Проектирование и эксплуатация энергоустановок телекоммуникационных систем

ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
И ЭКСПЛУАТАЦИЯ 
ЭНЕРГОУСТАНОВОК 
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ 
СИСТЕМ

В.Я. Хорольский, А.Б. Ершов

Рекомендовано 
Учебно-методическим советом СПО в качестве учебного пособия 
для студентов учебных заведений, реализующих программу 
среднего профессионального образования по укрупненной 
группе специальностей 11.02.00 «Электроника, 
радиотехника и системы связи»

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Москва                                        2019

ИНФРА-М

УДК 621.311(075.32)
ББК 31.19я723
 
Х81

Хорольский В.Я.
Х81 
 
Проектирование и эксплуатация энергоустановок телекоммуникационных систем : учеб. пособие / В.Я. Хорольский, А.Б. Ершов. — М. : 
ФОРУМ : ИНФРА-М, 2019. — 184 с. — (Среднее профессиональное 
образование).

ISBN 978-5-00091-645-2 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-014598-3 (ИНФРА-М)

В учебном пособии изложены основные теоретические и практические 
положения проектирования и эксплуатации электроустановок телекоммуникационных систем. Рассмотрены вопросы расчета и выбора установок 
электропитания, а также проведения типовых расчетов по выбору электрооборудования общетехнических систем узлов связи. Приведены материалы по организации и проведению эксплуатационного обслуживания 
электрооборудования предприятий связи.
Учебное пособие предназначено для студентов учреждений среднего 
профессионального образования по УГС 11.02.00 «Электроника, радиотехника и системы связи», а также для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки 11.03.01 «Радиотехника».

УДК 621.311(075.32)
ББК 31.19я723

Р е ц е н з е н т ы:
Кононов Ю.Г. — доктор технических наук, заведующий кафедрой 
автоматизированных электроэнергетических систем и электроснабжения Северо-Кавказского федерального университета;
Хабаров А.Н. — кандидат технических наук, доцент, проректор по 
научной и инновационной деятельности Технологического института 
сервиса (филиал) Донского государственного технического университета в г. Ставрополе Ставропольского края

ISBN 978-5-00091-645-2 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-014598-3 (ИНФРА-М)

© Хорольский В.Я., 
Ершов А.Б., 2019
© ФОРУМ, 2019

Предисловие

Эффективность функционирования предприятия связи во многом зависит от надежности работы системы электроснабжения. С целью поддержания электроустановок в работоспособном состоянии на
крупном предприятии связи обычно создается такое подразделение,
как служба главного энергетика (электрический цех).
По мере дальнейшего развития аппаратуры связи совершенствуется и оборудование устройств электропитания. Внедряются новые
типы аккумуляторных батарей, радикальному изменению подвергаются установки электроснабжения в целом за счет децентрализации
источников питания, разработки источников вторичного электропитания с бестрансформаторным входом, ужесточения требований к показателям качества электроэнергии и т. д.
Наряду с применением новых видов электротехнических изделий
на предприятиях связи ведутся интенсивные работы по совершенствованию организации эксплуатации электроустановок, направленные на сокращение времени проведения профилактических и восстановительных мероприятий, на повышение надежности электроустановок, создание и использование в перспективе автоматизированной
системы управления эксплуатацией.
Еще острее встал вопрос рационального использования топливноэнергетических ресурсов, их экономии, борьбы с потерями во
время аварий, изза неудовлетворительной эксплуатации и ремонта
оборудования и техники. Попрежнему актуальны вопросы оценки
экономической эффективности проводимых эксплуатационных мероприятий.
Персонал, эксплуатирующий электрооборудование предприятий
связи, должен иметь ясное представление о тех процессах и явлениях, которые происходят в установках при их длительной эксплуатации, о причинах выхода указанного оборудования из строя, уметь

выполнять необходимый объем профилактических мероприятий по
поддержанию электроустановок в работоспособном состоянии, оперативно и качественно проводить ремонтные восстановительные работы. Вместе с тем, деятельность электротехнического персонала,
и прежде всего ответственного за электрохозяйство, не ограничивается только решением вопросов обслуживания электрооборудования.
Он должен владеть приемами системного и конструкторского проектирования электроустановок, уметь планировать работы, правильно
определять резервный фонд, составлять и заключать договор энергоснабжения, анализировать эффективность работы электрохозяйства
и решать многие другие вопросы.
В данном пособии с единых методических позиций излагаются
основы теории эксплуатации электроустановок предприятий связи,
вопросы технологии проведения эксплуатационных мероприятий,
организации электрохозяйства, расчетов и выбора электроустановок.
Цель учебного пособия — помочь студентам изучить накопленный опыт современных методов проектирования и эксплуатации
электроустановок предприятий связи.

