Системы бесперебойного электропитания постоянного тока

0

Под системой бесперебойного электропитания постоянного тока подразумевается совокупность системы электроснабжения, УБП и токораспределительных сетей, объединенных общей целью — обеспечения надежной и бесперебойной подачи к аппаратуре электрической энергии постоянного тока требуемого качества во всех режимах работы электроустановки. Кроме того, система должна:

• обеспечивать высокую степень автоматизации и единство централизованного мониторинга и управления на основе стандартных интерфейсов и программного обеспечения;

• возможность «горячей» замены аккумуляторных батарей и преобразовательных модулей в УБП без перебоев в электропитании аппаратуры;

• иметь средства отображения и индикации состояния устройств и модулей, входящих в состав системы, а также обеспечивать работу оборудования системы без постоянного присутствия эксплуатационного персонала.

Высокая надежность систем бесперебойного электропитания постоянного тока обеспечивается прежде всего за счет: высокой надежности систем электроснабжения; применения необходимого аккумуляторного резерва; высокой надежности элементов и применения избыточного количества модулей в УБП с использованием горячего резервирования их.

В УБП постоянного тока применяется, как правило, аккумуляторный резерв в двухгруппном исполнении, т. е. две аккумуляторные батареи, включенные через устройства защиты и коммутации между собой параллельно. Емкость каждой группы АБ должна обеспечивать электропитание аппаратуры, как правило, в течение по крайней менее 0,5 часа при ее максимальном потреблений. При недостаточно надежном электроснабжении объекта связи применяется аккумуляторный резерв на большее время. Так, в необслуживаемых регенерационных пунктах (НРП) применяется аккумуляторный резерв в двухгруппном исполнении с суммарным запасом емкости на время не менее 24 часов, что обеспечивает питание оборудования до устранения перерыва в электроснабжении или подъезда передвижной электростанции. Рекомендуемое значение аккумуляторного резерва для объектов связи различного назначения приводится в ВСН-332.

Широкое распространение на сети связи получили УБП постоянного тока с непрерывным подзарядом аккумуляторных батарей (по классификации ОСТ 45. 55-99 «Системы и установки питания средств связи взаимоувязанной сети связи РФ» — буферные системы питания). Особенностью таких УБП (буферных систем) является объединение в одной точке выходных выводов выпрямителей, аккумуляторной батареи АБ и питаемой нагрузки, как показано на рисунке.

В состав УБП входит:

• комплект выпрямительных устройств, состоящий из К выпрямителей (модулей);

• автоматические выключатели A1-1... A1-К, с помощью которых выпрямительные устройства подключаются к вводному щиту (щит вводной распределительный автоматизированный — ЩВРА);

• автоматические выключатели А2-1... А2-К, установленные в минусовом полюсе каждого из выпрямителей;

• двухгруппная аккумуляторная батарея (АБ № 1, АБ № 2);

• автомат (контактор) глубокого разряда АГР;

• батарейные автоматическиечвыключатели АБ1, АБ2, установленные в минусовом полюсе каждой из аккумуляторных батарей;

• токовые шунты, с помощью которых осуществляется измерение тока в цепи аккумуляторных батарей Ш1 и в цепи нагрузок Ш2;

• автоматические выключатели An-1... An-m, через которые стативы аппаратуры подключаются к УБП;

• контроллер, обеспечивающий мониторинг и управление УБП.

В УБП общее число выпрямительных устройств (модулей) n вы

бирается с избыточностью по формуле

где nраб — необходимое число рабочих выпрямителей, обеспечивающее питание аппаратуры при ее максимальном потреблении и заряд аккумуляторных батарей; mрез — число резервных выпрямителей.

В нормальных условиях работы УБП все К модулей постоянно включены, т. е. избыточные модули обеспечивают горячий резерв. На рисунке показан вариант УБП с однофазными выпрямителями типа ВБВ, при этом отдельные выпрямители подключаются к различным фазам (L1... L3) трехфазной сети переменного тока через индивидуальные автоматические выключатели (A1-1... А1-К). В условиях нормального электроснабжения и исправном оборудовании электропитание аппаратуры осуществляется от стабилизирующих выпрямительных устройств. Несекционированная двухгруппная аккумуляторная батарея (АБ № 1, АБ № 2), постоянно подключенная параллельно нагрузке (выходным зажимам выпрямительных устройств), получает непрерывный подзаряд от этих же выпрямительных устройств. Значение выходного напряжения выпрямительных устройств определяется числом последовательно соединенных элементов (аккумуляторов) в каждой группе АБ и требуемым напряжением содержания одного элемента. При относительно небольшой номинальной емкости каждой группы аккумуляторной батареи (до 100 А-ч) она собирается из моноблоков по три или шесть элементов в каждом. Чаще всего эти моноблоки и все остальное оборудование СЭП размещаются в одном стативе. В случае применения кислотных аккумуляторов закрытого типа большой номинальной емкости эти аккумуляторы размещаются в отдельном помещении (аккумуляторной), имеющем приточно-вытяжную вентиляцию. В последнем случае для уменьшения индуктивности проводников (шин) подключающих к СЭП аккумуляторную батарею ее плюсовые и минусовые выводы должны располагаться как можно ближе друг к другу, для чего элементы каждой группы АБ разворачиваются как показано на рисунке (размещаются по так называемой U-образной схеме). При перерывах в электроснабжении питание аппаратуры осуществляется от разряжающейся АБ. Для того чтобы не допустить сульфатации аккумуляторов в результате недопустимо глубокого их разряда, в систему электропитания вводится контактор АГР (автомат глубокого разряда), с помощью которого осуществляется отключение АБ от аппаратуры.

