XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2020
Системы дистанционного питания для устройств связи
Для обеспечения передачи качественного сигнала на значительные расстояния необходимо использовать промежуточные усилительные пункты. Организация электропитания устройств связи для каждой точки в отдельности экономически нецелесообразна. Чтобы решить проблему, преобладающее количество пунктов выполняют необслуживаемыми. Их питание будет дистанционным.
Под дистанционным питанием понимают транспортировку электроэнергии на различные расстояния для обеспечения питания устройств связи [1], установленных в необслуживаемых усилительных точках. Эти усилительные пункты применяются с той же целью, что сами устройства связи. Питание должно выполнять главную задачу: транслировать на заданное расстояние сигнал той мощности, которая будет достаточной для электропитания устройств, расположенных в конечной точке. Четко прослеживается прямая зависимость между потерями мощности и значением тока в цепи ДП. Эти параметры также находятся в обратной зависимости от величины подаваемого напряжения. Таким образом, чем меньше будет напряжение, тем выше потери мощности и больше значение тока [2,3]. Подача дистанционного питания может быть организована через оконченные магистральные пункты или промежуточные усилительные пункты, оснащенные установками электропитания. Под питающими или обслуживающими усилительными пунктами понимают промежуточные пункты, способные подавать дистанционное питание. Питаемые или необслуживаемые пункты представлены усилительными пунктами кабельных магистралей, где организовано дистанционное питание арматуры. Как правило, ОУП оснащены электропитающей установкой, обеспечивающей соседние необслуживаемые усилительные пункты дополнительным питанием. Расположенные в другой полусекции необслуживаемые усилительные пункты получают питание с последующего ОУП.
Наиболее распространенный вариант организации дистанционного питания – передача электроэнергии «провод – земля», представленный на рис. 1. При таком способе дистанционное электропитание устройств связи будет организовано исключительно для прямого провода. Функцию обратного провода выполняет грунт. Существенные колебания напряжения на аппаратуре могут возникать лишь в исключительных случаях. В случаях, когда потенциалы находятся в пределах 15-75В, происходит подключение компенсаторов земных потенциалов к ДП.
Рис. 1. Схема передачи «провод-земля».
Как правило, при выборе способа передачи электроэнергии «провод – провод» используют не более 4 необслуживаемых усилительных пунктов. Обратное прохождение электрического тока ДП будет организовано таким образом, что цепи дистанционного питания первых двух уровней применяют запасные цепи третьей и четвертой степеней. Возможен и обратный вариант. Цепи пятой и шестой систем взаимодействуют с запасными цепями седьмой и восьмой систем. При таком варианте необслуживаемые усилительные пункты не нуждаются в организации рабочего заземления. Цепи ДП будут аналогичны цепям при способе «провод – земля».
Эта система имеет существенный недостаток. Он заключается в минимальной защищенности от соседних линий электропередачи, способных создавать помехи. Наиболее высокий уровень помех возникает от контактных сетей переменного тока. С целью снижения уровня индуктивного мешающего напряжения устройства, питаемые на необслуживаемых усилительных пунктах и питающие на ОУП, дополнительно защищают дроссельными фильтрами и дросселями, способны свободно пропускать электрический ток. Они же ограничивают величину переменного тока, находящегося под воздействием внешних электромагнитных полей ЛЭП или контактных сетей.
При выборе схемы «провод – земля» цепи дистанционного питания формируются по средней точке четверки или пары жил ВЧ единственного кабеля. Одна ДП задействована в подаче электропитания для двух или четырех систем аппаратуры ВЧ и одного двухлампового усилителя НЧ.
Половина систем ВЧ уплотнения снабжается питанием по рабочим сетям одного кабеля, для второй половины питание подается через рабочие цепи второго кабеля. Наблюдается создание резервных цепей для систем, питаемых по одному кабелю, на втором кабеле. Внедрение подобной системы позволяет снизить перебои в электропитании систем вдвое. Наблюдается снятие напряжения с одного кабеля для проведения ремонтных работ. Подача резервного питания будет организована с того же ОУП, с которого создано рабочее.
Рис. 2. Схема передачи «провод-провод».
Для системы дистанционного питания по схеме «провод – земля», представленной на рис. 2 характерно минимальное сопротивление линейной цепи. При равном количестве линейных проводов для дистанционного питания сопротивление линейных цепей в системе «провод – земля» оказывается в 4 раза ниже, чем в системах «провод – провод». Для создания искусственной цепи дистанционного питания задействуют промежуточные трансформаторные точки. При реализации схемы «провод – земля» достигается максимальная дальность трансляции сигнала.
