Электропитание устройств и систем телекоммуникаций

Размещено на http://allbest.ru

Размещено на http://allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Забайкальский государственный университет»

(ФГБОУ ВО «ЗабГУ»)

Факультет Энергетический

Кафедра Физики и техники связи

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Электропитание устройств и систем телекоммуникаций»

Вариант № 9

Выполнил:

ст. гр. ТКз-17

Дегтярев Павел Алексеевич.

Проверил:

Доцент: Дружинин А.П.

Чита 2021



Содержание

Введение

Задание №1. Трансформаторы, принципы действия устройства

Задание №2. Стабилизаторы постоянного напряжения с импульсным регулированием

Задание №3. Резервирование энергии на предприятиях связи. Понятие электроустановки (ЭП) и электропитающей установки (ЭПУ), требования к ним

Список источников



Введение

Предметом изучения в контрольной работе являются системы электропитания предприятий связи. Основные задачи включают изучение трансформаторов, принцип действия, а также системы электропитания предприятий связи и их состав; основные источники электроснабжения, принципы преобразования электрической энергии, вопросы резервирования и надёжности в системах электропитания. Так как современная аппаратура связи, обеспечивающая эффективную работу всех подразделений, предъявляет жёсткие требования к устройствам электропитания. Несоблюдение требований в отношении надёжности, стабильности напряжения, величины пульсации и т.п. может привести к нарушению связи и управления технологическими процессами, поэтому роль электроустановок и организации бесперебойного электропитания в обеспечении чёткой и безаварийной работы.

трансформаторы электропитание связь



Задание № 1

В основе работы трансформатора лежит явление электромагнитной индукции. Это явление предполагает наличие переменного магнитного поля. Для создания магнитного поля служит магнитная цепь. Поэтому основой устройства трансформатора является магнитная цепь, которая представляет из себя магнитопровод с электрическими обмотками.

Электромагнитная схема простейшего идеального трансформатора показана на рис.1. В таком трансформаторе магнитопроводом может быть прямоугольный ферромагнитный сердечник, на котором размещены две электрические обмотки. Каждая из обмоток имеет определенное количество витков (w₁ и w₂), охватывающих стержни магнитопровода.

Рис.1. Электромагнитная схема идеального трансформатора

Обмотка с числом витков w₁ называется первичной обмоткой и подключается к зажимам A-N источника электроэнергии переменного напряжения U^&1.

Обмотка с числом витков w₂ называется вторичной. К зажимам вторичной обмотки подключается приемник электроэнергии с сопротивлением Z_п.

Под действием переменного напряжения U^&1 источника в первичной обмотке возникает первичный ток I^&1. Этот ток, замыкаясь по виткам первичной обмотки, создает переменную магнитодвижущую силу (МДС) в магнитной цепи трансформатора. Под действием МДС возникает переменное магнитное поле.

При этом магнитный поток Ф& , замыкаясь по ферромагнитному сердечнику, пронизывает все витки обеих обмоток. Согласно закону электромагнитной индукции переменный магнитный поток Ф& , пронизывая витки обмоток, индуктирует в каждом из них ЭДС индукции е. Положительное направление ЭДС одного витка е соотносится с направлением магнитного потока как обозначено на рис.1. При этом ее величина определяется скоростью изменения магнитного потока:

e&^{= dФ&}. (3) dt

Тогда в первичной обмотке с числом витков w₁ создается ЭДС индукции E^&1, пропорциональная числу витков w₁:

E&₁ =e&w1 , (4)

а во вторичной обмотке с числом витков w₂ создается ЭДС E^&₂, пропорциональная числу витков w₂ :

E&₂ =e&w2. (5)

Вторичная ЭДС E^&₂ определяет напряжение на зажимах вторичной обмотки U^&₂, к которой подключен приемник, и ток приемника (вторичный ток) I^&2. Таким образом, приемник потребляет от трансформатора электрическую энергию.

Соотношение по величине между первичным и вторичным напряжениями называется коэффициентом трансформации:

kТ = U₁/U₂. (6)

Для того, чтобы определить это соотношение запишем уравнения по II закону Кирхгофа для электрических контуров первичной и вторичной цепей, обозначенных на рис.1 пунктиром.

U&₁ = E&1 , (7)

U&₂ = E&2. (8)

Уравнения (7), (8) называют уравнениями электрического состояния идеального трансформатора. Исходя из этих уравнений и с учетом (4) , (5) коэффициент трансформации

kТ = U₁/U₂ = E₁ / E₂ = е w₁ / е w₂ = w₁ / w₂ , (9)

т.е. коэффициент трансформации определяется соотношением числа витков первичной и вторичной обмоток.

