Глава XIII
ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ ТЕЛЕФОННЫХ СТАНЦИЙ
§ 60. Общие сведения
Телефонные станции являются одним из наиболее важных и распространенных видов устройств транспортной связи, и вопросы организации их электропитания имеют очень большое значение в общей системе питания устройств связи, поскольку источники питания телефонных станций все более широко используются и для питания других устройств, находящихся в том же узле связи. На транспорте применяются телефонные станции разных типов и различной емкости. Очень немногочисленные телефонные станции (коммутаторы) системы МБ имеют небольшие емкости и требуют для своего питания небольшой батареи напряжением 3—4 В, составленной из нескольких сухих элементов.
Телефонные станции системы ЦБ ручного обслуживания (местные и междугородные), а также автоматические телефонные и телеграфные станции (АТС) требуют для своего питания следующих источников тока:
- постоянного тока с номинальным напряжением 24 В (для станций ручного обслуживания) или 60 В (для АТС). Этот источник используется для приведения в действие коммутационных приборов и питания микрофонных и сигнальных цепей. Положительный полюс его всегда заземляется на электропитающей установке;
- переменного тока с напряжением 80—100 В и частотой 16— 25 Гц для питания вызывных цепей.
Номинальные напряжения источников постоянного тока для питания телефонных станций различных типов, а также максимально допустимые колебания и пульсации этих напряжений указаны в табл. 12.
Рис. 117. Примерный график потребления тока АТС при управлении дороги
Телефонные станции как потребители питающих токов отличаются от других устройств связи тем, что их нагрузка, т. е. интенсивность проводимых через них телефонных переговоров, значительно изменяется в течение суток. Вследствие этого и ток, потребляемый станцией, изменяется примерно так, как показано на рис. 117.
В дневные часы станция потребляет большой ток, а ночью — малый.
Таблица 12
Примечание. Допустимая величина псофометрического напряжения пульсации, создаваемой источником тока на шинах питания телефонных станций, не должна превышать 2,4 мВ при номинальном напряжении 24 В и 5 мВ при номинальном напряжении 60 В.
Такая неравномерность потребления тока питания затрудняет расчет общего количества электричества в ампер-часах, потребляемого станцией в течение суток. Поэтому для выполнения указанного расчета вводится понятие коэффициента концентрации по току, представляющего собой отношение количества электричества, потребляемого станцией в час наибольшей нагрузки (ч. н. н.), к общему количеству электричества, потребляемому в сутки. Значение этого коэффициента зависит от местных условий, но для подавляющего большинства телефонных станций он близок к 0,1. Вследствие этого количество электричества в ампер-часах, потребляемого станцией в сутки, численно равно току в амперах, потребляемому станцией в ч. н. н., умноженному на 10.
Неравномерность потребления тока вызывает также значительные колебания падения напряжения в проводке, соединяющей электропитающую установку с телефонной станцией, и тем самым ослабляет эффективность действия стабилизаторов выходного напряжения, имеющихся на современных электропитающих установках. Это падение напряжения не нормируется, но по технико-экономическим соображениям для него рекомендуется принимать следующие максимально допустимые значения: 0,5—0,8 В для РТС (МТС) ЦБ и до 1,6 В для АТС любой системы.
В последних выпусках электропитающих устройств типа ВУЛС предусмотрена компенсация этого существенного недостатка системы питания. Здесь допускается стабилизировать напряжение не только на выходных зажимах выпрямительных устройств, но и непосредственно на станционной нагрузке. Для этого вход стабилизатора ВУЛС подключается, минуя основную проводку питания, прямо к зажимам питаемой нагрузки с помощью двух отдельных тонких проводников.
§ 61. Большие телефонные станции
В узлах связи железнодорожного транспорта используются междугородные телефонные станции (МТС), работающие при напряжении 24 В, и автоматические телефонные станции, работающие при напряжении 60 В. Электропитающие установки МТС на 24 В необходимы для питания других устройств связи данного узла, работающих при этом же напряжении, и в первую очередь линейно-аппаратного зала, что требует значительного повышения их мощности.
Для питания больших телефонных станций, потребляющих токи более 50—60 А, обычно используются электропитающие установки, собранные по схеме, изображенной на рис. 107, с возможными небольшими изменениями и дополнениями. В этих установках применяются выпрямительные устройства типов ВСС, ВУ, ВУК, ВУЛ и ВУТ на рабочее напряжение 24 В (для МТС и ЛАЗов) или 60 В (для АТС).
