Станции тропосферной связи

Эксплуатация электроустановок в полевых условиях, электропитание узлов связи

В настоящее время полевые узлы связи в основном состоят из типовых аппаратных, оборудованных в специальных автомобилях. Электропитание аппаратных, как правило, осуществляется переменным током промышленной частоты 50Гц при напряжении 220/380В. Некоторые аппаратные имеют свои основные первичные источники тока (бензо- или дизель-электрические агрегаты постоянного и переменного тока), однако подавляющее большинство аппаратных требует “посторонних” источников электрической энергии. “Посторонними” источниками электрической энергии переменного тока на узлах связи являются специальные электрические станции двухагрегатного состава, также оборудованные в кузовах войсковых автомобилей или на прицепе.

В современной практике электропитания узлов связи принято, что радио- и радиорелейные станции командно-штабные машины (КШМ) питаются от собственных первичных источников электропитания, а аппаратные проводной связи получают питание централизовано или по групповому способу распределения энергии. Не исключено также питание группы радио- и радиорелейных станций, КШМ от общих групповых источников электропитания, несмотря на наличие у каждой из них собственных источников энергии – чем мощнее источник электрической энергии, тем дешевле производимая им энергия.

С этой точки зрения представляется целесообразным питание всех потребителей узла связи производить от одной мощной электростанции, что упростит обслуживание и уменьшит число обслуживающего персонала. Однако в военных условиях большая централизация электропитания повышает уязвимость узла связи, ведет к серьезному росту кабельного хозяйства, усложняет и замедляет развертывание и свертывание узла, увеличивает материальные затраты на кабели и транспортные средства для них.

Расчеты показывают, что оптимальные значения стоимости и весов всего электропитающего оборудования при обеспечении надлежащей живучести и маневренности для больших узлов получаются с использованием электростанций мощностью 30-50кВт, а для узлов относительно малой емкости при использовании станций мощностью 8-12кВт.

Большое внимание уделяется и резервированию электропитания при выходе из строя основного источника электроэнергии: пока установка связи работоспособна, она должна получать электроэнергию.

Для осуществления электропитания аппаратных на узле связи используются электростанции типа ЭСБ с бензиновыми карбюраторными двигателями и ЭСД c дизельными первичными двигателями. На всех применяемых в войсках связи электростанциях используются унифицированные бензо- или дизель-электрические агрегаты, причем одним из требований, предъявляемых к электростанциям, является то, что станция должна быть двухагрегатного исполнения с мощностью каждого агрегата, равной номинальной мощности станции, Поочередной работой каждого агрегата обеспечивается длительная непрерывная работа электростанций и резервирование электропитания.


На подвижных узлах связи основными являются электростанции с бензиновыми карбюраторными двигателями. Дизельные электростанции применяются значительно реже.

В настоящее время типовыми электростанциями подвижных узлов связи являются станции Э-351А и Э-351Б.

Электростанции Э-351А и Э-351Б оснащены двумя бензоэлектрическими агрегатами каждая: электростанция Э-351А оснащена агрегатами АБ-12-Т/230 и электростанция Э-351Б – агрегатами АБ-30-Т/400. В агрегатах этих станций применены типовые автомобильные двигатели с водяным охлаждением. На агрегатах станции Э-351А поставлены двигатели с автомобиля “ВОЛГА”, а на агрегатах станции Э-351Б – с автомобиля ГАЗ-66. Каждая из электростанций размещается на шасси автомобиля ЗИЛ-131 и может обеспечить:

— одновременную работу двух агрегатов станции на раздельные нагрузки;

— кратковременную параллельную работу бензоэлектрических агрегатов, что

позволяет производить перевод питания аппаратных с одного агрегата на

другой безотрывно;

— передачу энергии от внешних цепей переменного тока потребителям, защиту

и распределение электроэнергии.

Вырабатываемая электростанциями электрическая энергия должна быть доставлена к потребителям — аппаратным. Передача электроэнергии от электростанции к потребителям осуществляется по распределительным сетям. Распределительной сетью называют совокупность отдельных линий предназначенных для передачи электроэнергии. Эти линии подразделяются на магистрали, фидеры и ответвления.


