Телекомунікаційні системи та мережі. Том 1. Структура й основні функції.  /  Зміст  /  Розділ 13. Електроживлення телекомунікаційних систем зв’язку   /  Тема 13.4. Дистанційне електроживлення

Зміст:

13.4.1. Дистанційне електроживлення систем передачі

Дистанційним живленням (ДЖ) називається передача електричної енергії для електроживлення апаратури зв’язку підсилювальних (регенераційних) пунктів, що не мають власних джерел електроенергії, з використанням тих же кіл, за якими організовується зв’язок.

Збільшення кількості каналів системи передачі інформації без зміни марки кабелю вимагає скорочення відстані між двома сусідніми лінійними підсилювачами (регенераторами).

Зменшення довжини підсилювальних (регенераційних) ділянок, а також збільшення довжини самих кабельних магістралей зв’язку призводить до збільшення числа підсилювальних (регенераційних) пунктів на них. При їх великій кількості економічно невигідно обладнувати кожний з них власною ЕЖУ. Тому на кабельних магістралях зв’язку широко застосовується ДЖ підсилювальних (регенераційних) пунктів.

Підсилювальні пункти (ПП) на магістралях, ущільнених аналоговими системами передачі (АСП), або регенераційні пункти (РП) на магістралях, ущільнених цифровими системами передачі (ЦСП), що мають власні ЕЖУ, називаються підсилювальними пунктами, що обслуговуютьcя (ППО) або регенераційними пунктами, що обслуговуються (РПО).

ПП або РП, що не обслуговуються, апаратура яких отримує електроенергію з ППО або РПО, називаються відповідно ПП, що не обслуговуються (ППН) або РП, що не обслуговуються (РПН).

Ділянка магістралі зв’язку між двома сусідніми ППО (РПО) називається секцією ДЖ. Чим довша секція ДЖ, тим вищі техніко-економічні показники магістралі, оскільки ППН (РПН) набагато дешевші ППО (РПО) як за капітальними, так і за експлуатаційними витратами.

ППН (РПН) секції ДЖ можуть отримувати електроенергію з двох сусідніх ППО (РПО), що обмежують цю секцію (ДЖ за напівсекціями) або з одного ППО (РПО) секції (ДЖ за секціями). У першому випадку секція розбивається на дві незалежні напівсекції, кожна з яких отримує ДЖ від свого ППО (РПО). Цей варіант ДЖ набув найбільшого застосування у вітчизняній і закордонній практиці, що забезпечує більшу довжину секції ДЖ.

Дистанційне живлення може здійснюватися як постійним, так і змінним струмом. Дистанційне живлення постійним струмом забезпечує повна відсутність впливу струмів ДЖ на канали зв’язку і простіші пристрої дистанційного живлення (ПДЖ) на ППН або РПН. У зв’язку з цим ДЖ постійним струмом набуло найбільшого застосування. Дистанційне живлення змінним струмом промислової частоти застосовується тільки на магістралях коаксіального кабелю, що ущільнюються АСП типу К-1920 і К-1920У, виконаних на електронних лампах.

При організації ДЖ постійним струмом можуть застосовуватися дві схеми: схема «дріт — дріт» і схема «дріт — земля». У першому випадку як зворотний дріт кола ДЖ використовується коло, складене з жил або дротів ліній зв’язку. У другому випадку як зворотний дріт використовується земля, і коло створюється через заземлення, якими обладнуються ППО і ППН.

Схема «дріт — дріт» на відміну від схеми «дріт — земля» добре захищена від сторонніх впливів (блукаючих струмів, ліній електропередач, електрифікованих залізниць) і набула найширшого застосування на сучасних АСП і ЦСП, виконаних на напівпровідникових приладах і ІС. При урахуванні гальванічного впливу довжина напівсекції ДЖ магістралі коаксіального кабелю за схемою «дріт — земля» може виявитися меншою порівняно зі схемою «дріт — дріт», незважаючи на те, що остання має приблизно вдвічі більший опір.

