Zabezpieczenia zasilania w systemach transmisyjnych

Ze względu na swoje funkcje i duże nakłady inwestycyjne ponoszone na budowę systemy transmisyjne muszą posiadać odpowiedni system ochrony zasilania.

Ze względu na swoje funkcje i duże nakłady inwestycyjne ponoszone na budowę systemy transmisyjne muszą posiadać odpowiedni system ochrony zasilania.

Zasilanie jest niezwykle istotne w celu zapewnienia niezawodności i prawidłowego ich funkcjonowania. Ochronę zapewnia się, stosując system zasilania gwarantowanego złożony z takich urządzeń, jak: UPS (Uninterruptible Power Supply), siłownie prądu stałego oraz agregaty prądotwórcze, które zasilają poszczególne odbiorniki systemu transmisyjnego poprzez instalację elektryczną składającą się z przewodów elektrycznych, wyłączników (nadprądowych i różnicowoprądowych) oraz ochronników przepięć.

Systemy UPS wykorzystywane w aplikacjach stosowanych w systemach transmisyjnych wymagają uwzględnienia ich specyfiki, co stawia szczególne wymagania przed układami zasilania. Urządzenia stosowane w systemach nadawczych, jak i urządzenia transmisyjne, są bowiem szczególnie wrażliwe na zakłócenia, takie jak szumy i zniekształcenia. Ponadto układy zasilania wykorzystywane w systemach środowisk systemów nadawczych mają szczególne wymagania dotyczące wysokiego poziomu przeciążenia oraz utrzymania właściwej stabilności napięcia na wyjściu zasilacza UPS.

Podstawowym czynnikiem wpływającym na decyzję o instalacji systemu zasilania gwarantowanego dla systemów teletransmisyjnych (podobnie jak dla innych systemów teleinformatycznych) są wysokie koszty przestoju. Zasilanie urządzeń teletransmisyjnych powinno więc być zbudowane z dwóch zewnętrznych, niezależnych, przełączanych automatycznie (SZR) linii energetycznych lub agregatu prądotwórczego.

Wymagania dla systemów zabezpieczania stacji nadawczych

Zabezpieczenia zasilania w systemach transmisyjnych

Schemat ideowy zasilacza UPS online wraz z przebiegiem prądu i napięcia na wyjściu podczas wystąpienia crowbar effect

Systemy nadawcze muszą być zabezpieczone przed uszkodzeniami wynikającymi z niesprzyjających warunków eksploatacyjnych. System ochrony zasilania stacji nadawczych wyposażonych w przekaźniki IOT musi mieć m.in. zdolność do krótkiego (trwającego 10 do 50 ms) zwarcia doziemnego, które nosi nazwę "crowbar effect". W czasie wystąpienia tego efektu wartość prądu skokowo zwiększa się o kilkaset procent w stosunku do wartości znamionowej. Zasilacze UPS chroniące systemy transmisyjne, wyposażone w przekaźniki IOT, muszą być zdolne do wytrzymywania takich krótkotrwałych przeciążeń bez występowania przerw napięcia na jego wyjściu.

Podczas normalnej pracy UPS wykonany w topologii online dostarcza energii do chronionych urządzeń za pośrednictwem falownika, którego przeciążalność chwilowa kształtuje się na poziomie 150% przez 1 s (dla zasilaczy o topologii Delta Con-version ta wartość wynosi 200%). Gdy przeciążenie przekracza wartość dopuszczalną, falownik blokuje się i jednocześnie włącza się obejście statyczne, które charakteryzuje się krótkotrwałą przeciążalnością nawet do 10 000%. Po powrocie prądu do wartości znamionowej UPS przełącza się z powrotem na zasilanie z falownika.

Operacje przełączania zasilania z falownika na bypass statyczny muszą być oczywiście niezauważalne dla odbiorników. Takie parametry przełączania są w stanie zapewnić jedynie zasilacze UPS wykonane w topologii online, których falowniki wykorzystują technikę modulacji szerokością impulsu (Pulse Width Modulation). Technika ta w dużym uproszczeniu polega na tworzeniu sinusoidalnego napięcia wyjściowego z setek prostokątnych impulsów napięciowych o wysokiej częstotliwości. Czujnik prądu po wykryciu przeciążenia (powyżej wartości dopuszczalnej) blokuje tranzystory mocy (najczęściej IGBT), zabezpieczając przed wyłączeniem zasilacza, a układ sterowania uruchamia obejście elektroniczne, zapewniając bezprzerwowość. Aby funkcjonował prawidłowo, musi być zapewniona właściwa koordynacja zabezpieczeń, tak aby w wypadku wystąpienia crowbar effect nie doszło do wyłączenia napięcia.

