2015-05-30
12765И СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
8.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО УСТРОЙСТВУ
ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК И ТОКОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
Системами электроснабжения называют первичные сети электроэнергии. Предприятия и объекты связи получают электрическую энергию от государственных энергосистем по высоковольтным линиям электропередачи через различные трансформаторные подстанции. Внутри предприятия связи электроэнергия распределяется трехфазным переменным током напряжением 380/220 В. Показатели качества переменного напряжения, подаваемого на вход электроустановки, определяются ГОСТ 19431-74 «Электрическая энергия. Нормы качества электрической энергии и ее приемников, присоединенных к электрическим сетям общего назначения», согласно которому качество электрической энергии оцениваются:
для переменного однофазного тока - отклонениями и колебаниями напряжения и частоты, а также несинусоидальностью формы кривой; а также смещением нейтрали и несимметрией напряжений основной частоты;
для постоянного тока - отклонениями и колебаниями напряжения и коэффициентом пульсаций напряжения.
Электроустановкой называется установка, в которой производится, преобразуется, распределяется и потребляется электроэнергия. На каждом предприятии (объекте) связи создается своя электроустановка, которая объединяет весь комплекс энергосооружений, обеспечивающий энергоснабжение и электроосвещение объекта, элетропитание аппаратуры связи, а также работу различных установок хозяйственного значения как в нормальных условиях внешнего электроснабжения, так и в аварийных.
В состав электроустановки входят собственная трансформаторная подстанция, понижающая напряжение 6 (10) кВ до 0,4 кВ, собственная электростанция резервного электропитания, электропитающая установка (ЭПУ) для питания аппаратуры связи, освещения и устройства силовых установок. Основной частью электроустановки предприятия связи является ЭПУ для питания аппаратуры.
Система электропитания разделяется на две группы источников электропитания:
источники первичного питания - устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую: электромагнитные генераторы, гальванические элементы, термоэлектрические генераторы, солнечные батареи;
источники вторичного электропитания - устройства, преобразующие электроэнергию от первичного источника и преобразующие ее для питания аппаратуры: выпрямители, преобразователи, усилители и т.д.
Согласно ГОСТу обязательными напряжениями постоянного тока для питания аппаратуры должны быть 60 и 24 В. Допустимые значения отклонений не должны превышать ±10% и +20…-10% номинальных значений. Аппаратура не должна терять работоспособности в случае понижения напряжения ниже указанных пределов.
Внутри предприятия связи распределение электроэнергии осуществляется токораспределительными сетями (ТРС) постоянного и переменного тока. Применяются три основные схемы ТРС:
магистрально-рядовая;
радиальная;
магистрально-полурадиальная.
Магистрально-рядовая схема состоит из магистральной и рядовой частей. Магистральная часть - это проводка от выходных выводов ЭПУ до начала рядов аппаратуры. Рядовая часть - это проводка от магистральной части ТРС к каждому ряду и от нее до клемм стоек. В местах ответвления рядовой проводки устанавливаются аппараты защиты от коротких замыканий. Проводка выполняется алюминиевыми шинами.
Магистрально-рядовая проводка применяется только для питания коммутационной аппаратуры, выполненной на электромеханических элементах без электронного управления.
Недостаток такой схемы - возможность появления больших колебаний напряжений, подаваемых к аппаратуре при аварийных ситуациях (КЗ).
При радиальной схеме ТРС каждая стойка аппаратуры подключается индивидуальной проводкой к ЭПУ. В этой схеме короткое замыкание в одной цепи не влияет на работу других цепей. Но существенный недостаток ее - большой расход дорогостоящих кабелей.
В магистрально-полурадиальной схеме ТРС провода минусовой полярности подводятся к стойкам индивидуально, а положительной - объединяются. При токе нагрузки индивидуальных цепей не более 4 А разветвления ТРС выполняются в линейно-аппаратном цехе без дополнительных мер по ограничению тока КЗ.
8.2. ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ СВЯЗИ
Классификация электроприемников по надежности. Все электроприемники предприятий связи в зависимости от требований к надежности подачи электрической энергии разделяются на три категории.
К первой категории отнесены электроприемники, перерыв в подаче электрической энергии которых может вызвать перерыв связей и вещания и, как следствие, - нарушение передачи важной информации. К первой категории принадлежат технологические электроприемники центральных усилительных станций радиотрансляционных узлов, городских АТС емкостью 500…3000 номеров, сельских АТС, районных узлов связи для сельскохозяйственных работ.
Из электроприемников первой группы выделена особая группа потребителей, предъявляющих повышенные требования к надежности подачи электрической энергии. В особую группу первой категории входят электроприемники, перерыв в подаче электроэнергии которых может вызвать нарушение особо важных сообщений, а также нарушение сложного технологического процесса, что может создать угрозу жизни людей. В особую группу первой категории входят технологические электроприемники междугородных телефонных станций, телеграфных станций и узлов, сетевых узлов и узлов автоматической коммутации, обслуживаемых усилительных пунктов районных узлов связи для промышленных районов, городских АТС емкостью более 3000 номеров, а также аппаратура аварийного и эвакуационного электроосвещения.
Ко второй категории отнесены технологические электроприемники подстанций городских телефонных сетей, опорных усилительных подстанций, блок-станций и станций радиотрансляционных узлов с ламповой аппаратурой, перерыв в подаче электроэнергии которых может вызвать перерыв связей или местного вещания.
К третьей категории относятся все остальные электроприемники.
В соответствии с «Ведомственными нормами технологического проектирования (ВНТП 332-81)» все электроприемники, относящиеся к особой группе первой категории, должны быть обеспечены электроснабжением от трех независимых источников электроэнергии трехфазного переменного тока.
