Телекомунікаційні системи та мережі. Том 1. Структура й основні функції.  /  Зміст  /  Розділ 13. Електроживлення телекомунікаційних систем зв’язку   /  Тема 13.2. Системи електроживлення підприємств електрозв’язку

Зміст:

13.2.1. Системи електроживлення підприємств електрозв’язку

Згідно з ВНТП 332—81, залежно від складу обладнання ЕЖУ і способу експлуатації АБ, системи електроживлення класифікують у такий спосіб:

  • буферна система електроживлення;
  • двопроменева безакумуляторна система електроживлення;
  • система електроживлення з відокремленою від навантаження резервною акумуляторною батареєю.

У буферній системі живлення апаратури при нормальному електропостачанні здійснюється від стабілізованих вирівнюючих пристроїв, що забезпечують одночасно безперервне підзаряджання АБ (основних груп АБ), підключених паралельно навантаженню. При перервах в електропостачанні живлення апаратури здійснюється від АБ. Оскільки напруга АБ в міру її розряду падає, то для її підтримки в заданих межах застосовуються спеціальні пристрої регулювання або стабілізації. У разі, коли апаратура допускає зміну напруги в межах ±10 % встановленого значення, застосовується регулювання або комутація груп додаткових елементів, або комутація груп кремнієвих вентилів.

На рис. 13.2.1, а зображено спрощену структурну схему ЕЖУ при буферній системі живлення з комутацією груп додаткових елементів (ДЕ), підключення яких здійснюється пристроєм комутації (ПК) у міру розряду АБ. Підзаряджання ДЕ здійснюється від випрямляча заряду (ВЗ), а основної групи — від буферного випрямляча (БВ). Установки електроживлення, побудовані за цим принципом, набули широкого застосування як у вітчизняній, так і закордонній практиці для живлення апаратури міських АТС декадно-крокової і координатної систем комутації, МТС, АМТС в установках прямих з’єднань телеграфних станцій тощо.

Рис. 13.2.1. Структурні схеми буферної системи живлення: а — з комутацією груп додаткових елементів; б — з комутацією груп кремнієвих вентилів; в — з автопускаючим вольтододатковим конвертором

При регулюванні напруги комутацією груп кремнієвих вентилів (нелінійний елемент (НЕ) на рис. 13.2.1, б) ЕЖУ істотно спрощується. Однак у цьому разі при нормальному електропостачанні напругу на виході БВ необхідно підтримувати на вищому рівні, ніж цього вимагає апаратура. У зв’язку з меншою економічністю цього способу регулювання напруги він застосовується при відносно невеликій потужності, наприклад, у ЕЖУ ±60 В при навантаженнях до 70 А.

На сьогодні у мережах зв’язку широко застосовують цифрові системи передачі і станції з програмним керуванням, виконані на інтегральних мікросхемах (ІМ). Незважаючи на те, що живлення ІС цієї апаратури здійснюється через індивідуальні конвертори або випрямлячі, встановлені безпосередньо в стояках апаратури, вимоги до якості електроенергії, що виробляється ЕЖУ, є жорсткішими. Так, для станцій АТСЕМТ20, 25, «Елінг» та АТС і АМТС КЕ «Кварц», «Джерело» припустиме відхилення напруги — 60 В у перехідних режимах роботи ЕЖУ складає +10...–6 %, а пульсація напруги не повинна перевищувати 2 мВ псофометричних. Необхідна якість вироблюваної ЕЖУ електроенергії не завжди може бути забезпечена при регулюванні комутацією груп додаткових елементів акумуляторної батареї. Тому для живлення нових систем зв’язку у вітчизняній і закордонній практиці застосовується буферна система живлення, яка забезпечує стабілізацію напруги за допомогою авторегулюючих вольтододаткових конверторів (ВДК). Можливі два варіанти роботи ЕЖУ. За першим варіантом (рис. 13.2.1, в) при нормальному електропостачанні ВДК відключений пристроєм комутації (ПК), а його вихід зашунтований діодним мостом (ДМ) (варіант із пасивним ВДК). У разі відсутності електропостачання чи аварії в БВ ВДК автоматично вмикається і компенсує зниження напруги акумуляторної батареї. Після відновлення електропостачання і зарядки АБ до заданої напруги ВДК відключається. Згідно з другим варіантом (варіант з активним ВДК) ВДК постійно підключений до кола навантаження, що істотно підвищує якість електроенергії, що виробляється в перехідних режимах роботи ЕЖУ. Енергетичні показники другого варіанта дещо нижчі через постійну витрату енергії у ВДК.