Если число витков вторичной обмотки меньше, чем в первичной (w₂< w₁), вторичное напряжение меньше первичного (U₂ < U₁), коэффициент трансформации kТ > 1, и такой трансформатор называют понижающим трансформатором. Если число витков вторичной обмотки больше, чем в первичной (w₂ > w₁), вторичное напряжение больше первичного (U₂ > U₁) , коэффициент трансформации kТ < 1, и такой трансформатор называют повышающим трансформатором. Трансформатор с одинаковым числом витков в обеих обмотках обладает коэффициентом трансформации kТ =1. Такой трансформатор называют разделительным.

Таким образом, трансформатор посредством магнитной связи двух обмоток в магнитной цепи преобразует электрическую энергию источника с напряжением U₁ в электрическую энергию, отдаваемую приемнику с напряжением U₂.

При этом вторичное напряжение

U₂ = U₁ / kТ. (10)

Например, трансформатор, имеющий номинальное первичное напряжение U₁ном = 220В, число витков первичной обмотки w₁ = 1300 витков и число витков вторичной обмотки w₂ = 213 витков, обладает коэффициентом трансформации kТ = 1300 / 213 = 6,1 (понижающий трансформатор) и создает вторичное напряжение U₂ = 220 / 6,1 = 36В.

Для обозначения трансформатора в электрических схемах используют его условное графическое обозначение, показанное на рис.2.

Размещено на http://allbest.ru

Размещено на http://allbest.ru

а б

Рис.2. Условное графическое обозначение трансформатора в схемах электрических цепей (а - развернутое, б - упрощенное)

Задание № 2

Выходное напряжение линейных стабилизаторов обычно меньше U_вх на величину падения напряжения на регулирующем элементе. КПД непрерывных стабилизаторов мал (2575 %), так как на регулируемом элементе рассеивается значительная мощность. В импульсных стабилизаторах регулируемое сопротивление заменяется ключом. В качестве ключа обычно применяют транзистор, который периодически переходит из закрытого состояния в открытое и наоборот, подсоединяя или отсоединяя нагрузку, и тем самым регулируя среднюю мощность, забираемую ею от источника. Величина U_вых зависит от соотношения длительности открытого и закрытого состояний ключа. Частота переключений регулируемого элемента от единиц до сотен кГц, поэтому сглаживание пульсаций достигается малогабаритным фильтром, включенным после регулируемого элемента. Так как потери мощности в ключе малы, КПД достигает 0,850,95 при относительной нестабильности 0,1%.

Функциональная схема понижающего импульсного стабилизатора приведена на рис 2.

Рис. 2

В схеме управления СУ сравнивающее устройство, ИОН источник опорного напряжения, ИУ импульсное устройство.

Регулируемый транзистор VT работает в режиме переключений и соединен последовательно с сопротивлением нагрузки R_н. Дроссель и конденсатор образуют сглаживающий фильтр для сглаживания пульсаций U_вых. Диод VD включен в обратном направлении.

Сигнал ошибки, возникший из-за дестабилизирующих факторов, подается со схемы сравнения, которая содержит ИОН, на вход ИУ. В ИУ происходит преобразование медленно меняющегося постоянного напряжения в последовательность импульсов. Если ИУ создает на своем выходе импульсную последовательность с постоянным периодом повторения и с меняющейся в зависимости от сигнала ошибки длительностью импульса t_и, то схему называют стабилизатором с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), если t_и = const, а меняется частота, то это стабилизатор с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ). Если же ИУ замыкает ключ при U_вых <U_пор и размыкает при U_вых > U_пор, то такую схему называют релейным или двухпозиционным стабилизатором. VT, VD, L, C образуют силовую цепь, а СУ, ИУ и ИОН цепь управления.

Работа стабилизатора (рис.3). При подаче U_вх VT открыт и ток через дроссель поступает в R_н. Конденсатор заряжается в течение t_и. Относительная длительность импульса и/T.U_L= U_вх-U_вых. Когда U_н U_нmax, в цепи ООС вырабатывается такой управляющий сигнал, который запирает VT и i_k=0. В дросселе возникает противо-ЭДС, препятствующая снижению тока, что способствует отпиранию диода. Энергия, запасенная в фильтре, поступает в R_н. i_д протекает через дроссель, С, R_н, VD. При уменьшении i_д уменьшается U_н и когда U_н U_н.мин, схема управления вырабатывает отпирающий сигнал, VT открывается, пропуская ток в нагрузку. i_L=i н=i_k+i_д. U_вых сохраняет заданный средний уровень U_н. Из равенства нулю постоянной составляющей напряжения на дросселе следует:

T( U_вх U_вых)=(T T) U_вых, откуда U_вых=U_вх.

Рис. 3

Принцип действия стабилизатора с ШИМ иллюстрирует рис.4 Частота переключения регулируемого транзистора постоянна. Изменяется соотношение между длительностями открытого и закрытого состояний регулирующего транзистора. На вход сравнивающего устройства (компаратора) подаются два сигнала, один из которых U_ГПН поступает с генератора пилообразного напряжения, а второй с выходного делителя. Переключение транзистора будет происходить в момент равенства этих сигналов. При увеличении U_вх возрастает KU_вых, (K - коэффициент деления выходного делителя) что вызывает уменьшение длительности открытого состояния транзистора и соответствующее уменьшение U_н. По сравнению с релейным стабилизаторы с ШИМ более сложны и содержат большее число элементов.