Дистанційне живлення апаратури систем передачі магістралей симетричного і низькочастотного кабелів

На магістралях симетричного кабеля застосовуються двокабельні системи передачі типу К-24П-2, К-60П, К-60П-2М, К-60П-4, К-60П-3, К-1020С і ІКМ-120.

На міських і сільських телефонних мережах застосовують системи передачі «Кама», ІКМ-15, ІКМ-30. Остання може застосовуватися як на однокабельних, так і двокабельних магістралях низькочастотного кабелю.

Дистанційне живлення апаратури названих вище систем передачі здійснюється постійним струмом при послідовному включенні всіх пристроїв прийому ДЖ (ППДЖ) на ППН і РПН секції або напівсекції в загальне коло ДЖ.

На рис. 13.4.1 зображено схему організації ДЖ по одному з кабелів двокабельної системи К-60П. Здійснюється ДЖ за схемою «дріт — земля». Прямий провід кола ДЖ створено чотирма лінійними дротами однієї четвірки жил кабелю, включеними паралельно через середні точки високочастотних лінійних трансформаторів (ТВЧ). Для створення зворотного дроту кола ДЖ на ППО і останньому ППН напівсекції організовуються заземлення. Струм ДЖ протікає від додатного полюса ПДЖ через захисний пристрій (ЗП), первинні напівобмотки низькочастотного трансформатора (ТНЧ), роздільні фільтри (Д8), напівобмотки високочастотних трансформаторів (ТВЧ) і далі по жилах четвірки кабелю (лінії) потрапляє на напівобмотки ТВЧ, встановлені на ППН-1. На ППН-1 і всіх наступних ППН напівсекції струм ДЖ проходить через ППДЖ, від яких одержують живлення високочастотні лінійні підсилювачі, підсилювачі низької частоти, а також пристрої телемеханіки. Пристрої прийому забезпечують стабілізацію напруги на рівні 18 В. При ДЖ за схемою «дріт — земля» одне коло ДЖ забезпечує живлення однієї системи ущільнення, що працює в обох напрямках.

При організації ДЖ за схемою «дріт — дріт» як зворотний дріт також використовується четвірка жил кабелю, тобто одне коло ДЖ у цьому разі забезпечує живлення двох систем ущільнення, що працюють в обох напрямках. Резервування ДЖ здійснюється від пересувних станцій живлення або від пересувних підсилювальних станцій.

Рис. 13.4.1. Схема організації ДЖ по одному з кабелів двокабельної системи К-60П

Живлення кожного кола ДЖ здійснюється від індивідуального ПДЖ. Це двотактний транзисторний конвертор, що не регулюється, який живиться від стабільної напруги 21,2 В. Максимальне значення стабільної вихідної напруги конвертора, а отже, і максимальна довжина секцій ДЖ обмежується електричною стійкістю ізоляції кабелю (сумарна напруга ДЖ і ЕДС, що наводиться сторонніми джерелами, не має перевищувати допустиму напругу для цього типу ізоляції кабелю). Максимальна напруга ДЖ приймається рівною 475 В.

У сучасних аналогових і цифрових системах передачі на магістралях низькочастотного кабелю (ІКМ-30) і симетричного кабелю (К-120С, ІКМ-120) ДЖ здійснюється за схемою «дріт — дріт». Захисні пристрої налаштовані на частоту 50 Гц, а ті, що обмежують поздовжній струм, вимкнені із системи ДЖ, оскільки викликають різке збільшення габаритів регенераторів і ПДЖ. Стабілізація напруги в ПДЖ на ППО (РПО) замінена стабілізацією струму ДЖ.

На рис. 13.4.2 зображено схему однієї напівсекції ДЖ РПН системи ІКМ-120.

