Бушуев В.М.

Состав электроустановки.

1)Трансформаторные подстанции

2)Дизельная электростанция (ДЭС)- резервный источник переменного тока.

3)Электропитающая установка (ЭПУ). ЭПУ предназначена для электропитания оборудования связи различным номинальным напряжением постоянным токам.

Uн = -60 В для АТС

Uн = -24 В для систем передач.

Состав ЭПУ.

1)Выпрямительные устройства, которые производят выпрямление переменного тока в постоянный ток.

К ним относятся выпрямители серии ВУК , ВУТ, ВУЛС, ВБ.

2) Аккумуляторная батарея (АКБ)- резервный источник постоянного тока.

3) Инвертор ( постоянный ток преобразует в переменный )

4) Коммутационно- распределительные устройства: щит переменного тока (ЩПТА), шкаф коммутационный

( ШК60/150 ), автоматическая коммутация аккумуляторных батарей (АКАБ 60, АКАБ 24)

5) Преобразователи и стабилизаторы напряжения.

7)ТРС – токораспределительные сети, связывающие между собой оборудование электропитания и аппаратуру связи.

Основные требования к ЭПУ.

1) должна обеспечивать бесперебойное питание аппаратуры связи напряжениями необходимой стабильности и допустимой пульсации.

2) должна быть максимально автоматизирована.

3) должна быть построена с максимальным использованием типового унифицированного оборудования и быть экономичным в строительстве и эксплуатации.

4) должна иметь высокие КПД и cos φ при минимальных затратах.

Источники электроснабжения.

К ним относятся внешние электрические сети, подключаемые через трансформаторные подстанции, и дизельная электростанция.

Трансформаторная подстанция.

Трансформаторные подстанции предназначаются для обеспечения электроснабжения от энергетических сетей общего пользования. Функции подстанции сводятся к приему высокого напряжения с линий электропередач (ЛЭП) и преобразованию его в низкое напряжение 380/220.

Как правило, на предприятиях связи применяются подстанции закрытого типа с типовым оборудованием. К этому оборудованию относятся:

1. понижающие трансформаторы

2. высоковольтные предохранители и выключатели, разъединители.

3. низковольтные предохранители и выключатели

4. измерительный щит.

5. разрядники для защиты воздушных вводов.

Понижающие трансформаторы предназначаются для понижения высоковольтного напряжения до 380/220 В. Схема вторичной обмотки трансформатора, как правило, выполнена в виде звезды с выводом нулевой точки.

Высоковольтные предохранители предназначаются для защиты от коротких замыканий и перегрузок силовых цепей. Предохранители делаются закрытого типа с наполнением. Высоковольтные выключатели применяются для включения и отключения высоковольтных цепей. Выключатели могут срабатывать автоматически и имеют ручной привод. Для напряжений 6..10 кВ наибольшее распространение получили масляные выключатели, у которых размыкаемые контакты помещены в трансформаторное масло. Это позволяет разрывать высоковольтную цепь при больших токах. Разъединители представляют собой рубильники, смонтированные на высоковольтных изоляторах. Разъединители служат для обесточивания цепи при проведении ремонтных работ. Пользоваться разъединителями можно только при отключенной нагрузке.

Структурная схема трансформаторной подстанции.

Данная схема обеспечивает бесперебойное электроснабжение за счет двух источников и секционированных шин.

Собственные электрические станции.

Собственные электростанции предприятий связи осуществляют резервное электроснабжение

Состав.

1. двигатель внутреннего сгорания (дизель)

2. генератор переменного тока

3. щит дизель- генераторного агрегата (ЩДГА)

Автоматизированные ДЭС.

На предприятиях связи получили применения автоматические ДЭС серии ДГА –дизель-генераторный агрегат мощностью 12 кВт - 400кВт. Серии АСДА – агрегат стационарный дизельный автоматизированный мощностью от 100 до 200 кВт., автоматизированная дизельная электростанция КАС-500.

В настоящие время применяются также дизельные установки иностранного производства.

Трансформаторы

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющие две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования напряжения переменного тока из одной величины в другую ( ГОСТ 16110-82 ).

Классификация трансформаторов.

По применению трансформаторы подразделяется на силовые, измерительные, согласующие и т.д. Из них в устройствах электрического питания получили применения силовые трансформаторы.

