687_Sazhnev_A.M._Sistemy_ehlektropitanija_

При использовании трёхфазного трансформатора на каждую фазу

Находим сопротивление фазного провода RФ с учётом его протяженности lФ и

общие потери мощности P1Ф 3 IЛ2 RФ, которые не должны превышать 5…10% от полной потребляемой мощности.

м) Автоматические выключатели выбираются согласно номинальным значениям напряжения, линейного тока сети IЛ и условиям перегрузки по таблице В1. Номинальный ток выключателя равен IНОМ.АВТ. 1,5IЛ..

2.2 Системы дистанционного электропитания подводных ВОСП

Дистанционным питанием (ДП) называется передача электрической энергии для питания аппаратуры связи, установленной на необслуживаемых регенерационных пунктах (НРП), с использованием тех же цепей, по которым организуется связь [30]. Структурная схема организации ДП на магистрали связи приведена на рис. 2.4.

Рисунок 2.4 Структурная схема организации ДП

Участок магистрали связи между двумя смежными обслуживаемыми регенерационными пунктами (ОРП) называется секцией ДП. Передача электроэнергии с ОРП, как правило, осуществляется на длину полусекции. НРП

51

другой полусекции получают питание со следующего ОРП. К цепи ДП предъявляются следующие требования:

наибольшая дальность ДП;

бесперебойная подача энергии;

приемлемые массогабаритные показатели;

минимальное влияние токов ДП на каналы связи;

минимальное влияние посторонних помех на цепи ДП и каналы связи.

Всовременных системах передачи информации ДП позволяет автоматизировать до 98% всех устройств питания ДП (УПДП) магистрали.

Системы ДП классифицируют по различным признакам. По роду тока на

переменного и постоянного тока. В системах постоянного тока практически полностью отсутствует влияние токов питания на каналы связи и УПДП, входящие в состав системы. В связи с этим ДП постоянным током получило наибольшее применение в подводных ВОСП. ДП переменным током еще сохранено в магистралях, выполненных на коаксиальных кабелях.

Всистемах ДП постоянным током используются две схемы построения: "провод-провод" и "провод-земля". Схема "провод-провод" образуется из проводов линий связи, хорошо защищена от "блуждающих" токов линий электропередач, электрифицированных железных дорог. Недостатком такой схемы является малая дальность действия. В схеме "провод-земля" обратным проводом служит земля, поэтому схема более подвержена влиянию различных посторонних ЭДС и токов.

Существует разделение схем ДП по способу включения нагрузок. Нагрузки - НРП могут включаться в линию последовательно, параллельно или раздельно. Схема последовательного включения НРП приведена на рис. 2.5. Такая схема используется при ДП постоянным током, где ток в линии стабилизируется одним общим стабилизатором тока.

Рисунок 2.5 Схема последовательного включения нагрузок НРП

Напряжение УДП определяется выражением:

где RУ суммарное сопротивление прямого и обратного проводов участка ретрансляции.

52

Параллельная схема включения нагрузок НРП приведена на рис. 2.6. Она применяется для включения НРП при питании переменным током, где для уменьшения потерь в линии и увеличения дальности системы используются трансформаторы.

Рисунок 2.6 Схема параллельного включения нагрузок НРП

Величина тока ДП равна:

При раздельном включении нагрузок НРП в каждую цепь включается только один НРП, что не позволяет получить большую дальность ДП. Такая схема подключения нагрузок применяется при питании постоянным током вынесенных подстанций или концентраторов, что характерно для современных цифровых сетей связи, которые строятся по радиально-узловому принципу.

Для ДП предусматривается резервирование на случай проведения профилактических или ремонтных работ на участках линии связи. Чтобы не нарушить действие связи в эти периоды, резервирование может осуществляться путем:

подачи питания по второму кабелю с того же ОРП;

с противоположного ОРП (сквозное резервирование);

от стационарных резервных питающих пунктов, размещенных посередине между двумя ОРП;

от передвижных питающих или усилительных станций.

