при условии, что перерывы энергоснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы энергоснабжения, не превышают одних суток. К таким электроприемникам относятся необслуживаемые усилительные пункты (НУП), освещение (негарантированное), электрическое отопление, общая вентиляция силовое оборудование мастерских, устройства освещения переездов и др.

Наибольшая надежность электроснабжения обеспечивается от государственных энергосистем, наименьшая - от местных электростанций промышленных предприятий.

 

1.4. ЭПУ на различные номинальные напряжения. Номинальное

напряжение (U _ном) устройств электропитания это один из основных параметров при котором питаемое устройство может работать в оптимальном режиме с максимальным КПД.

Этот параметр используют также для нормирования допустимых отклонений напряжения, при которых сохраняется работоспособность питаемого устройства [2].

Основными значениями номинального напряжения постоянного тока являются 24, 48, 60 В.

Для каждого номинального напряжения постоянного тока в домах связи, как правило, предусматривается отдельная ЭПУ, общая для аппаратуры всех цехов (рис. 1).

Рис. 1 ЭПУ дома связи

Каждая ЭПУ должна обеспечивать необходимый ток для питания всей аппаратуры, рассчитанной на данное номинальное напряжение

где I _{н i} – токи, потребляемые различной аппаратурой, А.

В электропитающих устройствах связи обычно один полюс соединяют с заземлением (заземляют). Заземление одного из полюсов дает возможность упростить токораспределительные сети, выполнить заземленную часть в виде одной общей шины для ЭПУ на разные номинальные напряжения и исключить из общей цепи все устройства защиты и коммутации. В источниках с номинальным напряжением 24 и 60В принято заземлять положительный полюс. В тех случаях, когда это правило нарушается или есть опасность неправильного толкования этого положения, перед обозначением номинального напряжения ставят знак «+» или «–», характеризующий потенциальный (незаземленный) полюс источника тока.

 

1.5. Системы электропитания. Системы электропитания могут быть различными в зависимости от условий электроснабжения, наличия аппаратуры электропитания, требований приемников электроэнергии и условий эксплуатации.

Системы электропитания ЭПУ подразделяются на автономную (режим заряд-разряд), буферную (режимы импульсного и непрерывного подзаряда), безаккумуляторную и комбинированную [3]. В качестве основной системы электропитания для ЭПУ дома связи принята буферная система и режим непрерывного подзаряда. По способу размещения аппаратуры буферная система электропитания может быть централизованная и децентрализованная (рис. 2, а, б).

Исторически сложилось так, что в домах связи система электропитания строилась по централизованному способу (рис. 2, а).

Централизованная система – система питания, при которой для каждого номинального напряжения постоянного тока, предусматривается отдельная ЭПУ (ЭПУ-24, ЭПУ-48, ЭПУ-60), которая обеспечивает суммарный ток для аппаратуры связи (АС) данного номинала, расположенной в разных цехах дома связи.

Аккумуляторные батареи (АБ) с использованием кислотно-свинцо-вых аккумуляторов открытого типа С (без крышки) или малоуходных, устанавливаются в отдельном помещении – аккумуляторной. При использовании современных герметизированных аккумуляторов возможна их установка в помещении с работающей аппаратурой.

Централизованная система бесперебойного питания переменного тока подразумевает установку одного ИБП, поддерживающего работу всего оборудования в целом здании или, как минимум, на этаже здания.

Внедрение цифровой аппаратуры связи, имеющей встроенные блоки электропитания, привело к изменению системы питания на децентрализованную (рис. 2, б).

Децентрализованная система питания обеспечивает независимое электропитание части аппаратуры. Аналоговая аппаратура получает электропитание от отдельных ЭПУ, в цифровой аппаратуре блоки вторичных источников электропитания встроены непосредственно в стойку.

Децентрализованная система бесперебойного питания переменного тока состоит из нескольких ИБП (разных типов и мощности), каждый из которых защищает отдельную единицу оборудования – чаще всего компьютер.