Силовые трансформаторы ЭПУ можно условно классифицировать

1) по мощности: малой (P<!00 ва ), средней (Р=100-1000ва ), большой( Р> 1000 ва );

2) по количеству фаз трансформаторы подразделяются на однофазные и трехфазные;

3) по напряжению: низкого ( до 500 В ), высокого ( свыше 500 В );

4) по конструкции магнитопровода: на стержневые, броневые, тороидальные.

Однофазные трансформаторы.

УГО.

Устройство и принцип действия.

Трансформатор состоит из магнитопровода и обмоток. Обмотки, подключаемые к источнику электрической энергии, называются первичными. Обмотки, подключаемые к нагрузке, называются вторичными. Магнитопровод трансформатора изготавливается из электротехнической стали, выполненных в виде тонких пластин или ленты. Для пластинчатых магнитопроводов применяются горячекатаные марки электротехнической стали ( Э41, Э42, Э43, Э44 ), для ленточных – холоднокатаные ( Э310, Э320 Э340 Э350, Э360 ) толщиной 0.05-0.5мм. В стержневых трансформаторах ( с пластинчатым и ленточным магнитопроводом ) обмотки располагаются на разных стержнях магнитопровода, в броневых трансформаторах ( с пластинчатым и ленточным магнитопроводом ) обмотки располагаются на среднем стержне. Броневые трансформаторы применяются на меньшие мощности по сравнению со стержневыми.

При подаче на первичную обмотку (W1 ) переменного напряжения U1 протекает переменный ток I1, который создает магнитное поток Ф. Этот переменный магнитный поток, замыкаясь по магнитопроводу, индуктирует ЭДС самоиндукции Е1 в первичной обмотке W1 и ЭДС взаимоиндукции Е2 во вторичной обмотке W2.

Е1=4.44*W1*f * Ф

Е2=4.44*W2*f * Ф

Где f – частота переменного тока I1.

В режиме холостого хода можно пренебречь потерями в обмотках, тогда U1=E1, U2=E2

U1/U2=E1/E2=W1/W2 – это отношение называется коэффициент трансформации. Коэффициент трансформации (Ктр) показывает во сколько раз изменяется U на вторичной обмотке по сравнению с первичной обмоткой. Если U1>U2, то трансформатор является понижающим и W1>W2, при U1<U2-повышающим и W1<W2.

Основные электрические параметры трансформатора.

1) Полезная мощность трансформатора Р2=U2*I2*Cosφ

2) Номинальное напряжение первичной обмотки U1 и номинальное напряжение вторичной обмотки U2=Uхх*(1-∆U), где Uхх- напряжение на вторичной обмотке в режиме холостого хода, ∆U-изменение напряжения на вторичной обмотке при переходе в режим под нагрузкой.

3)КПД трансформатора зависит от потерь в стали сердечника (Рст ) и от потерь в первичной и вторичной обмотках (Роб). В стали сердечников потери объясняются потерями на вихревые токи и на перемагничивание сердечника, а потери в проводе зависят от типа провода.

КПД = Р2/ (Р2+Рст + Роб)

Рст определяют в режиме холостого хода, Роб определяют в режиме короткого замыкания.

Трехфазный трансформатор.

Применяется для трансформации трехфазного напряжения и тока. Состоит из замкнутого сердечника Ш- образной формы. У стержневых трансформаторов сечение прямоугольное или квадратное. У мощных трансформаторов сечения приближенно к окружности На каждом стержне намотаны обмотки низшего и высшего напряжения одной фазы. Намотка обмоток на стержне производится двумя способами: цилиндрическим или дисковым. Для трансформаторов большой мощности применяют цилиндрический способ намотки. Ближе к стержню наматывают обмотки низкого напряжения (НН), сверху- обмотки высокого напряжения (ВН). Трехфазные трансформаторы имеют минимум три первичные и три вторичные обмотки. Начало и концы обмоток высокого напряжения обозначают прописными буквами А, В,С и Х,Y, Z, а обмотки низкого напряжения строчными буквами- а, в, с и x, y, z. Cоединение обмоток трехфазного трансформатора производится по схеме:

1. Звезда (Y)

2. Треугольник ( ∆ )

Условное обозначение соединений первичной и вторичной обмоток производится через дробь, где числитель показывает схему первичной обмотки, а знаменатель схему вторичной обмотки. Например: Y/∆, Y/Y, ∆/∆ и т.д. Таких соединений существует двенадцать и пронумерованы 0 -11.Каждое соединение называется группой. Группы определены исходя из циферблата часов. Минутная стрелка обозначает линейное напряжение первичной обмотки, а часовая- вторичной обмотки. Минутная стрелка устанавливается на цифре 12, а часовая указывает номер группы соединения. Изготовляются в России две группы 0 (Y/Y), 11(Y/∆, ∆/Y) и называются стандартные. В понижающих трансформаторах чаще всего первичную обмотку соединяют «звездой», т.к это позволяет рассчитывать фазные обмотки на напряжение в 1.73 раза меньше, чем напряжение источника, а вторичные обмотки выгодно соединять в «треугольник»,т.к. фазный ток в1.73 раза меньше линейного тока.