Поскольку к электропитающим установкам узлов связи предъявляются большие требования в отношении полной автоматизации их действия, а схема, приведенная на рис. 107, этим требованиям не вполне удовлетворяет, то теперь разработаны более совершенные электропитающие установки, отличающиеся высокой степенью автоматизации. Эти установки предназначены для буферного питания устройств связи в режиме непрерывного подзаряда с применением при необходимости добавочных аккумуляторных групп (см. рис. 104, в). Для автоматической коммутации этих групп разработаны специальные устройства типов ПНВ, БНВ и наиболее совершенные из них АКАБ.
Устройства АКАБ (автоматическая коммутация аккумуляторных батарей) выпускаются на 24 В и 60 В: устройства первого вида АКАБ- 24/500 и АКАБ-24/1500 (соответственно на 500 и 1500 А); устройства второго типа АКАБ-60/800 и АКАБ-60/1500 (соответственно на 800 и 1500 А).
Наиболее характерным примером автоматизированной электропитающей установки нового типа является описываемая ниже установка ЭПУ-60 В для питания АТС и других устройств связи при напряжении 60 В с минимальным участием обслуживающего персонала. В состав этой установки входят следующие устройства (рис. 118).
Основное буферное выпрямительное устройство ВУ1, которое может состоять из одного, двух или трех соединенных параллельно выпрямительных устройств типов ВУК или ВУТ, и резервное буферное выпрямительное устройство ВУ2 с тем же составом.
Зарядные выпрямители ЗВ1 и ЗВ2 типа ВУК-8/300 служат для заряда добавочных групп аккумуляторов. Максимальная выходная мощность каждого выпрямителя 2,4 кВт, выпрямленный ток 60—300 А. Устройство ВУК-8/300 обеспечивает возможность установления необходимого зарядного тока и его стабилизацию с точностью ±15 % при изменениях напряжения сети в пределах 85—105 % номинального значения. ВУК-8/300 выполнен в виде шкафа размером 2250 X 550 X 700 мм аналогично выпрямительным устройствам типа ВУК мощностью 4 кВт.
Выпрямители содержания ВС1 и ВС2 служат для подзаряда добавочных групп аккумуляторов. Каждый из них отдает ток от 0,4 до 10 А при напряжении содержания 4,4 В ± 2 % или 6,6 В ± 2 %.
Основная аккумуляторная батарея ОБ состоит из одной или двух групп по 28 кислотных аккумуляторов в каждой.
Первая группа добавочных аккумуляторов ДБ1 содержит одну или две подгруппы по 3 аккумулятора в каждой.
Вторая группа добавочных аккумуляторов ДБ2 состоит из двух аккумуляторов. Реле и контакторы обеспечивают автоматическую коммутацию выпрямителей и батарей.
Рис. 118. Структурная схема электропитающей установки ЭПУ-60 В
Конструктивно вся электропитающая установка оформляется в виде ряда одинаковых по высоте шкафов, в число которых входят шкафы выпрямительных устройств ВУ1, ВУ2, ЗВ1, ЗВ2 и шкаф АКАБ, в котором размещаются выпрямители ВС1 и ВС2, а также реле, контакторы и вся коммутационная схема электропитающей установки. Размеры шкафа АКАБ 2250 х 1300 X 700 мм. На одном конце ряда устанавливается и шкаф ЩПТ (щит переменного тока). Передняя сторона ряда шкафов образует общий щит управления электро питающей установки.
В нормальном буферном режиме работы обе группы основной батареи и нагрузка (т. е. питаемые устройства связи) подключены к выпрямителям ВУ1. Рубильники В1 и В2 включены, ВЗ и В4 выключены. Выпрямительное устройство ВУ1 работает в режиме непрерывного подзаряда и поддерживает на выходных зажимах напряжения 2,2 X 28 = 61,6 В. Основная батарея подзаряжается от ВУ1, а обе добавочные группы — от выпрямителей содержания ВС1 и ВС2. Выпрямительное устройство ВУ2 отключено на стороне переменного тока. В схеме имеются три вольтметровых реле РВ1, РВ2 и РВ3. Первые два контролируют напряжение на нагрузке (минимальное и максимальное значения). Третье реле контролирует напряжение основной батареи ОБ. Эти реле являются основными управляющими элементами всей установки.
При отключении напряжения сети отпускают якоря реле Р1 и Р2 контролирующие напряжение сети на выпрямителях содержания ВС1 и ВС2 и через промежуточные (не показанные на схеме) реле включают контактор К1, который подключает к батарее ОБ первую группу добавочных аккумуляторов ДБ1. Напряжение на нагрузке увеличивается на 6 В и на некоторое время входит в норму.
