Глава XI
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ УСТРОЙСТВ ПРОВОДНОЙ СВЯЗИ
§ 47. Источники электрической энергии
В процессе работы всякая аппаратура связи нуждается в питании электрической энергией для приведения в действие имеющихся в аппаратуре реле, электромагнитных механизмов, электронных и сигнальных ламп, полупроводниковых приборов, микрофонов и других устройств. Определенные виды аппаратуры связи требуют для своей работы постоянный или переменный ток при разных напряжениях и частотах. Вследствие этого для организации питания различной аппаратуры в узлах связи устраивают специальные электропитающие установки, которые сами получают электрическую энергию в форме однофазного или трехфазного переменного тока с частотой 50 Гц и напряжением 220 '380 В от местных сетей электроснабжения и преобразуют ее в различные постоянные и переменные токи с такими напряжениями и частотами, которые требуются для питания аппаратуры связи в данных узлах. Мощности электропитающих установок должны соответствовать потребностям питаемых устройств связи.
В электропитающих установках сетевой переменный ток (50 Гц) преобразуется в токи, необходимые для питания устройств связи с помощью преобразователей различных видов. Наиболее распространенным видом подобного преобразователя является выпрямитель переменного тока (см. § 33). Кроме того, все чаще используются преобразователи постоянного тока (см. §45).
Напряжения на выходах преобразователей в процессе их работы обычно не остаются постоянными, а изменяются с течением времени в зависимости от колебаний напряжения питающих сетей и токов нагрузки преобразователей. Кроме того, при работе всякого преобразователя переменного тока в постоянный (выпрямителя) на его выходных зажимах создаются пульсации напряжения, накладывающиеся на постоянную составляющую выпрямленного напряжения (см. §38). Частоты этих пульсаций и в особенности их высших гармоник находятся в пределах спектров тональных и высоких частот, используемых для передачи информации в каналах связи. Вследствие этого колебания и пульсации напряжений источников питания могли бы значительно ухудшить качество передачи по каналам связи. Поэтому для обеспечения хорошего качества передачи в аппаратуре связи колебания напряжений и пульсаций не должны превышать установленных предельно допустимых значений.
В последнее время принято условно разделять все устройства электропитания узла связи на две части. Местную сеть энергоснабжения переменного тока, трансформаторные подстанции и подходящие от них к узлу связи линии передачи электрической энергии (фидеры) называют первичными средствами (источниками) электропитания. Все устройства преобразования, коммутации и распределения электроэнергии внутри узла связи, а также аккумуляторные батареи называют вторичными средствами (источниками) электропитания.
Однако современные узлы транспортной связи нуждаются в электрической энергии не только для электропитания устройств связи, но и для освещения помещений с техническим оборудованием, приведения в действие различных электродвигателей, автоматизации, нагревательных приборов и т. д. Совокупность всех электротехнических устройств, обеспечивающих названные выше виды потребления электроэнергии, называется электроустановкой (ЭУ) узла связи.
В состав ЭУ входят: выделенные трансформаторные подстанции (ТП) при больших узлах связи (если электроснабжение не производится от каких-либо общих ТП местной энергосистемы), фидеры электроснабжения от ТП, сети постоянного и аварийного освещения, электродвигатели различного назначения, электронагреватели, все устройства электропитающей установки (ЭПУ) устройств связи и, наконец, резервные дизельные электростанции (ДЭС). Такие электростанции состоят из двигателей внутреннего сгорания (дизелей) и синхронных генераторов трехфазного тока. Они позволяют, во-первых, продолжать работу узлов связи при случайных длительных перерывах электроснабжения от местных сетей и, во-вторых, значительно сократить резервную емкость имеющихся в этих узлах аккумуляторных батарей (при условии обеспечения возможности быстрого запуска электростанций и включения их в работу).
Электроустановки узлов связи железнодорожного транспорта, так же как и все вообще электротехнические устройства в нашей стране, должны соответствовать утвержденным Правилам устройства электроустановок (ПУЭ).
§ 48. Классификация электропитающих установок в зависимости от условий электроснабжения
Устройства электрической связи играют очень важную роль в деле обеспечения эффективной и бесперебойной работы железных дорог. Однако работа самих устройств связи зависит в первую очередь от надежности снабжения их электроэнергией. Вследствие этого требования, предъявляемые к электропитающим установкам устройств проводной связи в отношении надежности их действия, очень высоки.
В соответствии с классификацией ПУЭ все электроприемники, т. е. устройства, потребляющие электроэнергию, подразделяются в зависимости от требований к надежности электроснабжения на три категории. При этом из состава электроприемников первой (высшей) категории выделяется особая группа потребителей, предъявляющих особо важные требования к надежности электроснабжения.
К этой особой группе относятся все узлы связи при МПС и управлениях дорог, устройства магистральной связи железнодорожного транспорта, соединяющие МПС с управлениями дорог, и устройства связи, обеспечивающие бесперебойное движение поездов. Все остальные устройства транспортной связи относятся к первой категории.