Для электропитания узлов протяженных подводных ВОСП применяется

сеть постоянного тока, так как большая емкость проводников при использовании переменного тока ведет к большим потерям электрической мощности. Схема электросети магистральной линии ВОСП представлена на рис. 2.7, где её узлы, являющиеся потребителями электроэнергии, обозначены порядковыми номерами 1…(N+1). Узлы соединены медными жилами электрооптического комбинированного кабеля. Сопротивления участков сети обозначено символами rx-y, где X и Y – номера соединяемых узлов. При расчетах подразумевается, что напряжение сети превышает рабочие значения напряжений оборудования узлов и что каждый узел ВОСП содержит DC/DC преобразователь, понижающий сетевое напряжение питания до рабочего значения. Коэффициент преобразования у каждого узла свой и задается оператором по сети управления, либо устанавливается автоматически.

53

Мощности потребления узлов ВОСП (Pi) и длина кабеля между узлами (li-i+1) зависят от схемы ВОСП. Значения напряжений Ui, подаваемых в узлы, выбираются с учетом коэффициента преобразования. Ток в отрезке кабеля, расположенного между узлами i и i+1определяется выражением:

где ri (i 1) – сопротивление отрезка кабеля между узлами i и i+1.

Рисунок 2.7 Схема электросети подводного ВОСП

Для понижения напряжения в узлах сети до рабочих значений используют DC/DC преобразователи, построенные по различным схемам, которые представлены в п.1.5.

Приведём пример расчета фрагмента сети электропитания протяженной ВОСП [31], состоящего из усилительного участка 1 в составе четырех оптических усилителей (ретрансляторов уровня 1R), ретранслятора уровня 3R, второго усилительного участка 2 в составе двух оптических усилителей и узла с оконечным оборудованием (рис. 2.8).

Рисунок 2.8 Схема фрагмента ВОСП

В качестве оптического кабеля возьмем кабель типа ОПП, который используется для прокладки и эксплуатации на морских (прибрежных шельфовых и глубоководных) участках протяженностью до 2000 м. На участках протяженностью до 5000 м наиболее часто используется кабель марки ОПР. Кабели марки ОПП и ОПР содержат сердечник трубчатой

54

конструкции, в случае необходимости – электрический проводник в виде токопроводящей жилы для обеспечения дистанционного питания регенераторов (рис. 2.9).

1 – оптические волокна различной окраски, сгруппированные в пучки или уложенные свободно; 2 – центральная полимерная (для кабеля

марки ОПП) либо стальная (для кабеля марки ОПР) трубка, заполненная гидрофобным компаундом; 3 – повив изолированных либо

неизолированных медных проволок – для кабеля с токопроводящей (-ми) жилой (-ми), либо повив из стальных оцинкованных проволок с временным сопротивлением разрыву не менее

1670 МПа; 4 – медная лента (при необходимости) для кабеля с токопроводящей жилой;

5– внутренняя (промежуточная) полиэтиленовая оболочка;

6– водоблокирующая лента;

7– алюмополиэтиленовая либо полиэтиленовая оболочка;

8– бронеповив (-ы) из стальных оцинкованных проволок с временным сопротивлением разрыву не менее 1670 МПа; 9 – наружная полиэтиленовая оболочка.

Рисунок 2.9 Конструкция оптического кабеля для морской прокладки

Свободное пространство бронепокровов заполнено гидрофобным компаундом. Кабели могут поставляться на барабанах, строительными длинами до 25 км или иным способом.

Исходными данными для расчета являются мощности потребления узлов ВОСП и длины кабеля между узлами (см. таблицу 2.1). В качестве параметра для расчета сетевого напряжения используется значение напряжения, подаваемое в узел 8 (оконечное оборудование), U8. Мощность потребления оборудования, подключенного к данному узлу P8 = 5000 Вт (см. табл.2.1). Ток в отрезке кабеля, расположенного между узлами 7 и 8 ( I7-8) согласно выражению

(2.15) равен I7 8 P8 .

