- •1. Первичные источники электрической энергии
- •1. 1. Гальванические элементы (первичные элементы)
- •1.2. Марганцево-цинковые элементы (мцэ)
- •1.3. Топливные элементы (тэ)
- •1.4. Аккумуляторы
- •2. Системы электропитания
- •2.1. Общие положения
- •2.2. Автономная система питания
- •2.3. Буферная система питания
- •2.4. Безаккумуляторные и комбинированные системы питания
- •3.1 Общие положения
- •3.2. Классификация и параметры выпрямителей
- •3.3. Принцип работы и сравнительная оценка схем выпрямления
- •3.4. Влияние характера нагрузки на работу выпрямителей
- •3.5. Схемы выпрямления с умножением напряжения
- •4. Сглаживающие фильтры
- •4.1. Общие положения
- •4.2. Оценка мешающего действия пульсации напряжения
- •4.3. Сглаживающие фильтры из индуктивности и емкости
- •4.4. Сглаживающие фильтры с аккумуляторной батареей
- •4.5. Расчет транзисторных сглаживающих фильтров
- •5.Регулирование и стабилизация напряжения
- •5.1 . Основные параметры стабилизаторов
- •5.2. Способы регулирования напряжения
- •5.3. Феррорезонансные и параметрические стабилизаторы напряжения
- •5.4. Транзисторные стабилизаторы напряжения
- •5.5. Импульсные стабилизаторы напряжения
- •5.6. Методика расчета стабилизаторов напряжения
- •6. Преобразователи
- •6.1. Инверторы
- •6.2. Преобразователи постоянного напряжения
- •6.3. Преобразователи частоты
- •8. Новые стандарты по электропитанию аппаратуры
8. Новые стандарты по электропитанию аппаратуры
ЭЛЕКТРОСВЯЗИ
С марта 2001 г. Минсвязи России ввело в действие ОСТ 45.183-2001 "Установки электропитания аппаратуры электросвязи стационарные. Общие технические требования", разработанный ЦНИИС.
Стандарт распространяется на стационарные установки электропитания аппаратуры электросвязи, электроснабжение которых осуществляется от электрической сети общего назначения и резервных источников электроэнергии однофазного и (или) трехфазного переменного тока с частотой 50 Гц и номинальным напряжением 380/220 В. Этот стандарт устанавливает общие технические требования на стационарные установки электропитания и должен применяться при их разработке, производстве и сертификации
Реализация программы по стандартизации оборудования электропитания началась в ЦНИИС с разработки ОСТ "Системы и установки питания средств связи ВСС Российской Федерации. Термины и определения", который получил номер ОСТ 45.55-99 и был введен в действие с 01.07.1999 г.
Стандарт устанавливает термины и определения понятий в области систем и установок питания средств связи и не распространяется на устройства питания, входящие в состав функциональных блоков аппаратуры связи.
Стандарт содержит группы терминов, характеризующих общие понятия, режимы работы систем, установок и оборудования, а также основные параметры систем и оборудования питания.
Всего в ОСТ установлено 89 терминов и понятий, которые основаны на материалах, изложенных в ГОСТ 27.002-89, ГОСТ 18311 -80, ГОСТ 24291-90, ГОСТ Р 50571.1 -93, а также а МЭК 50 (151), а МЭК 50 (486J-91, а МЭК 50 (601 )-85, а МЭК 50 (604)-87, а МЭК 50 {131 )-78, а МЭК 50 (826J-82 и СТ МЭК 50 (191 }-90.
Этот стандарт вводит ряд новых терминов, позволяет уточнить некоторые используемые ранее понятия и исключить разночтения в технической документации и
При разработке нового стандарта были использованы материалы нескольких десятков государственных и отраслевых стандартов, охватывающих широкий круг вопросов, относящихся к установкам электропитания.
Классификация установок электропитания
В рассматриваемом стандарте впервые систематизирована классификация установок электропитания по их основным признакам, в том числе по обеспечению непрерывности питания аппаратуры электросвязи и наличию аккумуляторов в резервных цепях. В зависимости от назначения и типа в состав установок электропитания могут входить:
• стабилизированные выпрямители и инверторы;
• аккумуляторные батареи;
• устройства регулирования, содержащие преобразователи постоянного и переменного тока, а также устройства для создания дополнительного падения напряжения в выходных цепях установки;
• устройства коммутации внешних источников питания переменного тока;
• устройства коммутации резервной цепи постоянного тока;
• устройства распределения и защиты цепей переменного и постоянного тока;
• устройства контроля и управления режимами работы установки;
• токораспределительные сети переменного и постоянного тока.
