Электропитающие установки

     Выбор того или иного способа  эксплуатации ЭПУ определяется  надежностью внешнего электроснабжения и токовой нагрузкой ЭПУ.

   При частых отключениях сети переменного  тока автоматизированные ЭПУ не применяются. Не проектируются они и на маломощных объектах связи (при токе нагрузки по цепи 24 В, не превышающем 40 А), поскольку для таких объектов промышленностью не выпускается соответствующее автокоммутирующее оборудование.

   При ненадежном внешнем электроснабжении, что является характерным для небольших узлов связи (один фидер внешнего электроснабжения с перерывами аварийного характера), случаи отключения электроэнергии являются достаточно частыми и поэтому послеаварийный заряд аккумуляторных батарей осуществляется в ускоренном 7-часовом режиме. В этом режиме конечное зарядное напряжение достигает 2,7 В на аккумулятор, а общее напряжение батареи намного превышает максимальное напряжение, допустимые аппаратурой связи. Батарея в этих условиях должна заряжаться с отключением ее от шин нагрузки. Кроме того, заряд аккумуляторов при напряжении, превышающем 2,3 В, сопровождается интенсивным газообразованием, «кипением» электролита, что требует внимательного наблюдения за процессом заряда со стороны обслуживающего персонала.

   При надежном внешнем электроснабжении (два фидера питания от независимых  мощных источников) случаи отключения сети переменного тока весьма редки. Поэтому послеаварийный заряд аккумуляторных батарей может осуществляться в течение продолжительного времени (несколько суток). В этом-случае батареи не отключаются от нагрузок и заряд их производится в две ступени при напряжении, не превышающем 2,3 В на аккумулятор, когда электролиз воды еще отсутствует.

   Проектирование  автоматизированной ЭПУ рекомендуется  для питания АТС, УАК ДАТС и телеграфных станций, когда их токи нагрузок превышают 100А.

   Аккумуляторные  батареи в процессе эксплуатации подвергаются ежегодным контрольным разрядам и другим профилактическим мероприятиям с отключением от нагрузки.

   Если  в это время произойдет отключение сети переменного тока, то перерыв  питания аппаратуры связи неизбежен. Поэтому одногруппные аккумуляторные батареи в ЭПУ узлов железнодорожной связи Находят ограниченное применение. В соответствии с рекомендациями ГТСС использование одногруппных батареи допускается только для питания АТС и узлов ДАТС при токе нагрузки в автоматизированной ЭПУ до 140 А и в неавтоматизированной — до 40 А, а также для питания телеграфных станций. В остальных случаях рекомендуется деление батареи на две группы. Обе группы имеют одинаковую емкость и работают параллельно во всех режимах, за исключением ремонтных и контрольных периодов, когда они разделяются. 

   Так как ток на напряжении 60В превышает 1А, то выберем многобатарейную систему питания.

   Способ  эксплуатации ЭПУ-24 однозначно автоматизированный, так как потребляемый ток превышает 40А.

   Способ  эксплуатации ЭПУ-60 также выберем  автоматизированный, так как в доме связи установлен оконечный К-60п, что предполагает наличие обслуживающего персонала.

   Для ЭПУ-24 выберем две группы аккумуляторных батарей, т.к. потребители требуют непрерывного питания.

   Для ЭПУ-60 выберем одну группу аккумуляторных батарей, т.к. потребители - АТС и ДАТС, и потребляемый ток в сумме не превышает 140А.

 

3.3. Выбор вида выпрямительных  устройств и способа  поддержания напряжения  на выходе питаемой  аппаратуры в заданных пределах 

   Для того чтобы аккумуляторная батарея при работе в буферном режиме с выпрямителями находилась в заряженном состоянии и была готова принять на себя нагрузку при аварии в сети переменного тока, необходимо поддерживать на ее зажимах напряжение, равное 2,2 В на аккумулятор (режим непрерывного подзаряда). Однако в таком случае напряжение всей батареи, как правило, оказывается выше напряжения, максимально допустимого на аппаратуре.

