В рубрику "Защита информации и каналов связи" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
О.П. Чекстер, начальник лаборатории электропитания ЛОНИИС
Назначение любой системы электропитания - обеспечить питание нагрузки с требуемыми качеством и надежностью. Руководствуясь этим основополагающим критерием, рассмотрим, как развивалось оборудование систем питания аппаратуры связи с момента появления первых цифровых АТС по сегодняшний день, определим, отвечает ли это оборудование требованиям современных информационных технологий, и попытаемся предположить, каким будет электропитание для инфокоммуникаций завтра.
Решение проблем совместимости оборудования
С конца 70-х годов прошедшего века (а в России с начала 80-х годов) в результате появления электронных АТС и демонополизации, проходившей в области электросвязи, складывалась ситуация, при которой на объектах связи использовалось оборудование, получаемое от разных поставщиков и питаемое от одного опорного источника - централизованной электропитающей установки постоянного тока (ЭПУ) номинальным напряжением 48 или 60 В. Неоднородность парка о борудования иногда не позволяла обеспечить необходимое качество электропитания из-за взаимного влияния различных коммутационных систем, в частности, электронных и электромеханических АТС, подключенных к одной ЭПУ.
Наиболее серьезно данная проблема проявлялась при коротких замыканиях (КЗ) в оборудовании электромеханических АТС. В их токораспреде-лительных сетях, построенных по магистральному принципу, при КЗ развивались огромные токи (до нескольких тысяч ампер), и это приводило к тому, что после перегорания предохранителя вся энергия, накопленная в индуктивности токораспределительной сети, в виде короткого импульса амплитудой до 200 В попадала на другое оборудование, подключенное к этой же ЭПУ, и могла вывести его из строя.
Следует также напомнить, что если одной из нагрузок являлась электромеханическая АТС, то шумы и помехи от ее работы, которые не нормируются и зачастую превышают 10 мВпсоф, могли вызывать помехи в работе цифрового оборудования, запитанного от этой же ЭПУ.
Для решения проблем совместимости оборудования по цепям питания был разработан стандарт ETS 300 132-21, последняя редакция которого опубликована совсем недавно - в январе 2007 г. В стандарте введено понятие "интерфейса электропитания" - физической и/или логической границы между источником и потребителем электроэнергии, для которой нормируются параметры электроэнергии, и для точек подключения оборудования (интерфейса электропитания) заданы нормы на максимально возможные изменения напряжения в статическом и динамическом режимах, а также различные нормы на:
Принятие стандарта, ставшего основным в области электропитания телекоммуникационного оборудования, в значительной степени было обусловлено массовым внедрением цифровых электронных систем коммутации, особо чувствительных к нарушениям устойчивости питания.
Децентрализация систем питания
Следующим важным шагом в развитии систем электропитания стало все более широкое использование децентрализованных (распределенных) систем первичного электропитания, в которых оборудование ЭПУ устанавливается не в специально выделенном помещении станции (например, подвальном), а в автозалах, совместно с питаемым коммутационным оборудованием. Это позволило перейти к поставкам аппаратуры связи в комплекте с собственными ЭПУ, значительно сократить токораспределительные сети постоянного тока и упростить процесс проектирования объектов и систем связи.
Переход на децентрализованное питание позволил избавиться от двух серьезных проблем: взаимного влияния питаемой аппаратуры и переходных процессов в токора-спределительной сети при коротких замыканиях. По сравнению с традиционной централизованной системой питания применение децентрализованных систем повышает устойчивость, или живучесть, сетей связи. При наличии децентрализованной ЭПУ оператор получает возможность контролировать состояние своего электропи-тающего оборудования.
Использование собственных децентрализованных ЭПУ способствовало, в частности, бурному развитию сетей сотовой связи.
Локализация преобразователей постоянного тока
Традиционно в отрасли связи большая часть нагрузок требует напряжений питания 12, 5 и 3 В разных полярностей, то есть питается не непосредственно от опорной электропитающей установки 48 или 60 В, а через преобразователи DC/DC. Начиная с 1970-х годов в данном процессе можно было наблюдать определенную эволюцию: если сначала DC/DC-преобразовате-ли размещались внизу стативов с оборудованием коммутации, то в 1980-х годах - на полках стативов, а с 1990-х годов - непосредственно на питаемых платах.
Надежность преобразователей, размещаемых на платах, существенно выше. С точки зрения энергопотерь размещение преобразователей на платах обеспечивает экономию электроэнергии, поскольку большая часть токораспределения осуществляется при более высоком напряжении (а при постоянной мощности это ведет к снижению тока и тепловых потерь) и наличие фиксированной нагрузки преобразователя позволяет выбрать для него режим работы с максимальным КПД.
