Глава XV
ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ ДАЛЬНЕЙ СВЯЗИ
§ 68. Линейно-аппаратные залы
Аппаратура проводной дальней связи состоит из оконечных станций и промежуточных усилительных пунктов (УП). Оконечные станции устанавливаются в узлах связи, в ЛАЗах вместе с соответствующей коммутационной и контрольной аппаратурой. Усилительные пункты равномерно размещаются вдоль линий связи. Число их зависит от типа аппаратуры связи.
Аппаратура дальней проводной связи, благодаря которой организуются существующие виды электрической связи на расстояниях в несколько сотен и тысяч километров, включает в свой состав большое число оконечных, переприемных, ретрансляционных и усилительных пунктов, причем рабочее состояние каждого из этих пунктов оказывает решающее влияние на качество связи в целом. Поэтому электрические характеристики аппаратуры связи должны сохраняться неизменно нормальными в течение всего времени эксплуатации данной аппаратуры, что требует высокой надежности и стабильности напряжений источников тока, питающих аппаратуру дальней связи.
Для электропитания аппаратуры ЛАЗа требуются: источники постоянного тока с номинальным напряжением 24 В (положительный полюс этого источника заземляется) и переменного тока для посылки индукторного вызова с напряжением 80—100 В и частотой 16—25 Гц. Для анодных цепей аппаратуры с электронными лампами применяется источник постоянного тока с напряжением 220 В. Однако теперь, когда все электронные лампы в аппаратуре дальней связи заменены транзисторами, эта аппаратура выпускается только на напряжение 24 В, и анодные источники питания на напряжение 220 В остались лишь в небольшом числе старых ЛАЗов.
Многие небольшие установки дальней связи снабжаются специальными блоками или панелями питания от сети переменного тока, позволяющими питать эти установки по безаккумуляторному способу при условии надежного электроснабжения.
Для ЛАЗа используются те же типовые электропитающие установки с номинальным напряжением 24 В, что и для питания ручных телефонных станций. В ЛАЗах малой и средней величины устанавливаются выпрямительные устройства типов ВСП-24/10, ВСП-24/20 и ВСП-24/30 (см. рис. 119 и 120). Здесь можно предусматривать одну или две группы аккумуляторной батареи 24 В в зависимости от надежности электроснабжения. Если используется одна группа, вместо второй группы включается конденсатор, емкость которого определяется расчетом.
ЛАЗы большой величины питаются от выпрямительных устройств серий ВУ, ВУК и ВУТ на напряжение 36 В, включенных по схеме, приведенной на рис. 107. В этом случае также можно применять одну или две группы аккумуляторной батареи в соответствии со степенью надежности электроснабжения. Отсутствующая группа батареи заменяется конденсатором. Можно допустить безаккумуляторное питание ЛАЗа при помощи выпрямительных устройств серии ВУЛС по схеме рис. 111.
Если ЛАЗ расположен недалеко от местной и междугородной телефонных станций, как это часто имеет место в узлах связи, то для ЛАЗа и телефонных станций используется общий источник питания с напряжением 24 В.
Напряжение основного источника тока, питающего ручные телефонные станции (РТС) и ЛАЗы, поддерживается в пределах 21,6— 26,4 В. Такие колебания напряжения вполне допустимы для РТС, но для современной электронной аппаратуры дальней связи допускаются лишь более ограниченные колебания напряжения в пределах ±3 %. Раньше такая жесткая стабилизация напряжения достигалась путем установки в ЛАЗе специальных стоек автоматического регулирования напряжения САРН, содержащих угольные регуляторы напряжения РУН, которые включались последовательно в цепи питания аппаратуры связи. При этом напряжение в цепи накала электронных ламп естественно снижалось за счет падения напряжения в РУН и поддерживалось в пределах 20,6—21,8 В. Теперь же стабилизацию напряжения питания аппаратуры связи в пределах ±3 % намечается осуществлять с помощью электронных стабилизаторов, входящих в состав самой аппаратуры дальней связи.