Рис. 4

В стабилизаторе с ЧИМ t_и =const , а частота изменяется. Недостатки такого стабилизатора: сложность схемы управления, обеспечивающей изменение частоты в широких пределах; уменьшение коэффициента сглаживания при уменьшении частоты. В стабилизаторах с ШИМ можно подобрать оптимальную частоту, при которой КПД наибольший.

В стабилизаторах с ЧИМ и ШИМ пульсации выходного напряжения меньше. В релейном стабилизаторе U_вых~ принципиально не может быть равна нулю, так как периодическое переключение триггера в схеме управления возможно при изменении U_н в пределах от U _н.макс до U_н.мин.

Импульсный стабилизатор с параллельным включением транзистора

Рис. 5

В импульсном стабилизаторе с параллельным включением транзистора (рис.5) VT открыт в течение t_и =T, U_L U_вх, в дросселе накапливается энергия, а конденсатор разряжается на нагрузку. При запирании транзистора в дросселе наводится ЭДС самоиндукции.

U_вых = U_вх +U_L. Под действием этого напряжения открывается диод и конденсатор заряжается. Напряжение на дросселе U_L=U_вых- U_вх. Постоянная составляющая напряжение на дросселе равна нулю, поэтому

U_вх T = (U_вых х U_вх)(T T), Откуда U_вых = U_вх /(1 ).

Это стабилизатор повышающего типа.

Рис. 6

В инвертирующем стабилизаторе (рис.6 ) при открытом VT в течение T в дросселе запасается энергия, U_L= U_вх, конденсатор разряжается на нагрузку. При закрытом VT в дросселе индуцируется ЭДС с обратным знаком. U_L= U_вых в течение T-T. Конденсатор заряжается от дросселя через открытый диод. Так как постоянная составляющая напряжения на дросселе равна нулю,

U_вх T= U_вых (TT): U_вых = U_вх /(1).

Величина выходного напряжения может быть больше входного, если >0,5 и меньше входного, если <0,5. По мере повышения частоты переключения регулирующего транзистора происходит увеличение относительной длительности процессов рассасывания избыточных носителей в базе VT и диода. Это может привести к нарушению устойчивой работы и переходу к режиму автоколебаний. При этом возрастают динамические потери в элементах стабилизатора и уменьшается его КПД. Коммутационные процессы приводят к изменению формы прямоугольных импульсов токов и напряжений (затягиваются передний и задний фронты), но это не столь существенно. Хуже то, что VT испытывает большую кратковременную перегрузку по току. Когда на базу закрытого VT поступает управляющий импульс, открывающий его, i_к начинает нарастать, а ток через блокирующий диод VD убывать. Поскольку VD еще открыт, транзистор работает в режиме короткого замыкания и к нему приложено U_вх. При этом I_к может в 5-10 раз превосходить I_н. Таким образом, инерционность реальных диодов является основной причиной коммутационных перегрузок регулируемых транзисторов. Эти перегрузки будут тем больше, чем лучше импульсные свойства транзистора и хуже быстродействие диода. Приходится выбирать более мощный транзистор, использование которого по току будет низким. Для уменьшения перегрузок в коллекторную или эмиттерную цепи вводят токоограничивающие элементы. Введение дополнительного дросселя в коллекторную цепь показано на рис. 7

Рис. 7

L_доп уменьшает скорость нарастания тока коллектора R_доп обеспечивает запирание VD_доп к моменту открывания транзистора VT. Разряд дросселя происходит при закрытом транзисторе через диод VD_доп на R_доп. В коллекторную или эмиттерную цепь может быть введен двухобмоточный дроссель (риc 8)

Рис. 8

Электромагнитная энергия, накопленная в L_доп, при протекании тока через транзистор возвращается обратно в источник при закрытом VT. По сравнению с предыдущим случаем КПД стабилизатора увеличивается за счет исключения потерь мощности в R_доп. При протекании тока через VD_доп U_кэмакс= U_вх + U_вх W1/W2. Для уменьшения U_кэмакс соотношение между W1 и W2 должно быть W2 (5-10)W1. При этом амплитуда напряжения на закрытом диоде U_доп=(5-10) U_вх.

С целью уменьшения U_кн, t_вкл и I_кэ0 запирание регулируемого транзистора производится подключением к переходу база-эмиттер источника запирающего напряжения (рис. 9,а).

