Электропитание устройств связи - Выпрямительные устройства серий ВУК, ВУЛ и ВУТ

§ 57. Выпрямительные устройства серий ВУК, ВУЛ и ВУТ
Новые выпрямительные устройства серии ВУК отличаются от выпускавшихся ранее устройств серии ВУ тем, что, во-первых, вместо селеновых в них применены кремниевые вентили, что позволило повысить надежность их действия и к. п. д., а также снизить габаритные размеры, и, во-вторых, в них усовершенствованы схемы автоматического регулирования и защиты, в результате чего устройства ВУК допускают более широкие возможности автоматизации их работы в электропитающих установках.
Выпрямительные устройства серии ВУК выпускаются на номинальные мощности 2, 4, 9, 16 и 40 кВт. Последний номинал мощности используется лишь в выпрямительных устройствах типа ВУК-67/600, предназначенных для питания АТС. Он в 2,5 раза превышает максимальную мощность всех выпускавшихся ранее выпрямительных устройств подобного рода, что позволяет использовать устройство ВУК-67/600 для питания АТС больших мощностей. Для обеспечения такой большой выходной мощности ВУК-67/600 изготовляется не в одном шкафу, как все прочие ВУ, а в двух шкафах. В силовом шкафу монтируется мощная выпрямительная схема, а в коммутационном — все остальные элементы выпрямительного устройства. Основные электрические характеристики ВУК приведены в табл. 7, а габаритные размеры и масса — в табл. 8.
Выпрямительные устройства серии ВУК подобно устройствам ВУ разделяются на буферные (Б) и зарядно-буферные (ЗБ). Напомним, что последние могут проводить буферную работу или заряжать аккумуляторную батарею током нормального зарядного режима (т. е. в течение 6—8 ч до напряжения 2,7 В на аккумулятор). Однако буферные устройства серии ВУК также могут осуществлять заряд батареи, но в особом двухступенчатом режиме, который заключается в следующем. Сначала разряженная батарея заряжается током 6—8-часового зарядного режима до напряжения 2,3—2,35 В на каждый аккумулятор (выпрямитель работает в режиме стабилизации тока). Затем выпрямитель переводится в режим стабилизации напряжения 2,3— 2,35 В на один аккумулятор и ток заряда постепенно снижается. Эта вторая ступень заряда поддерживается в течение нескольких суток, после чего батарея переключается на обычную буферную работу. Такой способ заряда аккумуляторных батарей очень удобен в эксплуатационных условиях.
Таблица 7

Таблица 8

* Размеры и масса коммутационного шкафа.
** Размеры и масса силового шкафа.

Наряду с этим промышленностью выпускается специальное выпрямительное устройство типа ВУК-8/300, предназначенное для заряда батарей из двух или трех аккумуляторов в электропитающих
установках с устройством автоматической коммутации аккумуляторных батарей АКАБ.
Пульсации выпрямленного напряжения в устройствах серии ВУК уменьшены и доведены до норм даже и в том случае, когда эти устройства работают без буферных аккумуляторных батарей, что дает возможность применять эти устройства в безаккумуляторных электропитающих установках (конечно, при достаточно надежном электроснабжении узлов связи). Однако стремление к развитию безаккумуляторного питания устройств проводной связи привело к созданию специальных выпрямительных устройств серии ВУЛ.
Выпрямительные устройства серии ВУЛ работают по так называемой двух лучевой системе, резко повышающей надежность подачи питающего тока к устройствам связи в периоды временных прекращений действия сетей электроснабжения. Это повышение надежности достигается тем, что каждая электропитающая установка ВУЛС (рис. 111) составляется из двух одинаковых выпрямительных устройств серии ВУЛ и отдельного шкафа ШФ, в котором смонтирован сглаживающий фильтр, позволяющий осуществить питание устройств связи без буферной батареи. Со стороны переменного тока каждый ВУЛ подключается к отдельному фидеру, т. е. к отдельному трехфазному питающему кабелю, соединяющему электропитающую установку с одной из трансформаторных подстанций данного города. Со стороны же постоянного тока оба ВУЛ соединяются параллельно и в нормальном режиме каждый работает через общий сглаживающий фильтр, отдавая лишь половину необходимого питающего тока.