Введение такой электронной стабилизации напряжения повышает качество электропитания и обеспечивает бесперебойность работы транзисторной аппаратуры дальней связи. По мере внедрения данного способа стабилизации напряжения будет отпадать необходимость в применении стоек САРН.
§ 69. Способы дистанционного питания аппаратуры дальней связи
При дистанционном питании (ДП) аппаратуры дальней связи обыкновенные электропитающие установки, вырабатывающие электроэнергию для питания устройств связи, монтируют только на оконечных станциях, а также на некоторых усилительных пунктах с постоянным дежурством обслуживающего персонала и называемых поэтому обслуживаемыми или опорными усилительными пунктами (ОУП). Все остальные УП не имеют электропитающих установок и обслуживающего персонала и называются поэтому необслуживаемыми усилительными пунктами (НУП). Размещенная в них аппаратура связи получает питание из ОУП по тем же проводам (или кабельным жилам), в которые
включена аппаратура ВЧ систем передачи. Участок линии между двумя соседними ОУП, от которого НУП получают питание, называется секцией дистанционного питания.
Особенно большое распространение ДП получило на кабельных линиях связи, на которых число НУП при симметричных кабелях в 4—8 раз, а при коаксиальных кабелях в 10—20 раз превышает число ОУП. На воздушных линиях ДП находит сравнительно ограниченное применение для питания аппаратуры типов В-3-3, ВУС-12 и некоторых других.
Существуют несколько способов ДП, применяемых при различных линиях связи и различных видах аппаратуры ВЧ систем передачи. Все они разделяются по роду тока, используемого для питания НУП (постоянный и переменный), и по системе цепей для передачи тока питания («провод—провод» и «провоз—земля»).
Способ ДП на постоянном токе.
Такой способ характеризуется тем, что питающий пункт посылает в линию постоянный ток, который, пройдя через линейные провода, поступает в питаемую аппаратуру. Этот способ прост и надежен, но дальность его действия относительно невелика по следующей причине. Для передачи ДП на большое расстояние требуется значительно повышать напряжение питающего источника тока, чтобы компенсировать этим большое падение напряжения в проводах и соответственно понижать его в пункте, получающем ДП. Однако такое повышение и понижение напряжения при постоянном токе связано с техническими трудностями и снижением к. п. д. Поэтому способ ДП на постоянном токе широко применяется только на симметричных кабельных линиях, где напряжение источника ДП не может быть выше 500—600 В по условиям прочности изоляции кабельных жил. Этот способ применяется также на воздушных линиях связи, на которых напряжение не может быть увеличено более 220—250 В по условиям техники безопасности.
Способ ДП на переменном токе.
Такой способ характеризуется тем, что питающий пункт посылает в цепь ДП переменный ток частотой 50 Гц. Напряжение источника ДП для снижения потерь электроэнергии в проводах повышается до 1000—2000 В, а в некоторых случаях (в морских подводных кабелях) и более. На усилительных пунктах в цепь ДП включаются небольшие выпрямители, которые питают промежуточные усилители обоих направлений передачи. Такой способ ДП позволяет значительно увеличить дальность передачи питающих токов и число питаемых пунктов. Однако при этом варианте оборудование питания на передающем и приемных пунктах получается более сложным. Поэтому способ ДП на переменном токе применяется лишь на коаксиальных кабельных линиях, на которых число НУП между соседними ОУП гораздо больше, чем на симметричных кабельных линиях, и в то же время напряжение, которое может быть допущено по условиям прочности изоляции кабельных жил, также значительно больше, чем на симметричных кабелях.
Способ ДП «провод—провод».
Источник тока и питаемые установки дальней связи сети включаются между проводами цепи связи (рис. 130). Занятие проводов связи для передачи токов питания не ограничивает возможностей использования тех же проводов для организации каналов связи, т. е. токи сигналов связи и токи питания одновременно проходят по одним и тем же проводам, не мешая друг другу. Чтобы устройства питания не мешали работе цепи связи, питающая батарея ПБ включается через реактивные катушки РК1 и РК2. питаемые устройства ПУ — через фильтр, образованный реактивными катушками РК3, РК4 и конденсатором С.