Рис. 13.4.2. Схема однієї півсекції ДЖ РПН системи ІКМ-120

Як видно з рис. 13.4.2, ДЖ здійснюється за фантомними колами четвірки симетричного кабелю типу МКС. Пристроєм прийому на кожному РПН є п’ять послідовно з’єднаних стабілітронів типу 2С147А. Напруга живлення кожного однобічного регенератора (РЛ) визначається напругою двох послідовно з’єднаних стабілітронів. Потужність, споживана на РПН однією системою ІКМ-120, складає 4,2 Вт. Пристрій ПДЖ являє собою двотактний регульований конвертор, що стабілізує вихідний струм на рівні 125 мА. Частота перетворення конвертора складає 16 кГц.

З метою збільшення довжини секції ДЖ і запобігання враження людини електричним струмом в ПДЖ створюється із штучним заземленням в середній точці. Застосування заземленої середньої точки дозволяє підвищити напругу ДЖ до 980 В, тоді як виходячи з електричної стійкості кабелю, напруга ДЖ на його жилах стосовно землі не повинна перевищувати 500...580 В. Схема однієї напівсекції ДЖ РПН системи ІКМ-30 подібна схемі на рис. 13.4.2.

На відміну від ІКМ-120, у системі ІКМ-30 ПДЖ виконується в двох варіантах: для коротких ліній (до двох РПН у напівсекції ДЖ) — ДЖК і для довгих ліній (до десяти РПН у напівсекції ДЖ) — ДЖ. Пристрій ДЖ є двотактним конвертором, що не регулюється, який живиться через імпульсний регулятор напруги. Останній підключається до станційної батареї — 60 В і забезпечує стабілізацію струму ДЖ. У пристрої ДЖК стабілізація струму ДЖ здійснюється лінійним транзисторним стабілізатором компенсаційного типу.

Система К-1020С призначена для заміни системи К-60П і працює з тими самими симетричними кабелями. Дистанційне живлення організується за фантомними колами пар кабелю (рис. 13.4.3). Залежно від довжини секції ДЖ можливі різні варіанти побудови кола ДЖ. При числі ППН у секції до 25 ДЖ може здійснюватися за фантомними колами ВЧ пар від ПДЖ, встановленого на одному з ППО, що обмежують секцію ДЖ. При числі ППН у секції до 47 ДЖ може здійснюватися також з одного ППО, але вже по двох колах ДЖ: апаратура ППН1 — ППН25 забезпечується ДЖ як і раніше по фантомних колах ВЧ-пар від ПДЖ1; друге коло ДЖ організується по фантомних колах НЧ-пар кабелю (по яких передаються сигнали службового зв’язку, телемеханіки). На 25 ППН друге коло ДЖ шлейфом переводиться на ВЧ-пари кабелю. На ділянці від ППН1 до ППН25 від другого кола ДЖ немає відбору потужності. На ділянці від 26 ППН до 47 ППН енергія для живлення апаратури передається по другому колу. При числі ППН у секції до 47 можлива організація ДЖ по напівсекціях подібна до схеми на рис. 13.4.1. При числі ППН у секції до 94 ДЖ може здійснюватися тільки по напівсекціях із двох суміжних ППО за наявності двох кіл ДЖ для однієї системи передачі (рис. 13.4.3). Така побудова кола ДЖ має велику гнучкість і при числі ППН у напівсекції, що не перевищує 70, дозволяє при двосторонньому живленні секції обходитися без пересувних станцій живлення.

