К вопросу обеспечения электропитанием передвижных комплексов на стационарной позиции
Передвижные комплексы (далее ПК) на автомобильных шасси с высокой проходимостью и прицепах отличает высокая мобильность, возможность работы в глухих и отдаленных районах с плохой инфраструктурой и на необорудованных позициях, быстрота развертывания, а также увеличение функциональных возможностей передвижного комплекса за счет увеличения аппаратных средств, размещенных в кузовах-контейнерах. Размещаемое оборудование в кузовах-контейнерах ПК может быть самого различного типа и класса, в зависимости от назначения передвижного комплекса. Для мобильного госпиталя — это медицинская техника, медицинские приборы и аппараты. Для командного пункта — это средства связи и передачи данных. Для жилого модуля — это средства обеспечения жизнедеятельности. Для передвижного дозиметрического поста — это средства контроля и дозиметрии. Кроме того, в состав самого кузова-контейнера могут входить аппаратура и оборудование, поставляемое изготовителем кузовов-контейнеров, которое необходимо обеспечить электропитанием, например осветительное оборудование, отопитель, кондиционер, фильтро-вентиляционная установка, электроприводы для открывания/закрывания крыши, люков и пр. ПК могут функционировать в любое время суток и при любой погоде, поэтому они широко применяются в армии, МВД, МЧС, ФСО, востребованы у геологов, нефтяников, газовиков и пр. На рис. 1 представлен внешний вид кузовов-контейнеров.
Причина популярности ПК проста: мобильность, оперативность, возможность развертывания на необорудованной позиции, а также возможность быстрого сворачивания и перебазирования в новый район. Конструкция кузовов-контейнеров ПК обеспечивает доступ ко всей аппаратуре, расположенной внутри него, без ее демонтажа. В серийно изготавливаемых кузовах-контейнерах реализован принцип модульности и возможность оснащения следующими системами:
- обогрева и вентиляции;
- кондиционирования;
- электроснабжения;
- освещения;
- средствами пожаротушения.
Чтобы все оборудование, размещенное в кузове-контейнере, функционировало в штатных режимах, без сбоев и аварий, необходимо решить вопрос качественного электропитания. То есть для любого ПК с электрорадиоаппаратурой, вне зависимости от его назначения, необходимы соответствующие средства электропитания и электроснабжения.
Отечественная промышленность в настоящее время выпускает все необходимое, чтобы закрыть основные потребности вышеуказанных структур как в автомобильных шасси и кузовах-контейнерах, так и в оборудовании и комплектующих для любого комплекса средств электропитания и электроснабжения. Сформулируем основные требования к средствам электропитания и электроснабжения (далее СЭ) ПК:
- Электропитание осуществляется от стационарной промышленной трехфазной сети переменного тока с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/220 В частотой 50 Гц с качеством питания по ГОСТ 13109-97 или от передвижной электростанции, обеспечивающей питание потребителей трехфазным переменным током с изолированной нейтралью напряжением 380/220 В частотой 50 Гц с качеством питания по ГОСТ 21671-82.
- В кузове-контейнере необходимо обеспечивать контроль несимметрии фазных напряжений, обрыва фаз и порядка чередования фаз питающей сети, а также защиту от перегрузок и коротких замыканий в цепях потребителей.
- В состав СЭ должны входить аккумуляторные батареи напряжением 24 В достаточной емкости (или другие накопители энергии) для электропитания систем кузова-контейнера и оборудования заказчика.
- Необходимо наличие устройства для подзарядки аккумуляторной батареи (накопителя энергии).
- В кузове-контейнере необходимо устройство ввода и устройство распределения электроэнергии.
- При пропадании внешнего сетевого напряжения СЭ должны гарантированно осуществлять электропитание в течение заданного заранее интервала времени. Целесообразно задействовать в кузове-контейнере источники бесперебойного питания с выходным напряжением переменного и постоянного тока. Временной интервал данного режима работы определяется оборудованием, установленным в кузове-контейнере, и режимом его работы.
- СЭ должны обеспечивать защиту обслуживающего персонала от поражения электрическим током.
В части обеспечения ЭМС, а также требований к аппаратуре для измерения параметров индустриальных радиопомех, помехоустойчивости ПК должны соответствовать требованиям ГОСТ 30805.16.1.2-2013 (CISPR 16-1-2:2006).
В качестве примера рассмотрим ПК, состоящий из двух кузовов-контейнеров. Мощность потребления размещаемой радиоэлектронной аппаратуры в каждом кузове-контейнере — не более 20 кВА.
По местоположению и по отношению к кузову-контейнеру СЭ всего комплекса условно можно разделить на внутренние и внешние. Принципиальная схема составных частей ПК, который содержит два кузова-контейнера с внешними СЭ, представлена на рис. 2. В качестве резервного источника электроэнергии применена передвижная дизельная электростанция № 1 (далее — электроустановка). Резервный источник питания будет постоянно задействован на необорудованной позиции.