   Существует  два способа поддержания напряжения на входе питаемой аппаратуры в заданных пределах: а) гасящих элементов, б) секционирования батареи.

   При способе гасящих элементов в  цепь нагрузки последовательно включаются нелинейные или управляемые элементы, на которых гасится избыток напряжения.

   При способе секционирования батарея  делится на основную ОБ и добавочную ДБ секции (группы). На буферную работу включается только ОБ, количество аккумуляторов  в которой выбирается таким, чтобы  напряжение на ней в буфере было примерно равно среднему значению напряжения питания аппаратуры. Остальные аккумуляторы образуют добавочную группу и нормально отключены как от нагрузки, так и от основного выпрямительного устройства 0В. В заряженном состоянии ДБ поддерживается специальным выпрямителем (выпрямителем содержания) ДВ (ВС).

   При переходе от нормального режима к  аварийному в первом случае выключаются  гасящие сопротивления, а во втором — к ОБ последовательно подключается ДБ.

   Способ  секционирования батареи, а также  включения нелинейных сопротивлений (обычно полупроводниковых вентилей) удовлетворяет требованиям регулирования напряжения в цепях с резко изменяющимся характером нагрузки (например, оборудования АТС и телеграфа), а также питания аппаратуры, требующей нестабилизированного напряжения 24± 10%. Однако используемая при этих способах ступенчатая регулировка напряжения недопустима для некоторых видов аппаратуры дальней связи, поскольку она может нарушить ее нормальную работу. Поэтому аппаратура, требующая стабилизированного напряжения 21,2±3% В, включается через стойки автоматического регулирования напряжения (САРН).

   САРНы комплектуются полупроводниковыми стабилизаторами или угольными  регуляторами напряжения и являются по своей сущности гасящими элементами. Регуляторы, однако, обладают ограниченным диапазоном изменения сопротивления и поэтому обеспечивают высокую стабильность напряжения лишь в условиях более или менее постоянной нагрузки, каковой и является нагрузка ЛАЗ. При резко изменяющейся нагрузке диапазон регулирований САРН оказывается недостаточным, и поэтому они не могут использоваться в этих случаях.

   Способ  гасящих элементов является сравнительно простым, но неэкономичным, так как в гасящих элементах непроизводительно расходуется, в особенности на крупных ЭПУ, до 10—15% электроэнергии, потребляемой аппаратурой связи. Метод секционирования батареи, наоборот, экономичен, но требует усложнения схемы и оборудования ЭПУ. В ЭПУ большой мощности поэтому отдается предпочтение методу секционирования батареи. Однако при выборе способа регулирования напряжении на аппаратуре учитывается также вид намечаемых к установке выпрямительных и коммутационных устройств.

   Для железнодорожных узлов связи  небольшой мощности заводы МПС поставляют выпрямительные устройства (ВУ) типа ВСП. Предприятия Министерства связи выпускают достаточно мощные ВУ типа ВУК, которые в настоящее время заменяются более совершенными тиристорными ВУ типа ВУТ.

   ВУ  типа ВУТ (ВУК) обладают высокой степенью автоматизации. В настоящее время  они являются наиболее современными устройствами для питания аппаратуры связи и применяются во всех автоматизированные ЭПУ предприятий связи.

   В неавтоматизированных ЭПУ применяются  в основном ВУ типа ВОП, однако мощность их по напряжению 24 В невелика. Поэтому  при токе нагрузки в цепи 24 В выше 30 А рекомендуется применение ВУ типа ВУТ. В ЭПУ АТС, УАК ДАТС, телеграфа мощность выпускаемых ВСП достаточна для нагрузок до 100 А, 60 В. Более мощные ЭПУ проектируются автоматизированными с применением ВУТ.

   Все ВУ типа ВСП, предназначенные для  буферной работы с батареями, выпускаются с учетом их секционирования на ОБ и ДБ. Поэтому, если в неавтоматизированной ЭПУ намечается установка ВУ типа ВСП, то регулирование напряжения на входе питаемой аппаратуры связи предусматривается по способу секционирования батареи.

