Питание от двух источников питания. Метод подземной установки источников питания. Окружающая среда и условия хранения

Варианты схем АВР применяемых при работе с автономным источником питания.

Питание нагрузки осуществляется от сетевого или от автономного источника питания.
На схеме Ввод1 - сетевой, автономный источник - ввод с ДГУ. Нагрузка общая подключена через автоматический выключатель QF3. Между контакторами КМ1 и КМ2 устанавливается механическая блокировка.
РАБОТА СХЕМЫ: при наличии нормального сетевого напряжения на ВВоде1 нагрузка запитывается от него по цепи - автомат QF1, контактор КМ1, автомат QF3. При отсутствии нормального напряжения на вводе подается команда на запуск ДГУ, он запускается, выходит на рабочий режим и через QF2,КМ2, QF3 подается питание на нагрузку. Данная схема может работать в однофазной или трехфазной сети. Для этого необходимо предусмотреть соответствующие изменения.

Питание нагрузки осуществляется от одного из двух вводов Ввода1, Ввода2 или от автономного источника ДГУ. На схеме три ввода, первый и второй вводы это сетевые, ввод с ДГУ.
Логика работы следующая: при пропадании напряжения на сетевом Вводе 1, переключается питание от Ввода2, или наоборот, если работает АВР от Ввода 2 при пропадании напряжения на этом вводе переключается на Ввод 1. В случае отсутствия напряжения (нормального напряжения) на Вводах 1 и 2, через время Т1 (выдержка времени после пропадания напряжения на основных вводах) подается команда на запуск ДЭС. Питание происходит от ДЭС через КМ4. Питание осуществляется с вводов 1,2 через КМ1 или КМ2 и далее через КМ3. КМ3 введен в схему для обеспечения предотвращения встречного напряжения между появлением напряжения на основном вводе и напряжением с ДГУ, между КМ3 и КМ4 установлена механическая блокировка. Рубильник QS отключает часть нагрузки.

Питание нагрузки осуществляется от внешней сети и двух автономных источников. Да схеме три ввода, первый ввод это сетевой, два других ввода от ДГУ одно установленное в контейнере, второе ДГУ в существующем здании. Логика работы следующая: при пропадании напряжения на сетевом вводе, через время Т1 подается команда на запуск ДЭС в контейнере и питании от ДЭС осуществляется пока не закончится топливо (или в случае неполадок, в других случаях). АВР №2 выдает команду на запуск ДГА, находящегося в помещении, после истечении времени Т2, которое устанавливается больше чем время Т1.

Схема №8. Питание нагрузок осуществляется от двух источников питания внешней сети Ввод №1 и Ввод №2 и одного автономного источника Ввод №3 ДГУ. При наличии напряжения на обеих сетевых вводах № 1,2 питание на нагрузки поступает через рубильники с моторизированным приводом. Рубильник QS отключает часть нагрузки.
При наличии нормального напряжения на обеих вводах АВР 1 и АВР2 подают команду на включение 4QS - 7QS в левом положении.
Питание с Ввода №1 на Нагрузку 1 поступает через рубильник 1QS, автоматический выключатель 1QF и далее последовательно через контакты реверсивного рубильника с моторным приводом 4QS, 6QS.
Питание с Ввода №2 на Нагрузку 2 поступает через рубильник 2QS, автоматический выключатель 2QF и далее последовательно через контакты реверсивного рубильника с моторным приводом 5QS, 7QS.
В этом случае питание нагрузки Выхода №2 происходит от рабочего Ввода №1. Первый АВР подает команду 5QS и он переводится в правое положение. Цепь прохождения питания Ввод №1 1QS, 1QF,5QS и далее как и при обычной работе 7QS, 5QF нагрузка Выхода №2.
Отсутствие напряжения на Вводе №1 работа подобная как и в предыдущем случае, за исключением 4QS переводится в другое положение.
Отсутствие напряжения на Вводах №1, №2.
При отсутствии напряжения на обеих рабочих вводах, через время задержки Т1 подается команда на запуск ДГУ. После появления нормального напряжения на Вводе №3 через время задержки Т2 срабатывает АВР №2 переключает питание нагрузок Выходов №1 и№2 от ДГУ, подается команда на переключение 6QS, 7QS в правое положение. Работа от ДГУ продолжается до тех пор пока на вводах 1,2 или вводе 1(2) не появится нормальное напряжение - переключение происходит в обратном порядке: подается команда "СТОП" ДГУ, переключаются 6QS, 7QS в левое положение, а 4QS и 5QS в зависимости на каком вводе (вводах) нормальное напряжение.
Реверсивные рубильники с моторным приводом типа ОТМ производства АВВ или Socomec.
Преимущества схемы : наличие механической блокировки между всеми вводами.

На рисунке слева приведено решение похожее на схему №8, но вместо рубильников с моторным приводом применены контакторы. Схема АВР на 80А собрана на восьми контакторах, на три ввода, между парами контакторов установлена механическая блокировка.
Схема позволяет обеспечить защиту от встречного включения вводов во всех вариантах питания, управление контроллером Zelio, коммутирующие элементы - контакторы Шнайдер Электрик:
1. При работе от двух сетевых сетевых вводов.
2. Работа обеих нагрузок от одного сетевого ввода, а при восстановлении второго сетевого ввода переключение питания соответственно от своего ввода (в исходное каждая нагрузка подключается к своему вводу).
3. При работе нагрузки №1 и №2 от ДГУ, а с появлением сетевого ввода (вводов) происходит переключение питания от сети.

Данная схема предлагается к применению производителями дизельных генераторных установок, подобные схемы можно увидеть в технической документации на станцию. Суть предназначения этой схемы в следующем :
Если установка ДГУ (ДГА) поставляется на объект который запитан с одного ввода, а в случае неполадок на вводе автоматически включается ДГУ (по желанию заказчика) и по команде с контроллера происходит включение питание от ДГУ, при восстановлении нормального напряжения на основном вводе питания переключается обратно на основной ввод, ДГУ останавливается.
РАБОТА схемы: для проверки напряжение сетевого ввода поступает на контроллер ДГУ, в случае неполадок с сетевым трехфазным напряжением, с контроллера подается команда на отключение контактора КС и на запуск ДГУ, после выхода на нормальный режим дизельной станции, по команде с контроллера ДГУ включается контактор КГ, питания нагрузки осуществляется от автономного агрегата. Для защиты от перегрузок служат автоматические выключатели. К клеммам подключаются цепи автоматики ДГУ. Имеются схемы и с применением 4-х полюсных контакторов.
Существенным недостатком схемы можно считать то, что при неисправном ДГУ или находящемся на техническом обслуживании (и в других случаях) - АВР не работает, на нагрузку не поступает напряжение от сетевого ввода, что вызовет недовольство потребителя.
Решение : для исключения указанного недостатка схему необходимо доработать, дополнительно ввести ручной режим (установить переключатель и желательно еще РКН по Вводу №1).

Схема ВРУ с АВР и ДГУ

Особенности схемы: маломощный ДГУ не в состоянии обеспечить полную нагрузку, а только часть.
В схеме имеется два основных равнозначных ввода, при пропадании обеих вводов запускается дизельная станция, её нагрузочная способность составляет 25 кВт.
Работа схемы управления :
Питание осуществляется от одного из основных вводов Ввод №1 или Ввод №2, через контакторы КМ1 (КМ2) и КМ3. В случае пропадания напряжение на Вводе №1 АВР переключает питание от Ввода №2, (включает контактор КМ2) и наоборот. При аварийном состоянии обеих вводов (контакторы КМ1, КМ2 и КМ3 обесточены и находятся в выключенном состоянии) через время задержки Т1 подается команда на запуск ДГУ. После выхода на рабочий режим дизельной установки, через время задержки Т2 включается контактор КМ4, контактор КМ3 остается в выключенном состоянии, питание подается на приоритетные нагрузки.
В схеме напряжение с вводов с начало подается через рубильники QS1, QS2 и далее через контакторы на общую нагрузку. С общего выхода напряжение поступает через автоматический выключатель к потребителям через свои автоматические выключатели.
Для учета электрической энергии предусмотрены электрические счетчики устанавливаемые на оба основных ввода. Контроль входного напряжения и потребляемого тока осуществляется вольтметрами и амперметрами, вольтметры с переключателем для измерения по фазно линейного и фазного напряжений.

На фото показан исполненный по вышеуказанной схеме электрический щит.
1. На левой фотографии общий вид ВРУ с АВР: на панели расположены контрольные приборы с переключателями, лапы сигнализации. На левой половине шкафа в верхнем ряду находятся амперметры для измерения контроля тока нагрузки от сетевых вводов 1 и 2, вольтметры для измерения напряжения 1 и 2 вводов.
В верхнем ряду вольтметр (под ним переключатель) для контроля напряжения от ДГУ, для измерения тока потребляемого от ДГУ амперметры в каждой фазе.
Ниже расположены лампы индикации состояния вводов АВР, переключатель режима работы и выбора ввода в ручном режиме, переключатель отключения цепи запуска ДГУ.
2. На втором и третьем снимке показан монтаж внутри шкафа, пластроны защиты от поражения электрическим током, слева вверху оставлено место для установки счетчика электроэнергии.
Схема АВР с одним основным вводом Ввод от ЩАВР1 и с питанием от автономного источника Ввод ДГУ

В данной схеме два основных ввода и ввод от автономного источника питания.
Между вводом №1 и Вводом №2 устанавливается механическая блокировка.
В этом решении отсутствует механическая блокировка между основными вводами и ДГУ.

Схема рассчитана на четыре ввода: три основных ввода и ввод от ДЭС, механической блокировки между вводами нет. Для уменьшения размеров и стоимости устанавливаются автоматические выключатели с моторным приводом.
1. На структурной схеме показан пример АВР с общей нагрузкой, к выходу которого подключаются три отходящих фидера.
2. В данной схеме ДГУ должен обеспечивать полную мощностью потребляемой нагрузки, в примере потребляемый ток 160А, поэтому ток автоматических выключателей на каждом вводе одинаков.
3. При необходимости устанавливаются электрические счетчики нужного типа.
4. Управление работой моторных приводов осуществляется программируемым контроллером, при этом необходимо учитывать, что между включениями и отключениями делается некоторая задержка по времени, что позволит увеличить надежность работы данной схемы.
5. Команда на запуск и остановку ДГУ подается с контроллера, при пропадании напряжения на основных вводах, при восстановлении напряжения происходит переключение на основной ввод.
6. Для уменьшения количества электрических связей данные мониторинга могут передавать по протоколу MODBUS через интерфейс RS-485 и выводиться на ПК, но при этом можно реализовать и по другому передачу информации.

В настоящее время одними из самых передовых источников питания светодиодов являются источники питания с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ или PWM). Источник питания ШИМ состоит из следующих пяти частей:

• цепь подавления электромагнитных помех;
• сетевой выпрямитель со сглаживающим фильтром входящего тока;
• преобразователь напряжения (автогенератор) с импульсным трансформатором;
• устройство управления (ШИМ контроллер) с цепью обратной связи и защитой от перегрузок;
• выходной выпрямитель и фильтр.