У залежності від числа необхідних номіналів напруги живлення буферна система може бути виконана за багатобатарейним принципом (на кожну напругу постійного струму передбачається окрема ЕЖУ) чи із застосуванням однієї опорної батареї; всі інші напруги постійного і змінного струму, необхідні для живлення апаратури зв’язку, виробляються за допомогою перетворювачів чи агрегатів безперебійного живлення (АБЖ). На об’єктах зв’язку, де навантаження за окремими номіналами не можуть бути забезпечені випрямлячами, що випускаються промисловістю, а обладнання комутації АБ чи сама апаратура вимагає живлення від окремих джерел, допускається застосування двох чи більше ЕЖУ однієї напруги (децентралізований варіант буферної системи).

Переваги буферної системи електроживлення:

  • забезпечення апаратури безперебійним живленням;
  • можливість подальшого розширення за рахунок рівномірного ввімкнення випрямних пристроїв і ВДК.

Недоліками буферної системи живлення, насамперед, є відносно висока вартість струморозподільної мережі (СРМ) і витрати енергії в ній, особливо при низьких рівнях напруг.

Подальше впровадження інтегральної техніки в апаратуру електрозв’язку обумовлює збільшення потужності, перетвореної ДВЕЖ (у стояках апаратури), збільшення відношення конвертованої потужності до загальної потужності, що споживає апаратура. Збільшення цього відношення веде до зростання втрат енергії, погіршення економічних показників і створює труднощі з розміщенням обладнання систем електроживлення при побудові їх за традиційною схемою на рис. 13.2.1, а, б чи за схемою на рис. 13.2.1, в.

Основні напрямки розвитку буферної системи електроживлення полягають у такому:

  • відмова від пристроїв регулювання чи стабілізації напруги в колі АБ, оскільки живлення апаратури здійснюється через стабілізовані конвертори, які принципово допускають широкі межі зміни вхідної напруги;
  • підвищення вихідної напруги ЕЖУ до 140...180 В з метою зниження втрат у СРМ і конверторах апаратури;
  • перехід від традиційної для буферної системи магістрально-рядової СРМ до магістрально-радіальної з метою забезпечення більшого згасання між точками споживання з точки зору шумів, а також більшої гнучкості в розвитку апаратури.

У двопроменевій безакумуляторній системі електроживлення окремих груп споживачів напруги одного номіналу живлення здійснюється безпосередньо від двох чи більшої парної кількості стабілізованих випрямних пристроїв (рис. 13.2.2). Електропостачання кожної половини цих випрямлюючих пристроїв (одного променя системи) за нормальних умов електропостачання здійснюється від свого незалежного джерела енергії змінного струму. При цьому випрямні пристрої кожного променя завантажені не більш ніж на 50 % їхньої номінальної потужності. При відключенні одного з джерел енергії змінного струму і до заміни його резервним живлення апаратури здійснюється від променя, що залишився, завантаження випрямних пристроїв якого подвоюється. Як пристрої перетворення енергії в цій системі застосовують автоматизовані установки типу ВПЛЗ-3, кожна з яких складається з двох випрямлячів типу ВЛ і загальної шафи фільтрів. Автоматизовані установки ВПЛЗ-3 встановлюють безпосередньо в апаратних підприємствах зв’язку.

Рис. 13.2.2. Структурна схема двопроменевої безакумуляторної системи живлення

Перевагою цієї системи, насамперед, є менша вартість (порівняно з першою системою СРМ), особливо при низьких рівнях напруги живлення (24 В; 21,2 В), оскільки розподіл енергії здійснюється за змінним струмом, і простота експлуатації ЕЖУ через відсутність кислотних акумуляторів.