Рис. 9

Когда VT1 открыт, VT2 закрыт, C1 заряжается током базы I_б1. При отпирании VT2 U_c1 закрывает VT1. Однако U_c1 может изменяться в зависимости от величины входного напряжения и уменьшаться, разряжаясь на R1. Поэтому вместо R1 включают стабилитрон или диоды в прямом направлении (рис. 9,б). Хотя импульсные стабилизаторы экономичнее линейных, им присущи некоторые недостатки, основными из которых являются:

1) повышенное значение коэффициента пульсаций выходного напряжения (у релейных до 10-20%, с ШИМ - 0.1-1% );

2) большое динамическое внутреннее сопротивление, то есть падающая внешняя характеристика;

3) большие помехи, создаваемые стабилизатором, для ослабления которых на входе и выходе включаются дополнительные фильтры.

Это определяет их область применения: в устройствах электропитания с постоянным током нагрузки значительной мощности, где требуются малый вес и габариты, но допускаются значительные пульсации выходного напряжения.

В настоящее время выпускается три разновидности интегральных микросхем (ИМС) импульсных стабилизаторов:

1) импульсные стабилизаторы повышающего типа, с питанием от низкого входного напряжения от 2 до 12В, с минимальной рассеиваемой мощностью и встроенным полевым транзистором (серия стабилизаторов 1446ПН1, 1446ПН2, 1446ПН3);

2) универсальные маломощные ИМС, которые можно использовать при построении самых различных схем импульсных стабилизаторов (например, 142ЕП1 или 1156ЕУ1);

3) законченные стабилизаторы, включающие схему управления и силовой транзистор на ток до 10А (например, 1155ЕУ1).

В таблице 1 приведены основные характеристики ИМС импульсных стабилизаторов этих трех групп. Повышающие импульсные стабилизаторы 1446ПН1, 1446ПН2 и 1446ПН3 предназначены для работы с низким входным напряжением и фиксированным выходным напряжением +5 или +12В. КПД таких стабилизаторов доходит до 88%, а рабочая частота до 170 кГц. При малой выходной мощности в качестве ключевого элемента используется внутренний полевой транзистор. Для питания мощных нагрузок необходимо использование дополнительного биполярного или полевого транзистора. Основное применение такие ИМС находят в источниках бесперебойного питания отдельных плат ЭВМ, при питании измерительных приборов от гальванических элементов, в переносных устройствах связи.

Таблица 1. Основные характеристики ИМС управления импульсными стабилизаторами

Тип ИМС	Функциональное назначение	Uвх, В	Iвых, А	fпр, кГц	Pрас, Вт (КПД,%)
1446ПН1 (MAX731)	Повышающий конвертор	2,5...5,2	0,200	170	(80)
1446ПН2 (MAX734)	То же	2...12	0,175	170	(80)
1446ПН3 (MAX641)	То же	1...12	0,450	45	(80)
142ЕП1 (LM100)	Набор элементов для построения импульсного стабилизатора	<40	0,200	100	0,6
1156ЕУ1 (µA78S40)	То же	<40	1,500	100	1,5
1155ЕУ1 (LAS6380)	Мощный импульсный стабилизатор	<40	8,000	200	8,5

Наиболее универсальными являются ИМС второй группы, которые представляют собой набор элементов для построения импульсных стабилизаторов различных типов. Из этих микросхем наиболее совершенной является ИМС типа 1156ЕУ1, упрощенная структурная схема которой приведена на рис.10 Микросхема представляет собой набор типовых блоков импульсного стабилизатора, расположенных на одном кристалле. В состав ИМС входят следующие узлы и блоки: источник опорного напряжения 1,25 В; операционный усилитель с напряжением смещения 4 мВ, коэффициентом усиления больше 200 тыс., скоростью нарастания 0,6 В/мкс; широтно-импульсный модулятор, включающий задающий генератор, компаратор, схему "И" и RS - триггер; ключевой транзистор с драйвером (предварительным усилителем); силовой диод с прямым током 1А и обратным напряжением 40В.

Рис. 10

Микросхема может управлять внешним биполярным или полевым транзистором, если требуется выходной ток больше 1,5 А и напряжение выше 40 В.

ИМС 142ЕП1 использована в схеме ИСН релейного типа, структурная схема которого приведена на рис. 11.

Рис. 11 ИСН релейного типа.

ФРП двухзвенный LC-фильтр радиопомех, ослабляющий напряжение радиопомех, вносимых стабилизатором напряжения в первичную сеть при его работе.

РЭ силовой транзисторный ключ, состоящий из ИМС типа 286ЕП3 (набор двух мощных транзисторов), дополнительного умощняющего транзистора VT и дросселя, ограничивающего скорость нарастания тока I_к транзистора VT.

СФ (VD, L и C), фильтр, интегрирующий последовательность однополярных импульсов.

ВФ высокочастотный фильтр, дополнительно ослабляющий напряжение высокочастотных пульсаций тока нагрузки.

УЗ устройство защиты, обеспечивает защиту от перегрузок (транзисторная защита).