U8

Сетевое напряжение (см. выражение 2.16), прикладываемое к узлу 7 U7

где r7-8 – сопротивление отрезка кабеля между узлами 7 и 8.

55

Удельное сопротивление жил дистанционного питания кабеля типа ОПП составляет 0,5 Ом/км. С учетом длины трассы L7-8 = 100 км, r7-8 = 50 Ом.

Таблица 2.1 – Мощность потребления и длины кабелей между узлами фрагмента ВОСП

Аналогично проводится расчет сетевых напряжений питания, прикладываемых ко всем узлам фрагмента ВОСП при различных U8. Результаты расчетов сведены в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – Результаты расчета сетевого напряжения питания прикладываемого к узлам фрагмента ВОСП

Таким образом, из таблицы 2.2 следует [31], что зависимость величины сетевого напряжения подводимого медными проводниками комбинированного оптического кабеля со стороны берегового оборудования нелинейно зависит от величины напряжения, прикладываемого к последнему узлу фрагмента ВОСП. Характер зависимости определяется длиной ретрансляционных участков, удельным сопротивлением медных жил кабеля и мощностью потребления оборудования, размещенного в узлах сети. Дальнейший расчет и выбор ИП проводится по известным методикам.

56

3 Список литературы

1.Шостаковский, П. Альтернативные источники электрической энергии промышленного применения на основе термоэлектрических генераторов / П. Шостаковский // Control engineering Россия. − 2013.− №3(45). − С. 52…56.

2.Бекман, И.Н. Ядерная индустрия. Курс лекций / И.Н. Бекман. – М.: Издво МГУ, 2005. – 867 с.

3.Сысоева, С. Устройство для беспроводного и безбатарейного питания автономных узлов. Часть 1 /С. Сысоева // Электронные компоненты. − 2011.− №6. − С. 42…45.

4.Пичугина, М.Т. Мощная импульсная энергетика /М.Т. Пичугика// Томск: Изд-во ТПУ, 2005. − 98 с.

5.Крастелев, Е.Г. Мощные электроимпульсные системы. Часть II/ Е.Г. Крастелев, А.П. Лотоцкий, С.П. Масленников, Э.Я. Школьников // Учебное пособие. – М.: МИФИ, 2008. –144 с.

6.Von Helmholt H. Studien uber elektrische Grenzshichten.— Ann. der Physik und Chernie, 1879, Bd VII, № 7

7.Lewandowski A., Galinski M. Practical and theoretical limits for electrochemical double-layer capacitor // Journal of Power Sources. 2007. 173. P. 822–828.

8.Иванов А.М., Герасимов А.Ф. Молекулярные накопители электрической энергии на основе двойного электрического слоя. Электричество, №8, 1991г., с.

16-19.

9.Kotz R., Carlen M. Principles and applications of electrochemical capacitors, Electrochimica Acta. 2000. 45. P. 2483-2498.

10.K. Denshchikov, Stacked Supercapacitor Technology – New Perspectives & Chances, Supercaps Europe – European Meeting on Supercapacitors: Development and Implementation in Energy and Transportation Techniques, Berlin, Germany, Nov.2005.

11.Denshchikov K.K., Zhuk A.Z., Izmaylova M.Y, Gerasimov A.F., New

Generation of Stacked Supercapacitors, First International Symposium on Enhanced Electrochemical Capacitors, Universite de Nantes, France, June 30th – July 2nd 2009.

12.K.Denshchkov, A.Zhuk, M. Izmaylova, Specific features of energy storage of supercapacitors with ionic liquid electrolyte, COST Action 542 High Performance Energy Storages for Mobile and Stationary Applications, INRETS, Paris, France, June 5 -7, 2008.