8.3. ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ
Предприятия связи снабжаются электроэнергией от государственных энергосистем или от собственных дизель-электрических станций. Энергосистемой называют совокупность электростанций, подстанций и приемников электрической энергии, связанных между собой линиями электрической сети. Электрическая энергия передается высоким напряжением по высоковольтным линиям электропередач. Преобразовательные ступени напряжения равны 1150, 750, 500, 330, 220, 110, 35, 10 и 6 кВ частотой 50 Гц.
Повышение или понижение напряжения осуществляется с помощью трансформаторных подстанций. Для получения электрической энергии государственной энергосистемы предприятия связи оборудуются собственными трансформаторными подстанциями, преобразующими напряжение 6 или 10 кВ в напряжение 0,4 кВ.
Трансформаторные подстанции разделяются на главные понижающие подстанции (ГПП), центральные распределительные подстанции (ЦРП), распределительные пункты (РП), цеховые трансформаторные подстанции и специальные подстанции.
Главные понижающие подстанции получают электроэнергию от энергосистемы и, понижая напряжение, распределяют ее по территории предприятия; центральная подстанция распределяет электроэнергию между потребителями, но без трансформации. Трансформаторные подстанции принимают электроэнергию высокого напряжения (6, 10, 35 кВ) от РП или ЦРП и распределяют ее но напряжениям 500, 380, 220 В между отдельными предприятиями.
Трансформаторные подстанции могут быть открытого и закрытого типов. Подстанция открытого типа устанавливается отдельно от предприятия связи на открытой огражденной сеткой площадке. Закрытые подстанции помещаются в специальном помещении со сплошными стенами и дверью.
Если предприятие связи имеет несколько зданий, то на территории предприятия устанавливается главная трансформаторная подстанция, которая получает энергию от сети и распределяет ее по подстанциям отдельных зданий. Подвод электропитания на подстанции осуществляется по двум подземным отдельным кабелям, каждый из которых на полную мощность потребителя. Трансформаторные подстанции имеют типовое оборудование: понижающие трансформаторы, высоковольтные выключатели, разъединители, высоковольтные предохранители, измерительные трансформаторы, разрядники для защиты воздушных вводов, аппараты и приборы низкого напряжения.
Распределительное устройство (РУ) - это электрическая установка, которая осуществляет прием и распределение электрической энергии. Оно содержит коммутационные, измерительные и защитные аппараты, соединительные шины и вспомогательное оборудование. Распределительные устройства бывают закрытого и открытого типов. Они изготавливаются на 3, 6, 10 и 35 кВ.
Распределительное устройство напряжением до 1000 В, оборудование которого смонтировано на панелях, установленных на общем каркасе, называется распределительным щитом.
Оборудование трансформаторных подстанций. Силовые трансформаторы предназначаются для понижения напряжения 6 (10) кВ до 0,4 кВ для питания потребителей. Они бывают воздушные и масляные. В масляных трансформаторах сердечник помещается в стальной бак с трансформаторным маслом. Обмотки трансформатора соединены по схеме звезда-звезда с выводом нулевой точки.
Высоковольтные выключатели применяются для включения и отключения высоковольтных цепей от нагрузки. Большинство выключателей - масляные. Конструктивно масляные выключатели бывают баковые и горшковые. В баковых выключателях вся контактная система помещается в бак с маслом. В горшковых - контактная система каждой фазы размещается в отдельном изолированном стальном горшке, наполненном маслом.
Масляные выключатели обеспечивают надежное гашение электрической дуги, возникающей между контактами при размыкании высоковольтной цепи под нагрузкой или при коротком замыкании.
При токах нагрузки I н £ 400А применяют воздушные выключатели, оборудованные специальным дугогасительным приспособлением. Выключатели могут срабатывать автоматически с помощью соленоидных приводов и имеют ручной привод.
Разъединители представляют собой рубильники, смонтированные на высоковольтных изоляторах и установленные на высоте, исключающей возможность случайного прикосновения к ним (2,5 м). Они обеспечивают видимость разъединения цепи при проведении ремонтных работ на подстанции. Выключаются они специальной изолированной штангой или приводом с ручным управлением.
Высоковольтные предохранители применяются для защиты в основном измерительных цепей, а при отсутствии масляных выключателей - и силовых цепей. Они делаются закрытого типа: плавкая вставка помещается в фарфоровой трубке, заполненной кварцевым песком, способствующим гашению дуги при перегорании предохранителя.
Измерительные трансформаторы понижают напряжение и отделяют высоковольтные цепи от низковольтных. Первичные обмотки трансформатора - высоковольтные, а вторичные - низковольтные. Для безопасности вторичные обмотки заземляются.
Разрядники предназначены для защиты аппаратуры трансформаторных подстанций (ТП) от перенапряжений, возникающих при грозовых разрядах, обеспечивая пробой (разряд) на землю при больших увеличениях напряжения. Разрядник включают между проводом и землей. При появлении перенапряжения на проводе в искровом промежутке разрядника возникает электрическая дуга. По окончании перенапряжения дуга гаснет и разрядник не пропускает тока. Для уменьшения тока через разрядник последовательно с ним включают сопротивления.
Реактор — это индуктивная катушка из нескольких витков полированной медной проволоки большого поперечного сечения. Стального сердечника в реакторе нет. Реактор имеет большое индуктивное и малое активное сопротивления и ограничивает токи короткого замыкания.
Структурная схема понижающей подстанции приведена на рис. 8.1. Энергия к подстанции подается по двум высоковольтным линиям ВЛ1 и ВЛ2, через разъединители Q2 и Q8 поступает на шины 10 кВ. К этим шинам со стороны потребителя подключены 
понижающее трансформаторы через разъединители Q3 и Q9 и предохранители F1 и F2. Со вторичных обмоток трансформатора напряжение подается на шины низкого напряжения через автоматические масляные выключатели Q1 и Q12. Заземление шин при ремонте осуществляется разъединителями Q1 и Q12.