На один из входов дифференциального УПТ подается опорное напряжение, на другой входнапряжение с делителя, равное опорному. Сигнал рассогласования через эмиттерный повторитель ЭП поступает на триггер Шмидта. На его выходе вырабатываются однополярные импульсы, длительность которых изменяется в зависимости от сигнала УПТ. Эти импульсы управляют параллельным ключом ПК, который открывает или закрывает транзистор РЭ.

Задание № 3

Согласно ведомственным нормам технологического проектирования для электроснабжения предприятий связи должны использоваться два и более источников электропитания. Следовательно, требуются устройства, которые могут автоматически подключать нагрузку к любому исправному источнику Они получили название устройств автоматического включения резерва -- АВР. На предприятиях связи установка АВР производится со стороны низкого напряжения.

В нормальном режиме работы нагрузка питается от внешней сети. Если напряжение в сети отсутствует, то размыкается контакт К1 и замыкается контакт К2. Одновременно с этим выдаётся команда на запуск дизель-генераторной электростанции (АДЭС), которая замещает повреждённый ввод сети. После восстановления напряжения сети контакт К2 размыкается, контакт К1 замыкается/нагрузка вновь получает питание от внешней сети и АДЭС останавливается.

Устройство позволяет подключать нагрузки к любому из двух источников, имеющихся в электроустановке предприятия связи. Предположим, что оба источника находятся под напряжением и нагрузки через контакты К4 реле К4 питаются от первого источника. В этом случае контакты KL1, К2.1, К3.1 реле контроля напряжения KU К2 и КЗ замкнуты и обмотка контактора К4 находится под -напряжением. Размыкающие контакты (7.2, К2.2, К3.2 реле контроля напряжения К1... КЗ, которые включены в цепь обмотки контактора К5, разомкнуты и через обмотку этого 'контактора ток не протекает. При отключении напряжения любой 'из фаз первого источника отпускает соответствующее реле контроля напряжения и его контакты отключают обмотку контактора К4, контакты К.4 размыкаются. После отпускания реле контроля напряжения через его размыкающие контакты К1 2... КЗ 2 напряжение на обмотку контактора Кб и его контакты подключают нагрузку ко второму источнику. Суммарное время переключения нагрузки может достигать 0,6... 0,8 с. Описываемое (устройство требует регулировки и чистки контактов, обладает сравнительно невысокой надежностью, поэтому в настоящее время начали широко внедряться более совершенные полупроводниковые устройства АВР.

Полупроводниковые АВР обладают большим быстродействием, высокой надёжностью и практически не требуют обслуживания, В таких АВР применяются тиристоры, управление которыми осуществляется транзисторами и микросхемами. В качестве примера подобных АВР могут служить устройства переключения типа ТКЕ и ТКИ.

Электроустановкой - предприятия проводной связи называется комплекс сооружений, обеспечивающий электроснабжение предприятия, электропитание аппаратуры, освещение и функционирование других устройств, связанных с жизнедеятельностью предприятия связи как в нормальных, так и в аварийных условиях. в состав электроустановки входят линии электропередачи, трансформаторные подстанции, собственные электростанции, электрические сети технических территорий и помещений, электропитающие установки, средства электроосвещения, устройства вентиляции и кондиционирования воздуха.

Электропитающей установкой (ЭПУ) предприятия связи называется часть электроустановки, предназначенной для преобразования, регулирования, распределения и обеспечения бесперебойной подачи различных напряжений постоянного и переменного тока, необходимых для нормальной работы аппаратуры связи. в состав ЭПУ входят выпрямительные устройства, аккумуляторные батареи, агрегаты бесперебойного питания постоянным и переменным током, преобразователи и стабилизаторы напряжения, коммутационное оборудование и токораспределительные сети, связывающие между собой оборудование электропитания и аппаратуру связи.

Электроустановки предприятий связи должны отвечать следующим основным техническим требованиям: обеспечивать аппаратуру связи напряжениями необходимой стабильности, пульсация напряжения не должна превышать допустимые пределы, обеспечивать надёжность и гарантии, необходимые для нормальной работы питаемой аппаратуры связи, обеспечивать максимально возможную степень автоматизации работы установки, обладать высокими значениями клт.д. и cos ф; строиться с максимальным использованием типового унифицированного оборудования и быть экономичными в строительстве и эксплуатации.

Одним из важных признаков, характеризующих системы и электропитающие установки, является наличие в их составе аккумуляторных 'батарей и способы их эксплуатации. По этому признаку системы могут быть разделены на 'буферную с подключенной к нагрузке аккумуляторной батареей, аккумуляторную с отделённой от нагрузки батареей и без аккумуляторную, так называемую двухлучевую систему. В буферной системе электропитания аккумуляторная батарея выполняет роль не только резервного источника, но также существенным образом влияет на устойчивость системы в целом и снижает пульсации выпрямленного напряжения. Исследования систем электропитания, в состав которых входят выпрямители 'ВУК, показали, что с увеличением в нагрузке доли широтно-импульсных стабилизированных источников вторичного электропитания заметно ухудшаются условия устойчивой работы выпрямительных устройств и ЭПУ в целом. Стабилизированные источники вторичного электропитания ИВЭ ло отношению к электропитающей установке являются нагрузками, которые характеризуются постоянным, отбором мощности при изменении входного напряжения. В случае снижения подаваемого на них напряжения ИВЭ потребляют больший ток, чем при повышенном напряжении. Это означает, что входное сопротивление источника с понижением входного напряжения тоже уменьшается. Если на входе источника напряжение будет расти, то будет также увеличиваться его входное сопротивление.