При восстановлении электроснабжения выпрямительные устройства должны обеспечить питание аппаратуры и заряд АБ, без отключения ее от нагрузки. Заряд АБ может осуществляться либо в одну ступень (при напряжении, равном напряжению содержания АБ), либо в две ступени. В последнем случае выходное напряжение выпрямителей на первой ступени заряда обычно выбирается из расчета 2,35 В на один элемент АБ.

Функции, выполняемые контроллером в данной СЭП, могут быть различными в зависимости от фирмы-изготовителя аппаратуры электропитания. Так, в системе электропитания УЭПС-2, выпускаемой Юрьев-Польским заводом, контроллер выполняет следующие функции:

• обеспечивает контроль: тока АБ и тока нагрузки; напряжения на АБ и нагрузке; текущей температуры окружающей среды; емкости полученной АБ при ее заряде; емкости отданной АБ при ее разряде. На дисплей контроллера выводятся значения выше перечисленных параметров, а также текущие время и дата;

• следит за состоянием автоматических выключателей: на выходе, выпрямителей (А2-1... А2-К); аккумуляторной батареи (АБ1, АБ2) и нагрузки. (An-1... An—m); аварийных реле выпрямителей; автомата (АГР); наличием всех трех фаз питающей сети. При отключении любого из автоматов или срабатывании защиты на дисплее контроллера появляется соответствующая информация. Все аварийные ситуации сопровождаются звуковым сигналом и с помощью двух аварийных реле контроллера сигналы аварий 1-й и 2-й степени передаются в ЦТЭ (центр технической эксплуатации);

• обеспечивает дискретное изменение выходного напряжения выпрямителей (напряжения содержания АБ) при отклонении температуры окружающей среды от номинального значения (20 °С) на ±10 °С.

Во время работы контроллер непрерывно ведет протокол, записывая информацию в энергонезависимую память, поэтому при соединении контроллера с компьютером на экран монитора можно вывести все текущие параметры и состояние всех сигналов ввода и вывода в позиционном коде с указанием даты и времени возникшей аварийной ситуации. С помощью модема можно передавать текущие параметры и все сигналы по телефонной линии на любое расстояние. Обмен информацией с компьютером ведется по интерфейсу RS-232 со скоростью 9600 бит/с. Питание контроллера осуществляется непосредственно от АБ.

К достоинствам рассмотренной СЭП, называемой часто буферной модульной СЭП, следует отнести:

• высокое качество вырабатываемой электрической энергии, так как во всех режимах работы СЭП АБ остается подключенной к нагрузке;

• минимальное количество устройств, входящих в состав ЭПУ, что объясняет ее относительно низкую стоимость и высокую надежность;

• высокий КПД (практически равный КПД выпрямителей может достигать 91... 94 %) и высокий коэффициент мощности (в случае применения выпрямителей с корректором коэффициента мощности).

Буферная модульная система электропитания находит самое широкое применение для цифровой аппаратуры как автоматической и многоканальной электросвязи, так и радиосвязи.

К недостаткам данной системы обычно относят широкие пределы изменения выходного напряжения. Например, при 30 элементах в каждой группе АБ и при конечном разрядном напряжении одного элемента до 1, 70 В напряжение на выходных зажимах УБП (ЭПУ) изменяется от 30 • 1,7 = 51,1 В до 30 • 2,35 = 70,5 В. Столь широкие изменения напряжения на выходе ЭПУ недопустимы для аппаратуры электромеханических систем коммутации. Так, для координатных АТС допустимое изменение напряжения на зажимах стативов аппаратуры лежит в пределах 58...72 В, что не позволяет выполнять ЭПУ по буферной модульной системе электропитания, являющейся наиболее простой, экономичной и надежной по сравнению с другими буферными системами электропитания.

Наибольшее применение в настоящее время для аппаратуры электромеханических систем коммутации находят ЭПУ, выполненные по буферной системе электропитания с вольтодобавочными конверторами.