Принцип работы источников питания ШИМ: при изменении входного напряжения и/или внешней нагрузки, в управляющей схеме производится коррекция по разнице сигнала управления и опорного сигнала посредством обратной связи, которая регулирует ширину импульса питающего напряжения, увеличивая или уменьшая его. В результате чего на выходе получается стабильное напряжение, стабильный ток (т.е. соответствующие постоянное напряжение или ток).

Характеристики источников питания

Высокая эффективность и защищенность. Режим ШИМ обеспечивает высокую эффективность источников питания. В схемах наших источников питания предусмотрены все необходимые меры защиты.

• Два типа источников питания : для внутреннего применения и для наружного. Источники питания для наружного применения герметичны и соответственно защищены от воды и влажности. Источники питания внутреннего применения, можно установить только в помещениях, так как мер защиты от влажности и т.п. в них не предусмотрено. Установка наших источников питания возможна как в подвешиваемом, так и в лежачем состоянии.
• Удобное подключение . Наши источники питания комплектуются входными/выходными проводами, либо разъемами, в зависимости от применения. Отметка «INPUT» на маркировке изделия обозначает входы источников питания для подключения к переменному напряжению сети общего пользования. Отметкой «OUTPUT» маркируются выходы источников питания, к ним подключается нагрузка (светодиоды и т.п.). Выход «+» подсоединяется к положительному полюсу нагрузки (светодиодного изделия), выход «-» подсоединяется к отрицательному полюсу.
• Функция защиты . В источниках питания предусмотрена защита от перегрузки и короткого замыкания, которая срабатывает автоматически.
• Большой выбор изделий . Наша фирма изготавливает две серии: источники питания постоянного напряжения и постоянного тока. Номенклатура превышает сотню различных видов.
• Обеспечение качества : Каждое изготовленное нашей фирмой изделие строго контролируется и соответствует международным стандартам качества.

Характеристика нагрузки изделия

По типу, наши источники питания подразделяются на 2 большие нижеуказанные группы - постоянного тока и постоянного напряжения, в зависимости от вида питания нагрузки.

Особенности работы источников питания постоянного напряжения:

Под словом «источник питания постоянного напряжения» подразумевается то, что когда мощность нагрузки не больше номинальной выходной мощности питания и входное напряжение изменяется в определенном диапазоне, его выходное напряжение является постоянным (величина изменения в допустимой погрешности). Пример спецификации:

Максимальная входная мощность - 70Вт
номинальная выходная мощность - 60Вт
диапазон рабочего напряжения - 170-250В
выходное напряжение - 12В

Подразумевается то, что когда на выходе источника мощность нагрузки 60Вт и входное напряжение изменяется в диапазоне от 170В до 250В, выходное напряжение питания постоянно и равно 12В.

Если мощность нагрузки превышает выходную мощность источника питания (обычно на 5%-15%), то в источнике питания срабатывает защита, появляется перемежающее напряжение включения и выключения. Долгосрочная работа в таком режиме будет сокращать ресурс питания, т.е. при этом необходимо отключить источник питания и устранить неисправность в нагрузке.

Согласуйте мощность нагрузки и мощность источника питания. Когда мощность нагрузки слишком маленькая, выходной сигнал слишком слаб, что так же не хорошо для работы источников питания. Если действительно нужно работать с очень низкой нагрузкой, то советуем подключить параллельно нагрузке резистор небольшой мощности. В особенности, если необходимо запитать светодиодную линейку, то некоторое время на линейке может быть включен только один светодиод из, может, сотен подключенных и нагрузка будет очень низкой некоторое, пусть, очень короткое время, что приведет к нестабильности в работе источника питания. Для устранения этого, так же, необходимо подключить небольшую постоянную нагрузку к источнику питания. Если подключить параллельно небольшую нагрузку, приблизительно 0,5Вт, то это будет способствовать нормальной работе наших источников питания и увеличению их срока службы.
Например:
вычисление дополнительной нагрузки при выходном напряжении 12В и ультраслабой нагрузке:

Pном. = U 2 /R R= U 2 / Pном.=12 2 /0,5=288Ом т.е. примерно 300Ом

Практически (реально надо брать в 1,5 раза большую мощность резистора): P=1,5xPном.=1,5x0,5=0,75Вт т.е. примерно 1Вт
В результате получаем дополнительный резистор 300Ом, 1Вт и подключаем его в соответствии с данной схемой:

Особенности работы источников питания постоянного тока:

Под словом «источник питания постоянного тока» подразумевается то, что когда выходное напряжение находится в определенном диапазоне и входное напряжение изменяется в определенном диапазоне, выходной ток является постоянном.

Пример спецификации:
максимальная выходная мощность - 30Вт
диапазон входного напряжения - 170-250В
выходной ток - 900мА
диапазон выходного напряжения - 15-36В

При этом подразумевается, что к источнику питания можно подключить нагрузку максимальной мощностью 30Вт, при напряжении на нагрузке в диапазоне 15В-30В, и при колебаниях входного напряжения в диапазоне 170В-250В - выходной ток будет постоянным и равным 900мА.

Выберите выходной ток источника питания по необходимому току нагрузки;

Диапазон выходного напряжения:
У всех источников питания постоянного тока есть определенный диапазон выходного напряжения. При эксплуатации этот диапазон номинального напряжения должен соблюдаться. Если превысить данный диапазон, источник питания не сможет работать нормально, и его ресурс будет сокращен.

Например:
при выходном напряжении 2,5-12В и выходном постоянном токе 350мА, максимальная и минимальная мощность считается так:
Рмак. = 0,35Аx12В = 4,2 Вт
Рмин. = 0,35Аx2,5В = 0,88Вт
Минимальное напряжение на нагрузке 2,5В, максимальное напряжение 12В.

При эксплуатации в граничных условиях:
Например, необходимо запитать один светодиод 2В/350мА при помощи данного источника питания, что делать? Советуем подключить последовательно к источнику резистор для того, чтобы эквивалентное напряжение нагрузки было выше 2,5В. И только тогда источник будет работать нормально. Расчет дополнительной нагрузки:

R=(Uпит.-Uсид)/I=(2,5-2) /0,35=1,4Ом т.е. примерно 1,5Ом
Рном.= I 2 xR=0,35 2 x1,5=0,18Вт

Практически выбираем: Р=1,5xРном.=1,5x0,18=0,27Вт, значит необходимо выбрать 0,5Вт или 1Вт, т.е. присоединить последовательно резистор 1,5Ом/0,5Вт. См. схему:

Упрощенный расчет и выбор источника питания

Выбор источника питания постоянного напряжения

Pнагруз.<=Pпит.
Uнагруз.=Uпит.

Выбор источника питания постоянного тока
(советуем мощность нагрузки выбирать в пределе 80% от выходной мощности источника питания)

Pнагруз.<=Pпит. Iпит.= Iнагруз.
Uмин.пит.<=Uнагруз.<=Uмак.пит.

Упрощенный расчет количества подключаемых светодиодов (LED), в соответствии с мощностью источника питания.

• Расчет мощности светодиодов по известной мощности источника питания и светодиодов.
  Количество LED = мощность пит./ мощность единичного LED.
  Например: номинальная мощность источника питания 10Вт, потребляемая мощность одного светодиода 50мВт (2,5В*20мА). При таком условии, количество светодиодов с номинальным током 20мА рассчитывается по формуле:
  Количество LED=10Вт/0,05Вт=200шт.
• Расчет для источника питания постоянного напряжения:
  Пример: источник питания номинальной мощности 20Вт, напряжение 5В, ток 4А. Какое количество белых светодиодов можно записать таким источником, сколько ветвей питания можно сделать и сколько светодиодов в каждой ветви? Белый светодиод 70мВт (3,5В*20мА)?
• Расчет максимального количества светодиодов
  n1=Pпит./PLED=20/0,07=285,7 примерно 285 (с округлением в меньшую сторону)
• Расчет количества последовательных светодиодов в каждой ветви n2
  n2=Uпит./ULED=5В/2,5В=2шт. (с округлением в меньшую сторону)
• Расчет количества параллельных ветвей n3
  n3=n1/n2=285/2=142
  т.е. при условии выходного тока 4А, максимальное количество ветвей 142, и в каждой ветви последовательно можно подключить 2 светодиода, т.е. общее количество 284 светодиодов.
• Расчет для источника питания постоянного тока
  Например: источник питания номинальной мощности 10Вт, током 0,35мА и диапазоном напряжения 12?20В. Сколько светодиодов потребляемой мощностью 1Вт, с номинальным током 350мА и номинальным напряжением 2,5В может запитать? И сколько минимально?
• Расчет максимального количества светодиодов:
  n1=Pпит./PLED=10/1=10шт. n2=Uмак.пит./ULED=20В/2,5В=8шт.
  Наименьшее из максимальных количеств светодиодов n={n1, n2}мин.=8шт.
  - т.е. 8 шт. можно запитать максимально.
• Расчет минимального количества светодиодов:
  n=Uмин.пит./ULED=12В/2,5В=5шт.
• Расчет и выбор источника питания по потребляемой мощности, величине тока, напряжению, количеству светодиодов и методу эксплуатации:
• Расчет для источника питания постоянного напряжения.
  Например: если взять 8 цепочек по 7 шт. светодиодов в каждой, потребляемой мощностью 70mВт и напряжением 2,5В. Какое питание должно быть выбрано для общего количества в 56 шт. светодиодов?
• 
  Рнагруз.=РLED x n=0,070 x 56=3,92Вт = 4Вт
  Рпит.>=Рнагруз.=4Вт
  т.е. надо выбрать источник питания выходной мощностью 5Вт.
• Расчет напряжения последовательной цепи из 7 светодиодов.
  U=ULED x n=2,5 x 7=17,5В
  т.е. надо выбрать источник питания постоянного напряжения 18В и выходной мощностью 5Вт. И в каждой цепи последовательно подключить небольшое сопротивление для обеспечения стабильной работы источника питания на маленькой мощности, когда только одна цепочка в 7 светодиодов включена.
• Расчет для источника питания постоянного тока.
  Например: если 7 шт. светодиодов потребляемой мощностью 1Вт, током 350mА и напряжением 3В подключить последовательно, какое питание постоянного тока необходимо выбрать?
• Расчет общей мощности светодиодов.
  Рнагруз.=РLED x n=1 x 7=7Вт
  Рпит.>=Рнагруз.=7Вт
• Расчет напряжения последовательной цепи светодиодов.
  U=ULED x n=3 x 7=21В Uпит. мин.<=Uнагруз.<=Uпит. макс.
  т.е. необходимо выбирать источник питания постоянного тока выходной мощностью 10Вт, выходным током 350mА, диапазоном выходного напряжения 12-25В.

Тепловые характеристики источников питания

Отношение между температурой и ресурсом питания.