Определение качества питающих напряжений, вырабатываемых ЭПУ

Несмотря на многообразие структурных схем электроустановок имеются положения, которые являются общими при создании электроустановок предприятий связи.

В качестве основного источника электроэнергии для электроустановок предприятий проводной связи служат электрические сети энергосистем, районные и городские подстанции и распределительные пункты. Обычно к предприятию связи электроэнергия подводится при напряжении 6... 10 кВ. Распределение электроэнергии внутри предприятия связи осуществляется, как правило, трехфазным переменным током с напряжением 380/220 В. Показатели качества подаваемого на вход электроустановки переменного напряжения определяются ГОСТ «Электрическая энергия. Нормы качества электрической энергии и ее приемников, присоединенных к электрическим сетям общего назначения».

Показатели качества постоянного и переменного напряжений, подаваемых на аппаратуру связи, нормируются ГОСТ 5237--83-«Аппаратура электросвязи. Напряжения питания и методы измерений» и техническими условиями на аппаратуру. Указанный стандарт распространяется на стационарную аппаратуру связи и устанавливает значения напряжений на ее входе, а также методы их измерений. В соответствии с требованием стандарта обязательными напряжениями для питания аппаратуры являются номинальные напряжения постоянного тока 60 и 24 В, причем номинальному напряжению 60 В следует отдать предпочтение. Пределы изменения указанных напряжений могут составлять ±10%! и ( + 20...--Ю)% от указанных номинальных напряжений. Аппаратура должна также рассчитываться на воздействие одиночных импульсов напряжения прямоугольной формы с амплитудой ±20% от номинального значения в течение 0,4 с и плюс 40% от номинального значения в течение 0,005 с. Кроме того, аппаратура не должна повреждаться при понижении напряжения ниже указанных пределов и восстанавливать автоматически свою работоспособность при восстановлении питающего напряжения Однофазные или фазные напряжения трехфазной системы, на которые рассчитывается аппаратура, должны соответствовать номиналу 220 В при изменении в пределах 187...242 В включительно для питания аппаратуры от сети общего назначения и 213..... 227 В включительно для питания аппаратуры с применением в ЭПУ устройств стабилизации напряжения. Пределы изменения частоты составляют 47,5... 52,5 Гц. Допускаемый коэффициент нелинейных искажений не более 10%. Значения напряжения измеряют на входных зажимах групповых устройств токораспределения и защиты, входящих в комплект аппаратуры, или на ее стойках Примером группового устройства токораспределения может служить токораспределительный щит, устанавливаемый в автоматном зале для литания новой электронной аппаратуры (коммутации. Частота переменного тока может измеряться в любых точках сети, питающей аппаратуру. Для измерения напряжений и частоты следует применять соответствующие приборы, погрешность которых должна быть на порядок ниже допускаемых предельных отклонений измеряемого значения.

В электроустановках предприятий связи резервирование внешней сети переменного тока осуществляется посредством собственных электростанций, оборудованных автоматизированными дизель-генераторными агрегатами. Число агрегатов, применяемых в собственной электростанции предприятия связи, выбирается в зависимости от условий электроснабжения и категории технологического злектроприемника. Если технологическими электроприемниками служат междугородные телефонные станции, телеграфные станции и узлы, узловые АТС, районные АТС емкостью более 20 000 номеров на районированной сети, ОУП кабельных магистралей, районные узлы связи для промышленных районов и АТС емкостью 3000... 20 000 номеров включительно на нерайонированных сетях, то при электроснабжении от двух независимых источников в электроустановке оборудуется станция с одним агрегатом. На сетевых узлах и узлах автоматической коммутации при тех же условиях электроснабжения в электроустановке применяются два агрегата Электроснабжение не узловых АТС емкостью 3000..... 20 000 номеров включительно на районированных сетях допускается осуществлять от одного независимого источника при двух вводах. В этом случае электростанция оборудуется двумя автоматизированными агрегатами. (При электроснабжении от двух независимых источников в электроустановке собственная электростанция не оборудуется, а резервирование осуществляется от передвижных электростанций. Оборудование собственных электростанций, как правило, устанавливается с учетом обеспечения нагрузок при полном развитии предприятия связи. При применении нескольких агрегатов допускается поэтапная установка оборудования.