Jednak gdy brak jest zasilania z sieci lub z generatora prądotwórczego (praca UPS-a z baterii), przejście na obejście statyczne jest niemożliwe, co może skutkować awaryjnym wyłączeniem UPS-a i brakiem zasilania odbiorników. Najprostszym sposobem na poradzenie sobie z tym problemem jest zakup UPS-a o odpowiednio wyższej mocy znamionowej, lecz jest to rozwiązanie wysoce nieekonomiczne, zwiększające koszty inwestycji nawet dwu-, trzykrotnie. Warto więc wyposażyć swój system zasilania w agregat prądotwórczy.

Zastosowanie agregatu prądotwórczego do zabezpieczenia zasilania

Zabezpieczenia zasilania w systemach transmisyjnych

Agregat prądotwórczy F.G. Wilson o mocy 100 kVA w obudowie

dzwiękochłonnej w pomieszczeniu.

W przypadku potrzeby zapewnienia zasilania podczas długotrwałych zaników napięcia zasilania, co jest często wymaganiem stawianym systemom transmisyjnym, konieczne staje się zainstalowanie agregatu prądotwórczego współpracującego z system zasilania UPS. Zespoły prądotwórcze są budowane w wersjach do instalacji zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz budynku. Instalacja i podłączenie agregatu prądotwórczego do sieci elektroenergetycznej odbywa się za pośrednictwem układu załączenia rezerwy (ręcznego bądź automatycznego) uniemożliwiającego zwrotne podanie napięcia do sieci. Przed podłączeniem agregatu do sieci należy zwrócić się do dystrybutora energii elektrycznej (zakładu energetycznego) w celu uzyskania pozwolenia na jego zainstalowanie.

Zespoły prądotwórcze są dostępne w wersjach bez obudowy oraz w obudowach zapewniających możliwość instalacji na zewnątrz i odpowiedni stopień wyciszenia. Generatory zabudowane w obudowy dźwiękochłonne i odporne na warunki atmosferyczne mogą być eksploatowane zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz budynków (wiaty, tarasy, dachy budynków). Obudowa generatora zapewnia pełną odporność na zewnętrzne warunki atmosferyczne, a układy: podgrzewania powietrza w kolektorze ssącym podczas rozruchu silnika, podgrzewania cieczy chłodzącej i ładowania akumulatora podczas postoju generatora zapewniają bezawaryjny start i pracę przy temperaturze otoczenia do -300 C. Instalacja agregatu prądotwórczego wewnątrz budynku jest skomplikowana i powinna być dokonywana na podstawie szczegółowego projektu. Prawidłowa współpraca agregatu prądotwórczego z zasilaczem UPS wymaga spełnienia szeregu warunków.

Zabezpieczenia zasilania w systemach transmisyjnych

Tandem: agregat prądotwórczy i UPS

Moc i pozostałe parametry elektryczne agregatu powinny być dopasowane do zasilacza UPS w celu zapewnienia jego poprawnej i stabilnej pracy. Oszacowany nadmiar mocy agregatu w stosunku do mocy UPS waha się od kilkuset procent, dla urządzeń niewyposażonych w jakiekolwiek filtry poprawiające taką współpracę, do kilkunastu procent dla urządzeń je posiadających. Wyższe harmoniczne powstające w wyniku komutacji elementów półprzewodnikowych mocy w UPS-ie, mogą wpływać na poprawną pracę prądnicy synchronicznej agregatu prądotwórczego. Jeżeli w wyniku tych zakłóceń parametry napięcia wejściowego znajdą się poza tolerancją, to niestabilna praca tandemu agregat - UPS może spowodować niemożność przejścia przez UPS z trybu pracy bateryjnej na zasilanie z zespołu prądotwórczego. Taka sytuacja może szybko doprowadzić do rozładowania baterii UPS. Aby umożliwić współpracę z tego typu obciążeniami, należy w niektórych przypadkach nawet 3-, 4-krotnie przewymiarować moc znamionową agregatu. Ponieważ wydatek na agregat ma poważny udział w koszcie całego systemu zasilania gwarantowanego, redukcja jego mocy znamionowej znacznie przyczynia się do znacznego zwiększenia nakładów inwestycyjnych. Przy doborze agregatu współpracującego z zasilaczami UPS konieczne jest więc skonsultowanie się z przedstawicielem producenta UPS w celu określenia warunków poprawnej współpracy urządzeń.