Соотношения линейных и фазных напряжений и токов трехфазного трансформатора:

1). При соединении Y: Uл =Uф*√3; Iл = Iф

2). При соединении ∆: Uл =Uф; Iл = Iф*√3 ;

УГО нулевой группы.

Автотрансформатор.

Автотрансформатором называется трансформатор, обмотки которого гальванически связаны.

Автотрансформаторы могут быть повышающие (W1<W2) и понижающие (W1>W2).

Достоинства: малые габариты, так как меньше масса меди обмотки и меньше масса сердечника, малые потери и повышенный КПД,

Недостатки: есть гальваническая связь между обмотками высокого и низкого напряжений, поэтому автотрансформаторы выпускаются небольшой мощности исходя из условий техники безопасности.

На практике автотрансформаторы заменяют трансформаторы с целью экономии материала и снижения потерь электрической энергии при коэффициенте трансформации <=5.

Преобразование электрической энергии.

Для электропитания аппаратуры связи применяются преобразователи из переменного тока в постоянный, называемые выпрямителями и постоянного тока в переменный, называемые инверторами. Электрический выпрямитель широко применяют как наиболее универсальный преобразователь переменного тока в постоянный.

Выпрямление в электрическом выпрямителе достигается вследствие включения в его состав электрического вентиля, который пропускает ток преимущественно в одном направлении, (рис. 1.2, а). Ток, протекающий в нагрузке в одном направлении, называется выпрямленным током, а напряжение на выходе выпрямителя называют выпрямленным напряжением. Выпрямленное напряжение и ток имеют пульсирующую форму и содержат постоянную и переменные составляющие.

В общем случае выпрямитель содержит сетевой трансформатор, вентили, соединенные особым образом, и сглаживающий фильтр. Трансформатор предназначен для понижения напряжения сети до напряжения питания аппаратуры ( 60В,48В,24В ) и также для изоляции нагрузки от сети переменного тока. Фильтр выпрямителя уменьшает пульсацию выпрямленного напряжения.

Структурная схема выпрямителя.

Выпрямление однофазного переменного тока.

Применяются две схемы однофазного переменного тока.

1. Схема с нулевым выводом трансформатора ( Схема Миткевича)

2. Мостовая схема ( Схема Греца).

Рис.1.Схемы выпрямления

Схема с нулевым выводом трансформатора ( Схема Миткевича)

Схема изображена на рис.1.б

Принцип действия

В каждый момент времени открывается один диод и ток протекает по нагрузке в одном и том же направлении. Происходит двухполупериодное выпрямление. Диоды, так же как и вторичные полуобмотки трансформатора, работают поочерёдно.

Параметры схемы.

1. m =2 (количество пульсаций за один период)

2. f вых =m * f вх=2*50=100 Гц –частота первой гармоники выпрямленного тока

3. Кn=Um/U0=0.67{чем меньше коэффициент пульсации, тем лучше выпрямление.}

4. U обр=3.14*Uо для выбора диодов.

5. Iср =0,5 * Iо для выбора диодов.

Достоинства и недостатки.

Схема производит двухполупериодное выпрямление.

Недостатки.

1. Схема не применяется без трансформатора

2. Большое обратное напряжение на закрытом диоде.

Мостовая схема.(Схема Греца)

Схема изображена на рис.1.в

Принцип работы.

В каждый момент открыты два диода, работающих в параллельных плечах, два других закрыты. В этой схеме диоды работают парами и ток через цепь нагрузки протекает в одном направлении в оба полупериода. Происходит двухполупериодное выпрямление.

Параметры схемы.

Такие же как в схеме Миткевича , кроме обратного напряжение вентиля

Uобр =1,57*U0.

Достоинства.

1. Может работать без трансформатора, т.к. не имеет трансформатор нулевой вывод

2. Может выпрямить в два раза больше напряжение, чем схема Миткевича, т. к. обратное напряжение вентиля в два раза меньше.

Недостатки.

Применения двух диодов, работающих одновременно, которые могут отпираться неодновременно и создавать дополнительную пульсацию.