Источник питания представляет собой электронный прибор. Ресурс электронных приборов в большинстве своем зависит от температуры, в которой они работают. Чем выше температура прибора, при его работе, тем короче ресурс. Так же источник питания сам расходует энергию, что в итоге проявляется как дополнительный нагрев прибора. Поэтому при установке и эксплуатации необходимо избегать среды с высокой температурой работы и по возможности усилить теплоотвод различными возможными методами (дополнительный радиатор, вентилятор и т.п.). Т.е. ресурс питания можно увеличить уменьшением температуры объекта.

Принцип теплопередачи (теплоотвода)

Теплота прибора передаётся изнутри прибора на его поверхность, и потом в окружающую среду при помощи передачи по элементам конструкции прибора, конвекции и излучения. Чем быстрее происходит теплоотвод, тем ниже температура источника питания. Ниже указаны три принципа теплоотвода, и на что надо обратить внимание при установке и эксплуатации источника питания.

• Действие излучения:
  Отводимая теплота с одной стороны зависит от характеристик поверхности тепловыделяющего объекта (источника питания): у объекта с тусклой поверхностью, способность излучения тепла сильная (т.е. эффект теплоотвода лучше); а у объекта с глянцевой поверхностью, способность теплоотвода слабее. И с дрогой стороны она зависит от температуры окружающей объект среды, которая зависит от размера, формы и конструкции прибора. Поэтому при установке необходимо предусмотреть, чтобы температура окружающей среды источника питания была низкой, что улучшит излучательный теплоотвод.
• Конвекционный теплоотвод:
  Когда между поверхностью твердого тела и флюидом (например, воздух) существует разница температуры, между ними происходит теплообмен. Теплота передается из объекта с высокой температурой (источник питания) на объект с низкой температурой (воздух). Поэтому тем больше пространство окружающей объект среды и пространство для конвекции воздуха, тем лучше для теплоотвода. При установке по мере возможности необходимо создать открытое пространство для конвекции воздуха. В случае установки в корпусе, обеспечить корпус, по мере возможности, симметричными отверстиями на верхней и нижней, передней и задней, левой и правой стороне для того, чтобы улучшить конвекцию воздуха и добиться лучшего теплоотвода.
• Теплопередача:
  Процесс передачи теплоты из высокотемпературной части объекта на низкотемпературную часть при помощи взаимодействия частиц, атомов и электронов. Металл хороший проводник теплоты, а асбест, губка и дерево плохой проводник теплоты. При установке лучше установить источник питания на металлической пластине с большой площадью. При помощи теплопередачи часть внутренней теплоты источника питания будет передаваться на металлическую пластину. Чем обеспечивается снижение температуры источника питания. Избегать установки источника питания на плохом для теплопередачи материале, таком как губка, дерево, резина и т.п..
  Из вышеуказанного следует, что для увеличения ресурса источника питания, необходимо, по мере возможности, снизить его рабочую температуру. Если в процессе эксплуатации из-за ограничений условий окружающей среды, нельзя установить источник питания в идеальных условиях, то необходимо обязательно постараться использовать все три метода увеличения теплопередачи для улучшения теплоотвода согластно вышеуказанным принципам, и тем самым обеспечить нормальную рабочую температуру источников питания и, соответственно, увеличить общий рабочий ресурс источников питания.

Установка и эксплуатация источников питания

Три принципа по установке и эксплуатации:
При установке и эксплуатации изделия необходимо соблюдать следующие принципы:

• Напряжение сети должно находиться в определенном диапазоне рабочего напряжения питания. Т.е. если источник рассчитан на входное напряжение 170-250В, тогда его нельзя подключать в сеть с напряжением 280В.
• Нельзя использовать источник питания при перегрузке. Их не надо как перегружать, так и недогружать (использовать при очень маленькой нагрузке). Необходимо рационально согласовать питание и нагрузку.
  Источник питания постоянного напряжения (см. выше п. Особенности работы источников питания постоянного напряжения)
  Источник питания постоянного тока (см. выше п. Особенности работы источников питания постоянного тока)
• Создать благоприятные условия для теплоотвода источника питания.
  Запрещается устанавливать источник питания в изделия, предназначенные для работы в условиях с повышенной окружающей температурой.
  По мере возможности повысить теплопередачу источника питания, использовать дополнительные методы теплоотвода:
  Применять источники питания в возможно более открытом пространстве.
  Создать наибольшее возможное пространство для теплоотвода конвекцией.
  Установить на металлической пластине, радиаторе с большой площадью и обеспечить хороший контакт для теплоотвода через неё.

Метод и порядок установки

Для теплоотвода источник питания обычно установиться на большой металлической пластине или специальном радиаторе; Реально наши источники питания рассчитаны на работу при своей номинальной мощности без дополнительного радиатора, но дополнительный радиатор улучшит работу и продлит время эксплуатации наших источников питания.
Провода должны припаиваться надежно. Проверить входной и выходной провода, так чтобы выход «+» подсоединяется с положительным полюсом светодиодов, выход «-» подсоединяется с его отрицательным полюсом.
При помощи тестера проверить соответствие напряжения в сети и рабочее напряжения источника питания. Включить только после подтверждения.

Схема подключения

Примечание:
Источники питания светодиодов комплектуются тремя парами цветов проводов: коричневый и синий, красный и черный, белый и черный. При этом коричневый, красный и белый провода являются выходом положительного полюса питания, а синий, черный (с красным) и черный (с белым) провода являются выходом отрицательного полюса. Входной провод является белым (сетевой).
Если провод в двойной изоляции, то черный цвет внешней изоляции является входом, белый является выходом. Белый внутренний провод является положительным полюсом, черный является отрицательным.

Примеры установки

Плохой для теплоотвода метод установки и правильная установка:

Липкая лента (двухсторонний скотч) и стеклянный цемент представляются плохими проводниками тепла. Поэтому при установке, прежде всего, необходимо установить радиатор для обеспечения хорошей теплопередачи, и потом клеить источник питания на другой предмет.

Расстояния установки источников питания светодиодов.

Метод для установки несколько источников питания в металлическом корпусе.

При установке нескольких источников питания в герметичном корпусе, необходимо установить источники на металлическую пластину и герметизировать эпоксидной смолой, для улучшения теплопередачи.

Метод подземной установки источников питания.

При подземной установке теплопередачу от источников питания невозможно осуществить с помощью воздуха, поэтому теплоотвод осуществляется обязательно через проводник тепла. Например, можно герметизировать эпоксидной смолой и т.п.

Особенность эксплуатации при ультранизкой нагрузке.

При ультранизкой нагрузке источника питания необходимо обязательно с помощью дополнительной нагрузки согласовать работу источника питания: подключить параллельно дополнительный резистор на выходе источника постоянного напряжения, или подключить последовательно резистор на выходе источника питания постоянного тока для увеличения нагрузки. (см. пункт Характеристика нагрузки изделия)

Источники питания светодиодов нельзя установить близко к огнеопасному и взрывоопасному объекту.

Окружающая среда и условия хранения

Окружающая среда для эксплуатации наружного изделия: температура от минус 25° до 40°; относительная влажность 100%;

Окружающая среда для эксплуатации внутреннего изделия: температура от минус 10° до 40°; относительная влажность не больше 90%;

Условия хранения изделия: температура от минус 10° до 60°; относительная влажность не больше 85%.

Описание о гарантировании

При условии нормальной эксплуатации гарантийный срок 1 год с даты выпуска.

Нижеуказанные случаи не включаются в гарантию.

Повреждение изделия из-за не соблюдения инструкции по эксплуатации;
Повреждение изделия из-за того, что покупатель самостоятельно демонтировал какую-либо внутреннюю или наружную деталь; и т.п.
Сильное повреждение или деформация изделия; и т.п.
Дата выпуска или серийный номер на изделии был стерт или исправлен.

И СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

8.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО УСТРОЙСТВУ

ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК И ТОКОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Системами электроснабжения называют первичные сети электроэнергии. Предприятия и объекты связи получают электрическую энергию от государственных энергосистем по высоковольтным линиям электропередачи через различные трансформаторные подстанции. Внутри предприятия связи электроэнергия распределяется трехфазным переменным током напряжением 380/220 В. Показатели качества переменного напряжения, подаваемого на вход электроустановки, определяются ГОСТ 19431-74 «Электрическая энергия. Нормы качества электрической энергии и ее приемников, присоединенных к электрическим сетям общего назначения», согласно которому качество электрической энергии оцениваются:

для переменного однофазного тока - отклонениями и колебаниями напряжения и частоты, а также несинусоидальностью формы кривой; а также смещением нейтрали и несимметрией напряжений основной частоты;

для постоянного тока - отклонениями и колебаниями напряжения и коэффициентом пульсаций напряжения.

Электроустановкой называется установка, в которой производится, преобразуется, распределяется и потребляется электроэнергия. На каждом предприятии (объекте) связи создается своя электроустановка, которая объединяет весь комплекс энергосооружений, обеспечивающий энергоснабжение и электроосвещение объекта, элетропитание аппаратуры связи, а также работу различных установок хозяйственного значения как в нормальных условиях внешнего электроснабжения, так и в аварийных.

В состав электроустановки входят собственная трансформаторная подстанция, понижающая напряжение 6 (10) кВ до 0,4 кВ, собственная электростанция резервного электропитания, электропитающая установка (ЭПУ) для питания аппаратуры связи, освещения и устройства силовых установок. Основной частью электроустановки предприятия связи является ЭПУ для питания аппаратуры.

Система электропитания разделяется на две группы источников электропитания:

источники первичного питания - устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую: электромагнитные генераторы, гальванические элементы, термоэлектрические генераторы, солнечные батареи;

источники вторичного электропитания - устройства, преобразующие электроэнергию от первичного источника и преобразующие ее для питания аппаратуры: выпрямители, преобразователи, усилители и т.д.

Согласно ГОСТу обязательными напряжениями постоянного тока для питания аппаратуры должны быть 60 и 24 В. Допустимые значения отклонений не должны превышать ±10% и +20…-10% номинальных значений. Аппаратура не должна терять работоспособности в случае понижения напряжения ниже указанных пределов.

Внутри предприятия связи распределение электроэнергии осуществляется токораспределительными сетями (ТРС) постоянного и переменного тока. Применяются три основные схемы ТРС:

магистрально-рядовая;

радиальная;

магистрально-полурадиальная.

Магистрально-рядовая схема состоит из магистральной и рядовой частей. Магистральная часть - это проводка от выходных выводов ЭПУ до начала рядов аппаратуры. Рядовая часть - это проводка от магистральной части ТРС к каждому ряду и от нее до клемм стоек. В местах ответвления рядовой проводки устанавливаются аппараты защиты от коротких замыканий. Проводка выполняется алюминиевыми шинами.

Магистрально-рядовая проводка применяется только для питания коммутационной аппаратуры, выполненной на электромеханических элементах без электронного управления.

Недостаток такой схемы - возможность появления больших колебаний напряжений, подаваемых к аппаратуре при аварийных ситуациях (КЗ).

При радиальной схеме ТРС каждая стойка аппаратуры подключается индивидуальной проводкой к ЭПУ. В этой схеме короткое замыкание в одной цепи не влияет на работу других цепей. Но существенный недостаток ее - большой расход дорогостоящих кабелей.