Требования безопасности
В стандарте излагаются требования безопасности, которые следует учитывать при проектировании, монтаже, наладке и эксплуатации оборудования.
Также в стандарте приводятся основные виды опасностей, от которых должна быть предусмотрена защита персонала.
К основным видам таких опасностей относятся:
• поражение электрическим током;
• возникновение пожаров и взрывов;
• воздействие вредных веществ, шума, электромагнитных полей;
• тепловое воздействие.
Технические требования
В разделе стандарта "Технические требования" приведены значения входных и выходных параметров установок; требования по функциональной совместимости входных характеристик с сетью переменного тока, функциональной совместимости выходных характеристик с параметрами цепей питания аппаратуры связи, а также с аккумуляторами и токораспределительными сетями постоянного и переменного тока; требования к защите, сигнализации и контролю параметров оборудования установки и электромагнитной совместимости. Отметим лишь основные требования, приведенные в стандарте.
Номинальные напряжения сети переменного тока составляют: 220 В -для однофазного и 380/220 В - для трехфазного напряжения, частоты - 50 Гц Установившиеся значения отклонения напряжения не должны превышать +10/-15% от номинального значения. Для отдельных видов оборудования (при электроснабжении его от местных сетей или источников малой мощности) допускается увеличение указанных пределов отклонения напряжения. Коэффициент мощности оборудования электропитания должен быть не менее 0,95 для устройств с коррекцией мощности и не менее 0,7 для остальных устройств.
В стандарте приведены нормы на величины пусковых токов, потребляемых входными цепями электропитания Так, в зависимости от времени импульса тока от 0,1 мс до 1 с пусковой ток может изменяться от 90 до 6 раз от его номинального значения.
Установка электропитания должна быть рассчитана на работу в нормальном (установившемся и переходном) режиме без вмешательства эксплуатационного персонала.
В аварийном режиме должно обеспечиваться автоматическое отключение неисправного оборудования с выдачей соответствующего сигнала на пункт обслуживания. Автоматическое отключение установки или ее части должно обеспечиваться также и в том случае, если дальнейшая работа установки может привести к необратимому повреждению оборудования (например, разряду аккумуляторной батареи ниже допустимого уровня) или нарушению требований безопасности
В зависимости от требований питаемой аппаратуры, установка может обеспечивать бесперебойное электропитание (установка бесперебойного питания) или гарантированное электропитание с длительностью провала (исчезновения) электроэнергии до 30 с.
Установившиеся отклонения напряжения на выходных выводах установки для постоянного тока должны быть не более'
• +4/-3,6 В (для номинала 24 В);
• +9/-7,5 В (для номинала 48 В);
• ±12 В (для номинала 60 В).
То же и для установки переменного тока:
• +10/-15% (от номинального значения без стабилизации);
• ±3% (со стабилизацией выходного напряжения)
Входящие в состав установки современные выпрямители, преобразующие
основную часть ее мощности, должны иметь коэффициент полезного действия (КПД) не менее 0,8 (при выходной мощности до 2 кВт) и 0,9 (при более высокой мощности) Значения КПД для тиристорных выпрямителей и остального вспомогательного оборудования, входящего в состав установки, устанавливаются при разработке конкретных типов устройств.
В установке с аккумуляторными батареями должны обеспечиваться режимы заряда (непрерывного подзаряда) и разряда аккумуляторов При необходимости должны применяться устройства автоматического включения вентиляции при заряде аккумуляторов Переключение режимов работы аккумуляторов должно происходить автоматически и соответствовать требованиям применяемых аккумуляторов.
Суммарная мощность установки должна рассчитываться с учетом одновременного питания аппаратуры и заряда аккумуляторной батареи, а также наличия резервного оборудования.
Параметры токораспределительных сетей
В стандарте нормированы параметры токораспределительных сетей. При проектировании сети постоянного тока индуктивность и омическое сопротивление должны выбираться из условия ограничения величины импульсного перенапряжения на нагрузке при коротких замыканиях (КЗ) в сети.