Рис. 130. Схема ДП по способу «провод—провод»
Положительным качеством способа ДП «провод—провод» является то, что симметричная двухпроводная цепь, в которой передаются токи питания, хорошо защищена от помех, создаваемых соседними линиями электропередачи (ЛЭП) и контактной сетью железных дорог. Недостатком этого способа является большое сопротивление двух линейных проводов, создающее значительные вредные потери напряжения в линии и ограничивающие тем самым дальность ДП.
На современных симметричных кабельных линиях обычно применяются различные модификации способа «провод—провод». Так, большое распространение имеет схема, представленная на рис. 131. Здесь в кабельной четверке с линейными трансформаторами ЛТр, обе основных и фантомная цепи заняты для телефонной связи. Одновременно в этой кабельной четверке создана цепь ДП по способу «провод- провод», причем первым проводом цепи ДП являются обе кабельные жилы первой пары, соединенные параллельно, вторым проводом — обе кабельных жилы второй пары, также соединенные параллельно. Большим преимуществом этой схемы по сравнению со схемой, приведенной на рис. 130, является снижение сопротивления цепи питания за счет параллельного соединения проводов, а также отсутствие необходимости включения развязывающих емкостей и индуктивностей в основные цепи кабельной четверки.
Способ ДП «провод—земля».
Источник тока и питаемые установки включаются между проводом (или группой параллельно соединенных проводов) и землей (рис. 132). Питающая батарея ПБ подключается к средней точке линейной обмотки трансформатора Тр1, а питаемые устройства ПУ — к средней точке линейного трансформатора Тр2. Здесь ток ДП передается по искусственной (фантомной ) цепи.
Положительным качеством способа ДП «провод—земля» является малое сопротивление линейной цепи. При одном и том же числе линейных проводов для передачи тока ДП сопротивление линии при способе «провод—земля» примерно в 4 раза меньше, чем при способе «провод—провод», за счет параллельного соединения линейных проводов и использования земли в качестве обратного провода.
Однако у этого способа имеются и два существенных недостатка, выражающихся в большой подверженности однопроводной по принципу действия цепи ДП электромагнитному и гальваническому влияниям со стороны высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП) и тяговых сетей (ТС), электрических железных дорог, проходящих вблизи от линий связи. Электромагнитное влияние выражается в том, что сильные электромагнитные поля, возникающие вокруг ЛЭП и ТС, индуктируют в однопроводных (т. е. использующих землю в качестве обратных проводов) цепях связи вредные напряжения и токи. Гальваническое влияние характеризуется тем, что и в тяговых сетях земля также служит обратным проводом, что приводит к образованию в различных точках земли больших потенциалов. Потенциалы передаются заземлениям линий связи и, в частности, заземлениям цепей ДП. В результате в таких цепях возбуждаются вредные токи, нарушающие нормальную работу питаемых устройств связи.
Рассмотрим сначала электромагнитное влияние, при котором в проводах, примененных для организации цепей ДП по системе «провод— земля» индуктируются переменные напряжения с амплитудными значениями, достигающими сотен вольт. Напряжения UИНД (рис. 133) складываются с постоянными напряжениями источников дистанционного питания Uдп, в результате чего в цепях ДП образуются пульсирующие напряжения Uп, которые приносят двойной вред. С одной стороны, они могут повредить изоляцию линейных устройств и подключенных к проводам приборов, а также травмировать обслуживающий персонал (опасные напряжения). С другой стороны, пульсирующие напряжения вызывают помехи в той аппаратуре связи, которая получает питание по данной цепи ДП (мешающие напряжения). Вредное влияние высоковольтных линий передачи электрической энергии на соседние линии проводной связи имеет очень большое значение для транспортных линий связи, которые по мере развития электрификации все чаще сближаются с высоковольтными ЛЭП всех видов.
Ввиду экономической целесообразности применения способа ДП «провод—земля» даже в условиях сильного влияния соседних ЛЭП были разработаны специальные меры для защиты цепей ДП от влияния внешних электромагнитных полей. Эти защитные мероприятия освобождают способ ДП «провод — земля» от присущего ему недостатка — подверженности влиянию внешних электромагнитных полей и в то же время полностью сохраняют его существенное преимущество — экономичность.