Магистралью называют линию от источника к электроэнергии к нескольким потребителям, которые подключатся к магистрали с помощью ответвлений.

Фидером называют линию электропередачи от источника только к одному потребителю или к одному распределительному щиту.

Распределительные сети могут быть магистральными, радиальными и кольцевыми.

Магистральная сеть предусматривает электропитание потребителей от магистрали через ответвления, как показано на рис.16,а. Такая сеть наиболее экономична по расходу кабеля, но в то же время и весьма уязвима: повреждение магистрального кабеля лишает электроэнергии сразу нескольких (или даже всех) потребителей. Кроме того, поскольку по одному кабелю протекают токи питания всех потребителей, то существует заметное взаимное влияние работы потребителей по каналу питания.

Радиальная сеть предусматривает электропитание каждого потребителя по отдельному фидеру как это показано на рис.16,б. При этом расход кабеля больше, чем в магистральной сети, но зато радиальная сеть обладает повышенной возможностью (выход из строя одного фидера нарушает работу только одного потребителя), проста по устройству, позволяет быстро наращивать число потребителей, и практически свободна от взаимных влияний.

б)

а)

г)

в)

Рис.16. Виды распределительных сетей: а – магистральная; б – радиальная;

в – кольцевая; г – радиальная двухфидерная.

Кольцевая сеть используется только при параллельной работе двух или нескольких электростанций. На рис.16,в изображена сеть при наличии двух электростанций (ЭС-1 и ЭС-2). Такая сеть обеспечивает достаточно высокую надежность электропитания, поскольку при разрыве кольца питание потребителей не нарушается – они в этом случае получают питание по образовавшимся магистральным сетям. Однако необходимость параллельной работы электростанции и сложность развертывания такой сети в подвижных узлах связи.

В настоящее время наиболее широко применяются радиальные сети, причем в целях повышения надежности электропитания используется двухфидерное питание аппаратных, как это показано на рис.16,г. Сущность двухфидерного питания заключается в том, что каждая аппаратная подает два фидера на разные электропитающие станции. В нормальном режиме каждая аппаратная использует один фидер от вполне определенной электростанции. Например, электростанция ЭС-1 питает потребители 1,3, 5, а электростанция ЭС-2 потребители 2 и 4. В случае исчезновения напряжения на задействованном фидере аппаратная переключается на другой фидер. Во избежание перегрузки одной из электростанций в нормальном режиме работы обе станции должны работать с недогрузкой.

Перспективы развития первичных источников электропитания.

Основными первоисточниками электропитания военных подвижных объектов и узлов связи на ближайшее будущее по-прежнему остаются электроагрегаты с приводными двигателями внутреннего сгорания. Используя серийные двигатели внутреннего сгорания и электрические машины, можно, как показывает опыт, компоновать электроагрегаты с вполне удовлетворительными технико-экономическими показателями. Непрерывное совершенствование и тщательная проработка основных широкосерийных элементов электроагрегатов позволяют утверждать, что их эксплуатационные характеристики будут еще долгое время сохранять свою конкурентоспособность по сравнению с другими передвижными источниками электропитания номинальной мощности 1—100 кВт.

Перспективными направлениями совершенствования передвижных электроагрегатов являются:

— использование высокооборотных, короткоходных многотопливных двигателей внутреннего сгорания массовых серий (автомобильных, тракторных и специальных);

— использование маховичных генераторов переменного и постоянного тока со статическими системами автоматического регулирования выходного напряжения;

— обеспечение устойчивой параллельной работы электроагрегатов между собой и с государственными электросетями;

— разработка бесконтактных типовых схем управления электроагрегатами в объеме второй степени автоматизации;

— разработка и промышленное освоение выпуска ряда специальных встраиваемых электраагрегатов и агрегатов отбора мощности;

— тщательная организационная и эксплуатационно-техническая отработка вопросов удобства проведения войсковой технической эксплуатации.

