Диплом1 Принципы организации электроснабжения телекоммуникационн. Принципы организации электроснабжения телекоммуникационных устройств и сетей
 Скачать 302.07 Kb.
|
|
2.2. Электроустановка телекоммуникационных устройств и сетей. Электроустановкой (ЭУ) называется комплекс сооружений, обеспечивающих электропитание аппаратуры связи, освещение, а также работу установок хозяйственного назначения (вентиляция, отопление и т.д.). В электроустановку входят трансформаторная подстанция и сети потребителей энергии (сеть освещения, сеть установок хозяйственного назначения, сеть электропитания аппаратуры связи). В ряде случаев в электроустановку входит электропитающая установка и собственная электростанция предприятия связи. Электропитающей установкой (ЭПУ) называется часть электроустановки, предназначенная для преобразования и регулирования электрической энергии, обеспечения бесперебойного электропитания аппаратуры. В нее входят: • выпрямительные устройства; • аккумуляторные батареи; • стабилизаторы; • преобразователи; • устройства гарантированного питания постоянным и (или) переменным током; • устройство АВР; • распределительно-коммутационные устройства. К ЭУ предъявляют следующие требования: • ЭУ должна обеспечивать бесперебойное электропитание аппаратуры; • обеспечивать требуемую надежность электропитания и показатели качества электроэнергии; • иметь высокие коэффициент полезного действия (КПД) и коэффициент мощности (cosφ); • иметь малые массогабаритные показатели; • быть максимально автоматизированной; • строиться на базе электрооборудования промышленного изготовления; • иметь большой срок службы (20 лет) с возможностью развития и модернизации без замены основного силового оборудования. Как правило, сети электроснабжения освещения, хозяйственных нужд и аппаратуры связи разделены между собой, и электроснабжение строится таким образом, чтобы была возможность отключить электроснабжение одной из сетей. Если предприятие оборудовано системой бесперебойного электроснабжения, то к ней подключают аппаратуру связи и сеть аварийного освещения. Это сделано для экономии ресурсов, так как чем больше мощность потребителей в сети бесперебойного электроснабжения, тем больше требуемая емкость аккумуляторов или меньше время автономной работы.  Рис. 1.1. Схема подключения предприятия связи к двум независимым источникам электроэнергии Примерная структурная схема трансформаторной подстанции приведена на рис. 1.1. Входное питание подается на предприятие связи по двум ЛЭП (фидерам): ЛЭП1 и ЛЭП2. Высоковольтная коммутационная аппаратура Р1—Р5 осуществляет подключение фидеров к понижающим трансформаторам Тр1 и Тр2. При этом конфигурация коммутационной аппаратуры такова, что напряжение с любой из ЛЭП1 и ЛЭП2 может быть подано как на вход Тр1, так и на вход Тр2. Тогда даже в случае неисправности Тр1 и отсутствии напряжения на ЛЭП2 предприятие связи будет получать электропитание по исправному каналу, при этом неисправные каналы (ЛЭП2, в которой отсутствует напряжение и неисправный трансформатор Тр1) будут отключены. Трансформаторы Тр1 и Тр2 понижают входное напряжение с 6—10 кВ до общепромышленного значения 220 В (380 В линейное). Низковольтная коммутационная и защитная аппаратура Р6, Р7 подключает трансформаторы Тр1 и Тр2 к распределительным шинам. Подключение нагрузки к распределительным шинам осуществляется через коммутационную аппаратуру Р8—Р11. Для контроля параметров электрической энергии на подстанции устанавливают счетчики электрической мощности, ваттметры и вольтметры, на рис. 1.1 не показанные. 2.3. Коммутационная, защитная и контрольно-измерительная аппаратура телекоммуникационных устройств и сетей. Защитная аппаратура должна защищать сеть электроснабжения и потребителей электрической энергии от аварийных ситуаций, например отключая сеть электроснабжения от потребителя с возникшим коротким замыканием или отключая потребителя от сети с опасно высоким уровнем напряжения. Устройства автоматической защиты должны выполнять свои функции при следующих входных воздействиях: при воздействии одиночных импульсов тока 10…350 мкс с амплитудой 50 кА – для устройств первичной защиты; при воздействии одиночных импульсов напряжения 1…50 мкс с амплитудой 4 кВ – для устройств вторичной защиты; при отклонениях питающего напряжения на ±40% от номинального значения длительностью до 3 с, а также при импульсных перенапряжениях по каждой из фаз до ±1000 В длительностью импульсов до 10 мкс – для остальных устройств. В устройствах автоматической защиты амплитуда импульсов перенапряжения обеих полярностей на выходах устройств при входных воздействиях должна быть не более 4,0 кВ (длительность импульсов 1…50 мкс) для устройств первичной; для устройств вторичной защиты – 1,0 (длительность импульсов до 10 мкс); для других устройств – 1,0 (длительность импульсов до 10 мкс). В устройствах автоматической защиты токи утечки варисторов, входящих в состав устройств, не должны превышать 1 мА. Для контроля параметров электроснабжения и учета потребленной электроэнергии применяют контрольно-измерительную аппаратуру. Рассмотрим лишь основные устройства, применяемые в энергоснабжении, оставляя за рамками рассмотрения бо́льшую часть электрической аппаратуры. Для разъединения электрических цепей, не находящихся под нагрузкой, применяют разъединители. Разъединители предназначены только для разъединения цепи в отсутствие в ней тока, т.