   ВУ  типа ВУТ (ВУК) рассчитаны для работы как с гасящими элементами, так и с секционированными батареями.

   В настоящее время метод гасящих  нелинейных сопротивлений в ЭПУ 24 В почти не используется. Диапазон регулирования напряжения современных  САРН 24 В является достаточным для цепей 21,2 В и 24 В. Поэтому при установке в неавтоматизированных ЭПУ 24 В ВУ типа ВУТ (ВУК) аккумуляторные батареи не секционируются, а нагрузки цепей 21,2 В и 24 В .включаются через отдельные САРН (или отдельные регуляторы одной САРН).

   Во  всех современных автоматизированных ЭПУ для регулирования напряжения на аппаратуре связи используется способ секционирования батарей с включением нагрузок по цепи 21,2 В через САРН. 

   В ЭПУ-24 применим ВУ типа ВУТ, т.к. потребляемый ток больше 30 А. Соответственно способ поддержания напряжения - секционирования батарей, т.к. ЭПУ автоматизированный и современный.

   В ЭПУ-60 применим ВУ типа ВУТ, т.к. ЭПУ  автоматизирован. Соответственно способ поддержания напряжения - секционирования батарей. 
 

3.4. Расчёт основного электрооборудования ЭПУ 

      К основному электрооборудованию  ЭПУ относятся: выпрямительные и другие преобразовательные устройства, резервные источники электроэнергии, включая аккумуляторные батареи, устройства для поддержания напряжения на входе потребителей в допустимых пределах, коммутационные устройства в цепях переменного, и постоянного тока.

      В зависимости от принятого способа  электропитания, напряжения и тока, а также от ряда других факторов некоторые из указанных элементов оборудования могут отсутствовать.

 

3.4.1. Расчёт аккумуляторных  батарей 

      Расчет аккумуляторных батарей заключается в определении  их емкости, индексного номера аккумуляторов, а также их количества в батареях.

      Для расчета аккумуляторных батарей  подготавливаются следующие исходные данные.

      1. Аварийный ток нагрузки I_ав, на который должна быть рассчитана аккумуляторная батарея. Этот ток складывается из тока, необходимого для питания аппаратуры связи I_апп, и тока, нужного для других аварийных потребителей, работа которых должна быть обеспечена при нарушении внешнего электроснабжения (аварийное освещение).

      Для аварийного освещения используется, как правило аккумуляторная батарея 24В.

      Ток I_ао в А, потребляемый лампами аварийного освещения:

             (1)

      где  P_осв – мощность ламп аварийного освещения, Вт

            U_н – номинальное напряжение рассчитываемой цепи, В.

      Ток I_ав в А в общем случае определяется по формуле

            (2)

где I_апс – ток, потребляемый аппаратурой связи, требующей стабилизации напряжения с точностью ±3%, А;

            I_ап – ток, потребляемый аппаратурой связи, не требующей стабилизации напряжения с точностью ±3%, А;

   2. Продолжительность питания аварийной нагрузки от аккумуляторной батареи t_ав для железнодорожных узлов связи выбрали равным 2 ч.

   3. На основании подготовленных  данных рассчитывается

 емкость  аккумуляторной батареи.

      Емкость аккумуляторов, гарантируемая заводом, характеризуется, как известно, ее номинальным значением. При этом температура раствора электролита считается равной +25°С. Поэтому расчетная емкость, требуемая для питания аппаратуры связи в аварийных условиях, должна быть приведена к номинальным условиям. Номинальная емкость в А*ч:

           (3) 

      где r - коэффициент интенсивности разряда, в %;

            k_t – температурный коэффициент емкости (для стационарных аккумуляторов принимается 0,008);

            t° - фактическая температура электролита во время разряда аккумуляторов (принимается равной наименьшей допустимой температуре аккумуляторного помещения, которая составляет +15°C).