Автоматическое включение резерва на предприятиях связи осуществляется на низкой стороне низкого напряжения (рис. 8.2). При питании от фидера 1 реле Р своими замыкающими контактами 1 включает контактор К1, а размыкающими 2 - контактор К2. В случае исчезновения напряжения в фидере реле Р обесточится, и напряжение питания будет подаваться по фидеру 2.
Собственные электростанции предприятий связи предназначены для обеспечения электроэнергией при отключении внешней сети. Они, как правило, автоматизированы. По степени автоматизации все агрегаты делятся на три группы: с 1-й, 2-й и 3-й степенью автоматизации. Собственные электростанции автоматизированы по 3-й степени автоматизации, которая предусматривает работу автоматической дизель электрической станции (АДЭС) без постоянного присутствия обслуживающего персонала, при выполнении автоматически ряда операций, обеспечивающих работу электроустановки предприятия связи:
управление пуском, остановкой, подзарядом пусковых аккумуляторных батарей, подключением нагрузки и совместной работой нескольких агрегатов;
поддержание номинального выходного напряжения;
остановка агрегата и выдача сигналов в случае появления неисправностей в нем.
Оборудование собственных электростанций. На предприятиях связи широко применяются автоматизированные электростанции с агрегатами мощностью 48, 200, 315 и 500 кВт. Генератор агрегата ДГА-3-48М обеспечивает номинальную выходную мощность. до 50 Вт и напряжение 3´400 В.
В течение 1 ч допускается отбор мощности на 10% больше номинальной. Ресурс непрерывной работы не более 20 ч, а до капитального ремонта 18 000 ч. Продолжительность времени включении, электростартера для пуска агрегата не более 12 с. Последующее включение стартера через 60 с. Время приема нагрузки при пуске с первой попытки не более 15 с. При появлении неисправностей дизель останавливается. Цепи управления питаются от постоянного напряжения 24 В. Устройства пополнения топливных баков, подогрева воды и масла работают от переменного напряжения 220 В.
Дизельный агрегат АСДА-200-Т1400-ЗД обеспечивает выходную, мощность 200 кВт и напряжение 3´400 В. Нестабильность выходного напряжения не хуже ±2% при изменении отдаваемой мощности от 0 до 100%. Непрерывная работа агрегата с дозаправкой топливом и маслом составляет 240 ч. Пуск и прием нагрузки при автоматическом управлении из состояния горячей готовности происходит за время не более 30 с. Ресурс работы до капитального ремонта 8000 ч. Перерыв между двумя перегрузками 2 ч.
Электростанция с агрегатами АСДА-200 применяется в качестве резервной с автоматическим управлением. На предприятиях связи используются автоматизированные дизельные электростанции ДС-806/1, АС-814/1, АС-804/1. Срок эксплуатации 10 лет.
8.4. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПРЕДПРИЯТИИ СВЯЗИ
Классификация. Системой электропитания называют совокупность системы электроснабжения, устройств преобразования, регулирования, стабилизации, резервирования и распределения электрической энергии, необходимой для нормальной работы аппаратуры, а также устройств контроля, диагностики и защиты как самих устройств этой совокупности, так и аппаратуры.
Системы электропитания должны удовлетворять следующим основным требованиям:
обеспечивать надежное и бесперебойное электропитание аппаратуры электрической энергией требуемого качества;
быть экономичными, иметь высокий КПД;
иметь малые габариты и массу;
быть максимально автоматизированными и др.
Согласно ВНТП 332-81 системы электропитания классифицируют в зависимости от состава оборудования ЭПУ и способа эксплуатации АБ следующим образом:
буферная система электропитания;
двухлучевая безаккумуляторная система электропитания;
система электропитания с отделенной от нагрузки резервной аккумуляторной батареей.
Буферная система электропитания. При буферной системе питание аппаратуры осуществляется от стабилизированных выпрямителей, обеспечивающих одновременно непрерывный подзаряд аккумуляторных батареи АБ, подключенных параллельно нагрузке. Когда напряжение сети отключается по каким-либо причинам, питание аппаратуры осуществляется от аккумуляторных батарей. Но так как по мере разряда аккумуляторных батарей напряжение их уменьшается, то для его поддержания на требуемом уровне применяют регулирующие и стабилизирующие устройства. В тех случаях, когда для сохранения нормальной работы аппаратуры допустимо отклонение напряжения ±10% от установленного, регулирование осуществляется подключением дополнительных элементов ДЭ или дополнительных кремниевых вентилей НЭ.
На рис. 8.3 приведена структурная схема ЭПУ при буферной системе питания с подключением дополнительных элементов аккумуляторной батареи, которые подключаются устройством коммутации по мере ее разряда. Для заряда дополнительных элементов имеется выпрямитель содержания ВС, а подзаряд основной группы осуществляется от буферного выпрямителя БВ.
Электропитающие установки, построенные по такому принципу, применяются для питания аппаратуры городских АТС декадно-шаговой и координатной систем коммутации, МТС, АМТС, в установках прямых соединений телеграфных станций и т.д.
Более простой получается электропитающая установка при регулировании напряжения коммутацией групп кремниевых вентилей (рис. 8.4). Но в атом случае во время нормального электроснабжения напряжение на выходе блока выпрямления необходимо поддерживать на более высоком уровне, чем требуется для питания аппаратуры. Это создает дополнительные потери энергии, поэтому данный способ применяется при небольшой мощности, например в электропитающих установках на 60 В при нагрузках до 70 А.