В состав оборудования ЭПУ входят: вводной распределительный щит ЩВРА; два буферных выпрямительных устройства БВ1, БВ2; резервный зарядный выпрямитель РЗВ; вольтодобавочные конверторы ВДК (в количестве К модулей); обходной диод ОД; двухгруппная аккумуляторная батарея АБ1, АБ2; перекидной рубильник ПР; блок разрядных резисторов БРР; токовые шунты Ш1... Ш4; перемычки П1, П2; автоматические выключатели.

В этой системе в нормальном режиме (при наличии сети переменного тока и исправных выпрямительных устройствах) электропитание аппаратуры осуществляется от выпрямителей (БВ1, БВ2) как через так называемый обходной диод ОД, так и через выходные диоды самих ВДК. Обходной диод вводится в ЭПУ для повышения ее надежности работы.

Двухгруппная аккумуляторная батарея подключена параллельно выходу выпрямителей и находится в режиме содержания, т. е. как и в предыдущей СЭП значение выходного напряжения выпрямителей в нормальном режиме определяется числом последовательно соединенных элементов (аккумуляторов) в каждой группе АБ и необходимым напряжением содержания аккумулятора. Обычно в качестве выпрямительных устройств в этой СЭП применяются выпрямительные устройства типа БУК или БУТ, представляющие собой управляемые выпрямители с фазоимпульсным способом регулирования напряжения в цепи постоянного тока посредством либо дросселей насыщения (выпрямители БУК), либо тиристоров (выпрямители БУТ). Эти выпрямители имеют относительно низкие значения КПД и коэффициента мощности, поэтому для аппаратуры, имеющей существенные изменения потребления в течение суток (например, аппаратура координатных АТС), буферные выпрямители работают по принципу ведущий-ведомый. При малой нагрузке на ЭПУ работает только один из буферных выпрямителей — ведущий, что позволяет загрузить его на мощность, близкую к его номинальной, и тем самым иметь относительно высокие энергетические показатели ЭПУ в целом. Ведущий выпрямитель включает другой выпрямитель — ведомый только тогда, когда сам загружается на 90... 95 % своей номинальной мощности. Следовательно, в этом случае имеет место холодное резервирование выпрямителей. Максимальное число буферных выпрямителей в ЭПУ равно трем. Резервный зарядный выпрямитель автоматически включается в случае отказа любого из буферных выпрямителей.

Вольтодобавочные конверторы ВДК, подключенные к выходу выпрямителей, находятся в ждущем режиме, так как они настраиваются на стабилизацию выходного напряжения ЭПУ на уровне на 2...3 В ниже уровня напряжения содержания АБ.

При отключении сети переменного тока питание аппаратуры осуществляется суммарным напряжением разряжающейся АБ и тем напряжением, которое появляется на выходе ВДК. Обходной диод при этом закрыт. Если каждая группа АБ содержит по 28 кислотных аккумуляторов закрытого типа, то в этом случае ВДК обычно настраиваются на стабилизацию выходного напряжения ЭПУ на уровне 60, 5 В, тогда как напряжение содержания АБ составляет 62, 5 В. С целью получения необходимой надежности бесперебойной подачи электрической энергии к аппаратуре число ВДК выбирается с избыточностью не менее чем 5/4. Принципиально ВДК позволяют наращивать выходную мощность ЭПУ за счет дополнительной установки любого числа конверторов. В настоящее время на вновь вводимых и модернизируемых ЭПУ на выходное напряжение 60 В чаще всего устанавливаются ВДК типа КУВ-12/100-2 (конвертор унифицированный вольтодобавочный на номинальный выходной ток, равный 100 А). Этот конвертор представляет собой два идентичных однотактных преобразователя с прямым включением диода, работающих на частоте 20 кГц. Причем выходные напряжения этих преобразователей сдвинуты по фазе друг относительно друга на половину периода так, что их общий выходной сглаживающий фильтр работает на частоте 40 кГц. Управление силовыми транзисторами этих преобразователей осуществляется широтно-импульсным методом.