е. не нагруженных сетей. Для отключения нагрузки от сети электроснабжения применяют выключатели. Линии электроснабжения обладают значительными индуктивностями, и в них протекают значительные токи. Так как ток в индуктивности не может измениться скачком, то при размыкании контактов выключателя, через которые протекает ток, между контактами возникает дуговой разряд. Горение дугового разряда между контактами выключателя аналогично горению дугового разряда в электродуговой сварке. Возникновение дугового разряда при выключении быстро разрушает контакты выключателя, поэтому в выключателях применяют специальные меры для срыва горения дугового разряда, такие как дугогасящие решетки или срыв дуги с помощью потока воздуха в выключателях, рассчитанных на токи в килоампер и выше. Выключатели характеризуются номинальным током, номинальным напряжением и разрываемым током. Номинальный ток выключателя обусловливает способность его контактов пропускать длительное время ток без повышенного падения напряжения на выключателе из-за омического сопротивления контактов и вызванного этим сопротивлением перегрева. Номинальное напряжение характеризует напряжение сетей, в которых допустимо применять выключатель. Разрываемый ток показывает способность выключателя предотвращать возникновение дугового разряда между контактами выключателя при разрыве цепи с протекающим в ней током. Как правило, разрываемый ток многократно превышает номинальный ток. Это сделано для того, чтобы выключатель мог отключать от сети электроснабжения ветвь с коротким замыканием в нем. Для защиты сетей электроснабжения от повышенных токов и короткого замыкания в нагрузке применяют выключатели с термомагнитным расцеплением, называемые автоматическими выключателями или часто, но неверно — автоматами защиты (автоматами). Для разрывания контактов в автоматических выключателях используют пружину. Удерживающее устройство (защелка) не позволяет контактам разойтись под действием пружины. Для размыкания контактов используют биметаллическую пластину и магнитное устройство (соленоид). Работа такого выключателя двояка. Если ток, протекающий через выключатель, незначительно превышает номинальный ток выключателя, то происходит плавный нагрев биметаллической пластины. Последняя изгибается и освобождает защелку, происходит размыкание контактов под действием пружины. Магнитный расцепитель представляет собой соленоид, подвижный сердечник которого высвобождает защелку. Ток, проходящий через автоматический выключатель, течет по обмотке соленоида и вызывает втягивание сердечника при превышении током выключателя порога срабатывания магнитного расцепления. Автоматические выключатели характеризуются номинальным током и номинальным напряжением сети, разрываемым током, током срабатывания магнитного элемента, временем срабатывания магнитного элемента и временно́й характеристикой срабатывания тепловой защиты. Под временем срабатывания магнитного элемента подразумевают интервал от момента достижения током автоматического выключателя порога срабатывания до момента разрыва контакта. Это время обычно лежит в пределах 2—10 мс. Графики срабатывания тепловой защиты показывают время протекания повышенного тока через выключатель, необходимое для его размыкания из-за срабатывания тепловой защиты. Обычно эти графики строят семействами в координатах ток—время для различных температур окружающего воздуха. Существуют типы характеристик A, B, C, D и K. Для питания телекоммуникационного оборудования рекомендовано применять выключатели с тепловой характеристикой A, B или C. Различие в характеристиках вытекает из особенностей нагрузки. Так, например, для пуска электродвигателей характерным режимом будет 2—3-кратное превышение их номинального тока в течение единиц секунд, тогда как для включения телекоммуникационного оборудования или электронных бытовых приборов (компьютер, телевизор и т.