Ochrona przed przepięciami w systemach nadawczo-odbiorczych

Zabezpieczenia zasilania w systemach transmisyjnych

Odgromowa ochrona strefowa przy wykorzystaniu zwodu pionowego

Najbardziej niebezpiecznymi zakłóceniami dla odbiorników elektrycznych są przepięcia, które mogą być spowodowane czynnikami zewnętrznymi (takimi jak wyładowania atmosferyczne) lub wewnętrznymi, powstającymi w wyniku wyłączenia odbiorników o dużej indukcyjności (np. silniki elektryczne, inne urządzenia elektromagnetyczne). Wysokoenergetyczne przepięcia o dużej stromości przebiegu narastania mogą spowodować poważne uszkodzenia sprzętu transmisyjnego i, co za tym idzie, duże straty ekonomiczne.

Układy nadawczo-odbiorcze są szczególnie wrażliwe na oddziaływanie impulsowego pola elektromagnetycznego powstającego w wyniku uderzenia pioruna. Szczególną uwagę należy zwrócić na ochronę przed przepięciami przenoszonymi systemami anten, które stanowią zwykle najwyższy element obiektu. We wprowadzonej normie EN 62305-3:2004 (Protection against lighting - Part 3: Physical damage to structures and life hazard) jest zalecane umieszczanie masztów antenowych w przestrzeniach chronionych tworzonych przez nadbudówki lub elementy konstrukcyjne dachu albo wyposażanie je w specjalne urządzenie odgromowe, tzw. zwód pionowy.

Maszt antenowy powinien być dobrze uziemiony, a w torze sygnałowym anteny winien być zainstalowany, specjalnie do tego celu przystosowany, ogranicznik klasy D. Łącząc antenę zewnętrzną z systemem teletransmisyjnym stosuje się najczęściej kabel koncentryczny, którego ekran powinien być połączony z szyną wyrównawczą. Zamocowanie zewnętrznych kabli zasilających i interfejsu użytkownika może powodować powstawanie przepięć pomiędzy konstrukcją budynku a wchodzącymi liniami. Właściwie rozbudowany układ ochrony przepięciowej powinien być zbudowany z trzech stopni w sposób skoordynowany zgodnie z wymaganiami klasy B, C, D (wg normy DIN VDE 0675) lub I, II, III (wg normy IEC 61643-1). Zasady ochrony przed przepięciami w sieci telekomunikacyjnej określa załącznik nr 32 do Rozporządzenia Ministra Łączności z dn. 4.09.1997 r., określający wymagania techniczne i eksploatacyjne dla zabezpieczenia linii i urządzeń telekomunikacyjnych przed przepięciami powstającymi w torach telekomunikacyjnych przewodowych. Ograniczniki przepięcia zapewniają bezpieczną i bezawaryjną pracę wszelkiego rodzaju urządzeń telekomunikacyjnych ograniczając do wartości dopuszczalnych przepięcia w instalacji elektrycznej oraz w systemach nadawczo-odbiorczych.

Zabezpieczenia urządzeń transmisyjnych telewizji kablowej

Zabezpieczenia zasilania w systemach transmisyjnych

Odgromowa ochrona strefowa przy wykorzystaniu zwodu

pionowego w stacji telefonii komórkowej.

Nowoczesne, szerokopasmowe sieci HFC telewizji kablowej stawiają wysokie wymagania w zakresie gwarancji zasilania kluczowych węzłów sieci, takich jak: stacje czołowe i koncentratory, węzły optyczne oraz wzmacniacze magistralne. Konieczne staje się więc wyposażenie sieci telewizji kablowej w gwarantowane systemy zasilania. Nowoczesna architektura systemów gwarantowanego zasilania zbudowana dla sieci HFC oraz instalacja urządzeń zasilających w węzłach optycznych pozwala na centralne wprowadzenie zdalnego zasilania i dostarczanie go za pomocą kabla koncentrycznego do urządzeń pracujących w sieci rozprowadzającej oraz instalacji w budynku.

