Лекция № 17

Устройства обеспечения бесперебойного и гарантированного электропитания.

Для повышения надёжности электропитания аппаратуры предприятий связи в их установках электропитания предусматривается резервное электроснабжение. В качестве резервного источника электрической энергии используется автономная установка, расположенная на территории предприятия связи, автоматизированная дизель – электрическая станция АДЭС. На рисунке 15.1 приведена упрощенная схема такой системы гарантированного электропитания.

Р ис. 15.1

АДЭС обладает высокой степенью автономности, поскольку источником энергии для неё является дизельное топливо, и позволяет получать трёхфазное стабилизированное напряжение мощностью до нескольких (2 – 5) киловатт. Резервное электроснабжение включается, когда необходимо восстановление основных источников электроснабжения.

При аварийном отключении основного ввода энергообеспечения производится автоматический запуск резервной дизельной электростанции АДЭС. С помощью системы аварийного переключения АВР осуществляется переключение (запуск) питания потребителей от основного ввода на дизельную электростанцию.

К устройствам гарантированного электропитания относятся аккумуляторные батареи, которые постоянно подзаряжаются с помощью выпрямительного устройства ВУТ (Рис. 15.2). В случае аварии производится подключение нагрузки к АБ через инвертор И с помощью которого постоянное напряжение батарей преобразуется в переменное напряжение 220 вольт (или напряжение величины 60 В). По мере разряда батарей производится подключение дополнительных секций, что позволяет поддерживать стабильным напряжение на выходе инвертора.

На рисунке 4.4 представлена схема электроснабжения потребителей с несколькими шкафами ввода. На предприятиях связи широко применяются ШВРА с двумя вводами от электросети. Эта схема реализуется, например, в шкафах типа ШВРА 380/I_Н-20П (С), где I_Н – номинальный ток вводных автоматов.

Рисунок 4.4 Пример схемы электроснабжения с несколькими ШВР

Важнейшим комплектным элементом вводно – распределительных шкафов является устройство автоматического включения резерва - АВР. С помощью устройства АВР осуществляется контроль напряжения на вводах и, в случае аварии одного из вводов, переключение нагрузки на питание от ввода с напряжением, имеющим номинальные параметры.

Система диспетчеризации электроснабжения

На структурной схеме рис. 15.3 представлена система электропитания с управляющей информационно – вычислительной сетью диспетчеризации предприятия связи группы IA условий электроснабжения. Система электроснабжения содержит средства повышения надёжности электроснабжения путём резервирования. Избыточность оборудования практически равна 2, что весьма дорого, но тем не менее оправдано весьма высокими требованиями к надёжности связи в целом.

Электроснабжение осуществляется от двух независимых линий электропередач ЛЭП1 и ЛЭП2 напряжением 10 кВ. Это напряжение преобразуется на двух независимых внешних трансформаторных подстанциях ТП1 и ТП2 в напряжение 380 В (линейное), то есть 220 В фазное.

Напряжение 380/220 В распределяется для двух или более типов потребителей: основных или технологических, вспомогательных, внешних и так далее по степени участия в основном технологическом процессе. С помощью ИБП осуществляется стабилизация переменного напряжения и затем это напряжение подаётся основным или технологическим потребителям в подразделения через распределительный щит ЩР.

Рис. 15.3

Питание потребителей напряжения постоянного тока производится стабилизированным напряжением с малыми пульсациями к_п < 0,03 % от групповых выпрямителей UZ1 UZ2 с буферным подключением аккумуляторных батарей.

Система электропитания как объект угроз

Система электропитания является неотъемлемым элементом технологического оборудования предприятий связи. Авария электропитания во многих случаях приводит к полной аварии, то есть прерыванию связи. Автоматизация систем электропитания, в частности мониторинг (наблюдение) и диспетчеризация (управление) предполагает широкое внедрение управляющих систем на основе компьютеров и информационных сетей. Проникновение и доступ в такие сети злоумышленников чревато большими потерями вплоть до искусственно вызванных аварий электропитающей установки.

Сети электропитания часто используются для передачи служебной и другой информации в рамках предприятия или его подразделения.

Рисунок 1

Связь информационной сети и электросети осуществляется через фильтр настроенный на несущую частоту (до 1 МГц). Передача информации через разомкнутые коммутационные устройства производится посредством емкостей (С2 и С3) весьма малой величины либо индуктивно – емкостные связи. Однако следует помнить, что к электросети, по крайней мере, внутри предприятия связи может подключиться злоумышленник (смотри рис.1). Таким образом осуществляется доступ к информации, либо появляется возможность например генерировать в сеть короткий мощный импульс высокого напряжения.

