В рубрику "Обслуживание и поддержка телефонных систем" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
О.П. Чекстер
Начальник лаборатории ЛОНИИС
Увеличение объемов и важности передаваемой оборудованием связи информации требует повышения качества и надежности источника питания. При этом технический уровень оборудования электропитания и его эксплуатационные характеристики должны соответствовать уровню питаемого оборудования. Из чего же состоит современное устройство бесперебойного питания и из чего складывается его надежность?
Для начала необходимо дать несколько определений.
Устройство бесперебойного питания (УБП) - комплекс оборудования для производства или преобразования и накопления электрической энергии, предназначенный для обеспечения электропитания нагрузки с требуемым качеством от независимых источников энергии и обеспечивающий бесперебойность питания при переходе с одного источника энергии на другой.
Электропитающая установка (ЭПУ) - комплекс оборудования, предназначенный для преобразования различных видов электрической энергии в электроэнергию постоянного тока требуемого качества.
Источник бесперебойного питания переменного тока (ИБП или UPS) - устройство, обеспечивающее питание нагрузки от внешней электросети, защищающее нагрузку от неполадок в сети и использующее для аварийного питания энергию аккумуляторных батарей.
Система электропитания (СЭП) комплекс взаимоувязанного оборудования, предназначенный для производства или преобразования, передачи, накопления, распределения или потребления электрической энергии.
Из приведенных определений видно, что ЭПУ и ИБП являются частным случаем УБП, а УБП является частью СЭП.
Состав оборудования УБП
В состав оборудования УБП могут входить:
В сво очередь УБП входят в состав электроустановок объектов электросвязи, включающих в себя также:
Требования к надежности электроснабжения и бесперебойности электропитания аппаратуры связи устанавливаются соответствующими ведомственными нормами технологического проектирования по видам станций первичных сетей.
В зависимости от категории электроприемников по обеспечению надежности электроснабжения для каждого вида станций первичной сети определяется количество:
При аварии внешней энергосистемы электропитание объектов связи первичной сети осуществляется от собственных дизель-электрических станций (ДЭС), а на время запуска ДЭС или при ее отсутствии - от резервных аккумуляторных батарей.
При длительных перерывах внешнего электроснабжения на объектах, не имеющих собственных ДЭС, их электроснабжение может быть организовано от передвижных ДЭС. На крупных сетях передвижные ДЭС находятся, как правило, на постоянном дежурстве.
Электропитающая установка
Современная ЭПУ - это буферная система электропитания без регулирования напряжения в процессе разряда и заряда аккумуляторной батареи. Аккумуляторная батарея включена в параллель с выпрямителями и нагрузкой и обеспечивает питание нагрузки при перерывах во внешнем электроснабжении. Эта схема является наиболее надежной за счет своей простоты и не имеет альтернативы сегодня.
Основными принципами построения ЭПУ являются:
Основой ЭПУ, определяющей как ее статические, так и динамические характеристики, являются выпрямители. По принципу работы их можно разделить на следующие типы:
В настоящее время для новых и модернизации старых ЭПУ используются высокочастотные выпрямители, поэтому рассмотрим их более подробно.
Высокочастотные выпрямители
Выпрямители мощностью менее 2 кВт, как правило, являются однофазными, мощностью более 2 кВт - трехфазными. В составе ЭПУ однофазные выпрямители можно подключить к разным фазам питающей сети, что позволяет повысить устойчивость работы ЭПУ при ненадежном электроснабжении и возможном пропадании одной фазы.
По частоте преобразования выпрямители можно условно разделить на три группы:
Следует отметить, что при высоких частотах меняется подход к разработке выпрямителей. Если для первых выпрямителей проводился этап макетирования, то на частотах более 50 кГц достаточно сильно сказывается взаимное расположение элементов, проявляются паразитные емкости. Поэтому разработка таких выпрямителей ведется с использованием компьютерного моделирования. С повышением частоты сокращается потребность в электролитических конденсаторах, что позволяет обеспечить их более высокую надежность.
В настоящее время на частотах менее 50 кГц, как правило, работают мощные трехфазные выпрямители и, наоборот, маломощные дешевые выпрямители без корректоров мощности.
Компьютерное моделирование -необходимый этап проектирования современных выпрямителей, позволяющий повысить их надежность (MTBF - от 5х105 до 106 часов). КПД современных выпрямителей достигает 0,94, что близко к теоретическому пределу.
Важной характеристикой выпрямителей, особенно для ЭПУ сельских АТС, является то, что они сохраняют работоспособность даже при значительных отклонениях входного сетевого напряжения. Для таких условий можно найти однофазные выпрямители, сохраняющие работоспособность в диапазоне входного напряжения от 100 до 300 В.