Такая система обладает главным преимуществом. Симметричные двухпроводные цепи питания характеризуются высокой степенью защиты от помех, создаваемых соседними ЛЭП. Одновременно с тем, пара линейных проводов имеет высокое сопротивление, которое приводит к значительным потерям напряжения в линии и снижению дальности транспортировки сигнала.
Дистанционное питание позволяет обеспечить функционирование цифровых, аналоговых и системных телефонных аппаратов и прочих терминальных устройств. Системы электропитания устройств связи обеспечивают работоспособность IP-камер видеонаблюдения, точек радиодоступа беспроводных сетей Wi-fi, считывателей систем контроля доступа, компактных информационных экранов. Система способна обеспечить электропитание устройств связи, представленных светодиодными источниками местного освещения. Их применение обретает высокую актуальность при выполнении отдельных видов сервисных работ. Потенциальная сфера применения схем электропитания устройств связи практически не ограничена.
С целью транспортировки электрического тока от источника используют фантомные цепи. Подобный подход предполагает включение полюса источника электропитания устройств связи в среднюю часть трансформатора гальванической развязки. В дальнейшем электрический ток протекает в одном направлении по обоим проводам пары. Это решение позволяет постичь высокой эффективности электропитания устройств связи. Реализация фантомной схемы независимо от режима работы аппаратуры позволяет достичь вариативности включения светового интерфейса в соответствии с количеством задействованных пар.
При мощностях, превышающих 50 Вт, электропитание устройств связи будет организовано путем передачи сигнала по всем парам горизонтального кабеля. Благодаря увеличению мощности нагрузки, даже при своем сложном устройстве, четырехпарные системы становятся все более популярными.
Технология Power over Ethernet (PoE) обеспечивает передачу электроэнергии и прочих данных удаленному устройству через классический вариант витой пары в сети Ethernet. Эта технология успешно применяется в IP-телефонии, IP-камерах, точках доступа беспроводных сетей, сетевых концентраторах и прочих видах оборудования, где невозможно или нецелесообразно подключать отдельный кабель.
К преимуществам PoE можно отнести следующее:
1) При передаче данных и подачи питания можно использовать один кабель, в результате чего покупать и прокладывать кабели для сетевого оборудования становится значительно дешевле.
2) При использовании такой технологии становится намного проще и дешевле создавать новые сети или расширять уже существующие сети в зданиях, где слишком дорого и сложно прокладывать новые линии электропитания.
3) Использование Power over Ethernet может позволить устанавливать устройства в местах с затруднительной подачей электроэнергии и значительно уменьшить количество электрических розеток и кабелей, находящихся в небольшой сервисной комнате или коммутационном шкафу.
Применение схем дистанционного питания становится все более актуальным. Это позволяет создавать электропитающие установки упрощенной конструкции на обслуживаемых и необслуживаемых усилительных пунктах.
1. Осипов О.В., Панин Д.Н., Никушин А.В. Метод оптимального параметрического синтеза широкополосных согласующих переходов // Письма в ЖТФ, 2013. — Т.39.— Вып. 12. — С. 50-56.
2. Семенов А.Б. Дистанционное питание по кабельным трактам СКС // Журнал сетевых решений/LAN. февраль 2005. — том 11. — № 2. — С. 34 – 43.
3. Семенов А.Б. Эволюция систем дистанционного питания // Журнал сетевых решений LAN. 2015. № 10. С. 51–55.
Источник
Привет студент
Принципы организации дистанционного электропитания
Аппаратура систем передачи данных может размещаться на станциях, в которых постоянно присутствует эксплуатационный персонал, или на полностью автоматизированных усилительных пунктах без постоянного присутствия персонала. Последние получили название необслуживаемых усилительных пунктов (НУП) или регенерационных пунктов (НРП). В соответствии с принятыми принципами построения систем передачи по коаксиальным и симметричным кабелям с медными жилами аппаратура НУП и НРП получает электроэнергию из обслуживаемых станций ОУП (ОРП) с помощью аппаратуры дистанционного питания по тем же проводам, по которым передаются информационные сигналы. Дистанционное питания (ДП) аппаратуры линейного тракта в системах передачи позволяет на магистрали автоматизировать до 98. 99 % всех станций, причем из общей мощности, потребляемой аппаратурой линейного тракта, примерно 90 % требуется для дистанционного питания. Отсюда следует, что в аппаратуре линейного тракта, устанавливаемой на ОУП (ОРП), заметная доля отводится устройствам ДП. К основным особенностям этих устройств нужно отнести их способность работать в условиях резких изменений нагрузки и гарантировать высокую надежность. Нагрузки НУП (НРП), провода и устройства ДП объединяются в цепь ДП. Обычно аппаратура НУП (НРП) одной системы передачи питается от одной цепи ДП. Указанное положение позволяет получать полную независимость каждой системы, что наряду с повышением живучести обеспечивает также большую их помехозащищенность. Участок магистрали между двумя соседними ОУП (ОРП) называется секцией ДП. Аппаратура НУП (НРП) секции ДП может получать электроэнергию либо с одного ОУП (ОРП) (ДП по секциям), либо с двух соседних ОУП (ОРП), ограничивающих эту секцию (ДП по полусекциям). Во втором случае обычно в середине секции устанавливаются два шлейфа по ДП.