В электроустановках предприятий проводной связи предусматривается применение двух группных аккумуляторных батарей с расчетным временем разряда каждой из групп в час наибольшей нагрузки (ЧНН) по 0,5 ч. Исключения составляют электроустановки электронных и сельских АТС, в которых допускается использование батарей с большим запасом емкости. В подавляющем большинстве случаев в электроустановках применяются свинцовые аккумуляторы, работающие в режиме непрерывного под-заряда при напряжении (2,2±0,05) В на аккумулятор. На сельских предприятиях при нагрузках не более 25 А допускается применение щелочных аккумуляторов. В установке должны предусматриваться выпрямительные устройства, обеспечивающие заряд кислотных батарей при напряжении 2,3... 2,4 В на один элемент, а также их 'формовку и проведение контрольного заряд-разряда, При отсутствии аккумуляторов необходимой емкости допускается использование аккумуляторов меньшей емкости, включенных параллельно.

Электроустановки с применением аккумуляторных батарей обеспечивают следующие режимы работы:

- нормальный режим -- при наличии электроснабжения от внешних источников. Аппаратура получает питание от выпрямителей, а аккумуляторные батареи находятся в режиме непрерывного под-заряда;

- переходный режим -- при прекращении подачи напряжения от? внешних источников и до запуска собственной электростанции, когда потребители получают электроэнергию от разряжающихся аккумуляторных батарей; резервирование электроснабжение напряжение питающий

- режим работы от собственной электростанции или от восстановленного внешнего источника, при котором электропитание аппаратуры и автоматический дозаряд батарей производится о~$ выпрямительных устройств.

При размещении в одном здании различной аппаратуры о целью сокращения капитальных и эксплуатационных затрат обычно предусматривается использование общего оборудования электропитания. При этом электропитающая установка должна отвечать наиболее высоким требованиям, предъявляемым со стороны любого вида питаемой аппаратуры.

В процессе проектирования общей ЭПУ необходимо также рассмотреть и решить вопрос об электромагнитной совместимости подключаемой к ЭПУ аппаратуры. В обоснованных случаях допускается применение на одном предприятии нескольких ЭПУ.

Создание силовых полупроводниковых преобразователей и аккумуляторов закрытого типа с каталитическими пробками позволяет приступить к разработке децентрализованных ЭПУ, размещаемых в одних помещениях с аппаратурой связи. Приближение » ЭПУ к питаемой аппаратуре улучшает качество питающего напряжения питания, экономит цветной металл, требуемый для токораспределительных сетей, повышает к.п.д. ЭПУ и уменьшает нежелательные взаимные влияния между различными видами аппаратуры.

На некоторых предприятиях связи внедрена без аккумуляторная двухлучевая система электропитания. Применение двухлучевой системы основано на условии, что не произойдет одновременного отключения или провал напряжения более чем на 40% номинального значения по обеим питающим линиям, идущим от независимых внешних источников. Другим' условием применения двухлучевой системы является обязательное технико-экономическое исследование целесообразности ее применения. При этом следует иметь в виду, что существующий и выпускаемый парк выпрямителей не рассчитан и не проверен для работы этих выпрямителей на нагрузку с отрицательным наклоном вольт-амперной характеристики, доля которой будет непрерывно возрастать по мере внедрения новой аппаратуры.

Электроустановки, использующие двухлучевую без аккумуляторную систему, обеспечивают режимы работы, при которых:

1) Потребители получают электропитание через выпрямители, одновременно получающие электроэнергию от двух независимых источников,

2) один из независимых источников отключен и выпрямители обоих лучей через устройства автоматичеокого ввода резерва подключены к одному исправному источнику,

3) потребители одновременно питаются от исправного независимого источника и собственной электростанции по двухлучевой схеме;

4) питание потребителей вновь переводится на два независимых внешних источника;

5) выпрямители обоих лучей подключены к собственной электростанции;

6) аппаратура питается от одного выпрямителя при неисправности другого

В перечисленных режимах можно отметить два свойства, которые могут неблагоприятно сказаться на работе питаемой аппаратуры 1) в режиме двухлучевого питания от внешней сети и собственной электростанции обязательна автоматическая синхронизация агрегатов электростанции с внешним источником, так как в противном случае на аппаратуре могут появиться пульсации с разностной частотой источников, которые не подавляются фильтрами выпрямителей, 2) замещение отключившегося внешнего источника собственной электростанцией и обратный перевод на восстановленный внешний источник могут вызвать в работе переходные процессы, которые следует учитывать при подключении к ЭПУ аппаратуры связи.

Бесперебойный переменный ток, требуемый для электропитания аппаратуры связи, в настоящее 'время обеспечивается с помощью агрегатов, в состав которых входят полупроводниковые выпрямители и инверторы, а в качестве резервного источника - аккумуляторная батарея. Однако на сети связи до сих пор работают электромашинные агрегаты, которые используются для получения бесперебойного переменного тока.