Расчетные величины тока КЗ и индуктивности цепи рекомендуется выбирать не более 1000 А и 10~4 Гн соответственно. Падение напряжения в сети ограничивается величиной в 4% от номинального напряжения. Выходные цепи должны быть рассчитаны на импульсные токи, возникающие при коммутациях в нагрузках. Для цепей постоянного тока (в зависимости от длительности импульса от 0,1 мс до 1,0 с) величину импульсов тока могут изменяться от 50 до 4 раз от номинального значения, а для цепей переменного тока (при длительности импульса от 0,1 мс до 1,0с) соответственно от 90 до 2 раз.
Защита цепей постоянного тока с током нагрузки до 32 А должна осуществляться при помощи автоматических выключателей с электромагнитным расцепителем.
Контроль параметров установки и сигнализации
В новом стандарте отражены вопросы контроля параметров установки и сигнализации.
По требованию потребителя в состав установки должны входить встроенные устройства диагностики и управления или обеспечиваться выдача сигналов для подключения внешней системы диагностики и управления, в том числе дистанционного управления работой установки.
Электромагнитная совместимость
В процессе разработки стандарта много внимания уделялось электромагнитной совместимости, при этом учитывались следующие виды воздействий:
•динамические изменения напряжения, включая повышение напряжения, провалы и исчезновение напряжения;
• гармоники в сетях переменного и постоянного тока (включая коэффициент искажения синусоидальности кривой переменного напряжения) и пульсации постоянного напряжения;
• несимметрия напряжения питания в трехфазной сети переменного тока (в том числе коэффициент небаланса напряжения) и неравномерность потребляемых отдельными фазами токов;
• изменения частоты;
• импульсные помехи;
• электростатические разряды;• индустриальные радиопомехи;
• мощные электромагнитные поля.
На входных выводах установки нормируются следующие величины кондуктивных помех:
• размах изменения напряжения (в процентах от номинального значения) -не более 12;
• коэффициент временного перенапряжения (в относительных единицах) -не более 1,47 (при длительности перенапряжения до 1 с), 1,31 (при длительности перенапряжения до 20 с);
• длительность провала напряжения, глубина которого составляет от 0,9 номинального значения до значения близкого к нулю, - не более 30 с;
• отклонения частоты -не более ±2,5 Гц;
• величина импульсного напряжения: при длительности импульса до 50 мкс - не более 6 кВ и при длительности до 5 мс - не более 4,5 кВ (в первом случае время нарастания импульса от 0,1 до 0,9 амплитуды - не менее 1 мкс, во втором - не менее 100 мкс). Помехозащищенность установки от воздействия
электростатических помех проверяется методом контактного разряда по ГОСТ 29280 при амплитуде напряжения 4 кВ.
Кондуктивные помехи, создаваемые установкой питания в сети переменного тока ограничены на уровне:
• не более 8% - коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения;
• не более 4% - коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности;
• не более 2% - коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности;
• не более 0,1% от номинального значения - коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения (n>25).
Кондуктивные помехи, воздействующие на нагрузку со стороны оборудования установки питания постоянного тока, должны быть ограничены на уровне:
• не более 12% от номинального напряжения (на выводах для подключения токораспределительной сети) - глубина провала напряжения при коммутациях и коротких замыканиях (ток КЗ до 1000 А);
• не более 20% в цепях нагрузки;
• не более 50 мс - длительность провала напряжения;
• не более 1,4 номинального значения -импульсное напряжение при коммутациях и коротких замыканиях (ток не более 1000 А, индуктивность сети не более 10-4 Гн) в нагрузке при применении специальных мер по ограничению величины импульса и не более 150 В - во всех остальных случаях (длительность импульса на уровне 0,5 амплитуды в первом случае допускается до 15 мс, во всех других случаях - не более 5 мс);
• не более 50 мВ - по действующему значению n-ой гармонической составляющей в диапазоне частот до 300 Гц;
• не более 7 мВ в диапазоне частот от 300 Гц до 150 кГц (до 10 кГц для установок, размещаемых совместно со служебными радиоприемными устройствами);
• не более 50 мВ - пульсации напряжения по действующему значению суммы гармонических составляющих в диапазоне частот от 25 Гц до 150 кГц (до 10 кГц для служебных радиоприемных устройств);
• не более 2 мВ - пульсации напряжения по псофометрическому значению для номинальных напряжений 48 и
60 В. Кондуктивные помехи, воздействующие на нагрузку со стороны оборудования установки питания
переменного тока, должны быть ограничены на уровне:
• не более ±1% - отклонения частоты выходного напряжения;
• не более 30% - максимальное отклонение выходного напряжения при изменении тока нагрузки от 0 до номинального значения;
• не более 40 мс - длительность отклонения;
• не более 10 мс - длительность провала напряжения при глубине от 0,9 номинального значения до близкого к нулю;
• не более 8% - коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения.