Наряду с использованием бензо- и дизель-электрических агрегатов в военной электроэнергетике еще долгое время будут широко применяться и совершенствоваться аккумуляторы различных электрохимических систем. На сегодняшний день наибольший интерес для войск связи представляют щелочные никель-кадмиевые аккумуляторы вследствие их высоких показателей по износоустойчивости, удельной емкости, неприхотливости в эксплуатации. Однако эксплуатируемые в настоящее время щелочные никель-кадмиевые аккумуляторы показывают, что потенциальные возможности данного типа химических источников тока используются еще далеко не полностью. Несомненно, перспективны, например, конструкции аккумуляторов, допускающих быструю перезарядку их в полевых условиях путем механической замены отработанного электрода новым, заряженным раньше и находящимся в ЗИП объекта связи.

Много может дать совершенствование таблеточных щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов, обеспечивающих высокие удельные показатели, и вследствие простой технологии низкую себестоимость изготовления.

В современных конструкциях гальванических элементов используются воздушная деполяризация и более эффективные электрохимические системы, позволяющие увеличить емкость и улучшить их эксплуатационные свойства. Использование современных гальванических элементов и батарей в ряде случаев войсковой практики может оказаться весьма перспективным.

К числу новых и весьма перспективных типов первичных источников электропитания следует отнести:

-топливные элементы и батареи;

-солнечные элементы и батареи;

-атомные батареи.

В топливных элементах происходит непосредственное преобразование химической энергии топлива в электрическую. Химический процесс, протекающий в топливном элементе, противоположен процессу электролитического разложения воды. Если при электролизе прохождение тока через электролит приводит к выделению кислорода и водорода, то в топливном электролите пропускание через электролит водорода и кислорода приводит к образованию разности потенциалов на его электродах.

Основными достоинствами этого метода получения электрической

энергии являются:

-возможность получения высоких значений к. п. д. (до 90%);

-бесшумность работы топливных элементов;

-возможность использования различного армейского топлива, а в качестве окислителя — воздуха;

-простота обслуживания топливных батарей, длительный срок службы.
К недостаткам топливных элементов относятся:

-наличие взрывоопасных смесей (кислородно-водородных);

— большие габариты и вес;

-высокая стоимость и сложность изготовления.

Эти недостатки могут быть устранены в ближайшем будущем, и тогда

топливные элементы получат самое широкое распространение.

Солнечные батареи являются одним из перспективных источников электропитания объектов связи, особенно космической аппаратуры. Основу солнечных элементов (фотоэлектрических преобразователей) составляют полупроводниковые фотоэлементы с внутренним фотоэффектом, генерирующие э. д. с. под воздействием светового излучения. Наиболее перспективными являются кремниевые фотоэлементы и фотоэлементы из арсенида галлия. К.П.Д. таких фотоэлементов приближается в настоящее время к 14%, а э.д.с. с 1 см2 активной площади составляет 0,8—0,9 В.

Солнечные батареи обладают малым весом, могут работать в условиях низких температур, весьма надежны и мгновенно готовы к принятию нагрузки.

Солнечные батареи могут использоваться как для непосредственного электропитания аппаратуры связи (низковольтной, полупроводниковой), так и в буферном режиме с аккумуляторами.

Термоэлектрические преобразователи представляют собой полностью автономные системы, состоящие из термоэлементов, источников тепла (различного типа) и устройств, обеспечивающих передачу тепла горячим слоям термоэлементов, а также отвод тепла от их холодных слоев.

Термобатареи термоэлектрических преобразователей представляют собой последовательное или параллельное соединение необходимого количества термопар (чаще всего состоящих из двух полупроводников различного типа проводимости).

В качестве возможных источников тепла для нагрева горячих спаев термоэлементов используются реакции горения различных видов топлива или ядерные реакции. Ядерные источники тепла получают в настоящее время все большее распространение для автономных термоэлектрических преобразователей.

Компактность, высокая интенсивность теплового потока, длительная работа без дозаправки, небольшой относительный вес делают эти источники тепла весьма ценными в ряде случаев несмотря на их относительно высокую стоимость и необходимость радиационной защиты обслуживающего персонала.