Недоліками системи є:

  • гірша якість електроенергії, що виробляється в перехідних режимах роботи ЕЖУ;
  • необхідність у більш надійному електропостачанні підприємства зв’язку.

Згідно з ВНТП 332—81 «двопроменева безакумуляторна система» може застосовуватися тільки за наявності:

  • трьох незалежних джерел електропостачання, одним з яких є електростанція енергосистеми;
  • двох незалежних зовнішніх джерел електропостачання і власної автоматизованої дизельної електростанції, що запускається автоматично при відключенні одного із зовнішніх джерел електропостачання за час, менший ніж 30 с.

Розглянута система набула застосування у вітчизняній практиці, наприклад, на великих МТМ і вузлах автоматичної комутації (ВАК), тобто в умовах підвищеного споживання енергії, при розташуванні споживачів на великій площі, оскільки в цьому разі істотно знижуються витрати на СРМ порівняно з буферною системою.

У системі електроживлення з відділеної від навантаження резервної АБ при нормальному електропостачанні живлення апаратури зв’язку здійснюється від стабілізованого випрямляча БВ, а АБ перебуває в режимі безперервного підзарядження від додаткового зарядного випрямляча (ЗВ) і відключена від навантаження тиристором VS (рис. 13.2.3, а). При зникненні у мережі змінного струму чи аварії в БВ тиристор VS підключає АБ до навантаження без перерви в живленні апаратури. Післяаварійне заряджання АБ здійснюється при її відключенні від навантаження, що дає можливість виключити зі складу ЕЖУ пристрої регулювання напруги, тобто істотно спростити ЕЖУ. Ця система застосовується для живлення апаратури, що допускає досить широкі межі зміни напруги живлення, наприклад, для АТС першого та наступних поколінь невеликої ємності (при вихідній потужності ЕЖУ до 2 кВт).

Рис. 13.2.3. Структурна схема електроживлення з відділеним навантаженням резервної АБ:
a — без регулювання вихідної напруги при розрядженні АБ; б — з ненавантаженим ВДК; в — з навантаженим ВДК

Система електроживлення з відокремленою від навантаження резервною АБ може застосовуватися також для живлення станцій із програмним керуванням при введенні в неї ВДК, що виключає зміни вихідної напруги в процесі розряджання АБ.

На рис. 13.2.3, б подано структурну схему, яка застосовується для живлення електронної апаратури. В нормальних умовах електропостачання АБ і постійно працюючий ВДК, що підключені паралельно до виходу випрямного приладу (ВП), у живленні апаратури не беруть участі, оскільки вихідна напруга ВП дещо вища сумарної напруги АБ і ВДК. Акумуляторна батарея відокремлена від навантаження діодним мостом (ДМ) і перебуває в режимі безперервного підзаряджання від зарядного випрямляча (ЗВ). За відсутності електропостачання чи аварії у ВП живлення апаратури здійснюється стабільною сумарною напругою АБ і ВДК. Ця система живлення вигідно відрізняється від буферної з ВДК (рис. 13.2.1, в) меншими витратами енергії і великою перевантажувальною здатністю.

Заслуговує уваги також система живлення з відокремленою АБ, постійно діючим ВДК і з нерегульованим випрямним пристроєм (НВП) (рис. 13.2.3, в). За умов нормального електропостачання тиристор VS закритий, АБ перебуває в режимі ЗВ і забезпечує обхідне коло живлення апаратури через нормально закриті ДМ. При відключенні електропостачання VS замикає коло живлення навантаження від АБ через цей ВДК без будь-якого порушення режиму живлення. Післяаварійне заряджання АБ від ЗВ здійснюється при закритому VS. Зміни напруги на виході ЕЖУ в перехідних режимах не виходять за межі ±4 В. Напруга АБ змінюється в межах 62,5...48,5 В.

Загальним недоліком систем з відокремленим навантаженням резервної АБ є те, що вона висуває більш жорсткі вимоги до динамічних характеристик ВП (ВДК плюс НВП у системі рис. 13.2.3, в), оскільки АБ не може виконувати функції динамічного фільтра.