При появлении напряжения сети переменного тока включаются все выпрямители ЭПУ (включая РЗВ) и обеспечивают электропитание аппаратуры и заряд обеих групп АБ. Заряд АБ осуществляется, как правило, в две ступени. Причем в начале заряда на первой ступени все выпрямители работают в режиме ограничения тока (стабилизации тока), так как даже частично разряженная АБ представляет для выпрямителей по существу короткое замыкание. Перевод выпрямителей на первую ступень заряда осуществляется за счет закорачивания контактами реле одного из сопротивлений выходного сравнивающего делителя выпрямителя. По мере заряда АБ напряжение на ней возрастает и при достижении значения, равного произведению числа элементов в каждой группе АБ (nэл) на 2, 35 В выпрямители переходят из режима ограничения тока в режим стабилизации напряжения на этом уровне. На начальной стадии заряда АБ, пока напряжение на АБ меньше 60, 5 В, ВДК находятся в работе, обеспечивая стабилизацию выходного напряжения ЭПУ на уровне 60, 5 В. После перехода выпрямителей в режим стабилизации напряжения зарядный ток по мере заряда АБ начинает уменьшаться. Перевод выпрямителей с первой ступени на вторую осуществляется тогда, когда уменьшающийся зарядный ток спадает до значения в 50... 100 раз большего значения тока содержания АБ. Слежение за значением зарядного тока АБ осуществляется специальными устройствами индикации тока УИТ, подключаемыми к токовым шунтам Ш3, Ш4.

Для того чтобы обеспечить возможность проведения контрольных и уравнительных зарядов каждой из групп АБ, РЗВ подключается к АБ через перекидной рубильник ПР. Перемычки П1 или П2 устанавливаются для проведения контрольных разрядов одной из. групп АБ.

Рассмотренная СЭП в отличие от предыдущей требует больших капитальных затрат, что объясняется необходимостью установки ВДК и увеличения емкости аккумуляторной батареи с целью компенсации потерь в этих ВДК. Кроме того, коэффициент полезного действия ЭПУ, выполненной по этой системе (в нормальном ее режиме работы), также оказывается несколько ниже за счет дополнительных потерь в обходных диодах ОД и мощности, потребляемой ВДК, находящимися в ждущем режиме. Следует также отметить, что в отличие от буферной модульной СЭП качество электрической энергии, вырабатываемой ЭПУ в этой СЭП при отсутствии сети переменного тока, определяется не только параметрами АБ и токораспределительной сети постоянного тока, но и внутренним сопротивлением ВДК. В связи с этим при импульсном изменении тока нагрузки и подключении к ЭПУ нелинейных нагрузок эта СЭП может в отдельных случаях терять устойчивость, что приводит к резкому увеличению пульсации на выходе ЭПУ и выходу из строя аппаратуры. Следует отметить, что по мере перехода с электромеханических систем коммутации на цифровые необходимость в применении буферных СЭП с вольтодобавочными конверторами отпадает.

Общим недостатком рассмотренных УБП (ЭПУ) является необходимость применения на каждый номинал выходного напряжения постоянного тока отдельную АБ, т. е. в УБП на выходные напряжения —24, —48 и —60 В следует устанавливать три АБ, каждая из которых рассчитана на свой номинал. Возможно использование на объекте одной АБ (на один номинал выходного напряжения), а другие номиналы выходного напряжения получать с помощью дополнительно устанавливаемых преобразователей. Но такое решение приводит к снижению КПД системы в целом, а также к снижению его надёжности.

Децентрализация СЭП. В настоящее время все более широкое применение в практике электропитания аппаратуры связи находят децентрализованные системы электропитания с радиальными токораспределительными сетями ТРС постоянного тока. В случае радиальной ТРС от УБП к каждому стативу оборудования прокладывается индивидуальная пара токонесущих проводников (от плюсового и минусового полюсов УБП). Применение децентрализованной системы позволяет размещать УБП в непосредственной близости к питаемой аппаратуре, что значительно сокращает длину токораспределительной сети постоянного тока и тем самым снижает потери в ней, позволяя на 3... 5 % повысить КПД СЭП в целом, а также уменьшает помехи и динамические изменения напряжения на зажимах аппаратуры связи. С другой стороны, децентрализация ограничивает зону влияния повреждений в оборудовании самого УБП на функционирование аппаратуры связи, что приводит к увеличению живучести сети связи.

Важным экономическим фактором, отличающим децентрализованную систему, является возможность снижения первоначальных капитальных затрат при ее применении и ускорения отдачи вложенных средств.

Таким образом, упрощается и становится более гибкой схема наращивания мощности оборудования электропитания и проведения реконструкции, повышается ремонтнопригодность, снижаются доля избыточности в установленной мощности и первоначальные капитальные затраты.

Все это приводит к тому, что при более высокой надежности децентрализованных систем их суммарная стоимость становится ниже по отношению к централизованным, при повышении качества выходных характеристик.

Следует отметить еще одну важную особенность децентрализованной системы, которая заключается в возможности создания универсальных УБП. В этих УБП конструктивно могут быть объединены устройства постоянного и переменного тока, а также устройства с различными выходными напряжениями.

 

Используемая литература: Электропитание устройств и систем телекоммуникаций:
Учебное пособие для вузов / В. М. Бушуев, В. А. Демянский,
Л. Ф. Захаров и др. — М.: Горячая линия—Телеком, 2009. —
384 с.: ил.

 

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Пароль на архив: privetstudent.com

Категория: Рефераты / Электроника

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.