Для питания станций с программным управлением, выполненным на интегральных микросхемах, требования к качеству питающей их электроэнергии более высокие. Так, для станций АТСЭ МТ20, МТ25 и АТС КЭ «Кварц», «Исток» отклонение напряжения -60 В в переходных режимах работы ЭПУ не должно превышать ±10…-6%, пульсации напряжения - 2 мВ псофометрических. Такие параметры питающего напряжения не могут быть обеспечены при регулировании коммутацией групп дополнительных элементов аккумуляторных батарей. Поэтому для питания новой аппаратуры связи применяется буферная система питания со стабилизацией напряжения с помощью авторегулируемых вольтодобавочных конверторов ВДК. Применяются два варианта работы таких ЭПУ. 
Структурная схема первого варианта приведена на рис. 8.5. При наличии нормального электроснабжения ВДК отключен устройством коммутации УК и его выход шунтирован диодной сборкой ДС. При отключении электроснабжения, когда буферный выпрямитель БВ не работает, вольтодобавочный конвертор автоматически включается и компенсирует уменьшение напряжения аккумуляторной батареи. После восстановления электроснабжения и заряда аккумуляторной батареи до требуемого значения ВДК отключается.
Второй вариант ЭПУ буферной системы питания - вольтодобавочный конвертор включен постоянно в цепь нагрузки. В этом случае энергетические показатели ниже, чем по первому варианту, из-за непрерывного расхода энергии в ВДК, но качество электропитания лучше.
Буферная система электропитания может быть выполнена двумя способами: а) многобатарейным; б) с одной опорной батареей.
При многобатарейном способе буферной системы питания на каждое напряжение постоянного тока имеется отдельная электропитающая установка.
Важнейшие достоинства многобатарейной системы питания для аппаратуры автоматической и многоканальной связи: абсолютная бесперебойность питания и значительное снижение пульсаций напряжения основного источника на нагрузке. Но многобатарейный принцип построения ЭПУ имеет существенный недостаток: большая масса аккумуляторов; из-за газовыделения их нельзя устанавливать в аппаратных залах, а это увеличивает длину проводки питания и падение напряжения на них.
Однобатарейный принцип буферной системы питания предполагает использование только одной аккумуляторной батареи на одно значение постоянного напряжения (например, на 220 В). Она называется опорной. При нормальной подаче питания от внешнего источника питание аппаратуры связи осуществляется через выпрямители. При отключении внешнего источника, т.е. в переходном режиме, аппаратура связи, требующая одного напряжения, получает питание от опорной аккумуляторной батареи. Все остальные напряжения вырабатываются преобразователями или агрегатами бесперебойного питания (АБП).
На тех предприятиях, где требуется питание от нескольких отдельных источников питания, применяется децентрализованная буферная система питания, состоящая из нескольких отдельных ЭПУ одного напряжения.
Достоинства буферной системы питания:
бесперебойное питание аппаратуры;
возможность дальнейшего расширения за счет параллельного включения выпрямительных устройств и ВДК;
значительное снижение пульсации напряжения на нагрузке;
предохранение основного источника питания от выбросов тока, которые буферная батарея принимает на себя, а потребителя - от резкого уменьшения питающего напряжения при бросках тока нагрузки;
постоянное поддержание аккумуляторов в заряженном состоянии, поскольку саморазряд компенсируется током подзаряда;
удешевление содержания аккумуляторов, увеличение срока их эксплуатации.
Недостатки:
большая стоимость токораспределительной сети и потери энергии в ней (особенно при низких напряжениях).
8.5. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОПИТАЮЩИЕ УСТАНОВКИ
БУФЕРНОЙ СИСТЕМЫ НАПРЯЖЕНИЕМ 24 И 60 В
В системах электропитания крупных предприятий связи АТС, АМТС широко применяется автоматическая необслуживаемая электропитающая установка ЭПУ-60В. Она построена по принципу многобатарейного питания с регулированием выходного напряжения в переходном режиме путем подключения дополнительных элементов аккумуляторной батареи с зарядом их на шинах нагрузки.
Структурная схема ЭПУ-60В приведена на рис. 8.6. В состав полностью автоматической необслуживаемой ЭПУ-60В входят:
автоматизированные кремниевые выпрямители БВ и РБВ типа ВУК (два);
зарядные выпрямители ЗВ1 и ЗВ2 (два);
устройство автоматической коммутации аккумуляторной батареи АКАБ-60;
щит переменного тока ЩПТА;
щиток заземления ЩЗ - П2;
двухгруппная аккумуляторная батарея, каждая из которых содержит основные ОЭ и дополнительные элементы ДЭ1 и ДЭ2;
распределительный щит ЩРЗ-60.
Принцип действия автоматизированной ЭПУ-60В состоит и следующем. При нормальном электроснабжении от внешнего источника переменное напряжение подается с шин ШПТА на выпрямительные блоки БВ1 и БВ2. Они работают в режиме стабилизации напряжения н обеспечивают питание аппаратуры и подзаряд основных элементов ОЭ аккумуляторной батареи АБ. Резервный зарядный выпрямитель РЗВ, а также ЗВ1 и ЗВ2 выключены. В случае отказа одного из БВ автоматически включается РЗВ.
При отключении напряжения сети устройство АКАБ обеспечивает питание аппаратуры от аккумуляторной батареи, подключая дополнительные элементы ДЭ по мере разряда АБ.