Повышение уровня контроля оборудования электропитания
Постоянное увеличение объемов передаваемой информации оказывает наиболее сильное воздействие на развитие систем и оборудования электропитания телекоммуникационной аппаратуры. Повышение надежности и увеличение глубины диагностики оборудования - вот два основных требования, предъявляемых сегодня к системам электропитания (СЭП). Выполнить эти требования невозможно без постоянного контроля исправности и режимов работы оборудования электропитания. Не контролируя систему электропитания необслуживаемого объекта, владелец системы связи оказывается в положении человека, который тратит деньги, не зная, сколько их у него осталось в кошельке!
Достижения современной технологии используются также и для совершенствования традиционной централизованной системы электропитания АТС, в результате чего улучшаются энергетические, массогабаритные и надежностные показатели питающего оборудования, а также снижается трудоемкость его обслуживания при эксплуатации.
В основе всех изменений лежит широкое использование микропроцессорных систем контроля оборудования. Помимо очевидных преимуществ этих систем, их наличие позволяет повысить технологическую дисциплину за счет увеличения степени достоверности информации о СЭП и способствует повышению культуры труда.
Поддержание оптимального температурного режима
Возникновение крупных центров обработки данных (ЦОД) тесно связало оборудование электропитания и системы охлаждения.
Эволюция телекоммуникационных систем с точки зрения рассеиваемого оборудованием тепла представлена в таблице.
Сегодня до 50% эксплуатационных расходов владельца ЦОД - это плата за электроэнергию. При этом 50% электроэнергии тратится на то, чтобы отвести тепло от оборудования, потребляющего остальные 50% электроэнергии.
Сегодня появилась возможность интегрировать систему электропитания инфотелекоммуникационного оборудования в автоматизированную систему контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ), что особенно актуально в условиях роста тарифов на электроэнергию. Однако используется эта возможность пока крайне редко.
Проблемы энергосбережения вместе с проблемами надежности уже выходят на первый план. По некоторым данным, к 2010 г. до 25% особо критичных нагрузок будут требовать надежность СЭП "девять девяток": 99,9999999%. Обеспечить такую надежность простым увеличением числа резервных модулей или количества групп и емкости аккумуляторных батарей в составе ЭПУ не представляется возможным - необходимы качественные изменения. В каких направлениях следует ожидать таких изменений?
Снижение количества ступеней преобразования электроэнергии
В источниках бесперебойного питания переменного тока (UPS), в выпрямителях ЭПУ, в блоках питания компьютерной техники имеется несколько последовательных ступеней преобразования переменного тока в постоянный и постоянного в переменный различных напряжений и частот. Каждое преобразование ведет к потерям конечного КПД и снижению общей надежности СЭП. Повышение величины опорного напряжения позволяет снизить величину тока, а следовательно, и потери в токораспределительной сети, прямо пропорциональные квадрату этого тока. В качестве такого напряжения можно использовать "выпрямленную" сеть, одновременно сократив число ступеней преобразования. Подобная возможность уже предусмотрена упомянутым стандартом ETS 300 132: как следует из названия его третьей части, опубликованной в 2003 г., в ней нормируются параметры такого интерфейса с напряжением до 400 В.
"Диверсификация" резервных источников питания
Для удаленных объектов или объектов сети доступа использование традиционных аккумуляторных батарей (АБ) и дизельных электростанций (ДЭС) не всегда эффективно. Следует помнить и о том, что батареи очень чувствительны к температурным режимам эксплуатации и тяжелы, а ДЭС шумны и отличаются высокими требованиями к обслуживанию.
Различные химические, механические и электрические накопители энергии, заменяющие или дополняющие ДЭС и АБ, уже сегодня все шире предлагаются на рынке. Препятствием на сегодняшний день является даже не их цена, а в первую очередь устоявшиеся подходы к организации резервного питания, незнание новых технологий и отсутствие "указаний" к их использованию.
Централизация ЭПУ
Централизация ЭПУ позволяет повысить надежность питания. Необходимость возвращения к централизованному принципу построения систем ЭПУ на объектах связи средней и большой мощности обусловлена текущими проблемами с обслуживанием децентрализованных ЭПУ и наметившимся в последнее время возвращением к централизованным системам электропитания в таких странах, как США и Германия, из-за очевидных технических и организационных преимуществ в эксплуатации по сравнению с децентрализованными. Высокую надежность (при разумных затратах) централизованной ЭПУ обеспечить легче, чем децентрализованной.
Автономные системы электроснабжения
Развитие автономных систем электроснабжения - необходимое условие проникновения инфокоммуникацион-ных технологий в отдаленные уголки нашей страны. Крупные мощности в некоторых случаях эффективнее, но не всегда. Нормальная энергетика большинства стран на 30% опирается на малые мощности. Такая система намного устойчивее, чем жестко централизованная.
1 ETS 300 132. Equipment Engineering (ЕЕ); Power Supply interface at the input to telecommunications equipment; Part 1 – Interface operated by alternating current (AC) derived from direct current (DC) sources, Part 2 – Interface operated by direct current (DC), Part 3 – Interface operated by rectified current source, alternating current source or direct current source up to 400 V.
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #2, 2007
Посещений: 13256
Автор
| |||
В рубрику "Защита информации и каналов связи" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
