Задача электроснабжения потребителя в ответственном приложении решается обеспечением его некоторым устройством преобразования исходного вида электроэнергии в целевую (например, высокое напряжение переменного тока промышленной сети преобразуется в более низкое постоянного тока). Описанное таким образом назначение устройства (обычно называемого электропитающей установкой — ЭПУ) не раскрывает частностей и специфику конкретного приложения. В то же время, хотя сфера применения таких установок весьма широка, основное их применение находится в задачах электроснабжения телекоммуникационного оборудования, в частности — базовых станций сотовых сетей.
Последнее диктует основную особенность — размещение большого количества ЭПУ на значительной площади, в том числе в труднодоступных местах (гористая местность, лес, отсутствие дорог). Вследствие названного к ЭПУ предъявляются следующие требования:
- Обеспечение бесперебойной работы ЭПУ при кратковременном отсутствии (до нескольких часов) напряжения в промышленной сети.
- Удалённый мониторинг состояния ЭПУ.
- Развитые механизмы самодиагностики ЭПУ и прогнозирования аварийных ситуаций.
Задача создания ЭПУ в соответствии с приведёнными требованиями не оригинальна, имеется на рынке значительное число решений как зарубежного, так и отечественного производства. Но каждому из них можно приписать тот или иной недостаток. Как правило — высокую стоимость и/или недостаточную эффективность решения поставленных задач. Причём если первое, в общем-то, понятно (большинство продаваемых в России ЭПУ полностью изготовлены под известными зарубежными брендами или же содержат основные узлы от таких брендов), то второе требует некоторой подробности рассмотрения.
Анализ известного решения и постановка задачи
Возьмём за основу схему ЭПУ (см. рис. 1) фирмы Emerson [1] как одного из наиболее авторитетных производителей ЭПУ и их узлов. Схема помимо выпрямительных модулей включает в свой состав контроллер (SCU+), на который возложены все функции мониторинга и диагностики ЭПУ. Коротким пунктиром на схеме показаны линии подключения узлов ЭПУ к контроллеру. Шина CAN имеет подключение в данной схеме только к выпрямителям.
Рис. 1. Функциональная схема ЭПУ
Для обеспечения максимального времени автономной работы введено понятие приоритетной и неприоритетной нагрузок (обычно говорят о двух или трёх уровнях приоритета; схема на рис. 1 двухуровневая). По мере снижение ёмкости аккумуляторных батарей в автономном режиме (т.е. в отсутствие электросети) поочерёдно отключается неприоритетная нагрузка, а затем и приоритетная с обесточиванием контроллера и его модулей. Коммутация нагрузок выполняется контакторами LVD1 и LVD2.
Набор автоматических выключателей контролируется на факт отключения одного или более из них. Отметим, что существуют ЭПУ1М в которых отслеживается конкретный выключатель — это может позволить на основе статистических данных автоматически информировать оператора сети ЭПУ о «проблемности» каналов нагрузки, на которых наблюдается частое отключение.
В качестве датчика тока используется токоизмерительный шунт. Служит датчик для оценки тока зарядки аккумулятора.
Среди функций системы от Emerson с контроллером SCU+ (помимо собственно обеспечения электропитания нагрузки) стоит выделить наиболее важные:
Аварийное отключение аккумуляторных батарей. Основывается на названном выше понятии приоритетной и неприоритетной нагрузок, отключаемых контакторами раздельно по мере разряда батарей. Поскольку речь идёт об автономной работе, то вместе с отключением приоритетной нагрузки обесточивается и система мониторинга (контроллер).
Тестирование аккумуляторных батарей. Реализовано за счёт отключения части выпрямительных модулей с перенесением нагрузки на аккумуляторы или уменьшением выходного напряжения.
Оценка состояния аккумуляторных батарей по нарушению их симметрии и уменьшению ёмкости.
Зарядка (в том числе ускоренная) аккумуляторных батарей с термокомпенсацией.
Ресурсосбережение выпрямительных модулей. Используется попеременное отключение выпрямителей при неполной загрузке.
Контроль работоспособности выпрямительных модулей по разбалансу потребляемой мощности, по температуре, по контролю за работой вентиляторов принудительного охлаждения.
Владимиров Г. А., главный инженер по направлению
«Автоматизация, промышленные устройства управления и защиты»,
НПП «Электропривод»