При появлении напряжения питающей сети - от внешней сети или от АДЭС - выпрямители БВ1, БВ2 и РЗВ автоматически включаются, работают н режиме стабилизации тока и обеспечивают одновременно питание аппаратуры и заряд батареи. По мере заряда аккумуляторной батареи напряжение на ней и на нагрузке повышается и, когда достигает 66 В, устройство АКАБ отключает от нагрузки вторую группу дополнительных элементов ЦЭ2 от буферных выпрямителей. Включается зарядный выпрямитель ЗВ2 и, работая в режиме стабилизации тока, продолжает заряд ДЭ2.
Основные элементы ОЭ аккумуляторной батареи и первая группа дополнительных элементов ДЭ1 продолжают заряжаться от буферных выпрямителей БВ1 и РЗВ до тех пор, пока напряжение на ОЭ не достигнет 59,5 В. При этом первая группа дополнительных элементов отключается, от нагрузки и переключается на заряд от ЗВ1. Рабочий и резервный буферные выпрямители продолжают заряжать группу основных элементов до напряжения 2,3 В на каждый элемент, т.е. до напряжения 64,5 В. После этого резервный выпрямитель выключается, а рабочие БВ1 и БВ2 переходят в режим стабилизации напряжения на уровне. 2,2 В на один элемент основной группы ОЭ.
Зарядные выпрямители ЗВ1 и ЗВ2 заряжают группы дополнительных элементов до напряжения 2,35 В на один элемент, после чего выключаются. Дальнейший заряд элементов дополнительной группы производится от маломощных выпрямителей содержания, входящих в состав АКАБ.
Электропитающая установка возвращается в исходное состояние нормального режима работы.
Автоматическая ЭПУ-60В с устройством АКАБ применяется на ГТС для питания АТС первого, второго и третьего поколении (например, для АТСКЭ «Квант»), а также для аппаратуры междугородной автоматики, телеграфов и РУС.
Функциональная схема буферной ЭПУ-24В на напряжение -24В с регулированием выходного напряжения коммутацией дополнительных элементов аналогична ЭПУ-60В. Она отличается только отсутствием ДЭ2 и ЗВ2. Группа ОЭ имеет 11 или 12 элементов, а ДЭ1 – 2.Установка ЭПУ-24В применяется для питания линейно-аппаратных цехов МТС, АМТС, АМТСКЭ «Кварц», телеграфов, РУС и обслуживаемых усилительных пунктов.
Недостаток буферной системы электропитания с регулированием выходного напряжения коммутацией дополнительных элементов АБ: ступенчатость регулирования через 6…7 В и сложность АКАБ.
8.6. ЭЛЕКТРОПИТАЮЩАЯ УСТАНОВКА БУФЕРНОЙ СИСТЕМЫ
С ОДНОЙ ОПОРНОЙ БАТАРЕЕЙ
Структурная схема однобатарейной системы вторичного электропитания для крупных предприятий автоматической и многоканальной электросвязи приведена на рис. 8.7. В состав ее входят:
электропитающая установка ЭПУ-220В, содержащая выпрямители и опорную аккумуляторную батарею на 220 В;
выпрямительные системы ВУЛС;
устройство гарантированного питания УГП.
В нормальном режиме работы питание аппаратуры осуществляется от сети переменного тока через выпрямительные системы ВУЛС по двум лучам. Один луч - от внешней сети переменного тока, а другой - тот УГП переменным током. Выпрямители ВУЛС питаются от различных лучей. А их выходы включены параллельно на общий фильтр СФ. В нормальном режиме работы выпрямители отдают 50% номинальной мощности. При прекращения подачи питания по одному из лучей второй ВУЛ, загружаясь на 100%, обеспечивает питание аппаратуры связи.
В аварийном режиме при отказе устройств гарантированного питания напряжение переменного тока подается от сети через контакты А аварийного включения резерва и стабилизатор напряжения переменного тока СН.
Постоянное напряжение 220 В подается непосредственно от опорной ЭПУ-220В. А в переходном режиме при отключения внешней сети - от аккумуляторной батареи 220 В.
При отключении сети внешнего источника запускается резервная электростанция АДЭС и аппаратура получает питание по двухлучевой схеме: от АДЭС через контакты А аварийного включения резерва и от УГП, питающегося от АДЭС.
Структурная схема однобатарейной системы вторичного электропитания для предприятий связи малой мощности приведена на рис. 8.8. Здесь опорную электропитающую установку экономически выгоднее построить на 24 или -60 В. Другие градации напряжения получаются через полупроводниковые преобразователи постоянного напряжения - конверторы. Они дешевле нескольких аккумуляторных батарей с буферными выпрямителями.
8.7. ДВУХЛУЧЕВАЯ БЕЗАККУМУЛЯТОРНАЯ
СИСТЕМА ЭЛЕ1СГ1ЮПИТАНИЯ
На предприятиях связи с большим потреблением энергии при большой рассредоточенности потребителей применяется двухлучевая безаккумуляторная система питания. Принцип ее состоит в том, что отдельные группы потребителей одного номинала получают питание непосредственно от двух стабилизированных выпрямительных устройств, как показано на рис. 8.9. При нормальном электроснабжении каждая половина выпрямительных устройств получает питание от своего отдельного независимого источника энергии переменного тока. Каждый выпрямитель (луч) загружается на 50% своей номинальной мощности. При отключении одного из источников энергии переменного тока питание аппаратуры осуществляется от работающего выпрямителя при полной его загрузке. В этой системе используют автоматизированные установки ВУЛС-3, в которых имеются два отдельных выпрямителя с общим шкафом фильтров.
Достоинства этой системы:
простота эксплуатации установки ввиду отсутствия аккумуляторов;
меньшая стоимость токораспределительных цепей (по сравнению с первой системой), так как распределение энергии осуществляемся по переменному току.
Недостатки:
необходимость в более надежном электроснабжении предприятии связи;
худшее качество энергии в переходных режимах работы ЭПУ.