4
Предисловие

Глава 1
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

1.1. Особенности общего проектирования
систем электропитания средств связи

Проектирование электроустановок предприятий связи должно
осуществляться согласно документу «Правила применения оборудования электропитания средств связи» (Приказ министра информационных технологий и связи РФ от 03.03.2006 № 21).
Общий комплекс вопросов, связанных с выбором и расчетом
электроустановок, обычно включает решение следующих задач.
1. Выбор основного и резервных источников электропитания и определение состава вводного оборудования электроустановки. Электроснабжение крупных предприятий связи должно осуществляться от
трех независимых источников электроэнергии переменного тока.
В зависимости от условий района размещения предприятия основным
источником электроэнергии наиболее часто является государственная
электрическая сеть или собственная электростанция, когда отсутствует возможность использования государственного источника питания.
В качестве резервных источников электроэнергии могут использоваться вторые вводы государственной сети и собственные электростанции на базе дизельгенераторных установок, автоматизированных
по третьей степени автоматизации, а также аккумуляторные батареи.
Мощность дизельгенераторных установок выбирается из расчета
обеспечения электроэнергией технологического оборудования, собственных нужд электростанции, светильников рабочего и аварийного
освещения и послеаварийного заряда аккумуляторных батарей.

Любое предприятие связи, как правило, оборудуется собственной
трансформаторной подстанцией. При наличии двух высоковольтных
вводов на стороне низкого напряжения трансформаторной подстанции применяется устройство автоматического включение резерва
(АВР). Применение низковольтного ввода от государственной сети
допускается только на предприятиях связи, потребляющих мощность
до 50 кВ⋅А.
Подключение низковольтных вводов, их защита, а также учет
электроэнергии, потребляемой от внешнего источника электроснабжения, осуществляются на вводных щитах. Для подключения питающих фидеров от внешних источников электроснабжения и дизельных
электростанций и их защиты, а также для распределения электрической энергии по потребителям и защиты отходящих линий от перегрузок и коротких замыканий в настоящее время применяются щиты
переменного тока типа ЩПТ, силовые щиты СЩ и силовые распределительные пункты ПР. Так, наиболее распространенный щит
ЩПТА380/600 рассчитан на подключение выпрямительных устройств и четырех дополнительных электроприемников, два из которых не получают гарантированного питания. Они автоматически выключаются контактором при переходе питания от дизельной электростанции. Селективное отключение фидеров электроприемников от
ЩПТА380/600 при перегрузках и коротких замыканиях осуществляется автоматическими выключателями, имеющими защиту от перегрузок и коротких замыканий. Максимальный ток каждого питающего фидера составляет 600 А.
Электромеханические АВР имеют существенные недостатки. Это
прежде всего достаточно большое время переключения нагрузки
(0,4—0,8 с) и крайне низкое качество динамики переключения с одновременным формированием мощных электромагнитных помех,
становящихся все более опасными для современного телекоммуникационного оборудования. В связи с этим более перспективными являются электронные АВР, использующие методы электронной коммутации с временем переключения до 10 мс на базе использования тиристоров с естественной коммутацией тока. В настоящее время
промышленностью выпускаются тиристорные ключи на токи нагрузки до 100 А. Для повышения коэффициента мощности электроустановок узлов связи следует использовать комплектные конденсаторные установки.

6
Глава 1. Проектирование электроустановок...

2. Определение состава электроприемников предприятия связи.
Указанный перечень должен задаваться в задании на проектирование
электроустановки, причем количество электроприемников по объему
в задании на проектирование формируется с учетом перспектив развития предприятия связи. Следует отметить, что выполнение данного
условия является задачей неопределенной. С одной стороны, запас
мощности преобразования создает возможность для увеличения количества телекоммуникационных и вспомогательных средств, с другой стороны, неоправданное увеличение мощности преобразования
снижает эффективность работы системы электроснабжения. Предусмотреть долгосрочные перспективы развития предприятия связи
достаточно сложно вследствие неопределенности технического развития телекоммуникационного бизнеса. Кроме того, используемое
оборудование электропитания устаревает. Учитывать ближайшие
перспективы развития также представляется неоправданным изза
целесообразности максимального использования основных средств
оборудования электропитания. В данной ситуации предпочтительным представляется учет среднесрочной перспективы развития предприятия связи.
3. Классификация электроприемников и построение структурной
схемы системы электропитания. В первую очередь следует классифицировать электроприемники по роду тока и требованиям к надежности электроснабжения. Электроприемники постоянного тока формируются в отдельную группу для расчета исходных параметров электропитающей установки (ЭПУ). Электроприемники переменного
тока также подразделяют на группы в соответствии с требованиями
по надежности обеспечения электрической энергией.
При составлении структурной схемы следует выявить электроприемники, допускающие работу от сети переменного тока, а также
электроприемники, предъявляющие повышенные требования к качеству электроэнергии. Для них необходимо предусмотреть специальные стабилизирующие устройства.
Классификация всех электроприемников позволяет составить общую однолинейную структурную схему системы электропитания.
Для определения схемы построения электропитающей установки
необходимо знать условия размещения телекоммуникационного оборудования в сооружениях предприятия, так как именно условия размещения оборудования определяют протяженность токораспредели1.1. Особенности общего проектирования систем электропитания...
7