13.Богницкий И.Я., Герасимов А.Ф., Ефимов С.Е., Иванов А.М., Фомин А.В., Чижевский С.В., Патент Ru №2041518, Конденсатор с двойным электрическим слоем, Бюллетень изобретений Комитета РФ по патентам и товарным знакам, 1995, № 22.

14.www.maxwell.com

15.A.M.Ivanov, A.Gerasimov, V.A.Ilyin, G.I.Emelianov Patent USA №5,420,747 Capacitor with a duble electric layer cell stack, 1995.

16.Буклет ЗАО «НПО «ТехноКор», 109052, г.Москва, ул.Подъемная, д.12.

57

тел/факс: (495) 788-3397/98.

17.Деньщиков К.К., Измайлова М.Ю., Пути повышения энергетических характеристик суперконденсаторов, Конференция ОИВТ РАН «Результаты фундаментальных исследований в области энергетики и их практическое значение», Москва, 24 -26 марта 2008г.

18.М. Ю. Измайлова, А. Ю. Рычагов, К. К. Деньщиков, Ю.М. Вольфкович, Е. И. Лозинская, А.С. Шаплов, Электрохимический суперконденсатор с электролитом на основе ионной жидкости. Электрохимия. т.405, №8, 2009, С.949-950

19.Gerasimov A.F., Denshchikov K.K., Izmaylova M.Y., Vygodskii Y. S., Zhuk A.Z., 1-methyl-3-butylimidazolium tetraflouroborate with activated carbon for electrochemical double layer supercapacitors, Electrochimica Acta, 2010 in press.

20.Ya.S. Vygodskii, E.I. Lozinskaya, A.S. Shaplov, et al. // Polymer, 2004, v. 45, p. 5031-5045.

21.Деньщиков К.К., Измайлова М.Ю., Суперконденсаторы нового поколения, Десятая Международная научная конференция «Цивилизация знаний: глобальный кризис и инновационный выбор России, Российский Новый университет, 24-25 апреля 2009.

22.Деньщиков К.К., Комбинированные энергетические установки на основе суперконденсаторов, Конференция ОИВТ РАН «Результаты фундаментальных исследований в области энергетики и их практическое значение», Москва, 24 -26 марта 2008г.

23.Пржегорлинский, В. Высокочастотные преобразователи для питания линий связи большой протяжённости. Часть 1 / В. Пржегорлинский, С. Сергеев, Д. Богословский// Современная электроника. − 2010.− №3. − С. 16…17.

24.Santelmann W.F. Designing Ultra-Efficient High Voltage Supplies U Sing a High Fre-quency Resonant Flyback Technique. Proc. of Powercon 9.

25.Полищук А. Схемотехника современных мощных источников питания для телекоммуникационного оборудования и систем промышленной автоматики. Силовая электроника. 2005. № 2.

26.Ромаш Э.М., Драбович Ю.И., Юрченко Н.Н., Шевченко П.Н. Высокочастотные транзисторные преобразователи. Радио и связь,1988.

27.Полищук А. Высоковольтные диоды Шоттки из карбида кремния в источниках электропитания с преобразованием частоты. Компоненты и технологии. 2004. № 5.

28.Пржегорлинский, В. Высокочастотные преобразователи для питания линий связи большой протяжённости. Часть 2 / В. Пржегорлинский, С. Сергеев, Д. Богословский// Современная электроника. − 2010.− №4. − С. 34…35.

29.РД 45.063–99. Установки питания и оборудование, входящее в их состав, для Взаимоувязанной сети связи России. Технические требования. – М.: Госстандарт, 2000.

30.Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: Учебное пособие для вузов / В.М.Бушуев, В.А. Деминский, Л.Ф. Захаров и др. – М.,2009. – 384 с.

58

31. Волоконно-оптическая техника. Практическое руководство / В.Н. Цуканов, М.Я. Яковлев. – М. : Инфра-Инженерия, 2014. – 304 с.

59

Приложение А Аккумуляторы и выпрямительные устройства

Таблица А1 Электрические параметры аккумуляторов при 10 часовом режиме разряда