Согласно ВНТП332-81 двухлучевая безаккумуляторная система питания может применяться только при следующих условиях:
наличии трех независимых источников электроснабжения, одним из которых является электростанция энергосистемы;
наличии двух независимых внешних источников энергоснабжения и собственной автоматизированной дизельной электростанции, запускающейся автоматически за время не более 30 с после отключения внешних источников электроснабжения.
Система электропитания с отделенной от нагрузки резервной аккумуляторной батареей состоит из стабилизированного выпрямителя, аккумуляторной батареи и дополнительного зарядного выпрямителя. При нормальном электроснабжении питание аппаратуры связи осуществляется от основного стабилизированного выпрямители БВ, а аккумуляторная батарея отключена от нагрузки тиристором VS и находится в режиме подзаряда от дополнительного зарядного выпрямителя ЗВ (рис. 8.10, а). При отключении сети переменного тока аккумуляторная батарея подключается к нагрузке тиристором VS без перерыва в питании аппаратуры. После восстановления напряжения сети аккумуляторная батарея отключается от нагрузки, что дает возможность упростить ЭПУ.
Применяется эта система для:
питания аппаратуры, допускающей значительные изменения питающего напряжения;
питания станций с программным управлением при введении вольтодобавочного конвертора ВДК, исключающего изменение выходного напряжения при разряде АБ.
Для питания электронной аппаратуры применяется устройство, структурная схема которого приведена на рис. 8.10, б. При нормальном электроснабжении аппаратура питается от основного выпрямительного устройства ВУ. Аккумуляторная батарея с постоянно работающим ВДК подключена к выходу выпрямителя, но в питании аппаратуры участия не принимает, так как выходное напряжение ВУ несколько выше напряжения аккумуляторной батареи. От нагрузки аккумуляторная батарея отделена диодной сборкой ДС и находится в режиме непрерывного подзаряда от зарядного выпрямителя ЗВ. При отключении напряжения сети питание аппаратуры осуществляется от аккумуляторной батареи с ВДК.
Достоинства этой схемы: меньше потери энергии и больше перегрузочная способность. Более стабильное напряжение питания обеспечивает схема, приведенная на рис. 8.10, в. При нормальном электроснабжении питание аппаратуры осуществляется от нерегулируемого выпрямительного устройства НУВ. Аккумуляторная батарея находится в режиме содержания, подзаряжаясь от зарядного выпрямителя ЗВ.При отключении электроснабжения нагрузка подключается к аккумуляторной батарее через тот же ВДК без перерыва. После восстановлении напряжения сети аккумуляторная батарея подключается на заряд от зарядного выпрямителя ЗВ. В этой схеме напряжение на выходе ЭПУ в переходных режимах изменяется не более чем на ±4 В.
8.8. УСТАНОВКА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОЮ ТОКА
Назначение. Структурная схема. Установкой бесперебойного питания (УБП) называют совокупность устройств и источников электропитания, обеспечивающих бесперебойную подачу электроэнергии к аппаратуре как при исправном состоянии и сети питания, так и при их отказе.
В состав установки бесперебойного питания входят:
преобразователь электроэнергии;
резервный источник электропитания кратковременного действия;
устройства взаимодействия элементов УБП как между собой, так и с установкой электропитания предприятия связи.
В установке бесперебойного питания резервный источник питания включается мгновенно без перерыва питания.
В отличие от УБП в установках гарантийного питания (УГП) допускается перерыв на время ввода в действие источника резервного питания, например дизельной электростанции.
В настоящее время пригодным для УБП источником резервною питания является только аккумуляторная батарея.
Выпрямительно-аккумуляторная установка бесперебойного питания постоянного тока УБП-ВА. Простейшая установка бесперебойного питания содержит выпрямитель В - основной источник и аккумуляторную батарею А - резервный источник питания. Такая схема приведена на рис. 8.11. Работает она так. При наличии напряжения от внешнего источника выпрямитель работает, обеспечивает питание аппаратуры связи и одновременно с этим подзаряд резервной аккумуляторной батареи.
При отключении внешнего переменного напряжения или повреждении выпрямителя нагрузка бесперебойно получает питание от аккумуляторной батареи. Время разряда батареи должно быть достаточным для восстановления работы выпрямителя. После восстановления напряжения на выходе выпрямителя питание аппаратуры и подзаряд аккумуляторной батареи происходят от выпрямителя одновременно. После окончания заряда батарея переводится в режим непрерывного подзаряда, а аппаратура получает стабилизированное питание от выпрямителя. Установка экономична, надежна, но допускает изменения напряжения при разряде аккумуляторной батареи. Уменьшить колебания напряжения можно введением в схему стабилизирующих противоэлементов (рис. 8.12), функцию которых могут выполнять диоды VD1 и VD2. При нормальном режиме аппаратура получает питание от выпрямителя U1. При отключении выпрямителя питание аппаратуры осуществляется от 
аккумуляторной батареи через диоды VD1 и VD2. Часть напряжения падает на диодах. С уменьшением напряжения батареи по мере разряда устройство контроля напряжения УКН замыкает контакты K1, закорачивает диод VD1. При дальнейшем уменьшении напряжения аккумуляторной батареи УКН закорачивает VD2. Число диодов и их параметры подбираются в зависимости от требований к стабильности напряжения. Но введение диодов в схему ухудшает ее экономичность и надежность.