В условиях железнодорожного транспорта возникает также необходимость обеспечения электроэнергией устройств связи и других технических сооружений, а также бытовых нужд железнодорожников на небольших линейных станциях, расположенных вдоль железных дорог, часто на значительных расстояниях от населенных пунктов, имеющих сети энергоснабжения. Для этой цели на железных дорогах теперь все чаще устраивают специальные трехфазные линии электропередачи относительно малой мощности. На электрифицированных дорогах ограничиваются подвеской отдельных трехфазных цепей (цепи продольного электроснабжения) прямо на опорах контактных сетей. Все эти специальные железнодорожные линии электропередачи и цепи продольного электроснабжения также могут быть использованы для питания устройств связи в качестве основных или резервных источников электроэнергии.
§ 49. Способы электропитания устройств
Условия электроснабжения в пунктах расположения устройств транспортной проводной связи значительно влияют на организацию электропитания этих устройств. Вследствие этого существуют два основных способа питания устройств проводной связи, характеризуемых различными условиями совместной работы трех основных компонентов всяких электропитающих установок: выпрямительных агрегатов, аккумуляторных батарей и резервных электростанций.
1. Питание от выпрямительных агрегатов и аккумуляторных батарей по способу постоянной (круглосуточной) буферной работы. Этот способ характеризуется хорошей стабильностью напряжений питания, высоким к. п. д. и позволяет резко сократить требуемую емкость аккумуляторных батарей. Большим достоинством его является также возможность полной автоматизации действия электропитающей установки, позволяющей значительно сократить потребность в обслуживающем персонале. Однако для применения этого способа выпрямительные агрегаты, участвующие в буферной работе, должны быть снабжены надежными и точно работающими автоматическими регуляторами напряжения.
Благодаря своим положительным качествам данный способ является основным способом питания устройств проводной связи железнодорожного транспорта.
Разновидностью первого способа является способ питания с отделенной батареей, при котором электропитающая установка так же, как и при буферном питании, включает в себя рабочий выпрямитель и аккумуляторную батарею на то же напряжение. Питание устройств связи в обычное время осуществляется только от рабочего выпрямителя. Батарея же не присоединена к нагрузке и лишь постоянно подзаряжается от отдельного маломощного подзарядного выпрямителя, сохраняя в себе полный запас электрической энергии. С прекращением работы выпрямителей батарея автоматически подключается к нагрузке и продолжает ее питание. Необходимо отметить, что аккумуляторные батареи играют важную роль в работе электропитающих установок, так как по электрическим характеристикам и надежности действия являются лучшими источниками постоянного тока для питания устройств связи. Они обладают очень малым внутренним сопротивлением, имеют достаточно стабильное напряжение, совершенно лишенное всяких пульсаций, и позволяют легко обеспечить бесперебойное электропитание устройств связи в пунктах с ненадежным электроснабжением.
Наряду с достоинствами аккумуляторные батареи обладают и рядом существенных эксплуатационных недостатков, связанных главным образом с применением в них едких кислот или щелочей, затрудняющих эксплуатационное обслуживание батарей. Аккумуляторные батареи требуют выделения для них отдельных изолированных помещений со специальной вентиляцией и квалифицированного обслуживания.
Чтобы использовать большие преимущества аккумуляторных батарей и в то же время несколько ограничить их недостатки, электропитающие установки для устройств связи проектируют так, чтобы по возможности снизить число аккумуляторных батарей и уменьшить их емкости. В некоторых случаях аккумуляторные батареи могут быть вовсе исключены из электропитающих установок (см. второй способ).
2. Непосредственное питание устройств связи от сети переменного тока при помощи выпрямителей без использования аккумуляторных батарей (способ безаккумуляторного или безбатарейного питания). Этот прогрессивный способ применяется только для тех устройств связи, для которых может быть допущен кратковременный перерыв действия хотя бы на период запуска резервной электростанции. Он может применяться при условии очень надежного электроснабжения узла связи по двум отдельным фидерам от независимых источников электроэнергии, причем переключение с основного фиде ра на резервный производится специальным коммутационным устройством АВР (автоматическое включение резерва). При этом способе различные виды аппаратуры связи могут получать питание как от индивидуальных маломощных выпрямителей, так и от крупных стабилизированных выпрямительных устройств большой мощности.
Некоторые устройства связи, выпускаемые промышленностью, дополняются специальными блоками питания, допускающими пита ние этих устройств непосредственно от сети переменного тока. В связи с широкой электрификацией нашей страны и повышением надежности энергоснабжения всех ее областей способ безаккумуляторного питания аппаратуры связи будет находить все большее распространение в хозяйстве связи железнодорожного транспорта.
3. Комбинированный способ питания. Железнодорожные узлы связи обычно насыщены различной аппаратурой, предъявляющей неодинаковые требования к источникам питания. Большие потребители электроэнергии, например линейно-аппаратные залы, всегда получают буферное питание от мощных источников тока с напряжением 24 В. Обычно в каждом железнодорожном узле связи такой источник тока имеется. В то же время многочисленные небольшие потребители, работающие при разных напряжениях, могут получать безаккумуляторное питание от соответствующих выпрямителей. В случае же прекращения подачи электроэнергии эти потребители могут переходить на питание от полупроводниковых преобразователей постоянного тока, работающих от общей аккумуляторной батареи 24 В.