Dzięki poprawnie działającemu systemowi gwarantowanego zasilania opartemu na UPS-ach transmisja sygnałów nie jest wrażliwa na krótkotrwałe zaniki napięcia zasilającego. Zapewnione są również jednakowe warunki zasilania dla wszystkich urządzeń, co tym samym polepsza jakość transmitowanych sygnałów przez eliminacje zniekształceń wnoszonych przez sieć elektro-energetyczną. Dzięki systemowi gwarantowanego zasilania możliwe jest świadczenie usług multimedialnych z gwarancją pełnej dostępności. Inną ważną zaletą stosowania zasilaczy UPS jest możliwość wykorzystania funkcji monitorująco-zarządzających zasilaczy do nadzorowania zasilania segmentów sieci, skracając czas przestojów oraz umożliwiając realizację usług dodanych. Dla krytycznych aplikacji, takich jak zaawansowane usługi transmisji danych i głosu, najważniejszymi wymaganiami jakie są stawiane przed urządzeniami zabezpieczającymi zasilanie są wysokie wymagania niezawodności i sprawności, a także standaryzacja urządzeń i dostaw oraz niskie koszty zakupu i uruchomienia.

Dobór urządzeń zabezpieczenia zasilania dla aplikacji stosowanych w systemach transmisji

Zabezpieczenia zasilania w systemach transmisyjnych

System zasilania telewizji kablowej SZTV60/15-960 W firmy Telza.

Wysokie wymagania dotyczące ciągłej dostępności stawiane systemom teletransmisyjnym wiążą się w oczywisty sposób z wymaganiami dla systemu zabezpieczenia zasilania. Poszczególne elementy systemu zasilania powinny być dobrane do wymagań z uwzględnieniem nie tylko dzisiejszych, ale i przyszłych potrzeb. Sieć zasilająca infrastrukturę techniczną musi być wykonana w postaci wydzielonej instalacji elektrycznej oraz mieć możliwość podtrzymywania napięcia w sytuacjach awaryjnych, pozwalając na bezpieczne wyłączenie urządzeń.

Na potrzeby zasilacza UPS (agregatu prądotwórczego), należy wstępnie oszacować maksymalną i nominalną moc (kVA) urządzenia podtrzymującego zasilanie w oparciu o sumaryczny pobór mocy zasilanych urządzeń.

Należy zapewnić również odpowiednią wentylację i klimatyzację pomieszczeń, w których zainstalowano aktywne urządzenia sieciowe. Do pomieszczenia (pomieszczeń) dla UPS (agregatów) powinno być doprowadzone okablowanie logiczne, tak by istniała możliwość zdalnego monitorowania i zarządzania ich pracą z pomieszczenia administratora.

Pomieszczenia techniczne powinny być zabezpieczone przed dostępem osób niepowołanych. Wszystkie elementy związane z systemem zasilania dedykowanego powinny być starannie oznakowane. Zabezpieczenia, przełączniki, bypass, doprowadzenia w głównej szafie rozdzielczej, jak i poszczególne podziały na obwody prądowe, kolejność faz w głównym przyłączu powinny być jasno i prosto oznakowane zgodnie z dokumentacją.

Przy doborze zasilaczy UPS należy bezwzględnie uwzględniać rzeczywisty przebieg prądu obciążenia przy jednoczesnym uwzględnieniu występowania doraźnych prądów impulsowych, a nie tylko moc odbiorników. Amplituda prądu (o przebiegu impulsowym) pobieranego przez zasilane odbiorniki nieliniowe nie powinna przekraczać możliwości zasilacza. System zasilania powinien dostosowywać się do zmiennych wymagań w zakresie napięcia, mocy i dystrybucji bez konieczności przebudowy rozdzielnic. Warto również zdecydować się na wybór znormalizowanej i zintegrowanej infrastruktury zasilania z możliwością adaptacji, która pozwala na zwiększenie dostępności systemu transmisyjnego, w sytuacji gdy podlega on częstym zmianom. Systemy zbudowane przy użyciu standardowych elementów można bowiem elastycznie dostosować do zmieniających się wymagań, eliminując koszty związane z ewentualną przebudową.


TOP 200