Вместе с этим сеть электропитания является проводящей средой для мощных высокочастотных помех различного рода генераторов, передатчиков и усилителей (сигналов в ВОЛС), что позволяет производить регистрацию этих сигналов, опознавание, декодирование и даже расшифровку.

Поэтому для подавления высокочастотных сигналов аппаратуры связи рекомендуется применять сетевые фильтры с высокой степенью подавления помех.

Лекция 17

Система электропитания – это комплекс сооружений на территории предприятия связи, включающий систему электроснабжения, устройства преобразования, распределения, регулирования и резервирования электрической энергии, обеспечивающий функционирование предприятия связи, как в нормальных, так и в аварийных режимах работы. Упрощенная структурная схема электропитания предприятия связи трехлучевого типа показана на рисунке 2.1. Схема включает следующие основные устройства:

- трансформаторную подстанцию ТП с трехфазными трансформаторами Т1, Т2 и резервным Т3, трехфазные разъединители Q1, Q2 и Q3 и плавкие вставки F1 и F2 (первого и второго луча) а также F3;

- автономную дизель-генераторную электростанцию АДЭС (образующую третий луч);

- устройство автоматического включения резерва (АВР);

- главный распределительный щит, или шкаф вводный распределительный переменного тока (ГРЩ);

- устройство защитного отключения (УЗО1);

- счетчик активной мощности Wh1 и реактивной мощности VARh1;

- плавные вставки F3 – F5 и измерительные трансформаторы фазного тока ТА1 – ТА3;

- автоматические выключатели QF1 – QF9 и QF10 – QF13;

- выпрямительное устройство UZ1 – UZ3 c двухгруппной аккумуляторной батареей GB3, GB4;

- устройство UZ4 бесперебойного питания переменного тока (ИБП) с аккумуляторной батареей GB1 и GB2;

- электросети освещения, кондиционирования и хозяйственных нужд;

- систему мониторинга и управления на основе сервера ЭПУ;

- токораспределительная сеть (ТРС).

Трансформаторная подстанция (ТП) предназначена для понижения напряжения от 6 или 10 кВ до 0,4 кВ (380/220 В) трехфазного переменного тока промышленной частоты 50 Гц и содержит силовые трехфазные трансформаторы, высоковольтные выключатели, предохранители, разрядники, измерительные трансформаторы, а также аппараты и приборы низкого напряжения. Вторичные цепи силовых трансформаторов Т1, Т2 и резервного Т3 включаются по схеме «звезда» с нулевым выводом, который подключают к системе заземления. Система заземления имеет общую точку, в которой объединены устройства заземления с одной стороны и заземляющие проводники с другой. Общая точка условно обозначается как точка нулевого потенциала «0». Изображенную систему заземления называют TNC-S.

Плавкие вставки, изображенные на схеме рисунка 2.1 представляют собой три однофазных предохранительных устройства.

Рисунок 2.1 Структурная схема системы электропитания предприятия связи

С помощью автомата включения резерва (АВР) осуществляется переключение на резервный ввод 2 (фидер) в случае пропадания напряжения на основном вводе 1 (фидере). При пропадании напряжения на обоих фидерах осуществляется подключение автономной дизель-генераторной электростанции.

Автономная дизельная электростанция (АДЭС) включает одну или несколько дизель – генераторных установки (ДГУ). ДГУ представляет собой дизельный двигатель внутреннего сгорания, объединенный общим валом с трехфазным электрогенератором. АДЭС предприятий связи должны иметь третью (высшую) степень автоматизации и специальные средства регулировки (стабилизации) выходного напряжения по величине, фазе и частоте. Запуск автономной электростанции выполняется автоматически с помощью стартера от аккумулятора. Запуск дизеля и установка выходных напряжений генератора производится в течение времени, меньшего 1÷3 мин. В случаях неудачного запуска его повторяют до трех раз (по 5 ÷ 6 с). Возможные неудачи запуска обусловлены, например низкой температурой масла в двигателе, состоянием стартерных аккумуляторов и другими причинами. Мощность автономной электростанции лежит в пределах от 8 до 1500 кВт.

Электрогенераторы ДГУ средней и большой мощности представляет собой трехфазную электрическую машину синхронного типа. ДГУ содержит цепь отрицательной обратной связи, с помощью которой в зависимости от величины нагрузки (тока) осуществляется регулирование подачи топлива и стабилизация выходного напряжения.