Атомные батареи являются преобразователями энергии внутри атомного распада в электрическую. В высоковольтных атомных элементах используется явление радиоактивного распада изотопов, при котором электроны, вылетающие из радиоактивного вещества, попадают на коллектор, сообщая ему отрицательный заряд; сам же инжектирующий электрод, теряя электроны, приобретает положительный потенциал. Разность потенциалов таких атомных элементов достигает значений десятков киловольт, а токи нагрузок не превышают 10-12 А.

Принцип действия атомных элементов низких напряжений основан на умножении электронов проводимости на полупроводниковом р — n-переходе. В данном случае излучаемые радиоактивным изотопом быстрые электроны, обладающие большой кинетической энергией, проникают в слой полупроводника, освобождают большое количество медленных электронов, которые собираются на коллекторе. Величина э.д.с. такого элемента составляет 0,2— 0,3 В. Для получения необходимых напряжений и токов атомные элементы могут соединяться последовательно или параллельно, образуя батареи. Срок службы атомных элементов определяется периодом полураспада радиоактивного вещества.

В настоящее время атомные батареи еще не нашли широкого применения, однако в некоторых случаях (например, объекты с большим сроком службы, приборы дозиметрического контроля) они являются, безусловно, перспективными для практического использования.

Таким образом, существует ряд перспективных направлений совершенствования первичных источников электропитания военных установок связи. Несомненно, что развитие науки и техники будет создавать все новые возможности улучшения основных показателей военной техники связи и средств ее электропитания.

Вывод по учебному вопросу:

1. Автономные электрические агрегаты питания являются основными источниками электрической энергии мобильных средств связи и имеют огромное значение для электроснабжения как отдельных средств связи, так и узлов связи в целом.

2. Установки (аппаратные) связи, используемые в составе узла связи, рассчитываются на питание от узловой сети, но в то же время каждая из таких установок в целях резервирования питания может иметь свои первичные источники тока, обеспечивающие кратковременную (1,5-2часа) работу установки (аппаратной) автономно.

Вывод по занятию:

1. Системы электропитания военной аппаратуры связи разнообразны по своему построению и составу. Выбор системы электропитания любого средства связи во многом определяется оперативно — тактическим назначением

конкретного средства связи.

2. Твердые знания основ электропитания устройств связи, уверенные практические навыки в эксплуатации источников питания позволят будущим офицерам – связистам обеспечить бесперебойную работу средств связи в целях непрерывного управления войсками и оружием.

III. Заключительная часть5 мин.

· Напомнить тему, учебные вопросы занятия.

· Подвести итог занятия, определить степень активности студентов на занятии, достижение цели занятия.

· Объявить оценки (если активность была достойной оценки).

· Дать задание на самоподготовку:

Изучить (закрепить полученные на занятии знания):

— принципы построения выпрямительных устройств и

преобразователей напряжения;

— назначение, возможности основных типов переносных зарядных устройств;

— классификацию электроустановок, их устройство, маркировку;

— основы электропитания узлов связи;

— практически отработать постановку на заряд аккумуляторов с использованием ЗУ-3.

-Подготовиться к семинару согласно выданным вопросам.

· Напомнить рекомендованную литературу:

1. «Химические источники тока» (п/ред. В.П. Быстренко, Б.Г Ханин), Воениздат, 1970 г.

2. «Пособие специалисту связи по эксплуатации химических источников тока», Воениздат 1984 г.

3. «Энергетика военных установок связи» часть II (п/ред. О.А. Доморацкий, Л.А. Дмитриев, В.М. Платицин)), Воениздат, 1974 г.

4. «Энергоснабжение узлов связи» (п/ред. В.В. Мосолотов, В.В. Порохнюк, Е.С. Чиженюк), 1971 г.

· Объявить тему следующего занятия по ВТП (без раскрытия

учебных вопросов);

· Отметить действия и определить оценку за выполнение обязан ностей дежурного по взводу;

· Дать указание дежурному по взводу о наведении порядка в классе, по сбору раздаточного материала и сдаче аудитории лаборанту.