п.) характерным режимом будет 5—15-кратное превышение тока в течение единиц миллисекунд. В установившемся режиме работы электродвигатели потребляют из сети синусоидальный ток, в то время как электронное оборудование может потреблять из сети короткие импульсы тока значительной амплитуды. Для реализации различных алгоритмов переключения часто совместно с выключателями применяют независимые расцепители и расцепители минимального напряжения. Это дополнительные устройства, устанавливаемые вместе с автоматическими выключателями и вызывающие размыкание контактов выключателя при определенных условиях. Минимальные и независимые расцепители представляют собой реле с одной обмоткой, подключаемое к сети питающего напряжения или специальной сети управления. Если напряжение на обмотке минимального расцепителя падает ниже установленного для него порогового значения, то минимальный расцепитель вызывает размыкание контактов выключателя. Независимый расцепитель наоборот, вызывает размыкание контактов выключателя, если напряжение на обмотке расцепителя превосходит пороговое. Расцепители могут быть рассчитаны на постоянное или переменное номинальное напряжение из ряда 12, 24, 48, 110 или 220 В. Для защиты персонала от поражения электрическим током применяют устройства защитного отключения (УЗО) и дифференциальные автоматы. Устройство защитного отключения реагирует на утечку тока на землю. При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям оборудования по фазному проводу начинает протекать ток утечки, замыкающийся на землю. УЗО детектирует этот ток, и если он превышает пороговое значение, происходит отключение сети от потребителя. При этом УЗО не предназначены для разрывания сетей с коротким замыканием и для этих целей последовательно с ними следует ставить автоматические выключатели. Для одновременной защиты персонала от прикосновения к открытым токоведущим частям и сетей электроснабжения от короткого замыкания в нагрузке применяют дифференциальные автоматы. Дифференциальные автоматы совмещают в одном устройстве функции УЗО и автоматического выключателя с термомагнитным или только магнитным расцеплением. Для защиты сетей от короткого замыкания помимо автоматических выключателей на трансформаторной подстанции в обязательном порядке должны использоваться плавкие предохранители (вставки плавкие). Плавкий предохранитель представляет собой полый стеклянный или фарфоровый цилиндр либо параллелепипед, на основаниях которого располагаются контакты. Внутри предохранителя находится тонкая проволока из относительно легкоплавкого металла. Проволока внутри предохранителя является слабым участком сети. Если сила тока в цепи превысит максимально допустимой значение, то проволока перегревается и расплавляется, размыкая таким образом электрическое соединение между контактами предохранителя. Плавкие предохранители характеризуются номинальным напряжением, номинальным током срабатывания и максимальным разрываемым током.  Рис. 1.2. Функциональная схема устройства автоматического выключения резерва Также на трансформаторных подстанциях используют устройства автоматического выключения резерва. Функциональная схема работы автоматического переключателя резерва приведена на рис. 1.2. АВР представляет сбой реле с переключением контактов. Если на обмотку реле не подано напряжение, то контакты реле находятся в положении 1, если на обмотку реле подать напряжение, то контакты реле перейдут в положение 2. Обмотка АВР подключена к шинам фидера 1. Если на шинах фидера 1 присутствует напряжение, то контакты АВР находятся в положении 2 и нагрузка подключена к шинам фидера 1. Если на шинах фидера 1 напряжение отсутствует, то контакты АВР находятся в положении 1, и нагрузка подключена к шинам фидера 2. Получается, что если на шинах фидера 1 есть напряжение, то нагрузка получает энергию от фидера 1. При пропадании напряжения на шинах фидера 1 нагрузка подключается к фидеру 2. Возможна только одна ситуация, в которой нагрузка не будет получать электрическую энергию: одновременное отсутствие напряжения на шинах фидера 1 и фидера 2. Дополнительно для защиты потребителей от импульсов напряжения, вызванных подключением и отключением потребителей к сетям 6—10 кВ и грозовыми разрядами на трансформаторной подстанции, ставятся специальные устройства (разрядники), ограничивающие импульсы напряжения, приходящие из питающей сети. 3. Организации электроснабжения телекоммуникационных устройств и сетей г.Худжанда. 3.1. Электропитание аппаратуры телекоммуникационных устройств и сетей города Худжанда. Типовая структурная схема электроснабжения предприятия связи приведена города Худжандана рис. 3.1. Схема включает в себя такие устройства: 1) трансформаторные подстанции (ТП1 и ТП2); 2) собственную электростанцию (СЭ); 3) устройство автоматического ввода резерва (АВР); 4) шкаф вводно-распределительный переменного тока (ШВР); 5) электропитающую установку (ЭПУ); 6) систему вентиляции и кондиционирования (СВ и К); 7) электросети освещения; 8) систему мониторинга и управления (СМ и У).  