Возможно построение комбинированной системы питания (рис. 2,в).

В последние годы для построения ЭПУ широко используются преобразователи напряжения – DС/DС- конверторы и DC/AC- инверторы.

Если для питания всей аппаратуры дома связи требуются небольшие токи, тоc точки зрения надежности целесообразно выбрать в качестве основного номинального напряжения, например – 48 В и питать прочую нагрузку с помощью вторичных преобразователей – DС/DС-конверторов (48/24 или 48/60) и DC/AC-инверторов (24/220). Преимуществом такого решения будет использование общей аккумуляторной батареи, обеспечивающей одинаковое время резерва для питания аппаратуры всего дома связи.

Подвод питающего напряжения к домам связи выполнен двумя самостоятельными фидерами, представляющими собой силовой четырех-жильный кабель (три фазы и нуль), и резервируется от ДГА. Коммутация цепей гарантированной и дополнительной нагрузки обеспечивается щитом переменного тока (ЩПТ).

Рис. 2 (а, б, в) Системы электропитания

По принципу работы ЭПУ могут проектироваться как автоматизиро-ванные и неавтоматизированные. По способу эксплуатации они подразделяются на обслуживаемые и необслуживаемые.

 

1.6. Требования к качеству электрической энергии, необходимые для нормальной работы аппаратуры связи, сформулированы в технических данных аппаратуры, где указывают тип тока (переменный, постоянный), номинальное напряжение, допустимые пределы изменения напряжения, частоты и величины нелинейных искажений (для переменного тока), величины пульсации (для постоянного тока) [4].

Данные о допустимых пределах изменения напряжения приводят в виде относительных изменений напряжения в процентах (точность стабилизации), определяемые с использованием выражения

где – максимальное отклонение напряжения на нагрузке от номинального, В;

+ΔU_н = U_{н max} – U_{н nom};

- ΔU_н = U_{н nom} – U_{н min}.

Величина пульсации измеряется в среднеквадратичных или псофометрических единицах напряжения. Псофометрические напряжения используются для оценки мешающего действия переменной составляющей в аппаратуре, предназначенной для работы с сигналами тональных частот, приемником которых служит человеческое ухо (речевой или музыкальный сигналы). Во всех остальных случаях используется эффективное (среднеквадратичное) напряжение.

 

1.7. Регулирование и стабилизация напряжения. Регулирование напряжения – это изменение величины напряжения на выходе аппаратуры (первоначальная установка напряжения, осуществляющаяся вручную).

Стабилизация напряжения – это поддержание постоянства напряжения на выходе аппаратуры, осуществляется автоматически.

В настоящее время электронная аппаратура допускает значительные изменения напряжения питания, поэтому нет необходимости его стабилизировать.

 

1.8. Аккумуляторные батареи в ЭПУ домов связи выполняет следующие функции:

1. Является источником резервного питания наиболее ответственной аппаратуры дома связи, при отключении источников переменного тока.

2. Обеспечивает безобрывность цепей питания при переключении фидеров питания и запуска ДГА.

3. Обеспечивает дополнительное сглаживание пульсации напряжения на выходе выпрямителей.

Ранее в аккумуляторных батареях использовались кислотно-свинцовые аккумуляторы открытого типа С, имеющие наибольшее количество градаций номинальных емкостей.

В настоящее время широкое применение находят аккумуляторы нового поколения, малоуходные и герметизированные (Приложение 2).

Аккумуляторные батареи в большинстве случаев выполняют из двух групп. Это повышает надежность ЭПУ, так как при отключении одной группы батареи для профилактики вторая остается подключенной к ЭПУ и обеспечивает резервирование электроснабжения. Запас емкости аккумуляторных батарей в узлах связи должен обеспечивать (при аварии в сети) электропитание аппаратуры связи в часы наибольшей нагрузки, цепей аварийного и эвакуационного освещения и устройств пожарной сигнализации в основном в течение 2-х часов. При дополнительных указаниях это время может быть больше.