Хорошие эксплуатационные качества имеет установка бесперебойного питания УБП-ВА, в которой стабилизация напряжения осуществляется автоматическим подключением или отключением групп аккумуляторов (рис. 8.13). В нормальном режиме работы аппаратура получает питание от выпрямителей U1-U3 и через замкнутые контакты Q1, Q2 - от основных элементов аккумуляторной батареи АБ1 и АБ2. При отключении выпрямителей аппаратура питается только от аккумуляторов. По мере разряда напряжение аккумуляторов уменьшается и устройство контроля напряжения подключает последовательно с основной группой элементом дополнительные группы АБ3 и АБ4. Во время переключения контактов 1 - 3 К1 питание аппаратуры производится через диод VD2. При дальнейшем разряде батареи контактами 1-3 К2 подключается вторая дополнительная группа элементов АБ5, АБ6. При восстановлении напряжения от выпрямителей аккумуляторная батарея заряжается. Сначала заряжается вторая группа дополнительных элементов от зарядного выпрямителя U6 и отключается. Затем заряжается первая ступень дополнительных элементов. Основная группа элементов заряжается до напряжения 2,3 В на элемент и в дальнейшем переводится в режим непрерывною подзаряда.
Достоинства такой схемы:
высокий КПД;
простота схемных решений силовой части.
Но при высоких требованиях к качеству напряжения питания сказываются недостатки такой схемы:
ступенчатость изменения напряжения;
неполное использование емкости аккумуляторов;
отсутствие различных градаций напряжений.
Структурная схема УБП с вольтодобавочным преобразователем приведена на рис. 8.14. В нормальном режиме работы напряжение на аппаратуру подается от выпрямителя U1, к которому подключена аккумуляторная батареи АБ, работающая в режиме непрерывного подзаряда. При отключении выпрямителя аппаратура питается от аккумуляторной батареи. В это время напряжение на нагрузке будет меньше напряжения батареи на величину падения напряжения на диоде VD1. Через очень малое время (около 10 мс) включается вольтодобавочный преобразователь ВДП U3. Он формирует постоянное напряжение, равное разности между напряжением, необходимым для питания аппаратуры, и напряжением аккумуляторной батареи. По мере разряда батареи напряжение на выходе ВДП постепенно увеличивается. При восстановлении напряжения от выпрямителя и заряда аккумуляторной батареи до требуемого значения ВДП отключается. Вольтодобавочный преобразователь, предназначенный для устройства бесперебойного питания на напряжение 60 В, имеет следующие параметры: номинальная выходная мощность 1200 Вт, максимальный выходной ток 10 А, частота преобразования 20 кГц, КПД 0,65.
Структурная схема вольтодобавочного преобразователя приведена на рис. 8.15. В нем выходное напряжение регулируется с помощью широтно-импульсной модуляции на частоте 20 кГц.
Принцип его работы состоит в следующем. Напряжение, снимаемое с нагрузки, сравнивается с опорным. Сигнал рассогласования суммируется с пилообразным напряжением. В результате формируются импульсы управления различной длительности. На выходе устройства управления создаются две последовательности импульсов, сдвинутых
между собой на 180°. Эти импульсы усиливаются и подаются на инвертор. Двухполупериодный выпрямитель преобразует двухполярные импульсы в однополярные, которые интегрируются фильтром низкой частоты.
Достоинства этой схемы:
высокая стабильность выходного напряжения;
отсутствие резких отклонений выходного напряжения;
высокая надежность.
Недостаток: низкий КПД.
На рис. 8.16 приведена структурная схема установки бесперебойного питания (БП) на 60 В с постоянно работающим стабилизатором. Принцип ее работы следующий. В нормальном режиме питание аппаратуры осуществляется от нестабилизированного выпрямителя U1 через отдельный стабилизатор напряжения. Аккумуляторная батарея отключена от нагрузки тиристором VS1 и диодом VD1 и находится в режиме содержания. Контакт К2 замкнут. При отключении выпрямителя U1 устройство управления подключает батарею к стабилизатору через тиристор. Замыкающийся контакт К1 шунтирует тиристор. Выпрямитель U2 отключается, по мере разряда батареи напряжение на нагрузке поддерживает стабилизатор. Когда напряжение внешней сети включается, аккумуляторная батарея отключается и переходит в режим заряда от выпрямителя U2. Диод VD1 служит для подключения батареи к нагрузке при неисправности стабилизатора или коротком замыкании в нагрузке.
Достоинства этой схемы: высокое качество выходного напряжения как в статическом, так и в динамическом режиме.
Установка бесперебойного питания напряжением переменного тока. Для обеспечения бесперебойным питанием аппаратуры связи напряжением переменного тока применяются:
установки с трехмашинными преобразователями;
установки с инверторами;
электромашины с инерционными маховиками.
В состав установки с трехмашинным преобразователем УБП-ТМП входят асинхронный электродвигатель, двигатель постоянного тока, синхронный генератор.
Питание аппаратуры осуществляется от синхронного генератора, который приводится в действие электродвигателями.
Установка бесперебойного питания с трехмашннным преобразователем с выходной мощностью 24 кВт (рис. 8.17) состоит из двух рабочих ПР1 и ПР2 и одного резервного ПР рез преобразователей, управляющего устройства и аккумуляторной батареи. Каждый преобразо-
ватель состоит из синхронного генератора, двигателя постоянного тока и асинхронного двигателя. Напряжение внешней сети приводит в действие асинхронный двигатель, от которого работает синхронный генератор постоянного тока. Напряжение от синхронного генератора через панели управления ПУ1 и ПУ2 подается на распределительную панель ПУ3, откуда поступает в нагрузку. При этом машина постоянного тока отключена и аккумуляторная батарея АБ находится в режиме содержания.
При отключении внешней сети двигатель постоянного тока подключается к аккумуляторной батарее, после чего асинхронный двигатель отключается. Двигатель постоянного тока включается не более чем через 60 мс после отключения внешней сети.