Рис. 13.4.3. Схема однієї напівсекції ДЖ системи К-1020С (при числі НПП у секції понад 50)

Силова частина ПДЖ являє собою п’ять двотактних конверторів, виконаних за схемою із середньою точкою. Ці конвертори підключаються паралельно до одного станційного джерела електроживлення (ЕЖУ — 24 В). Виходи цих конверторів з’єднані послідовно. Для підвищення напруги ДЖ до 900 В створюється штучна середня точка, тому з метою забезпечення симетрії вихідної напруги ПДЖ кожний конвертор має по два незалежні виходи, що вмикаються симетрично щодо заземленої середньої точки. При цьому створюється три конвертори, що не регулюються, а два, що регулюються (з широтно-імпульсним керуванням). Частота роботи всіх конверторів — 20 кГц. Паралельно кожному з виходів конверторів включені діоди. При нормальній роботі і максимальному числі НПП у напівсекції ДЖ працюють усі п’ять конверторів, але вони при цьому завантажені не на повну потужність. У разі виходу з ладу одного з конверторів чотири конвертори, що залишилися в роботі, здатні, як і раніше, стабілізувати струм ДЖ на заданому рівні (при цьому струм ДЖ протікає через діоди, включені паралельно до виходів несправного конвертора). Використання збільшеної кількості конверторів дозволяє істотно підвищити надійність ПДЖ.

Дистанційне живлення апаратури систем передачі магістралей коаксіального кабеля

Дистанційне живлення апаратури ППН (РПН) транзисторних систем передачі по коаксіальному кабелю здійснюється постійним струмом. Найпоширенішими є ДЖ за схемою «дріт — дріт», де як прямий і зворотний дроти кола ДЖ використовують центральні жили двох коаксіальних пар одного дуплексного каналу системи передачі. Дистанційне живлення за схемою «дріт — дріт», де як зворотний дріт кола ДЖ використовується екранна оболонка коаксіальної пари, застосовується тільки на магістралях з однією коаксіальною парою (система К-120). Застосування ж подібної схеми на магістралях багатопарного кабелю недоцільне через різке скорочення довжини секції ДЖ. Дистанційне живлення за схемою «дріт — земля» застосовують тільки в системі VLT-1920 у разі, коли необхідно організувати окреме коло ДЖ для кожного симплексного каналу передачі.

Пристрій на РПО (ППО) є високовольтним стабілізатором струму. Стабілізація напруги на РПН (ППН), а також захист апаратури здійснюються за допомогою або стабілітронів, або стабілізаторів напруги компенсаційного типу. Дистанційне живлення РПН (ППН) здійснюється переважно по напівсекціях.

Рис. 13.4.4. Схема організації ДЖ (одна напівсекція) системи ІКМ-480

Розглянемо як приклад організацію ДЖ апаратури ІКМ-480. Структурну схему організації ДЖ системи ІКМ-480 наведено на рис. 13.4.4 (показано одну напівсекцію ДЖ). Як видно з рисунка, ППДЖ на всіх РПН напівсекції вмикаються послідовно в обидва дроти кола ДЖ. Принципову схему ППДЖ показано на рис. 13.4.5. Стабілізація напруги здійснюється за рахунок зміни струму регулювального елемента (транзистор VT1), ввімкненого паралельно навантаженню. Керування регулюючим елементом здійснюється інтегральним стабілізатором К142ЕН1Б. Вихідна напруга стабілізується на рівні 10 В.

Стабілітрон VD1 і резистор R1 забезпечують зниження потужності, що розсіюється на регулюючому елементі. Поряд із РЛ ППДЖ забезпечує також живлення контрольного пристрою, за допомогою якого виявляється несправний регенератор у напівсекції ДЖ. Напруга живлення цього контрольного пристрою — 5 В. У будь-який момент часу в роботі перебуває контрольний пристрій тільки на одному РПН.

Рис. 13.4.5. Схема пристрою прийому ДЖ (ППДЖ) системи ІКМ-480

Пристрій ДЖ складається із шести ідентичних керованих двотактних конверторів, з’єднаних по входу паралельно, а по виходу послідовно. Широтно-імпульсне керування конверторами здійснюється на частоті 16 кГц. При нормальній роботі всі конвертори ввімкнені, але завантажені не на повну потужність. Один із конверторів забезпечує гарячий резерв. Для забезпечення безперебійного протікання струму при виході з ладу одного з конверторів паралельно виходу кожного з них включено діод.