Постоянно работающие агрегаты бесперебойного питания резервируются либо аналогичными агрегатами, либо внешней сетью. В обоих случаях замещение поврежденного агрегата производится автоматически. В случае замещения агрегата сетью необходимо предварительно решить вопрос о влиянии помех от сети на работу аппаратуры. Резервирование сетью можно применять только в том числе, если имеющиеся в сети помехи не приведут к сбою в работе питаемой аппаратуры.

Гарантированный переменный ток обеспечивается собственной электростанцией, которая после отключения внешнего источника автоматически принимает на себя нагрузку.

Устройства автоматического включения резерва АВР предназначены для автоматического переключения потребителей на резервное питание при исчезновении нормального питания цепей управления, освещения и силового оборудования. Переключение с одного ввода на другой происходит за определенный промежуток времени, при этом временная установка может регулироваться. Параметры питающей электросети АВР следующие: Трехфазное напряжение--380/220В; Однофазное напряжение--220В. Устройства АВР изготавливаются в исполнении шкафов ШО8300, ШУ8300, блоков БУ, панелей ПУ, ящиков ЯУ, Я8300 и т.д.

Устройства автоматического включения резерва АВР с приоритетом первого ввода, когда электропитание потребителей осуществляется исключительно от первого ввода. В случае попадания напряжения на нем происходит переключение на второй ввод. При восстановлении напряжения на первом вводе происходит автоматический возврат на этот ввод.

Устройства автоматического включения резерва АВР с равноценными вводами может работать длительное время, как от первого, так и от второго ввода. В случае попадания напряжения на первом вводе или принудительном отключении электропитания, происходит автоматическое переключение на второй ввод, без возврата на первый, независимо оттого, что электропитание может быть восстановлено на первом вводе. Автоматическое переключение на первый ввод происходит в случае попадания электропитания на втором вводе, при условии наличия электропитания на первом вводе. Возможно ручное переключение с одного ввода на другой.

Устройства автоматического включения резерва АВР без возврата. При попадании электропитания на первом вводе, АВР автоматически переключается на второй ввод. При восстановлении электропитания на первом вводе, переключение производится только в ручном режиме.

АВР может работать в таком режиме, когда каждый ввод работает независимо от другого на своего потребителя. В случае выхода из строя одного из вводов, все потребители подключаются к исправному вводу. С устройствами АВР могут быть совмещены: световая индикация и звуковая сигнализация; приборы учёта и распределения электроэнергии.

Электромеханические АВР на контакторах наиболее распространены и имеют достаточно высокое быстродействие (десятки-сотни миллисекунд) среди электромеханических аппаратов, уступая только тиристорным. При двухвходовой и трехвходовой схеме АВР существует возможность ввести в дополнение к электрической механической блокировке контакторов. Механическая блокировка выполняется на базе простого и надежного рычажного механизма. Количество вводов принципиально не ограничено и определяется логикой работы системы автоматики, управляющей контакторами.

Трёхвходовые АВР на базе двухвходовых, как правило, выполняются на номинальные токи до 630 А. Это связано с конструктивным исполнением контакторов и управляемых выключателей. При токах, больших 630 А, трехвходовые АВР выполняются непосредственно на трёх аппаратах. Механическая блокировка при этом производится специальным тросовым блокировочным механизмом.

Условия эксплуатации АВР: Высота над уровнем моря не более 2000 м. Температура окружающего воздуха от минус 40° до 40°С. Относительная влажность воздуха до 98% при температуре 25°С. Окружающая среда не должна содержать газы, жидкости и пыль в концентрациях, нарушающих работу аппаратов и приборов.

Группа условий эксплуатации в части воздействия механических факторов внешней среды М3 по ГОСТ 17516.1-90. Степени защиты, обеспечиваемые оболочками - IP31 и IP55, по ГОСТ14254-96.

НКУ АВР используются в электрических сетях с системами заземления по ГОСТ 30331.2-95 (МЭК 364-3-93):

- TN-S (нулевой рабочий и защитный проводники работают раздельно)

- TN-S-C и TN-C (нулевой рабочий и защитный проводники объединены)

- ТТ (непосредственная связь корпусов оборудования с землей).



Список источников

1. Калугин Н.Г. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: учебник / Калугин, Николай Георгиевич; под ред. Е.Е. Чаплыгина. - Москва : Академия, 2011. 192 с. - ISBN 978-5-7695-6857-2.

2. Электропитание устройств связи Воробьев А.Ю. Электроснабжение компьютерных и телекоммуникационных систем - Москва : Эко-Трендз, 2003. - 280 с. : ил. - ISBN 5- 88405-048-8

3. Электропитание устройств связи: Учебник для вузов/ А.А. Бокуняев, Бушуев В.М., Жерненко А.А. и др.; Под ред. Козляева Ю.Д. - М.; Радио и связь, 2004. - 328 с.

Размещено на Allbest.ru

...