В магистрально-полурадиальной схеме ТРС провода минусовой полярности подводятся к стойкам индивидуально, а положительной - объединяются. При токе нагрузки индивидуальных цепей не более 4 А разветвления ТРС выполняются в линейно-аппаратном цехе без дополнительных мер по ограничению тока КЗ.

8.2. ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ СВЯЗИ

Классификация электроприемников по надежности. Все электроприемники предприятий связи в зависимости от требований к надежности подачи электрической энергии разделяются на три категории.

К первой категории отнесены электроприемники, перерыв в подаче электрической энергии которых может вызвать перерыв связей и вещания и, как следствие, - нарушение передачи важной информации. К первой категории принадлежат технологические электроприемники центральных усилительных станций радиотрансляционных узлов, городских АТС емкостью 500…3000 номеров, сельских АТС, районных узлов связи для сельскохозяйственных работ.

Из электроприемников первой группы выделена особая группа потребителей, предъявляющих повышенные требования к надежности подачи электрической энергии. В особую группу первой категории входят электроприемники, перерыв в подаче электроэнергии которых может вызвать нарушение особо важных сообщений, а также нарушение сложного технологического процесса, что может создать угрозу жизни людей. В особую группу первой категории входят технологические электроприемники междугородных телефонных станций, телеграфных станций и узлов, сетевых узлов и узлов автоматической коммутации, обслуживаемых усилительных пунктов районных узлов связи для промышленных районов, городских АТС емкостью более 3000 номеров, а также аппаратура аварийного и эвакуационного электроосвещения.

Ко второй категории отнесены технологические электроприемники подстанций городских телефонных сетей, опорных усилительных подстанций, блок-станций и станций радиотрансляционных узлов с ламповой аппаратурой, перерыв в подаче электроэнергии которых может вызвать перерыв связей или местного вещания.

В соответствии с «Ведомственными нормами технологического проектирования (ВНТП 332-81)» все электроприемники, относящиеся к особой группе первой категории, должны быть обеспечены электроснабжением от трех независимых источников электроэнергии трехфазного переменного тока.

8.3. ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ

Предприятия связи снабжаются электроэнергией от государственных энергосистем или от собственных дизель-электрических станций. Энергосистемой называют совокупность электростанций, подстанций и приемников электрической энергии, связанных между собой линиями электрической сети. Электрическая энергия передается высоким напряжением по высоковольтным линиям электропередач. Преобразовательные ступени напряжения равны 1150, 750, 500, 330, 220, 110, 35, 10 и 6 кВ частотой 50 Гц.

Повышение или понижение напряжения осуществляется с помощью трансформаторных подстанций. Для получения электрической энергии государственной энергосистемы предприятия связи оборудуются собственными трансформаторными подстанциями, преобразующими напряжение 6 или 10 кВ в напряжение 0,4 кВ.

Трансформаторные подстанции разделяются на главные понижающие подстанции (ГПП), центральные распределительные подстанции (ЦРП), распределительные пункты (РП), цеховые трансформаторные подстанции и специальные подстанции.

Главные понижающие подстанции получают электроэнергию от энергосистемы и, понижая напряжение, распределяют ее по территории предприятия; центральная подстанция распределяет электроэнергию между потребителями, но без трансформации. Трансформаторные подстанции принимают электроэнергию высокого напряжения (6, 10, 35 кВ) от РП или ЦРП и распределяют ее но напряжениям 500, 380, 220 В между отдельными предприятиями.

Трансформаторные подстанции могут быть открытого и закрытого типов. Подстанция открытого типа устанавливается отдельно от предприятия связи на открытой огражденной сеткой площадке. Закрытые подстанции помещаются в специальном помещении со сплошными стенами и дверью.

Если предприятие связи имеет несколько зданий, то на территории предприятия устанавливается главная трансформаторная подстанция, которая получает энергию от сети и распределяет ее по подстанциям отдельных зданий. Подвод электропитания на подстанции осуществляется по двум подземным отдельным кабелям, каждый из которых на полную мощность потребителя. Трансформаторные подстанции имеют типовое оборудование: понижающие трансформаторы, высоковольтные выключатели, разъединители, высоковольтные предохранители, измерительные трансформаторы, разрядники для защиты воздушных вводов, аппараты и приборы низкого напряжения.

Распределительное устройство (РУ) - это электрическая установка, которая осуществляет прием и распределение электрической энергии. Оно содержит коммутационные, измерительные и защитные аппараты, соединительные шины и вспомогательное оборудование. Распределительные устройства бывают закрытого и открытого типов. Они изготавливаются на 3, 6, 10 и 35 кВ.

Распределительное устройство напряжением до 1000 В, оборудование которого смонтировано на панелях, установленных на общем каркасе, называется распределительным щитом.

Оборудование трансформаторных подстанций. Силовые трансформаторы предназначаются для понижения напряжения 6 (10) кВ до 0,4 кВ для питания потребителей. Они бывают воздушные и масляные. В масляных трансформаторах сердечник помещается в стальной бак с трансформаторным маслом. Обмотки трансформатора соединены по схеме звезда-звезда с выводом нулевой точки.

Высоковольтные выключатели применяются для включения и отключения высоковольтных цепей от нагрузки. Большинство выключателей - масляные. Конструктивно масляные выключатели бывают баковые и горшковые. В баковых выключателях вся контактная система помещается в бак с маслом. В горшковых - контактная система каждой фазы размещается в отдельном изолированном стальном горшке, наполненном маслом.

Масляные выключатели обеспечивают надежное гашение электрической дуги, возникающей между контактами при размыкании высоковольтной цепи под нагрузкой или при коротком замыкании.

При токах нагрузки I н £ 400А применяют воздушные выключатели, оборудованные специальным дугогасительным приспособлением. Выключатели могут срабатывать автоматически с помощью соленоидных приводов и имеют ручной привод.

Разъединители представляют собой рубильники, смонтированные на высоковольтных изоляторах и установленные на высоте, исключающей возможность случайного прикосновения к ним (2,5 м). Они обеспечивают видимость разъединения цепи при проведении ремонтных работ на подстанции. Выключаются они специальной изолированной штангой или приводом с ручным управлением.

Высоковольтные предохранители применяются для защиты в основном измерительных цепей, а при отсутствии масляных выключателей - и силовых цепей. Они делаются закрытого типа: плавкая вставка помещается в фарфоровой трубке, заполненной кварцевым песком, способствующим гашению дуги при перегорании предохранителя.

Измерительные трансформаторы понижают напряжение и отделяют высоковольтные цепи от низковольтных. Первичные обмотки трансформатора - высоковольтные, а вторичные - низковольтные. Для безопасности вторичные обмотки заземляются.

Разрядники предназначены для защиты аппаратуры трансформаторных подстанций (ТП) от перенапряжений, возникающих при грозовых разрядах, обеспечивая пробой (разряд) на землю при больших увеличениях напряжения. Разрядник включают между проводом и землей. При появлении перенапряжения на проводе в искровом промежутке разрядника возникает электрическая дуга. По окончании перенапряжения дуга гаснет и разрядник не пропускает тока. Для уменьшения тока через разрядник последовательно с ним включают сопротивления.

Реактор - это индуктивная катушка из нескольких витков полированной медной проволоки большого поперечного сечения. Стального сердечника в реакторе нет. Реактор имеет большое индуктивное и малое активное сопротивления и ограничивает токи короткого замыкания.

Структурная схема понижающей подстанции приведена на рис. 8.1. Энергия к подстанции подается по двум высоковольтным линиям ВЛ1 и ВЛ2 , через разъединители Q2 и Q8 поступает на шины 10 кВ. К этим шинам со стороны потребителя подключены понижающее трансформаторы через разъединители Q3 и Q9 и предохранители F1 и F2 . Со вторичных обмоток трансформатора напряжение подается на шины низкого напряжения через автоматические масляные выключатели Q1 и Q12 . Заземление шин при ремонте осуществляется разъединителями Q1 и Q12 .

Автоматическое включение резерва на предприятиях связи осуществляется на низкой стороне низкого напряжения (рис. 8.2). При питании от фидера 1 реле Р своими замыкающими контактами 1 включает контактор К1 , а размыкающими 2 - контактор К2 . В случае исчезновения напряжения в фидере реле Р обесточится, и напряжение питания будет подаваться по фидеру 2 .

Собственные электростанции предприятий связи предназначены для обеспечения электроэнергией при отключении внешней сети. Они, как правило, автоматизированы. По степени автоматизации все агрегаты делятся на три группы: с 1-й, 2-й и 3-й степенью автоматизации. Собственные электростанции автоматизированы по 3-й степени автоматизации, которая предусматривает работу автоматической дизель электрической станции (АДЭС) без постоянного присутствия обслуживающего персонала, при выполнении автоматически ряда операций, обеспечивающих работу электроустановки предприятия связи:

управление пуском, остановкой, подзарядом пусковых аккумуляторных батарей, подключением нагрузки и совместной работой нескольких агрегатов;

поддержание номинального выходного напряжения;

остановка агрегата и выдача сигналов в случае появления неисправностей в нем.

Оборудование собственных электростанций. На предприятиях связи широко применяются автоматизированные электростанции с агрегатами мощностью 48, 200, 315 и 500 кВт. Генератор агрегата ДГА-3-48М обеспечивает номинальную выходную мощность. до 50 Вт и напряжение 3´400 В.

В течение 1 ч допускается отбор мощности на 10% больше номинальной. Ресурс непрерывной работы не более 20 ч, а до капитального ремонта 18 000 ч. Продолжительность времени включении, электростартера для пуска агрегата не более 12 с. Последующее включение стартера через 60 с. Время приема нагрузки при пуске с первой попытки не более 15 с. При появлении неисправностей дизель останавливается. Цепи управления питаются от постоянного напряжения 24 В. Устройства пополнения топливных баков, подогрева воды и масла работают от переменного напряжения 220 В.

Дизельный агрегат АСДА-200-Т1400-ЗД обеспечивает выходную, мощность 200 кВт и напряжение 3´400 В. Нестабильность выходного напряжения не хуже ±2% при изменении отдаваемой мощности от 0 до 100%. Непрерывная работа агрегата с дозаправкой топливом и маслом составляет 240 ч. Пуск и прием нагрузки при автоматическом управлении из состояния горячей готовности происходит за время не более 30 с. Ресурс работы до капитального ремонта 8000 ч. Перерыв между двумя перегрузками 2 ч.

Электростанция с агрегатами АСДА-200 применяется в качестве резервной с автоматическим управлением. На предприятиях связи используются автоматизированные дизельные электростанции ДС-806/1, АС-814/1, АС-804/1. Срок эксплуатации 10 лет.

8.4. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПРЕДПРИЯТИИ СВЯЗИ

Классификация. Системой электропитания называют совокупность системы электроснабжения, устройств преобразования, регулирования, стабилизации, резервирования и распределения электрической энергии, необходимой для нормальной работы аппаратуры, а также устройств контроля, диагностики и защиты как самих устройств этой совокупности, так и аппаратуры.