После восстановления напряжения внешней сети преобразователь приводится в действие от асинхронного двигателя.
Резервный преобразователь включается вручную без перерыва в подаче питания с помощью устройства на панели ПУ рез.
Выпускается два варианта УБП с выходной мощностью 50 кВт:
с двумя рабочими и одним резервным преобразователями;
с одним рабочим и одним резервным преобразователями.
Управление преобразователями осуществляется с помощью оборудования, размещенного в шкафах.
Структурная схема УБП с выходной мощностью 50 кВт приведена на рис. 8.18.
Здесь напряжение от внешней сети поlается на шкаф ШРС и разветвляется на шкафы ШПГ и ШН, выпрямители содержания U1 и заряда U2. Напряжение от синхронных генераторов подается к шкафам ШН, каждый из которых имеет четыре однофазных вывода на 50 А и два трехфазных на 100 А.
Процессы работы в БП-50 кВт и УБП-24 кВт в основном одинаковы.
Недостатки УВП-ТМП:
большие затраты по обслуживанию электромашинных преобразователей и устройств управления;
низкая надежность из-за наличия вращающихся элементов и прижимных контактов.
Установки переменного тока с инверторами УБП-ВИ. Простейшая структурная схема установки бесперебойного питания УБП-ВИ приведена на рис. 8.19, а. Она состоит из выпрямителя U1, инвертора U2 и аккумуляторной батареи АБ. При нормальном режиме питания напряжение на инвертор подается от выпрямителя. Аккумуляторная батарея отключена.
При выключении напряжения внешней сети переменного тока инвертор получает питание от аккумуляторной батареи. После восстановления напряжения внешней сети инвертор снова получает питание от выпрямителя.
Применение полупроводниковых выпрямителей и инверторов значительно повышает технико-экономические показатели УБП переменного тока.
В установках УБП могут быть применены унифицированные выпрямители, инверторы и полупроводниковые коммутационные устройства.
Унифицированный выпрямитель серии ТППС (рис 8 19, б) состоит из:
нестабилизированного выпрямителя U1 по мостовой трехфазной схеме (Ларионова);
ключа Q1 для подключения аккумуляторной батареи;
устройства контроля напряжения сети и управления ключом Q1.
Ключ Q1 (рис. 8.19, в) составлен из диода VD1, тиристора VS1 и контактора К. При уменьшении напряжения сети переменного тока на 15…20% устройство управления включает тиристор VS1 и контактор К. При восстановлении напряжения сети происходит обратное переключение.
Недостаток ТППС: отсутствие контроля напряжения на их выходе.
Инверторы унифицированной серии ТПС выполняются по схеме трехфазного параллельного инвертора. Они обеспечивают стабильное выходное напряжение при стабильной частоте, снабжены устройствами сигнализации, контроля и дистанционного управления.
Отключающее устройство ТКИ обеспечивает автоматическое отключение нагрузки при недопустимых отклонениях напряжения или тока (рис. 8.20). Оно содержит:
тиристорный ключ Q1;
устройство контроля напряжения и тока нагрузки;
устройство управления ключом;
вспомогательный выпрямитель U1 для заряда конденсаторов.
Устройство работает так. Через каждый полупериод тиристоры открываются (VS1 и VS3), и переменный ток поступает в нагрузку. Когда отклонения напряжения на нагрузке достигнут ±25% или ток станет больше в 1,7…2 раза номинального значения, включается тиристор VS2, конденсатор С разряжается через один из тиристоров VS1 или VS3, после чего открытый тиристор закрывается. Устройство ТКИ пропускает токи 50 и 100 А.
Устройство автоматического переключения нагрузки от неисправного источника переменною тока на резервный ТКЕ (рис. 8.21) содержит электрические ключи из встречно-параллельно включенных тиристоров, а также устройство по току и напряжению.
При нормальных условиях напряжение питания к нагрузке подается от основного источника через тиристоры VS1-VS2, VS3-VS4, VS5-VS6.
При отключении напряжения основного источника за допустимые пределы тиристоры запираются. Устройство управления подключает нагрузку к резервному источнику через тиристоры VS7-VS12.
В УБП-ВИ можно применять однофазный инвертор с питанием от постоянного напряжения 60 В типа ОИТС-60(220)16 на мощность 3,5 кВ×А. На выходе инвертора получается стабилизированное синусоидальное однофазное напряжение 220±2% В.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие системы называют системами электроснабжении?
2. Что называют электроустановкой?
3. Какие источники называют источниками первичного электропитания, а какие - источниками вторичного электропитания?
4. Что такое токораспределительные сети предприятий связи?
5. Назовите особенности магистрально-рядовой токораспределительной сети.
6. Какие преимущества имеет радиальная токораспределительная сеть?
7. Назовите особенности магистрально-полурадиальной токораспределительной сети.
8. По каким признакам классифицируют элсктроприемники предприятии связи?
9. Поясните назначение трансформаторных подстанций.
10. Перечислите оборудование трансформаторных подстанций.
11. Поясните необходимость иметь собственные электростанции.
12. Что называют системами электропитания предприятий связи?
13. По каким признакам классифицируют системы электропитания?
14. Нарисуйте структурную схему буферной системы электропитания.
15. Нарисуйте структурную схему ЭПУ-60 и поясните принцип ее работы.
16. Нарисуйте структурную схему однобатарейной системы вторичного электропитания.
17. Нарисуйте структурную схему двухлучевой безаккумуляторной системы электропитания.
18. Поясните достоинства и недостатки двухлучевой безаккумуляторной системы электропитания.
19. Поясните структурную схему установки бесперебойного электропитания постоянного тока.
20. Поясните работу структурной схемы установки бесперебойного питания напряжением переменного тока.