К щиту электропитания А2 вместо внешнего сетевого напряжения стационарной промышленной сети можно подключить передвижную дизельную электростанцию № 2. Это необходимо в том случае, когда ПК функционирует в длительном непрерывном режиме в отдаленном районе, где невозможно подключить стационарную промышленную сеть, а передвижную дизельную электростанцию № 1 требуется отключать для проведения технического обслуживания (ежесменного технического обслуживания ЕТО, технического обслуживания ТО-1 и др.)
Внешние СЭ включают в себя: кабели 1–4; щит электропитания А1; электроустановки А2, А3. Кузова-контейнеры № 1 и № 2 через кабели 1 и 2 подключаются к щиту электропитания А1. Соответственно, кабель 3 подключает щит электропитания А1 к электроустановке А2. Трехпозиционный четырехполюсный переключатель SA1 подключает нагрузку (оборудование кузовов-контейнеров) к электроустановке А2 или к стационарной промышленной сети, либо вовсе отключает кузова-контейнеры от источников электроэнергии. Следует отметить, что изолированная от земли нейтраль электроустановки А2 сети с изолированной нейтралью не должна соединяться с глухозаземленной нейтралью стационарной промышленной сети и не должна соединяться также с другой изолированной нейтралью. Схема в щите электропитания А1 выполнена таким образом, чтобы выполнить вышеуказанные требования. Данный щит, в зависимости от назначения комплекса, может быть расположен в кузове-контейнере ПК или рядом с электроустановкой А2. Внешние СЭ выполнены на базе следующих электронных компонентов:
- соединители типа РБН1 (водонепроницаемые соединители с токовой нагрузкой на одиночный контакт до 100 А);
- трехполюсные автоматические выключатели QF1, QF2 типа АП50Б (могут поставляться с номинальным током до 63 А);
- кабели типа КРШС 3×16+1×6+1×4 ТУ 16-705.244-82 (в кабелях 1–4);
- силовой четырехполюсный трехпозиционный пакетный переключатель (SA1) с номинальным рабочим током до 100 А типа ПП4-100/Н3 исп. 3.
Учитывая общую потребляемую комплексом мощность, в качестве резервного источника питания была выбрана передвижная дизельная электростанция под капотом на двухосном прицепе типа ЭД75-Т400-РП. Принципиальная схема внутренних СЭ в кузове-контейнере приведена на рис. 3.
Основные составные СЭ кузова-контейнера:
- устройство ввода А1;
- блок питания и защиты А2;
- щит распределительный А3;
- источники бесперебойного питания U1, U2;
- аккумуляторные батареи G1, G2.
Устройство ввода А1 включает в себя соединители Х1 (типа РБН1-6-17-Ш1-В) и Х2 (типа РБН1- 5-19- Г1-В). Через соединитель Х1 к кузову-контейнеру подключается электрическая сеть ~380 В, а через Х2 — штыри заземления. После устройства ввода А1 сетевое напряжение ~380 В поступает на блок питания и защиты А2. Его основные функции в кузове-контейнере:
- коммутация тока электрической сети напряжением 380 В, частотой 50 Гц;
- коммутация электрической сети 24 В постоянного тока;
- питание электропотребителей кузова-контейнера напряжением 24 В постоянного тока;
- подзарядка аккумуляторных батарей G1, G2 кузова-контейнера;
- защита обслуживающего персонала от поражения электрическим током при появлении на корпусе блока или кузова-контейнера потенциала 24 В и более относительно земли (устройство защитного отключения УЗО);
- защита электрических цепей от перегрузок и тока короткого замыкания;
- сигнализация между кузовом-контейнером и кабиной водителя транспортного средства.
На рис. 3 показана функциональная схема блока питания и защиты. К блоку питания и защиты А2 подключены аккумуляторные батареи G1, G2 и лампы освещения Е1–Е4. В зависимости от исполнения блоки питания и защиты могут поставляться с номинальным током автоматического выключателя до 63 А. Более подробная информация о вышеуказанном блоке приведена на сайте предприятия-изготовителя [1]. Щит распределительный А3 состоит из следующих составных частей:
- измерительная вставка АВ1;
- реле К1;
- Ethernet-коммутатор АВ2;
- блок контакторов АВ3;
- программируемый логический контроллер АВ4.
Основные функции щита распределительного — контроль качества электрической сети, подключаемой к кузову-контейнеру, защита от колебаний сети, от нарушений амплитудной симметрии сетевого напряжения (перекос фаз), обрыва и нарушения последовательности фаз, а также функция дистанционного управления электропитанием подключаемых нагрузок.