Системы электропитания должны удовлетворять следующим основным требованиям:

обеспечивать надежное и бесперебойное электропитание аппаратуры электрической энергией требуемого качества;

быть экономичными, иметь высокий КПД;

иметь малые габариты и массу;

быть максимально автоматизированными и др.

Согласно ВНТП 332-81 системы электропитания классифицируют в зависимости от состава оборудования ЭПУ и способа эксплуатации АБ следующим образом:

буферная система электропитания;

двухлучевая безаккумуляторная система электропитания;

система электропитания с отделенной от нагрузки резервной аккумуляторной батареей.

Буферная система электропитания. При буферной системе питание аппаратуры осуществляется от стабилизированных выпрямителей, обеспечивающих одновременно непрерывный подзаряд аккумуляторных батареи АБ , подключенных параллельно нагрузке. Когда напряжение сети отключается по каким-либо причинам, питание аппаратуры осуществляется от аккумуляторных батарей. Но так как по мере разряда аккумуляторных батарей напряжение их уменьшается, то для его поддержания на требуемом уровне применяют регулирующие и стабилизирующие устройства. В тех случаях, когда для сохранения нормальной работы аппаратуры допустимо отклонение напряжения ±10% от установленного, регулирование осуществляется подключением дополнительных элементов ДЭ или дополнительных кремниевых вентилей НЭ .

На рис. 8.3 приведена структурная схема ЭПУ при буферной системе питания с подключением дополнительных элементов аккумуляторной батареи, которые подключаются устройством коммутации по мере ее разряда. Для заряда дополнительных элементов имеется выпрямитель содержания ВС , а подзаряд основной группы осуществляется от буферного выпрямителя БВ .

Электропитающие установки, построенные по такому принципу, применяются для питания аппаратуры городских АТС декадно-шаговой и координатной систем коммутации, МТС, АМТС, в установках прямых соединений телеграфных станций и т.д.

Более простой получается электропитающая установка при регулировании напряжения коммутацией групп кремниевых вентилей (рис. 8.4). Но в атом случае во время нормального электроснабжения напряжение на выходе блока выпрямления необходимо поддерживать на более высоком уровне, чем требуется для питания аппаратуры. Это создает дополнительные потери энергии, поэтому данный способ применяется при небольшой мощности, например в электропитающих установках на 60 В при нагрузках до 70 А.

Для питания станций с программным управлением, выполненным на интегральных микросхемах, требования к качеству питающей их электроэнергии более высокие. Так, для станций АТСЭ МТ20, МТ25 и АТС КЭ «Кварц», «Исток» отклонение напряжения -60 В в переходных режимах работы ЭПУ не должно превышать ±10…-6%, пульсации напряжения - 2 мВ псофометрических. Такие параметры питающего напряжения не могут быть обеспечены при регулировании коммутацией групп дополнительных элементов аккумуляторных батарей. Поэтому для питания новой аппаратуры связи применяется буферная система питания со стабилизацией напряжения с помощью авторегулируемых вольтодобавочных конверторов ВДК . Применяются два варианта работы таких ЭПУ.

Структурная схема первого варианта приведена на рис. 8.5. При наличии нормального электроснабжения ВДК отключен устройством коммутации УК и его выход шунтирован диодной сборкой ДС . При отключении электроснабжения, когда буферный выпрямитель БВ не работает, вольтодобавочный конвертор автоматически включается и компенсирует уменьшение напряжения аккумуляторной батареи. После восстановления электроснабжения и заряда аккумуляторной батареи до требуемого значения ВДК отключается.

Второй вариант ЭПУ буферной системы питания - вольтодобавочный конвертор включен постоянно в цепь нагрузки. В этом случае энергетические показатели ниже, чем по первому варианту, из-за непрерывного расхода энергии в ВДК , но качество электропитания лучше.

Буферная система электропитания может быть выполнена двумя способами: а) многобатарейным ; б) с одной опорной батареей .

При многобатарейном способе буферной системы питания на каждое напряжение постоянного тока имеется отдельная электропитающая установка.

Важнейшие достоинства многобатарейной системы питания для аппаратуры автоматической и многоканальной связи: абсолютная бесперебойность питания и значительное снижение пульсаций напряжения основного источника на нагрузке. Но многобатарейный принцип построения ЭПУ имеет существенный недостаток: большая масса аккумуляторов; из-за газовыделения их нельзя устанавливать в аппаратных залах, а это увеличивает длину проводки питания и падение напряжения на них.

Однобатарейный принцип буферной системы питания предполагает использование только одной аккумуляторной батареи на одно значение постоянного напряжения (например, на 220 В). Она называется опорной . При нормальной подаче питания от внешнего источника питание аппаратуры связи осуществляется через выпрямители. При отключении внешнего источника, т.е. в переходном режиме, аппаратура связи, требующая одного напряжения, получает питание от опорной аккумуляторной батареи. Все остальные напряжения вырабатываются преобразователями или агрегатами бесперебойного питания (АБП).

На тех предприятиях, где требуется питание от нескольких отдельных источников питания, применяется децентрализованная буферная система питания, состоящая из нескольких отдельных ЭПУ одного напряжения.

Достоинства буферной системы питания:

бесперебойное питание аппаратуры;

возможность дальнейшего расширения за счет параллельного включения выпрямительных устройств и ВДК;

значительное снижение пульсации напряжения на нагрузке;

предохранение основного источника питания от выбросов тока, которые буферная батарея принимает на себя, а потребителя - от резкого уменьшения питающего напряжения при бросках тока нагрузки;

постоянное поддержание аккумуляторов в заряженном состоянии, поскольку саморазряд компенсируется током подзаряда;

удешевление содержания аккумуляторов, увеличение срока их эксплуатации.

Недостатки:

большая стоимость токораспределительной сети и потери энергии в ней (особенно при низких напряжениях).

8.5. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОПИТАЮЩИЕ УСТАНОВКИ

БУФЕРНОЙ СИСТЕМЫ НАПРЯЖЕНИЕМ 24 И 60 В

В системах электропитания крупных предприятий связи АТС, АМТС широко применяется автоматическая необслуживаемая электропитающая установка ЭПУ-60В. Она построена по принципу многобатарейного питания с регулированием выходного напряжения в переходном режиме путем подключения дополнительных элементов аккумуляторной батареи с зарядом их на шинах нагрузки.

Структурная схема ЭПУ-60В приведена на рис. 8.6. В состав полностью автоматической необслуживаемой ЭПУ-60В входят:

автоматизированные кремниевые выпрямители БВ и РБВ типа ВУК (два);

зарядные выпрямители ЗВ1 и ЗВ2 (два);

устройство автоматической коммутации аккумуляторной батареи АКАБ-60 ;

щит переменного тока ЩПТА ;

щиток заземления ЩЗ -П2 ;

двухгруппная аккумуляторная батарея, каждая из которых содержит основные ОЭ и дополнительные элементы ДЭ1 и ДЭ2 ;

распределительный щит ЩРЗ-60 .

Принцип действия автоматизированной ЭПУ-60В состоит и следующем. При нормальном электроснабжении от внешнего источника переменное напряжение подается с шин ШПТА на выпрямительные блоки БВ1 и БВ2. Они работают в режиме стабилизации напряжения н обеспечивают питание аппаратуры и подзаряд основных элементов ОЭ аккумуляторной батареи АБ . Резервный зарядный выпрямитель РЗВ , а также ЗВ1 и ЗВ2 выключены. В случае отказа одного из БВ автоматически включается РЗВ .

При отключении напряжения сети устройство АКАБ обеспечивает питание аппаратуры от аккумуляторной батареи, подключая дополнительные элементы ДЭ по мере разряда АБ.

При появлении напряжения питающей сети - от внешней сети или от АДЭС - выпрямители БВ1 , БВ2 и РЗВ автоматически включаются, работают н режиме стабилизации тока и обеспечивают одновременно питание аппаратуры и заряд батареи. По мере заряда аккумуляторной батареи напряжение на ней и на нагрузке повышается и, когда достигает 66 В, устройство АКАБ отключает от нагрузки вторую группу дополнительных элементов ЦЭ2 от буферных выпрямителей. Включается зарядный выпрямитель ЗВ2 и, работая в режиме стабилизации тока, продолжает заряд ДЭ2.

Основные элементы ОЭ аккумуляторной батареи и первая группа дополнительных элементов ДЭ1 продолжают заряжаться от буферных выпрямителей БВ1 и РЗВ до тех пор, пока напряжение на ОЭ не достигнет 59,5 В. При этом первая группа дополнительных элементов отключается, от нагрузки и переключается на заряд от ЗВ1. Рабочий и резервный буферные выпрямители продолжают заряжать группу основных элементов до напряжения 2,3 В на каждый элемент, т.е. до напряжения 64,5 В. После этого резервный выпрямитель выключается, а рабочие БВ1 и БВ2 переходят в режим стабилизации напряжения на уровне. 2,2 В на один элемент основной группы ОЭ.

Зарядные выпрямители ЗВ1 и ЗВ2 заряжают группы дополнительных элементов до напряжения 2,35 В на один элемент, после чего выключаются. Дальнейший заряд элементов дополнительной группы производится от маломощных выпрямителей содержания, входящих в состав АКАБ.

Электропитающая установка возвращается в исходное состояние нормального режима работы.

Автоматическая ЭПУ-60В с устройством АКАБ применяется на ГТС для питания АТС первого, второго и третьего поколении (например, для АТСКЭ «Квант»), а также для аппаратуры междугородной автоматики, телеграфов и РУС.

Функциональная схема буферной ЭПУ-24В на напряжение -24В с регулированием выходного напряжения коммутацией дополнительных элементов аналогична ЭПУ-60В. Она отличается только отсутствием ДЭ2 и ЗВ2 . Группа ОЭ имеет 11 или 12 элементов, а ДЭ1 – 2.Установка ЭПУ-24В применяется для питания линейно-аппаратных цехов МТС, АМТС, АМТСКЭ «Кварц», телеграфов, РУС и обслуживаемых усилительных пунктов.

Недостаток буферной системы электропитания с регулированием выходного напряжения коммутацией дополнительных элементов АБ: ступенчатость регулирования через 6…7 В и сложность АКАБ.

8.6. ЭЛЕКТРОПИТАЮЩАЯ УСТАНОВКА БУФЕРНОЙ СИСТЕМЫ

С ОДНОЙ ОПОРНОЙ БАТАРЕЕЙ

Структурная схема однобатарейной системы вторичного электропитания для крупных предприятий автоматической и многоканальной электросвязи приведена на рис. 8.7. В состав ее входят:

электропитающая установка ЭПУ-220В , содержащая выпрямители и опорную аккумуляторную батарею на 220 В;

выпрямительные системы ВУЛС ;

устройство гарантированного питания УГП .