Применение ДП по полусекциям позволяет обеспечить большую длину секции ДП, т. е. пропитать максимальное количество НУП (НРП) от двух смежных ОУП (ОРП). В связи с повышением требований к надежности систем передачи целесообразно стремиться к предельному упрощению устройства приема ДП в НУП (НРП). Отечественный и зарубежный опыт разработок систем передачи показывает, что наиболее простые и надежные устройства приема ДП на НУП (НРП) получаются при последовательном включении их в цепь ДП и электропитании с ОУП (ОРП) стабилизированным постоянным током. Как правило, при таком включении нагрузок в НУП (НРП) не требуется применения каких либо преобразовательных устройств и появляется возможность свести потери в линии к минимуму. Кроме того, применение схемы с последовательным включением нагрузок обеспечивает максимальную длину секции ДП. Максимальная длина секции ДП в этом случае ограничивается электрической прочностью изоляции кабеля. Действительно, если через Uрд обозначить действующее значение допустимого рабочего напряжения коаксиальной пары, а через Uпд — действующее значение постороннего наводимого напряжения, то максимально допустимое напряжение дистанционного питания постоянным током Uдп в одном кабеле определяется по формуле
Максимальное число НУП (НРП) в цепи с последовательно включенными нагрузками при заданном напряжении ДП обеспечивается, если ток ДП рассчитывается по формуле
где Р — средняя мощность, потребляемая нагрузками одного НУП (НРП), r — сопротивление шлейфа проводников одного усилительного участка.
При разработке системы передачи не всегда удается использовать оптимальное значение тока ДП. Это объясняется прежде всего тем, что на каждом НУП или НРП имеется несколько нагрузок с различными требуемыми напряжениями. Отклонение тока ДП от оптимального значения (как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения) уменьшает дальность действия системы ДП. Степень уменьшения числа НУП или длины системы ДП при близких значениях выбранного и оптимального токов весьма незначительна. Так, при отклонении выбранного тока на 25. 30 % оптимального значения длина цепи ДП сокращается не более чем на 10 %.
Цепи ДП в симметричных кабелях организуются по средним точкам линейных трансформаторов двух симметричных пар, выделенных для передачи сигналов конкретной системы. Пары могут находится как в одном, так и в двух кабелях (при организации связи по двухкабельной системе). Напряжение ДП при этом не может превышать 450 В при однокабельной и 900 В при двухкабельной системе. Выбор способа ДП должен производиться по результатам конкретного проектирования.
Цепи ДП в коаксиальных кабелях организуются по центральным проводам коаксиальных пар, электрическая прочность изоляции которых нормируется относительно обратного провода (трубки) коаксиальной пары. В нормальном режиме работы цепи и устройств ДП напряжение ДП прикладывается к двум цепям разных направлений передачи и распределяется между ними в соответствии с сопротивлением изоляции. Чтобы избежать зависимости от сопротивления изоляции и равномерно распределить между парами напряжение ДП, на выходе устройства ДП включается делитель напряжения, сопротивление которого существенно меньше сопротивления изоляции коаксиальных пар. Для контроля целостности изоляции пар средняя точка делителя заземляется через устройство контроля. Устройство ДП на ОУП (ОРП) представляет собой стабилизатор постоянного тока, который при широких изменениях нагрузки обеспечивает поддержание тока в пределах одного-двух процентов при воздействии всех дестабилизирующих факторов. К устройству предъявляются высокие требования по надежности. Обычно эти устройства имеют среднее время наработки на отказ (MTBF) не менее 200000 ч.
Используемая литература: Электропитание устройств и систем телекоммуникаций:
Учебное пособие для вузов / В. М. Бушуев, В. А. Демянский,
Л. Ф. Захаров и др. — М.: Горячая линия—Телеком, 2009. —
384 с.: ил.
Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ
Источник