Рис. 131. Реализация схемы ДП «провод—провод» на кабельной четверке
1-я основная цепь, 2 -я основная цепь
Рис. 132. Схема ДП по способу «провод—земля»
Рис. 133. Сложение индуктированного напряжения с напряжением источника тока в цепи ДП
Рис. 134. Схема защиты цепи ДП от индуктированного напряжения
Защита цепей ДП основывается на включении в эти цепи специальных фильтров НЧ, которые пропускают постоянный ток ДП, но задерживают (ослабляют) переменный ток, индуктированный в проводах связи внешними электромагнитными полями. На рис. 134 показана примерная схема включения фильтров Ф1 на питающем (слева) и Ф2 на питаемом (справа) концах цепи ДП по системе «провод—земля». На питаемом конце показана схема защитного фильтра, который может составляться из полузвеньев или полных звеньев I или II, взятых в необходимом количестве.
Полузвено I состоит из индуктивности L1 и емкости С1; его защитное действие повышается с частотой, вследствие чего это полузвено предотвращает поступление в питаемые устройства ПУ индуктируемого переменного тока с частотой 50 Гц и всех его высших гармоник. Полузвено II состоит из индуктивности L2 и контура резонанса напряжений С2 — L3, настроенного на частоту 50 Гц; оно обладает интенсивным защитным действием только на частоте 50 Гц. Тип и число звеньев защитных фильтров выбираются на основе расчета влияния ЛЭП на линии связи.
Дистанционное питание НУП организуется в соответствии с видом линии связи и ВЧ системой передачи, применяемой на этой линии. Существуют три основные схемы включения питаемых НУП в цепи ДП: параллельная, последовательная и схема, при которой в каждую отдельную цепь ДП включается полностью или частично нагрузка только одного НУП.
Параллельная схема (рис. 135, а) используется при ДП коаксиальных кабелей нормального диаметра. Поскольку эти кабели на транспорте не применяются, то данная схема подробно не рассматривается. Последовательная схема (рис. 135, б) имеет преимущество перед другими схемами в том, что допускает возможность стабилизации тока ДП во всех НУП при помощи одного стабилизатора, устанавливаемого в ОУП. Эта схема широко применяется на кабельных линиях, уплотненных аппаратурой ВЧ систем передачи с полупроводниковыми элементами (например, К-60п). На симметричных кабельных линиях связи, уплотненных аппаратурой ВЧ систем передачи с электронными лампами, например, КВ-12 предусматривается схема, приведенная на рис. 135, в. Для каждого НУП организуется одна или несколько (в зависимости от количества аппаратуры ВЧ) отдельных цепей ДП.
На магистральных кабельных линиях, уплотненных аппаратурой ВЧ систем передачи, цепи ДП должны быть резервированы. Резервирование проводится, во-первых, для того, чтобы избежать нарушения действия большого числа каналов связи при перерывах подачи ДП по основным цепям питания, и, во-вторых, для того, чтобы снимать напряжение ДП с тех усилительных участков кабельных линий, на которых проводятся профилактические или ремонтные работы, как этого требуют правила техники безопасности. При снятии напряжения ДП с какого-нибудь усилительного участка питание НУП переводится на резервные цепи.
Рис. 135. Схемы включения нагрузок в цепи ДП
Рис. 136. Основные способы образования резервных цепей ДП на кабельных линиях
Резервирование цепей ДП может осуществляться следующими способами:
по другому кабелю с того ОУП, от которого подается и основное ДП (рис. 136, а). Данный способ применим только на двухкабельных линиях;
с противоположного ОУП; этот способ называется сквозным резервированием (рис. 136, б);
от стационарных резервных питающих пунктов (РПП), размещаемых примерно в середине между двумя смежными ОУП (рис. 136, в); в нормальных условиях этот усилительный пункт питается дистанционно, как НУП;
от передвижных станций (ПУС), представляющих собой передвижные усилительные станции на автомобилях, имеющие в своем составе небольшие электростанции и устройства ДП (рис. 136, а).