В нормальном режиме работы питание аппаратуры осуществляется от сети переменного тока через выпрямительные системы ВУЛС по двум лучам. Один луч - от внешней сети переменного тока, а другой - тот УГП переменным током. Выпрямители ВУЛС питаются от различных лучей. А их выходы включены параллельно на общий фильтр СФ . В нормальном режиме работы выпрямители отдают 50% номинальной мощности. При прекращения подачи питания по одному из лучей второй ВУЛ , загружаясь на 100%, обеспечивает питание аппаратуры связи.

В аварийном режиме при отказе устройств гарантированного питания напряжение переменного тока подается от сети через контакты А аварийного включения резерва и стабилизатор напряжения переменного тока СН .

Постоянное напряжение 220 В подается непосредственно от опорной ЭПУ-220В . А в переходном режиме при отключения внешней сети - от аккумуляторной батареи 220 В.

При отключении сети внешнего источника запускается резервная электростанция АДЭС и аппаратура получает питание по двухлучевой схеме: от АДЭС через контакты А аварийного включения резерва и от УГП , питающегося от АДЭС .

Структурная схема однобатарейной системы вторичного электропитания для предприятий связи малой мощности приведена на рис. 8.8. Здесь опорную электропитающую установку экономически выгоднее построить на 24 или -60 В. Другие градации напряжения получаются через полупроводниковые преобразователи постоянного напряжения - конверторы. Они дешевле нескольких аккумуляторных батарей с буферными выпрямителями.

8.7. ДВУХЛУЧЕВАЯ БЕЗАККУМУЛЯТОРНАЯ

СИСТЕМА ЭЛЕ1СГ1ЮПИТАНИЯ

На предприятиях связи с большим потреблением энергии при большой рассредоточенности потребителей применяется двухлучевая безаккумуляторная система питания. Принцип ее состоит в том, что отдельные группы потребителей одного номинала получают питание непосредственно от двух стабилизированных выпрямительных устройств, как показано на рис. 8.9. При нормальном электроснабжении каждая половина выпрямительных устройств получает питание от своего отдельного независимого источника энергии переменного тока. Каждый выпрямитель (луч) загружается на 50% своей номинальной мощности. При отключении одного из источников энергии переменного тока питание аппаратуры осуществляется от работающего выпрямителя при полной его загрузке. В этой системе используют автоматизированные установки ВУЛС-3, в которых имеются два отдельных выпрямителя с общим шкафом фильтров.

Достоинства этой системы:

простота эксплуатации установки ввиду отсутствия аккумуляторов;

меньшая стоимость токораспределительных цепей (по сравнению с первой системой), так как распределение энергии осуществляемся по переменному току.

Недостатки:

необходимость в более надежном электроснабжении предприятии связи;

худшее качество энергии в переходных режимах работы ЭПУ.

Согласно ВНТП332-81 двухлучевая безаккумуляторная система питания может применяться только при следующих условиях:

наличии трех независимых источников электроснабжения, одним из которых является электростанция энергосистемы;

наличии двух независимых внешних источников энергоснабжения и собственной автоматизированной дизельной электростанции, запускающейся автоматически за время не более 30 с после отключения внешних источников электроснабжения.

Система электропитания с отделенной от нагрузки резервной аккумуляторной батареей состоит из стабилизированного выпрямителя, аккумуляторной батареи и дополнительного зарядного выпрямителя. При нормальном электроснабжении питание аппаратуры связи осуществляется от основного стабилизированного выпрямители БВ , а аккумуляторная батарея отключена от нагрузки тиристором VS и находится в режиме подзаряда от дополнительного зарядного выпрямителя ЗВ (рис. 8.10, а ). При отключении сети переменного тока аккумуляторная батарея подключается к нагрузке тиристором VS без перерыва в питании аппаратуры. После восстановления напряжения сети аккумуляторная батарея отключается от нагрузки, что дает возможность упростить ЭПУ.

Применяется эта система для:

питания аппаратуры, допускающей значительные изменения питающего напряжения;

питания станций с программным управлением при введении вольтодобавочного конвертора ВДК , исключающего изменение выходного напряжения при разряде АБ .

Для питания электронной аппаратуры применяется устройство, структурная схема которого приведена на рис. 8.10, б . При нормальном электроснабжении аппаратура питается от основного выпрямительного устройства ВУ . Аккумуляторная батарея с постоянно работающим ВДК подключена к выходу выпрямителя, но в питании аппаратуры участия не принимает, так как выходное напряжение ВУ несколько выше напряжения аккумуляторной батареи. От нагрузки аккумуляторная батарея отделена диодной сборкой ДС и находится в режиме непрерывного подзаряда от зарядного выпрямителя ЗВ . При отключении напряжения сети питание аппаратуры осуществляется от аккумуляторной батареи с ВДК .

Достоинства этой схемы: меньше потери энергии и больше перегрузочная способность. Более стабильное напряжение питания обеспечивает схема, приведенная на рис. 8.10, в . При нормальном электроснабжении питание аппаратуры осуществляется от нерегулируемого выпрямительного устройства НУВ . Аккумуляторная батарея находится в режиме содержания, подзаряжаясь от зарядного выпрямителя ЗВ.При отключении электроснабжения нагрузка подключается к аккумуляторной батарее через тот же ВДК без перерыва. После восстановлении напряжения сети аккумуляторная батарея подключается на заряд от зарядного выпрямителя ЗВ . В этой схеме напряжение на выходе ЭПУ в переходных режимах изменяется не более чем на ±4 В.

8.8. УСТАНОВКА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОЮ ТОКА

Назначение. Структурная схема. Установкой бесперебойного питания (УБП) называют совокупность устройств и источников электропитания, обеспечивающих бесперебойную подачу электроэнергии к аппаратуре как при исправном состоянии и сети питания, так и при их отказе.

В состав установки бесперебойного питания входят:

преобразователь электроэнергии;

резервный источник электропитания кратковременного действия;

устройства взаимодействия элементов УБП как между собой, так и с установкой электропитания предприятия связи.

В установке бесперебойного питания резервный источник питания включается мгновенно без перерыва питания.

В отличие от УБП в установках гарантийного питания (УГП) допускается перерыв на время ввода в действие источника резервного питания, например дизельной электростанции.

В настоящее время пригодным для УБП источником резервною питания является только аккумуляторная батарея.

Выпрямительно-аккумуляторная установка бесперебойного питания постоянного тока УБП-ВА. Простейшая установка бесперебойного питания содержит выпрямитель В - основной источник и аккумуляторную батарею А - резервный источник питания. Такая схема приведена на рис. 8.11. Работает она так. При наличии напряжения от внешнего источника выпрямитель работает, обеспечивает питание аппаратуры связи и одновременно с этим подзаряд резервной аккумуляторной батареи.

При отключении внешнего переменного напряжения или повреждении выпрямителя нагрузка бесперебойно получает питание от аккумуляторной батареи. Время разряда батареи должно быть достаточным для восстановления работы выпрямителя. После восстановления напряжения на выходе выпрямителя питание аппаратуры и подзаряд аккумуляторной батареи происходят от выпрямителя одновременно. После окончания заряда батарея переводится в режим непрерывного подзаряда, а аппаратура получает стабилизированное питание от выпрямителя. Установка экономична, надежна, но допускает изменения напряжения при разряде аккумуляторной батареи. Уменьшить колебания напряжения можно введением в схему стабилизирующих противоэлементов (рис. 8.12), функцию которых могут выполнять диоды VD1 и VD2 . При нормальном режиме аппаратура получает питание от выпрямителя U1 . При отключении выпрямителя питание аппаратуры осуществляется от

аккумуляторной батареи через диоды VD1 и VD2 . Часть напряжения падает на диодах. С уменьшением напряжения батареи по мере разряда устройство контроля напряжения УКН замыкает контакты K1 , закорачивает диод VD1 . При дальнейшем уменьшении напряжения аккумуляторной батареи УКН закорачивает VD2 . Число диодов и их параметры подбираются в зависимости от требований к стабильности напряжения. Но введение диодов в схему ухудшает ее экономичность и надежность.

Хорошие эксплуатационные качества имеет установка бесперебойного питания УБП-ВА, в которой стабилизация напряжения осуществляется автоматическим подключением или отключением групп аккумуляторов (рис. 8.13). В нормальном режиме работы аппаратура получает питание от выпрямителей U1-U3 и через замкнутые контакты Q1 , Q2 - от основных элементов аккумуляторной батареи АБ1 и АБ2 . При отключении выпрямителей аппаратура питается только от аккумуляторов. По мере разряда напряжение аккумуляторов уменьшается и устройство контроля напряжения подключает последовательно с основной группой элементом дополнительные группы АБ3 и АБ4 . Во время переключения контактов 1 -3 К1 питание аппаратуры производится через диод VD2 . При дальнейшем разряде батареи контактами 1-3 К2 подключается вторая дополнительная группа элементов АБ5 , АБ6 . При восстановлении напряжения от выпрямителей аккумуляторная батарея заряжается. Сначала заряжается вторая группа дополнительных элементов от зарядного выпрямителя U6 и отключается. Затем заряжается первая ступень дополнительных элементов. Основная группа элементов заряжается до напряжения 2,3 В на элемент и в дальнейшем переводится в режим непрерывною подзаряда.

Достоинства такой схемы:

высокий КПД;

простота схемных решений силовой части.

Но при высоких требованиях к качеству напряжения питания сказываются недостатки такой схемы:

ступенчатость изменения напряжения;

неполное использование емкости аккумуляторов;

отсутствие различных градаций напряжений.

Структурная схема УБП с вольтодобавочным преобразователем приведена на рис. 8.14. В нормальном режиме работы напряжение на аппаратуру подается от выпрямителя U1 , к которому подключена аккумуляторная батареи АБ , работающая в режиме непрерывного подзаряда. При отключении выпрямителя аппаратура питается от аккумуляторной батареи. В это время напряжение на нагрузке будет меньше напряжения батареи на величину падения напряжения на диоде VD1 . Через очень малое время (около 10 мс) включается вольтодобавочный преобразователь ВДП U3 . Он формирует постоянное напряжение, равное разности между напряжением, необходимым для питания аппаратуры, и напряжением аккумуляторной батареи. По мере разряда батареи напряжение на выходе ВДП постепенно увеличивается. При восстановлении напряжения от выпрямителя и заряда аккумуляторной батареи до требуемого значения ВДП отключается. Вольтодобавочный преобразователь, предназначенный для устройства бесперебойного питания на напряжение 60 В, имеет следующие параметры: номинальная выходная мощность 1200 Вт, максимальный выходной ток 10 А, частота преобразования 20 кГц, КПД 0,65.

Структурная схема вольтодобавочного преобразователя приведена на рис. 8.15. В нем выходное напряжение регулируется с помощью широтно-импульсной модуляции на частоте 20 кГц.

Принцип его работы состоит в следующем. Напряжение, снимаемое с нагрузки, сравнивается с опорным. Сигнал рассогласования суммируется с пилообразным напряжением. В результате формируются импульсы управления различной длительности. На выходе устройства управления создаются две последовательности импульсов, сдвинутых

между собой на 180°. Эти импульсы усиливаются и подаются на инвертор. Двухполупериодный выпрямитель преобразует двухполярные импульсы в однополярные, которые интегрируются фильтром низкой частоты.