Для некоторых условий могут представлять интерес выпрямители, в которых простым переключателем можно выбрать номинал выходного напряжения: 24, 48 или 60 В.
Контроллер ЭПУ
Не менее важным элементом современных ЭПУ является контроллер. Помимо мониторинга текущих параметров оборудования ЭПУ, управления температурной компенсацией напряжения подзаряда аккумуляторной батареи и сохранения в памяти всех изменений режимов работы и аварий оборудования, он может управлять последовательным отключением второстепенных нагрузок при пропадании внешнего электроснабжения и при работе от батареи, обеспечивая более продолжительную работу приоритетных потребителей. Некоторые контроллеры позволяют контролировать не только саму ЭПУ, но и осуществлять мониторинг всего здания - от электрооборудования до системы охраны.
Резкое повышение надежности за счет расширения возможностей диагностики неисправностей дает использование в цепях ЭПУ цифровых сигналов управления вместо аналоговых. При диагностике дистанционно передается не просто сигнал о том, что, например, выпрямитель уже не работает или напряжение на аккумуляторной батарее низкое и она отключается, а еще информация о нарушении режима работы элементов выпрямителя (сам выпрямитель еще работает) или изменении распределения напряжения на элементах батареи, то есть о симптомах неисправностей.
ИБП переменного тока
По принципу работы все ИБП переменного тока можно разделить на установки off-line и on-line. Первые обеспечивают питание нагрузки от сети переменного тока, а при ее пропадании -переключение на питание от инвертора с использованием энергии собственных аккумуляторных батарей (АБ), вторые - постоянное преобразование энергии сети переменного тока в промежуточное напряжение постоянного тока, резервируемое АБ, с дальнейшим его преобразованием в стабилизированное напряжение переменного тока для питания нагрузки.
От обычной ЭПУ на 24, 48 или 60 В постоянного тока с инвертором на выходе ИБП отличаются величиной промежуточного напряжения постоянного тока (это может быть, например, 110 В) и более мягкими требованиями к входящим в состав ИБП выпрямителям, которые нужны для заряда и содержания АБ.
ИБП, предназначенные для питания компьютерной техники, имеют, как правило, аккумуляторный резерв на 10-15 минут работы, что позволяет при пропадании внешнего электроснабжения сохранить информацию до выключения компьютеров. Требование увеличения времени резерва АБ приводит к увеличению мощности выпрямителей, увеличению габаритов и стоимости ИБП.
С развитием мультимедийных систем возникает необходимость обеспечения конечного пользователя не только каналом связи, но и резервным электропитанием. В этом случае необходимы локальные источники гарантированного электроснабжения, в том числе и ИБП. Это должны быть устройства с высоким КПД, надежностью, рассчитанные на работу в широком диапазоне рабочих температур окружающей среды, с возможностью дистанционного контроля.
Аккумуляторные батареи
В качестве резервного источника постоянного тока в УБП используются свинцово-кислотные или щелочные аккумуляторные батареи.
Свинцово-кислотные аккумуляторы дешевле щелочных, лучше по своим энергетическим показателям, имеют более широкий диапазон емкостей, но более требовательны к качеству обслуживания, не допускают глубоких разрядов. В силу этих причин на городских и районных АТС используются свинцово-кислотные аккумуляторы, а на сельских оконечных станциях - щелочные.
Свинцово-кислотные аккумуляторы
По типу свинцово-кислотные аккумуляторы делятся на:
Область применения и особенности эксплуатации свинцово-кислотных аккумуляторов определяются их конструкцией. По типу используемых положительных электродов различают следующие типы аккумуляторов:
Герметизированные аккумуляторы, как правило, имеют намазные положительные и отрицательные электроды.
При выборе типа стационарного свин-цово-кислотного аккумулятора, наиболее подходящего для конкретной области применения, необходимо руководствоваться следующими критериями выбора:
Самыми долговечными при соблюдении правил эксплуатации являются аккумуляторы с электродами большой поверхности, для которых срок службы составляет до 20 и более лет. Второе место по сроку службы занимают аккумуляторы с панцирными электродами - до 16-18 лет. Срок службы аккумуляторов с намазными электродами колеблется в пределах до 10-12 лет. Примерно такие же сроки эксплуатации имеют и герметизированные аккумуляторы, однако встречаются и с меньшим сроком службы.
Аккумуляторы с коротким сроком службы предъявляют пониженные требования к условиям эксплуатации и характеристикам зарядных устройств. В основном они предназначены для использования в качестве резервных источников тока в УБП малой мощности, на временных объектах связи, на объектах, где отсутствуют нормальные условия для эксплуатации батарей, и для обеспечения необходимой надежности системы электропитания периодическая замена батарей более целесообразна.