Индустриальные радиопомехи на входных и выходных выводах установки, воздействующие на сеть общего назначения и на нагрузку, должны иметь ограничения по следующим параметрам:
• несимметричные напряжения не должны превышать значений, указанных в таблице 2 ГОСТ 30428-96. Для установок, размещаемых совместно со служебными радиоприемными устройствами величина несимметричных напряжений не должна превышать значений, приведенных на рисунке 1 в таблице 1 ГОСТ 30429-96;
• квазипиковое значение напряженности поля радиопомех не должно превышать величин, указанных в таблице 6 ГОСТ 30428-96. Для установок, размещаемых совместно со служебными радиоприемными устройствами, это значение не должно быть больше значений, приведенных на рисунке 2 в таблице 1 ГОСТ 30429-96.
Испытания на помехоустойчивость должны проводиться в соответствии с требованиями ГОСТ 29280-96.
Надежность
Для характеристики надежности устанавливаются следующие показатели:
• средняя наработка до отказа не менее 106 ч для установок с аккумуляторными батареями;
• среднее время восстановления не более 0,5ч;
• средний срок службы не менее 20 лет;
• срок хранения не менее 12 месяцев.
За критерий отказа установки должно приниматься несоответствие установленным нормам качества электроэнергии на ее выходных выводах. Предельное состояние установки определяется невозможностью восстановления ее с помощью принятых для нее правил эксплуатации.
Требования к внешним воздействующим факторам
В стандарте приведены требования стойкости к внешним воздействующим факторам. К ним отнесены климатические и механические факторы. Эти воздействия проявляются при эксплуатации, хранении и транспортировании оборудования установки. К общим требованиям можно отнести следующие:
• по условиям эксплуатации оборудование должно быть рассчитано на работу в стационарных отапливаемых и (или) неотапливаемых помещениях при температуре от +5° до +40°С, влажности воздуха до 80% (при 25°С) и пониженном атмосферном давлении до 60 кПа;
• по условиям транспортирования оборудование должно допускать перевозку автомобильным транспортом, в закрытых железнодорожных вагонах, негерметизированных кабинах самолетов и трюмах водного транспорта при температуре окружающей среды от -50° до +50°С, при пониженном давлении до 12 кПа и относительной влажности до 100% (при температуре +25°С);
• по условиям хранения оборудование в упакованном виде должно допускать хранение в неотапливаемых складских помещениях при температуре от -50° до +40°С, среднемесячной относительной влажности 80% при 20°С. Допускается кратковременное повышение относительной влажности не более 25°С без конденсации влаги, но суммарно не более одного месяца в год.
Конструктивные требования
В стандарте приводятся основные конструктивные требования, выполнение которых обеспечивает совместимость оборудования установки электропитания с питаемой аппаратурой и безусловное выполнение требований безопасности. Рассмотрена комплектность поставки и условий заказа, уделено внимание вопросам ремонтопригодности, маркировки и упаковки оборудования. В стандарте также приводятся общие указания по эксплуатации.
Заключение
Новый стандарт "Установки электропитания аппаратуры электросвязи стационарные. Общие технические требования" охватывает круг технических требований, которые должны предъявляться к установкам электропитания аппаратуры связи сети общего пользования.
ЛИТЕРАТУРА
БагуцВ.П., Ковалев Н.П., Костроминов А.М. Электропитание устройств железнодорожной автоматики.- М.: Транспорт, 1991. – 266 с.
2.Коган Д.А., Молдавский М.М. Аппаратура электропитания железнодорожной автоматики. – М: ИКЦ «Академкнига», 2003.- 438 с.
3. Рогинский В.Ю. Расчет устройств электропитания. - М.: Связь, 1972. – 360 с.
4. Семенов Б.Ю. Силовая электроника : от простого к сложному. – М.: СОЛОН-Пресс,2005. – 416 с.
5. Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи. – М.: Транспорт, 1999.- 454 с.
6. Бушуев В.М. Универсальное устройство бесперебойного питания// Электросвязь № 10, 2005.- С. 18- 20.
7. Бушуев В.М. Новые стандарты по электропитанию аппаратуры электросвязи // Технологии и средства связи.- №2 .- 2001.- С.116-119