Достоинства этой схемы:

высокая стабильность выходного напряжения;

отсутствие резких отклонений выходного напряжения;

высокая надежность.

Недостаток: низкий КПД.

На рис. 8.16 приведена структурная схема установки бесперебойного питания (БП) на 60 В с постоянно работающим стабилизатором. Принцип ее работы следующий. В нормальном режиме питание аппаратуры осуществляется от нестабилизированного выпрямителя U1 через отдельный стабилизатор напряжения. Аккумуляторная батарея отключена от нагрузки тиристором VS1 и диодом VD1 и находится в режиме содержания. Контакт К2 замкнут. При отключении выпрямителя U1 устройство управления подключает батарею к стабилизатору через тиристор. Замыкающийся контакт К1 шунтирует тиристор. Выпрямитель U2 отключается, по мере разряда батареи напряжение на нагрузке поддерживает стабилизатор. Когда напряжение внешней сети включается, аккумуляторная батарея отключается и переходит в режим заряда от выпрямителя U2 . Диод VD1 служит для подключения батареи к нагрузке при неисправности стабилизатора или коротком замыкании в нагрузке.

Достоинства этой схемы: высокое качество выходного напряжения как в статическом, так и в динамическом режиме.

Установка бесперебойного питания напряжением переменного тока. Для обеспечения бесперебойным питанием аппаратуры связи напряжением переменного тока применяются:

установки с трехмашинными преобразователями;

установки с инверторами;

электромашины с инерционными маховиками.

В состав установки с трехмашинным преобразователем УБП-ТМП входят асинхронный электродвигатель, двигатель постоянного тока, синхронный генератор.

Питание аппаратуры осуществляется от синхронного генератора, который приводится в действие электродвигателями.

Установка бесперебойного питания с трехмашннным преобразователем с выходной мощностью 24 кВт (рис. 8.17) состоит из двух рабочих ПР1 и ПР2 и одного резервного ПР рез преобразователей, управляющего устройства и аккумуляторной батареи. Каждый преобразо-

ватель состоит из синхронного генератора, двигателя постоянного тока и асинхронного двигателя. Напряжение внешней сети приводит в действие асинхронный двигатель, от которого работает синхронный генератор постоянного тока. Напряжение от синхронного генератора через панели управления ПУ1 и ПУ2 подается на распределительную панель ПУ3 , откуда поступает в нагрузку. При этом машина постоянного тока отключена и аккумуляторная батарея АБ находится в режиме содержания.

При отключении внешней сети двигатель постоянного тока подключается к аккумуляторной батарее, после чего асинхронный двигатель отключается. Двигатель постоянного тока включается не более чем через 60 мс после отключения внешней сети.

После восстановления напряжения внешней сети преобразователь приводится в действие от асинхронного двигателя.

Резервный преобразователь включается вручную без перерыва в подаче питания с помощью устройства на панели ПУ рез.

Выпускается два варианта УБП с выходной мощностью 50 кВт:

с двумя рабочими и одним резервным преобразователями;

с одним рабочим и одним резервным преобразователями.

Управление преобразователями осуществляется с помощью оборудования, размещенного в шкафах.

Структурная схема УБП с выходной мощностью 50 кВт приведена на рис. 8.18.

Здесь напряжение от внешней сети поlается на шкаф ШРС и разветвляется на шкафы ШПГ и ШН , выпрямители содержания U1 и заряда U2 . Напряжение от синхронных генераторов подается к шкафам ШН , каждый из которых имеет четыре однофазных вывода на 50 А и два трехфазных на 100 А.

Процессы работы в БП-50 кВт и УБП-24 кВт в основном одинаковы.

Недостатки УВП-ТМП:

большие затраты по обслуживанию электромашинных преобразователей и устройств управления;

низкая надежность из-за наличия вращающихся элементов и прижимных контактов.

Установки переменного тока с инверторами УБП-ВИ. Простейшая структурная схема установки бесперебойного питания УБП-ВИ приведена на рис. 8.19, а . Она состоит из выпрямителя U1 , инвертора U2 и аккумуляторной батареи АБ . При нормальном режиме питания напряжение на инвертор подается от выпрямителя. Аккумуляторная батарея отключена.

При выключении напряжения внешней сети переменного тока инвертор получает питание от аккумуляторной батареи. После восстановления напряжения внешней сети инвертор снова получает питание от выпрямителя.

Применение полупроводниковых выпрямителей и инверторов значительно повышает технико-экономические показатели УБП переменного тока.

В установках УБП могут быть применены унифицированные выпрямители, инверторы и полупроводниковые коммутационные устройства.

Унифицированный выпрямитель серии ТППС (рис 8 19, б ) состоит из:

нестабилизированного выпрямителя U1 по мостовой трехфазной схеме (Ларионова);

ключа Q1 для подключения аккумуляторной батареи;

устройства контроля напряжения сети и управления ключом Q1 .

Ключ Q1 (рис. 8.19, в ) составлен из диода VD1 , тиристора VS1 и контактора К . При уменьшении напряжения сети переменного тока на 15…20% устройство управления включает тиристор VS1 и контактор К . При восстановлении напряжения сети происходит обратное переключение.

Недостаток ТППС: отсутствие контроля напряжения на их выходе.

Инверторы унифицированной серии ТПС выполняются по схеме трехфазного параллельного инвертора. Они обеспечивают стабильное выходное напряжение при стабильной частоте, снабжены устройствами сигнализации, контроля и дистанционного управления.

Отключающее устройство ТКИ обеспечивает автоматическое отключение нагрузки при недопустимых отклонениях напряжения или тока (рис. 8.20). Оно содержит:

тиристорный ключ Q1 ;

устройство контроля напряжения и тока нагрузки;

устройство управления ключом;

вспомогательный выпрямитель U1 для заряда конденсаторов.

Устройство работает так. Через каждый полупериод тиристоры открываются (VS1 и VS3 ), и переменный ток поступает в нагрузку. Когда отклонения напряжения на нагрузке достигнут ±25% или ток станет больше в 1,7…2 раза номинального значения, включается тиристор VS2 , конденсатор С разряжается через один из тиристоров VS1 или VS3 , после чего открытый тиристор закрывается. Устройство ТКИ пропускает токи 50 и 100 А.

Устройство автоматического переключения нагрузки от неисправного источника переменною тока на резервный ТКЕ (рис. 8.21) содержит электрические ключи из встречно-параллельно включенных тиристоров, а также устройство по току и напряжению.

При нормальных условиях напряжение питания к нагрузке подается от основного источника через тиристоры VS1-VS2 , VS3-VS4 , VS5-VS6 .

При отключении напряжения основного источника за допустимые пределы тиристоры запираются. Устройство управления подключает нагрузку к резервному источнику через тиристоры VS7-VS12 .

В УБП-ВИ можно применять однофазный инвертор с питанием от постоянного напряжения 60 В типа ОИТС-60(220)16 на мощность 3,5 кВ×А. На выходе инвертора получается стабилизированное синусоидальное однофазное напряжение 220±2% В.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие системы называют системами электроснабжении?

2. Что называют электроустановкой?

3. Какие источники называют источниками первичного электропитания, а какие - источниками вторичного электропитания?

4. Что такое токораспределительные сети предприятий связи?

5. Назовите особенности магистрально-рядовой токораспределительной сети.

6. Какие преимущества имеет радиальная токораспределительная сеть?

7. Назовите особенности магистрально-полурадиальной токораспределительной сети.

8. По каким признакам классифицируют элсктроприемники предприятии связи?

9. Поясните назначение трансформаторных подстанций.

10. Перечислите оборудование трансформаторных подстанций.

11. Поясните необходимость иметь собственные электростанции.

12. Что называют системами электропитания предприятий связи?

13. По каким признакам классифицируют системы электропитания?

14. Нарисуйте структурную схему буферной системы электропитания.

15. Нарисуйте структурную схему ЭПУ-60 и поясните принцип ее работы.

16. Нарисуйте структурную схему однобатарейной системы вторичного электропитания.

17. Нарисуйте структурную схему двухлучевой безаккумуляторной системы электропитания.

18. Поясните достоинства и недостатки двухлучевой безаккумуляторной системы электропитания.

19. Поясните структурную схему установки бесперебойного электропитания постоянного тока.

20. Поясните работу структурной схемы установки бесперебойного питания напряжением переменного тока.

Для резервирования питания ответственных энергопотребителей используют параллельное соединение нескольких источников питания, исключая при этом взаимное влияние одного источника на другой.
При повреждении или отключении одного из нескольких питающих устройств нагрузка автоматически и без разрыва цепи питания подключится к источнику питания, напряжение которого выше остальных. Обычно в цепях постоянного тока для разделения питающих цепей используют полупроводниковые диоды. Эти диоды препятствуют влиянию одного источника питания на другой. В то же время на этих диодах нерационально расходуется некоторая доля энергии источника питания. В этой связи в схемах резервирования стоит использовать диоды с минимальным падением напряжения на переходе. Обычно это германиевые диоды.
В первую очередь питание на нагрузку подают с основного источника, имеющего обычно (для реализации функции самопереключения на резервное питание) более высокое напряжение. В качестве такого источника чаще всего используют сетевое напряжение (через блок питания). В качестве источника резервного питания обычно используют батарею или аккумулятор, имеющие напряжение заведомо меньшее, чем у основного источника питания.
Самые простые и очевидные схемы резервирования источников постоянного тока показаны на рис. 10.1 и 10.2. Подобным образом можно подключить неограниченное количество источников питания к ответственному радиоэлектронному оборудованию.
Схема резервирования источников питания (рис. 10.2) отличается тем, что роль диодов, разделяющих источники питания, выполняют светодиоды. Свечение светодиода индицирует задействованный источник питания (обычно имеющий более высокое напряжение). Недостатком подобного схемного решения является то, что максимальный ток, потребляемый нагрузкой, невелик и непревышает максимально допустимого прямого тока через свето-диод.

Рис. 10.1. Основная схема резервирования источников питания

Рис. 10.2. Схема резервирования источников питания с использованием светодиодов

Рис. 10.3. Схема резервирования источника питания охранного устройства

Кроме того, на светодиоде падает около двух вольт, необходимых для его работы. Световая индикация неустойчива при несущественной разности напряжений питания.
Схема авторезервирования источника питания для ответственного оборудования - охранного устройства - приведена на рис. 10.3. На схеме условно показан основной - сетевой источник питания. На его выходе - нагрузке RH и конденсаторе С2 - формируется стабильное напряжение 12 6 или более! Батарея резервного питания GB1 подключена к сопротивлению нагрузки через цепочку диодов VD1 и VD2. Поскольку разность напряжения на этих диодах минимальна, ток через диоды в нагрузку не протекает. Однако, стоит отключиться основному
источнику питающего напряжения, как диоды откроются. Таким образом питание подается на нагрузку без перебоев.
Светодиод HL1 индицирует исправное состояние резервного источника питания, а диод VD2 не допускает питание светодио-да от источника основного питания.
Схему можно изменить таким образом, чтобы два светодио-да независимо друг от друга индицировали рабочее состояние обоих источников питания. Для этого достаточно схему (рис. 10.3) дополнить элементами индикации.
Устройство для автоматического включения резервной батареи питания описано в патенте ГДР № 271600 , а его схема показана на рис. 10.4.