Щелочные аккумуляторы
Для систем малой энергетики, в частности для организации резерва электропитания для оборудования сельских сетей электросвязи с нагрузкой до 25 А, обычно используются аккумуляторные установки на базе щелочных призматических никель-железных (реже никель-кадмиевых) элементов и батарей.
В отличие от свинцово-кислотных щелочные аккумуляторы могут сохранять свою номинальную емкость только при подзаряде стабилизированным током, так как не воспринимают заряд малыми токами при подзаряде низким стабилизированным напряжением.
Преимущество применения щелочных аккумуляторов заключается в заниженных требованиях к количеству примесей в электролите и доливаемой воде, а также в отсутствии необратимой потери емкости аккумуляторов при глубоких разрядах и при несвоевременном восстановлении заряда.
Диапазон используемой емкости призматических щелочных аккумуляторов при электропитании оборудования проводной электросвязи - 28-150 Ач. Срок службы таких установок в зависимости от качества обслуживания колеблется в пределах 3-7 лет.
Техническое обслуживание ЭПУ
Основными задачами технического обслуживания электроустановок на предприятиях электросвязи городских и сельских телефонных сетей являются:
В настоящее время полной нормативно-технической документации, регламентирующей порядок и правила технического обслуживания всего имеющегося на городских и сельских телефонных сетях оборудования электроустановок, не существует.
Современные цифровые системы связи позволяют производить дистанционный контроль и передачу информации о состоянии станционного оборудования и внешних устройств, в том числе и о режимах работы и неисправностях оборудования электропитания. Использование такой возможности повышает надежность функционирования ЭПУ за счет своевременного получения полной информации, статистической обработки полученных сообщений, возможности подключения более квалифицированного персонала эксплуатационных центров.
Микропроцессорный контроль УБП
Возникающие в последние годы тенденции дробления нагрузок УБП, задачи снижения трудоемкости и повышения качества обслуживания оборудования, а также необходимость установки УБП в местах, где появление постороннего обслуживающего персонала УБП нежелательно, заставляет производителей оборудования разрабатывать системы с микропроцессорным контролем и управлением режимами работы УБП с возможностью передачи и приема информации через модем.
Надежность работы подобных систем в большой степени определяется заданными алгоритмами их работы, то есть способностью выполнять единственно необходимую операцию при случайном сочетании внешних и внутренних условий. При этом, как правило, при отказе микропроцессора основные функции УБП сохраняются, что не влияет на качество питания нагрузки. Наличие микропроцессора в УБП накладывает определенные требования на входящее в состав УБП оборудование: оно должно быть приспособлено к выдаче необходимой информации.
Положительный эффект от внедрения микропроцессорного контроля в УБП становится заметен при создании определенной сети из таких УБП. При этом количество переходит в качество: изменяется организация обслуживания подобных систем. Оперативное получение информации и мгновенная ее обработка с представлением первых результатов анализа позволяет резко повысить надежность СЭП.
Выбор оборудования УБП
В России в городских и сельских сетях связи основной парк выпрямителей составляют тиристорные и диодно-тири-сторные выпрямители, разработанные в 1970-1980-х годах и уже не соответствующие современным требованиям. Более половины этих выпрямителей уже отработало нормативные сроки эксплуатации и подлежит замене. Такая же ситуация обстоит и с аккумуляторными батареями.
Современное телекоммуникационное оборудование, в том числе и оборудование электропитания, характеризуется сокращением предполагаемого срока эксплуатации. Причиной является его быстрое моральное старение.
Еще в недалеком прошлом средний срок службы оборудования составлял 20 лет и определял время, в течение которого было целесообразно ремонтировать оборудование. В настоящее время этот срок сократился. Сейчас при выборе оборудования электропитания, особенно расположенного вне крупных коммутационных центров, целесообразно рассчитывать на перспективу в 5 лет. Это определяется все более быстрым развитием технологий, появлением более эффективных компонентов, изменением требований эксплуатации. Более частая смена оборудования экономически может быть оправдана только при увеличении надежности оборудования, сокращении эксплуатационных расходов и повышении удобства обслуживания.
В настоящее время предлагаемое производителями оборудование позволяет обеспечить электропитание любого объекта с требуемым качеством. Необходимо только подходить к выбору УБП ответственно и рассматривать задачу обеспечения надежного питания в масштабах всей системы электропитания.
Опубликовано: Каталог "АТС. Коммутационное оборудование"-2004
Посещений: 34055
Автор
| |||
В рубрику "Обслуживание и поддержка телефонных систем" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