Главный распределительный щит (ГРЩ) - это вводный распределительный шкаф (ШВР), с помощью которого обеспечивается ввод и распределение энергии по потребителям с помощью различных токоведущих шин, а также защиту потребителей от перегрузок по напряжению и от токов короткого замыкания. На передней панели ШВР расположены измерительные приборы для контроля коэффициента мощности , активной (Р, Вт) и реактивной (Q, ВАР) мощности, трансформаторы тока ТА1-ТА3, вольтметры а также автоматы защиты. Иногда в главном распределительном щите монтируют и автомат ввода резерва АВР.

Устройство защитного отключения (УЗО1) устанавливается для защиты потребителей от попадания опасного для жизни напряжения. Принцип действия устройства основан на обязательном штатном равенстве фазных токов суммарному току в нулевом проводнике. УЗО срабатывает, то есть отключает цепи с напряжением от потребителей в случае нарушения такого равенства. УЗО имеет уставку тока срабатывания, регламентируемую правилами техники безопасности в зависимости от места установки и назначения.

Система вентиляции и кондиционирования воздуха, как правило, разделена на несколько частей (подсистем). С помощью технологических систем вентиляции и кондиционирования обеспечивается нормальный температурный режим и функционирование аппаратуры телекоммуникаций. В частности регулируется температурный режим отдельных устройств и производится вентиляция помещений (например, с аккумуляторной батареей). Одновременно на предприятии используются системы кондиционирования помещений с персоналом и помещений отдельных служб предприятия.

Система мониторинга и управления предназначена для контроля состояния основных узлов системы электропитания и управления электропитающей установкой. Центральным устройством системы мониторинга является сервер ЭПУ на котором размещен программный комплекс контроля устройств ЭПУ (SCADA – система). Сервер ЭПУ представляет собой автоматизированное рабочее место диспетчера ЭПУ и вместе с контроллерами устройств ЭПУ образуют локальную информационно – вычислительную сеть. На экране дисплея сервера размещена мнемосхема системы электропитания, на которой условно изображены устройства системы электропитания (АВР, АДЭС, токораспределительная сеть и так далее) и показатели их состояния. Устройства системы электропитания содержат в своем составе контроллеры управления (например, панель автоматики автономной электростанции).

Электропитающая установка – (ЭПУ) это комплекс устройств, предназначенных для распределения электрической энергии, резервирования ее источников, регулирования, стабилизации и контроля качества питающих напряжений. ЭПУ постоянного тока включает выпрямительные устройства (UZ1-UZ3) c двухгруппной аккумуляторной батареей GB3 и GB4. Вместе с этим на предприятиях связи применяются источники бесперебойного питания переменного тока (UZ4), а также инверторы (И) и конверторы (К) или стабилизаторы напряжения (Ст), аккумуляторные батареи (GB1, GB2), токораспределительную сеть (ТРС) и систему заземления.

С помощью выпрямительного устройства (ВУ) напряжение переменного тока преобразуется в напряжение постоянного тока и стабилизируется. Система бесперебойного питания постоянного тока может состоять из нескольких параллельно включенных выпрямителей и аккумуляторных батарей для увеличения тока нагрузки. Выпрямительные устройства с аккумуляторной батареей, подключенной по буферной схеме могут работать в трех режимах:

- режим стабилизации напряжения питания аппаратуры связи и содержания аккумуляторной батареи (штатный режим);

- режим стабилизации напряжения и послеаварийного заряда аккумуляторных батарей после разряда;

- разряд на нагрузку аккумуляторных батарей в условиях отсутствия напряжения переменного тока (аварийный режим).

Посредством инвертора напряжения осуществляется преобразование напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока заданной частоты (50 Гц) прямоугольной или синусоидальной формы. При этом обеспечивается стабилизация выходного напряжения.

С помощью конвертора напряжения (или стабилизатора) постоянное напряжение одного уровня преобразуется в постоянное напряжение другого уровня. Конверторы напряжения могут включать устройства гальванической развязки: инвертор с высокочастотным трансформатором напряжения и выпрямитель. Конверторы напряжения используются для получения стабилизированных напряжений необходимых величин, а также для формирования вольтодобавки к напряжению аккумуляторной батареи при ее разряде в аварийном режиме работы.

Источник бесперебойного питания переменного тока – устройство электропитания нагрузки напряжением 380/220 В переменного тока от электросети или аккумуляторных батарей в течение времени отказа или аварии основного источника электроснабжения переменного тока до его восстановления или включения резервного источника.

Аккумуляторной батареей называют группу аккумуляторных элементов, то есть электрохимических источников постоянного тока, которые используется в качестве резервного источника электроэнергии в аварийном режиме до момента запуска автономной дизельной электростанции. После аварии происходит восстановление заряда элементов аккумуляторной батареи. Заряд производится в режиме стабилизации тока источника.

22