Рис. 10.4. Схема устройства для автоматического включения резервной батареи питания

В исходном (штатном) режиме ток от источника основного питания Еа через светодиод-индикатор тока нагрузки поступает в нагрузку. Транзистор VT1 открыт, транзистор VT2 закрыт, резервная батарея питания Еь отключена. Как только произойдет отключение основного источника питания, светодиод HL1 погаснет, закроется транзистор VT1 и, соответственно, откроется транзистор VT2. Батарея Еь подключится к нагрузке.
Недостатком устройства является то, что максимальный ток через нагрузку не может превышать максимально допустимого тока через светодиод. Кроме того, на самом светодиоде теряется до 2 В. Если пожертвовать функцией индикации и заменить светодиод на германиевый диод, рассчитанный на повышенный ток, это ограничение снимется.
Для нормальной работы телефонных автоматических определителей номера (АОН) необходимым условием является
использование резервного источника питания. Схема одного из них показана на рис. 10.5.
Когда источник питания включают в сеть, срабатывает реле К1, которое одновременно является датчиком разряда аккумулятора GB1. Через резистор R2 протекает зарядный ток 5... 10 мА. При отключении сетевого напряжения устройство получает питание от аккумулятора GB1, однако, если напряжение на аккумуляторе упадет ниже 6,5 В, реле отключится. Контакты реле разомкнут цепь питания и защитят таким образом аккумулятор от дальнейшего разряда.

Рис. 10.5. Схема автоматического включения резервного источника питания для АОНа

Аккумуляторная батарея состоит из шести элементов Д-0,55. Ее ресурса хватает для автономной работы телефона в течение часа.
В схеме использовано реле РЭС-64А РС4.569.724.
Налаживают устройство подбором резистора R1, которым устанавливают напряжение отпускания реле К1. Подбором R2 устанавливают величину зарядного тока. Для исключения перезаряда аккумулятора рекомендуется снизить величину зарядного тока до 0,2 мА.
Автоматический перевод питания нагрузки, например, радиоприемника, на резервное батарейное питание при отключении сетевого источника питания позволяет осуществить устройство по схеме на рис. 10.6 . Режим работы устройства индицируется свечением светодиода: зеленый цвет -- работа в штатном режиме; красный - в аварийном (на батареях).
Особенностью индикатора является то, что при работе от батареи ее разряд через подключенный основной блок питания исключен за счет использования диода в цепи затвора полевого транзистора.
Для того чтобы при работе устройства от блока питания не происходила подпитка нагрузки от батареи, выходное напряжение блока питания должно на 0, 7... 0, 8 В превышать напряжение батареи.

Рис. 10.6. Схема автоматического переключения нагрузки на резервное питание с индикацией

Рис. 10.7. Схема автоматического коммутатора питания

Дальнейшим развитием предыдущего устройства является автоматический коммутатор питания (рис. 10.7) . Устройство предназначено для установки в любые носимые и переносные устройства (приемники, плейеры, магнитофоны), имеющие внутренние источники питания. Автоматический коммутатор питания позволяет автоматически переходить от внутреннего к внешнему питанию и обратно.
В исходном состоянии, когда внешний источник питания отключен, реле К1 обесточено, и через его нормально замкнутые контакты напряжение подается с батареи GB1 на нагрузку RH и через диод VD1 на нижний по схеме (красный) диод HL1. При подключении внешнего источника питания реле К1 срабатывает, его контакты К1.1 устанавливаются в нижнее по схеме положение, и питание на нагрузку подается от внешнего источника. Так как на анод верхнего по схеме диода HL1 (зеленого цвета) подается напряжение на 2 В больше, чем на анод нижнего диода HL1 (красного цвета), двухцветный двуханодный светодиод HL1 светится зеленым цветом, указывая на режим работы от сети. При пропадании сетевого напряжения обмотка реле К1 обесточивается, и нагрузка автоматически переключается на работу от батареи GB1. Об этом сигнализирует индикатор HL1, меняя цвет свечения с зеленого на красный. Диод VD1 следует взять типа КД503, КД521 или КД510. Падение напряжения на нем в прямом включении должно быть не менее 0,7 б.-Тогда при свечении зеленого светодиода не будет подсвечиваться красный.
Резистором R2 устанавливают ток через HL1, равный 20 мА. Реле К1 типа РЭС-15 (паспорт РС4.591.005) или другое с рабочим напряжением не более 5 В. Обычно срабатывание реле происходит при напряжении, на 30...40% меньшем его рабочего напряжения.
При настройке устройства резистор R1 подбирают такой величины, чтобы реле К1 надежно срабатывало при напряжении 4 В. При использовании реле К1 других типов с напряжением срабатывания, близким к 4,5 В, резистор R1 можно исключить.
При сетевом питании электронно-механических часов наблюдается неприятный эффект: при отключении сетевого напряжения происходит остановка хода часов.
Более надежными и удобными в эксплуатации являются комбинированные блоки питания - сетевые блоки питания в сочетании с никель-кадмиевыми аккумуляторами Д-0,1 или Д-0,125 (рис. 10.8) .
Здесь конденсаторы С1 и С2 выполняют функцию балластных реактивных элементов, гасящих избыточное напряжение сети. Резистор R2 служит для разрядки конденсаторов С1 и С2 при отключении устройства от сети.
Если контакты выключателя SA1 замкнуты, то при отрицательной полуволне сетевого напряжения на верхнем (по схеме) проводе диод VD2 откроется, и через него будут заряжаться конденсаторы С1 и С2. При положительных же полуволнах конденсаторы станут перезаряжаться, ток потечет, в первую очередь, через открытый диод VD3 и начнет подзаряжаться аккумулятор GB1 и конденсатор СЗ. Напряжение на полностью заряженном аккумуляторе будет не менее 1,35 В, на светодиоде HL1 -- около 2 В. Поэтому светодиод начнет открываться и тем самым ограничивать зарядный ток аккумулятора. Следовательно, аккумулятор постоянно будет в заряженном состоянии.

Рис. 10.8. Комбинированный блок питания электронно-механических часов

При наличии напряжения в сети часы питаются от нее во время положительных полупериодов, а во время отрицательных полупериодов - энергией, запасенной аккумулятором GB1 и конденсатором СЗ. При пропадании сетевого напряжения источником питания становится аккумулятор.
Освещение циферблата включают размыканием контактов выключателя SA1. В этом случае ток зарядки и разрядки конденсаторов С1 и С2 протекает через нити накала ламп EL1 и EL2, и они начинают светиться. А ранее замкнутый двуханодный стабилитрон VD1 теперь выполняет две функции: ограничивает напряжение на лампах до значения, при котором они светятся с небольшим недокалом, а в случае перегорания нити накала одной из ламп пропускает через себя зарядно-разрядный ток конденсаторов, что предотвращает нарушение работы блока питания в целом.
Двуханодный стабилитрон VD1 типа КС213Б можно заменить на два включенных встречно-последовательно стабилитрона Д814Д, КС213Ж, КС512А. Светодиод HL1 - АЛ341 с прямым падением напряжения при токе 10 мА - 1,9...2,1 В. Лампы накаливания EL1 и EL2 типа СМН6,3-20 (на напряжение 6,3 В и ток и м/ч; или аналогичные, корпус выключателя SA1 должен быть надежно изолирован от сети.
В блоке питания для электронных часов (рис. 10.9) гашение избыточного сетевого напряжения осуществляется резисторами R1 и R2 . Это не самое экономичное решение проблемы, но при малых токах потребления вполне оправдано. Кроме того, при случайном касании выхода выпрямителя максимальный ток через тело человека не достигнет опасных значений (не более 4 мА), поскольку величина ограничивающих ток резисторов достаточно велика.

Рис. 10.9. Схема резервированного питания электронных часов

С выхода стабилизатора (аналога стабилитрона и, одновременно, индикатора включения - светодиода HL1) напряжение питания через германиевый диод VD5 подается на электронные часы. В случае отключения сетевого напряжения часы получают питание от батареи GB1, при наличии сетевого напряжения ток выпрямителя подзаряжает элемент питания. В схеме не использован конденсатор фильтра. Роль конденсатора фильтра большой емкости выполняет сам элемент питания.
Электронно-механические часы обычно питают от одного гальванического элемента напряжением 1,5 В. Предлагаемый источник бесперебойного питания (рис. 10.10) для кварцевых электронно-механических часов вырабатывает напряжение 1,4 В при среднем токе нагрузки 1 мА . Напряжение, снимаемое с емкостного делителя С1 и С2, выпрямляет узел на элементах VD1, VD2, СЗ. Без нагрузки напряжение на конденсаторе СЗ не превышает 12 В.
Рассмотренные ранее устройства автоматического перехода на резервное питания в случае отключения основного источника использовали в качестве базового (основного) источник постоянного тока. Менее известны схемы резервирования устройств, работающие на переменном токе. Схема одного из них, способного работать в цепях как постоянного, так и переменного тока приведена ниже .

Рис. 10.10. Схема низковольтного источника бесперебойного питания

Рис. 10.11. Схема включения источника резервного питания с гальванической развязко й

Схема включения источника резервного питания с гальванической развязкой (ИР/7) питается от источника управляющего сигнала (рис. 10.11), потребляя при этом минимальный ток (доли мА). Управляющий сигнал поступает на резистивный делитель R1, R2. Стабилитрон VD6 и диоды VD1 - VD5 защищают вход устройства от перенапряжения и неправильного подключения полярности. ИР/7 отключен контактами реле К1.1. Напряжение, снимаемое с резистора R2 и стабилитрона VD6, поступает через диод VD5 на электролитический конденсатор С1 большой емкости. Этот конденсатор при первом включении устройства заряжается до 9... 10 В за 2.. .3 минуты, после чего схема готова к работе. Скорость заряда и потребляемый устройством ток определяются резистором R1. Транзистор VT1 закрыт падением напряжения на VD5.

Через диод VD7 и резистор R4 устройство подключено к ИР/7.
При отключении управляющего напряжения переход эмиттер - база входного транзистора устройства более не шунтируется. Транзисторы VT1 и VT2 открываются. Конденсатор С1 разряжается через реле К1 и транзистор VT2. Контакты К1.1 реле замыкаются, включая ИРП. Питание на схему поступает от ИРП. Одновременно контакты реле К1.2 могут управлять другой нагрузкой. Если на входе устройства вновь появляется управляющее напряжение, транзистор VT1 запирается. Соответственно, запирается и транзистор VT2. Реле К1 обесточивается, отключая своими контактами К1.1 ИРП. Напряжение на конденсаторе С1 сохраняется на уровне 9... 10 Б, и схема переходит в ждущий режим работы.