Реле К1 — реле напряжения, перекоса и последовательности фаз РНПП-311. Оно имеет одну совмещенную регулируемую уставку срабатывания по максимальному/минимальному напряжению. К примеру, в положении 20% реле будет срабатывать при повышении/понижении напряжения на 20% от номинального значения (номинальное значение ~380 В). Диапазон регулирования уставки Umax/Umin, [%], от номинала — 5–25% с шагом 2%. При включении в сеть нагрузка включается с задержкой 5 с (под заказ может быть выполнена задержка 0, 10, 60, 100, 150, 200, 250 с.). Данное реле осуществляет постоянный контроль наличия и качества сетевого напряжения.
На принципиальной схеме (рис. 3) управляющие контакты 5, 6 реле К1 включены последовательно в разрыв катушки пускателя КМ1 (типа ПМЛ-4100 ДМО2А). Трехфазное сетевое напряжение ~380 В поступает на входы L1, L2, L3, N реле К1. Если отклонение сетевого напряжения не выходит за границы установленной в реле К1 уставки, контакты 5, 6 реле К1 замкнуты, пускатель КМ1 включен, группа контактов КМ1.1 замкнута. Сетевое напряжение ~380 В поступает через клеммную колодку ХТ1 и блок контакторов АВ3 на соединители Х1–Х4. К соединителям Х1–Х7 данного щита подключается радиоэлектронная аппаратура заказчика. Если отклонение сетевого напряжения не выходит за границы установленной в реле К1 уставки (перекос фаз, обрыв одной фазы и т. д.), контакты 5, 6 реле К1 размыкаются, пускатель КМ1 выключен, группа контактов КМ1.1 разомкнута. Нагрузки, подключенные к соединителям Х1–Х4, отключаются. Нагрузки к отдельным фазам трехфазного напряжения следует подключать таким образом, чтобы несимметрию фазовых токов свести к минимальному значению. Лампа Е5 (светодиодная коммутаторная лампа типа СКЛ161А-КП-3-380-П) позволяет визуально контролировать включение пускателя КМ1.
Радиоэлектронная аппаратура заказчика подключается к соединителям щита распределительного А3. К соединителям Х1, Х2 (типа 2РТТ36Б5Г18-В ГЕО.364.120ТУ) подключается аппаратура с напряжением питания ~380 В. К соединителям Х3–Х5 (типа 2РТТ20Б4Г39-В) подключается аппаратура с напряжением питания ~220 В. К соединителям Х6, Х7 (типа 2РМД18Б4Г5В1 ГЕО.364.126ТУ) подключается аппаратура с напряжением питания 24 В постоянного тока. Для удобства электромонтажа в состав щита включены клеммные колодки ХТ1 (типа ЗН27-25М100, 14 шт.), ХТ2 (типа ЗН27-25М100, 4 шт.). Указанные колодки можно заменить на БЗ-24.
Для защиты и отключения нагрузок при перегрузках и коротких замыканиях в цепи питания каждой нагрузки установлены автоматические выключатели сети QF1–QF5 (для сети ~380 В — трехполюсные, ~220 В — двухполюсные) типа АК50Б. Для сети 24 В установлены автоматы защиты QF6, QF7 типа АЗС.
Источник бесперебойного питания (ИБП) U1 (типа ИПВ-3,0-220-50) предназначен для обеспечения непрерывного питания электронных средств однофазным переменным напряжением 220 В 50 Гц. Источник стабилизирует напряжение по нагрузке и при недопустимом изменении параметров сети питания (или при отсутствии сетевого напряжения) автоматически переходит на питание от встроенных аккумуляторных батарей. Максимальная выходная мощность данного ИПБ — 3 кВА. Время работы от встроенных аккумуляторных батарей при максимальной нагрузке — не менее 15 мин. Источники предназначены для работы в сетях с глухозаземленной и изолированной нейтралью. ИБП U2 (типа ИБП600СГ24) предназначен для обеспечения непрерывного питания электронных средств напряжением 24 В постоянного тока. При работе от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В он обеспечивает выходную мощность 600 Вт и выходное напряжение от 26,2 до 27,2 В. При пропадании напряжения сети и работе от аккумуляторных батарей ИБП обеспечивает выходную мощность 600 Вт и выходное напряжение от 20 до 27,6 В. При этом время непрерывной работы с максимальной выходной мощностью 600 Вт — не менее 20 мин. Более подробная информация о вышеуказанных ИБП приведена на сайте предприятий-изготовителей [2, 3].
Изменяя представленную номенклатуру и количество представленных СЭ, можно обеспечить качественным электропитанием широкий спектр различной цифровой и аналоговой аппаратуры, расположенной в кузовах-контейнерах ПК.