Если в процессе дальнейшего разряда батареи и первой группы ДБ1 напряжение на нагрузке вновь понизится до 59 В, то отпустит якорь реле РВ1 и при посредстве транзисторного реле времени, обеспечивающего задержку порядка 5 с, включит контактор К2. Последний подключит к батарее ОБ вторую группу добавочных аккумуляторов ДБ2, вследствие чего напряжение на нагрузке возрастет на 4 В. Контакторы К1 и К2 имеют по одному нормально разомкнутому и одному нормально замкнутому силовому контакту. В моменты переключения контактов цепь питания не разрывается благодаря наличию диодов Д2 и Д3.
При появлении напряжения сети выпрямительные устройства ВУ1 и ВУ2 включаются одновременно в режиме стабилизации тока для питания нагрузки и заряда аккумуляторной батареи (ВУ2 включается на стороне переменного тока). В процессе заряда напряжение батареи повышается и, когда оно достигнет 66 В, срабатывает вольтметровое реле РВ2 и выключает контактор К2. Вторая добавочная группа ДБ2 отключается от нагрузки и начинает заряжаться от зарядного выпрямителя ЗВ2, который в это время включается на работу схемой автоматики. При работе ВУК-8/300 с устройством АКАБ проводится двухступенчатый режим заряда добавочных батарей. Вначале заряд проводится током 150—300 А в зависимости от емкости аккумуляторов, а затем током 60—150 А. Переключение из одного режима в другой осуществляется автоматически при помощи имеющегося в схеме ВУК-8/300 вольтметрового реле, настраиваемого на срабатывание при напряжении 2,4—2,6 В на один аккумулятор.
В момент переключения контактора К2 ток заряда батареи проходит через диод Д4. Если бы этого диода не было, то контактор К2 в момент коммутации полностью отключал бы батарею от цепи заряда. Тогда значительный сброс нагрузки выпрямителей, работающих в режиме стабилизации тока, вызывал бы резкое возрастание напряжения на нагрузке.
Основная батарея ОБ и первая добавочная группа ДБ1 продолжают заряжаться от выпрямительных устройств ВУ1 и ВУ2. Когда напряжение основной батареи ОБ достигнет 59,5 В, срабатывает включенное на ОБ вольтметровое реле РВЗ и отключит через промежуточное реле контактор К1. Первая добавочная группа ДБ1 отключится от нагрузки и начнет заряжаться от зарядного выпрямителя ЗВ1, который в это время будет включен на работу схемой автоматики. Во время переключения контактора К1 ток заряда батареи ОБ и добавочной группы ДБ1 проходит через диод Д1. Выпрямительные устройства ВУ1 и ВУ2 продолжают заряжать батарею ОБ до напряжения 64,4 В (т. е. 2,3 В на один аккумулятор), после чего срабатывает реле переключения режимов ведущего ВУК или ВУТ и переводит ВУ1 в режим стабилизации напряжения 61,5 В, ВУ2 отключается.
Зарядные выпрямители ЗВ1 и ЗВ2 заряжают первую и вторую добавочные группы ДБ1 и ДБ2 большим током в режиме стабилизации тока до напряжения 2,3 В на один аккумулятор, а затем при ослабленном токе — до напряжения 2,35 В, после чего зарядные выпрямители автоматически отключаются и вместо них включаются выпрямители содержания.
Таким образом, описанная электропитающая установка работает без участия обслуживающего персонала и обеспечивает питание подключенных к ней устройств связи даже при периодических перерывах электроснабжения от сети, если только длительность этих перерывов не превышает пределов, обусловленных запасом емкости аккумуляторной батареи. При наличии же в узле связи резервной электростанции с автоматическим запуском снимается и это ограничение. В установке ЭПУ 60 В предусмотрена автоматическая передача различных сигналов, характеризующих работу установки на большие расстояния в пункт технического обслуживания.
Аналогично описанной выше устроена и автоматизированная установка ЭПУ 24 В для питания междугородных телефонных станций и линейно-аппаратных залов при напряжении 24 В. Однако в ней предусмотрена только одна добавочная группа аккумуляторов.
Электропитание электронных и квазиэлектронных АТС характеризуется тем, что к ним необходимо подводить электроэнергию не при одном постоянном напряжении, а при нескольких пониженных напряжениях 2,4; 5; 12,6 и 24 В. Во избежание большого усложнения проводки и чрезмерных потерь в распределительных сетях электроэнергия к стативам АТС подводится постоянным током при напряжении 60 В. Необходимые же градации напряжения получают с помощью преобразователей постоянного напряжения, располагаемых непосредственно на стативах.