тельной сети, условия группировки оборудования и т. д., и, в конечном итоге, во многом определяют структуру ЭПУ.
Наиболее распространенной схемой построения ЭПУ в настоящее время является буферная система электропитания. Использование ЭПУ с отключенной от нагрузки аккумуляторной батареей возможно только для телекоммуникационного оборудования, допускающего перерыв в подаче электроэнергии на время переключения на
резервный источник электроэнергии (аккумуляторную батарею).
Следует отметить, что целесообразность использования буферной
схемы не является абсолютной. В перспективе возможны и другие варианты применения аккумуляторных батарей.
Электропитающая установка может быть выполнена по централизованной и децентрализованной схеме. Использование той или
иной схемы определяется условиями размещения телекоммуникационного оборудования.

1.2. Расчет и выбор оборудования
буферной системы электропитания

Состав и принцип работы электропитающей установки. Структурная схема типовой ЭПУ на выходное напряжение 60 В, выполненной
по буферной схема электропитания с регулированием выходного напряжения посредством коммутации дополнительных элементов аккумуляторной батареи, представлена на рис. 1.1 [14, 28].
В состав ЭПУ входят: щит переменного тока (ЩПТА); автоматизированная дизельная электростанция (АДЭС); два буферных выпрямителя (БВ1, БВ2); резервный зарядный выпрямитель (РЗВ); два
зарядных выпрямителя (ЗВ1, ЗВ2) для дополнительных элементов
аккумуляторной батареи; устройство автоматической коммутации дополнительных элементов аккумуляторной батареи (АКАБ); двухгрупповая аккумуляторная батарея, каждая из которых содержит основные
элементы (ОЭ) и дополнительные элементы (ДЭ1, ДЭ2); рубильник
(SA); щиток заземления (ЩЗП2); перемычка (П1); автоматические
выключатели (QF1, QF2).
В условиях нормального электроснабжения выпрямительные устройства БВ1 и БВ2 получают электроэнергию от сети переменного
тока с шин ЩПТА (контактор КМ ЩПТА замкнут) и обеспечивают

8
Глава 1. Проектирование электроустановок...

питание аппаратуры, а также подзаряд основных элементов аккумуляторной батареи. Выпрямительные устройства работают в режиме
стабилизации напряжения. Выпрямители РЗВ, ЗВ1 и ЗВ2 выключены. В случае отказа одного из буферных выпрямителей автоматически включается РЗВ. Подключение основных элементов обеих групп
аккумуляторной батареи к нагрузке и буферным выпрямителям осуществляется через размыкающие контакты 1 и 2 контакторов КМ1,
КМ2 устройства АКАБ. Подзаряд дополнительных элементов ДЭ1 и
ДЭ2 производится от однофазных выпрямителей содержания, входящих в состав АКАБ.
При отсутствии электроэнергии переменного тока устройство
АКАБ обеспечивает последовательное подключение ДЭ1 и ДЭ2 к ОЭ
по мере разряда аккумуляторной батареи. Подключение ДЭ1 к ОЭ
происходит при размыкании контактов 1 и 2 и замыкании контактов 1
и 3 контактора КМ1. На время переключения контактов питание ап1.2. Расчет и выбор оборудования буферной системы...
9