Рис. 111. Схема комплекта ВУЛС для работы по двухлучевой системе

В случае же прекращения подачи тока по одному из фидеров или повреждения одного из ВУЛ последний автоматически отключается, а второй ВУЛ принимает на себя всю нагрузку без перерыва питания.
При этом он нагружается не более чем на 100 % своей номинальной мощности. После восстановления подачи переменного тока из отключившегося ранее фидера отключенный ВУЛ автоматически включается на работу и вся нагрузка снова распределяется между двумя ВУЛ поровну.
Электрические характеристики выпрямительных устройств серии ВУЛ приведены в табл. 9. Габаритные размеры: ВУЛ-60/260— 2650 X 700 X 2250 мм, остальных ВУЛ — 550 X 700 X 2250 мм; шкафов фильтров всех типов — 550 X 400 X 2000 мм.
Разработка устройств ВУЛС была крупным шагом в деле внедрения безаккумуляторного питания узлов связи, но одновременно она создала и новую сложную проблему. При всяких быстрых, скачкообразных изменениях тока выпрямительного устройства, вызванных, например, отключением выпрямителя от питающей сети или снятием части нагрузки в цепи питания (например, при перегорании предохранителя), в индуктивностях сглаживающего фильтра возникает кратковременная э. д. с. импульсного характера, складывающаяся с выходным напряжением. При наличии буферной аккумуляторной батареи кратковременное перенапряжение погашается ею, так как сопротивление батарей крайне мало. Если же батарея отсутствует, то напряжение на питаемых устройствах повышается на 30—50 %, а в отдельных случаях и более. Этому в большей степени способствует и увеличение индуктивностей фильтра, необходимое для компенсации отсутствия батареи как главного элемента сглаживающего фильтра.

Таблица 9

Описанная проблема стала особенно острой, когда в узлах связи появилась аппаратура на полупроводниковых элементах и интегральных схемах. В этой аппаратуре даже кратковременные большие перенапряжения выводят из строя полупроводниковые элементы. В модернизированных выпрямительных устройствах типа ВУЛС-3 введены специальные тиристорные приставки, уменьшающие коммутационные перенапряжения на зажимах питаемых устройств связи до величины, не превышающей 20 % номинального значения. Схема такой приставки, располагаемой в шкафу ШФ, а также способ ее подключения к сглаживающему фильтру показаны на рис. 112 (L1, L2 и C1, С2 — индуктивности и емкости сглаживающего фильтра ВУЛС-3, Т—тиристор, Д — диод, Тр — трансформатор с обмотками I и II, СУ — схема управления тиристора, УС— питаемые устройства связи).

Рис. 112. Подключение тиристорной приставки к сглаживающему фильтру ВУЛС-3
Работа схемы заключается в том, что при резком изменении тока I в индуктивности L2 возникает э. д. с., обусловливающая импульс тока в обмотке 1 трансформатора и диоде Д. В обмотке II индуктируется импульс тока, воздействующий на схему СУ. Последняя включает тиристор Т, который шунтирует накоротко обе индуктивности фильтра, отчего импульс перенапряжения, возникший в обеих индуктивностях, замыкается в них самих.
Электрические характеристики ВУЛС-3 не отличаются от соответствующих характеристик ВУЛС-2.
Во всех описанных выше выпрямительных устройствах серий ВСС, ВУ, ВУК и ВУЛС напряжение или ток на выходе регулируется при помощи дросселей насыщения. Такой способ регулирования обладает многими достоинствами, которые и обусловили его широкое распространение в электропитающих установках. Теперь выпускаются новые выпрямительные устройства серии ВУТ с тиристорными вентилями, в которых используется еще более прогрессивный, чисто электронный способ регулирования выходных параметров, основанный на непосредственном воздействии управляющих импульсов на тиристоры, входящие в состав выпрямительной схемы. При этом способе достигается еще большая точность регулирования, повышается к. п. д. электропитающей установки и, кроме того, что особенно важно, из схемы полностью исключаются громоздкие дроссели насыщения. Благодаря этому достигается большая экономия обмоточной меди и трансформаторной стали, а также уменьшаются габариты и масса выпрямительных устройств.
Схема устройства ВУТ (рис. 113) содержит следующие составные части: силовая часть (трансформаторы тока 1, силовой трансформатор 2, тиристорная выпрямительная схема 3 и сглаживающий фильтр 4, система управления тиристорами (трансформаторы питания и синхронизации 5, блок питания 6, задающий генератор 7, усилитель постоянного тока 8, фазосдвигающие устройства 9 и 10 и распределитель импульсов //); блок автоматики, защиты, сигнализации и параллельной работы (трансформатор автоматики 12, вспомогательный выпрямительный мост 13 и элементы автоматики, защиты, сигнализации и обеспечения параллельной работы 14).