Рис. 3.1. Типовая структурная схема электроснабжения предприятия связи Трансформаторная подстанция (ТП) обеспечивает понижение напряжения от уровня (6…10) кВ до 220/380 В трёхфазного переменного тока промышленной частоты 50 Гц. Применение высоких напряжений позволяет передавать большие мощности на большие расстояния с минимальными потерями в линиях электропередач. АВР – устройство автоматического ввода резерва, осуществляет переключение источников электроснабжения, питающих нагрузку, при отключении питания на одном вводе 1 (фидере) на другой (резервный) ввод 2 в случае пропадания напряжения на основном вводе 1. При пропадании напряжения на обоих фидерах осуществляется подключение резервного источника электроснабжения. В качестве резервного источника электроснабжения для гарантированного питания на предприятиях связи используются собственные электростанции. Собственные электрические станции (СЭ) могут иметь двоякое назначение. В тех случаях, когда электроснабжение объекта связи может быть осуществлено от внешних электросетей или электростанций, СЭ осуществляют резервное электроснабжение. При этом мощность СЭ ограничивается необходимым минимумом нагрузки предприятия связи. На особо ответственных предприятиях связи СЭ должны обеспечивать продолжительную автономную работу предприятия связи. При отсутствии электроснабжения от внешних сетей или электростанций СЭ является единственным источником электроснабжения и рассчитывается на продолжительную работу с обеспечением всех нагрузок (как технических, так и хозяйственных нужд предприятия). СЭ оборудуются первичными двигателями внутреннего сгорания, газовыми турбинами или иными первичными двигателями. В качестве электрогенераторов используются различные генераторы переменного и постоянного тока. Шкаф вводно-распределительный (ШВР) – обеспечивает: подачу переменного тока к выпрямительным устройствам, местным потребителям; контроль напряжения постоянного тока; сбор информации о повреждениях, возникающих на оборудование ЭПУ; защиту от перегрузок по напряжению и токов короткого замыкания в токоведущих шинах ТРС, а также автоматическое включение и переключение аварийного освещения предприятия связи. Иногда на ШВР возлагают функции АВР, т.е. осуществляет подачу сигнала на запуск автоматизированных дизельных электростанций при отключении внешних источников электроэнергии и автоматическое отделение потребителей гарантированного питания, подключаемых к дизельной электростанции от потребителей негарантированного питания, питаемых от внешних источников электроэнергии. ЭПУ включает в себя следующие элементы: выпрямительные устройства (ВУ), инверторы (И) и конверторы (К) напряжения, аккумуляторную батарею (АБ), токораспределительные сети (ТРС), связывающие оборудование ЭПУ между собой, а также с аппаратурой связи и систему заземления с защитными устройствами. Выпрямительное устройство (ВУ) – это статический преобразователь напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока. Промышленность выпускает ВУ общего применения, которые предназначаются как для заряда и подзаряда аккумуляторных батарей, так и для электропитания аппаратуры связи и осветительных установок. Величина тока нагрузки определяется типом и количеством, параллельно работающих выпрямительных блоков (n ВУ ). Инвертор напряжения (И) – преобразует постоянное напряжение аккумуляторной батареи в переменное однофазное напряжение 220 В частотой 50 Гц. Конвертор напряжения (К) – преобразует постоянное напряжение одного уровня в постоянное напряжение другого уровня. Конвертор напряжения может выполнять две функции: 1) осуществлять вольтодобавку к напряжению аккумуляторной батареи во время её разряда на штатную нагрузку, т.е. поддерживать напряжение на аппаратуре связи в допустимых пределах в процессе раз- ряда батареи. Такой конвертор называют вольтодобавочным (ВДК); 2) работать как автономный инвертор, обеспечивая питанием обору- дование связи напряжением переменного тока с частотой 50 Гц при про- падании напряжения сети или отклонении его от требуемых параметров качества. Аккумуляторная батарея (АБ) – химический источник тока много- кратного действия. Он способен накапливать, длительно сохранять и отдавать по мере надобности электрическую энергию, полученную от внешнего источника постоянного тока. Используется в качестве резервного источника электрической энергии в аварийном режиме СЭП до момента подключения СЭ. При малой мощности потребления АБ может быть представлена единичным аккумулятором. При средней и большой мощностях АБ представляет собой последовательно включённые элементы, которые в свою очередь могут включаться параллельно для увеличения её ёмкости. |