Рис. 1.1. Структурная схема буферной электропитающей установки

паратуры производится от ОЭ через диод VD2. Подключение ДЭ2
производится контактором КМ2. Бесперебойность питания аппаратуры при срабатывании контактора КМ2 обеспечивается диодом VD3.
При появлении напряжения переменного тока от источника
внешнего электроснабжения или от дизельной электростанции (ДЭС)
выпрямители БВ1, БВ2 и РЗВ автоматически включаются в режиме
стабилизации тока и обеспечивают заряд всех элементов аккумуляторной батареи (АБ). По мере заряда АБ напряжение на ней повышается, и при достижении величины 66 В устройство АКАБ отключает от
нагрузки ДЭ2 и включает ЗВ2 в режиме стабилизации тока для заряда
ДЭ2. Заряд ОЭ и ДЭ1 от БВ и РЗВ будет продолжаться до тех пор, пока
напряжение на ОЭ не достигнет 59,5 В. При этом напряжении АКАБ
отключает ДЭ1 от ОЭ и включает ЗВ1 в режиме стабилизации тока для
заряда ДЭ1; БВ1, БВ2 и РЗВ будут заряжать ОЭ до тех пор, пока напряжение на них не достигнет 2,3 вольта на элемент (В/эл.) После
чего РЗВ автоматически выключается, а БВ1 и БВ2 переходят в режим
стабилизации напряжения на уровне 2,2 В/эл. Выпрямители ЗВ1 и
ЗВ2 также автоматически выключаются при повышении напряжения
до 2,35 В/эл., соответственно, на ДЭ1 и ДЭ2. Вторая ступень заряда
элементов ДЭ1 и ДЭ2 производится от маломощных выпрямителей,
входящих в состав АКАБ. Переключатель SA позволяет производить
контрольные заряды ОЭ. При заряде, например, первой группы ОЭ
переключатель SA переводится в положение 1, а автоматический выключатель QF1 выключается. Заряд ОЭ производится до напряжения
2,7 В/эл. При этом вторая группа ОЭ остается подключенной к нагрузке. Заряд ДЭ1 и ДЭ2 до напряжения 2,7 В/эл. производится, соответственно, от ЗВ1 и 3B2. Для проведения контрольных разрядов ОЭ и
ДЭ1, ДЭ2 к ним подключаются блоки резисторов.
Перемычка П1 устанавливается для подключения ОЭ к нагрузке,
минуя устройство АКАБ, только при проведении ремонтных работ в
АКАБ.
Расчет и выбор оборудования электропитающей установки. Основными исходными данными, задаваемыми при проектировании, являются: ток, потребляемый аппаратурой от ЭПУ в часы наибольшей нагрузки, и ток потребления в аварийном режиме.
В результате расчета должны быть определены: тип и количество
основных и дополнительных элементов аккумуляторной батареи, выбраны выпрямительные устройства и коммутационное оборудование.

10
Глава 1. Проектирование электроустановок...

Суммарное число основных и дополнительных (ДЭ1 и ДЭ2) элементов аккумуляторной батареи определяется в зависимости от минимально допустимого напряжения питания аппаратуры Uн min, падения напряжения в токораспределительной сети ∆U и конечного напряжения разряда аккумуляторной батареи Uр.к:

n
U
+ U

U

н min

р.к
=
(
)
∆
.
(1.1)

Минимально
допустимое
напряжение
питания
аппаратуры
Uн min берется по ГОСТ 5237—83. Согласно данному документу
U
54 B
н min =
.
Падение напряжения в токораспределительной сети ∆U может
быть рассчитано с большей или меньшей точностью по внутреннему
сопротивлению аккумуляторной батареи R вн.АБ, сопротивлению токораспределительной сети постоянному току R ТРС и максимальному
току нагрузки. Указанную величину можно также принять по известному усредненному значению. Падение напряжения в токораспределительной сети обычно лежит в пределах 1,6—4 В.
Значение Uр.к зависит от длительности разряда кислотной аккумуляторной батареи. Как правило, для расчета принимают максимальное время разряда аккумуляторной батареи равное 0,5 ч, тогда
U
1,75 В
р.к =
.
Поскольку послеаварийный заряд основных элементов аккумуляторной батареи до конечного зарядного напряжения Uз.к, равного
2,3 В/эл., осуществляется без отключения их от нагрузки, число основных элементов n о.э не может превышать значения максимально
допустимого напряжения питания аппаратуры, деленного на 2,3:

n
U
о.э
н max
≤
2 3, .
(1.2)

Обычно n о.э = 28 элементов.
Общее число основных ОЭ и дополнительных ДЭ1 элементов определяется с учетом Uн min, ∆U и значением начального напряжения
разряда аккумулятора Uр.н = 1,95—2 В. В большинстве случаев ДЭ1
составляется из двух последовательно соединенных аккумуляторов.
Емкость каждой группы аккумуляторной батареи определяют исходя из значения максимального разрядного тока, длительности разряда и температуры электролита.

1.2. Расчет и выбор оборудования буферной системы...
11