Рис. 109. Принципиальные схемы контакторных сборок

Рис. 113. Структурная схема выпрямительного устройства типа ВУТ

В трехфазной мостовой выпрямительной схеме, применяемой в устройствах ВУТ (рис. 114), имеется шесть тиристоров управляемых специальной электронной схемой. При положительном потенциале на аноде тиристора по отношению к катоду открыть тиристор можно в любой момент, посылая на управляющий электрод кратковременный положительный импульс. На рис. 114,6 показано включение тиристоров в моменты времени, соответствующие точкам пересечения фазных э. д. с., т. е. когда задержка вступления очередного тиристора в работу отсутствует, а также в моменты времени       и т. д. при задержке включения тиристора на угол α (угол управления или регулирования). С увеличением угла α среднее значение выпрямленного напряжения Ua уменьшается и, таким образом изменяя угол а, можно регулировать величину Ub. Электрические характеристики устройств серии ВУТ приведены в табл. 10. 

Рис. 114. Упрощенная тиристорная выпрямительная схема установок серии ВУТ:
а — схема; б — диаграмма напряжений при а=0°; в —диаграмма напряжений при а=60° 

Все выпрямительные устройства ВУТ делаются буферными (Б). Исключением является лишь заряднобуферное (ЗБ) устройство ВУТ-90/25.

Щиты переменного тока.

Во всяких сколько-нибудь значительных по размерам электропитающих установках для устройств проводной связи возникает потребность в том, чтобы распределить переменный ток, получаемый из питающей сети по разным выпрямительным устройствам, цепям освещения и всем другим силовым нагрузкам, коммутировать основной и резервный фидеры электроснабжения, а также фидер от резервной электростанции, предусматривать защиту всех фидеров и общий контроль за действием всех цепей переменного тока. Все эти важные функции осуществляются на щитах переменного тока (см. рис. 106).
Существует несколько типов таких щитов, но для совместной работы с выпрямительными устройствами типов ВСС, ВУ, ВУК используются щиты типов ЩПТ и ЩПТА. Эти щиты обеспечивают подвод переменного тока к выпрямительным устройствам, питание переменным током местных потребителей, общую сигнализацию о повреждениях в электропитающей установке, а также коммутацию фидеров и цепей аварийного освещения. Щиты ЩПТА, кроме перечисленных функций, осуществляют запуск автоматизированных резервных электростанций.
Щиты выпускаются трех типов: ЩПТ-4/200 и ЩПТА-4/200 — на ток 200 А, шириной 700 мм и глубиной 700 мм; ЩПТА-600 — на ток 600 А, шириной 1100 мм и глубиной 800 мм. Все щиты выполняются в виде шкафов одностороннего обслуживания высотой 2250 мм.

Блочная электропитающая установка.

Описанные выше выпрямительные устройства серий ВСС, ВУ, ВУК, ВУЛ и ВУТ широко применяются в узлах транспортной связи в тех случаях, когда потребные мощности на стороне постоянного тока не менее 1—2 кВт. Область их применения в узлах связи различной мощности значительно расширяется благодаря возможности параллельной работы двух-трех устройств одного типа. Сходная шкафная конструкция их позволяет оборудовать в больших узлах связи удобные блочные электропитающие установки, которые представляют собой один или несколько рядов шкафов ВСС, ВУ, ВУК или ВУЛ, а также щитов переменного тока ЩПТ, установленных в общем выпрямительном помещении и предназначенных для питания различных устройств связи (например, АТС, МТС, ЛАЗ и т. п.). Блочная система построения электропитающей установки допускает постепенное наращивание оборудования электропитания в соответствии с развитием оборудования связи и упрощает его монтаж, так как многие шины переменного и постоянного тока пропускаются насквозь через ряды шкафов с оборудованием.