6. Расчет электропитания базовой станции

В сетях сотовой связи наибольшее распространение получили источники бесперебойного питания (ИБП) переменного тока. Организация бесперебойного питания объекта подразумевает возможность его переключения при неполадках в электросети на альтернативный источник энергии. В ИБП любого типа функции такого источника выполняют аккумуляторные батареи .

Аккумуляторы являются вторичными элементами питания или, как их еще называют, химическими источниками тока второго типа.

Аккумуляторные батареи функционируют в двух основных режимах: разряда и заряда. Установленные в ИБП переменного тока батареи находятся в одном из трех состояний – дежурном, аварийном и пост аварийном. Поскольку аварии в сети происходят все-таки не столь часто, большую часть срока эксплуатации батарея функционирует в дежурном, или буферном, режиме постоянного подзаряда. Аварийные режимы (питание нагрузки от батареи) в телекоммуникациях занимают сравнительно небольшое время. Пост аварийный – это автоматический режим заряда разряженной батареи.

Любая АБ характеризуется взаимосвязанной системой параметров, базовыми из которых являются емкость и номинальное напряжение. Выбор емкости АБ обусловлен типом нагрузки, которую она будет поддерживать в течение заданного времени при определенных режимах разряда. Для любого телекоммуникационного объекта определяющими являются требования по энергоснабжению: время работы, ток разряда, мощность. Требования по емкости определяются на основании этих характеристик.

Выбор батареи во многом зависит от качества сети: одни батареи лучше работают в буферном режиме, другие рассчитаны на циклическое применение. Чем глубже разряжается батарея, тем меньше циклов заряда/разряда она обеспечивает.

Например, для линий связи в сельской местности более важен параметр количества циклов заряда/разряда, которые может выдержать аккумулятор. В этих сетях качество электроснабжения приводит к частым и длительным (более часа) отключениям выпрямительных устройств с переходом нагрузки на питание от аккумуляторной установки. В таком случае целесообразнее использовать гелевые аккумуляторы, так как ресурс их работы в режиме циклирования выше, чем у других аккумуляторов.

Щелочные аккумуляторные батареи

Основные области применения. Щелочные герметичные аккумуляторы и батареи предназначены для питания постоянным током систем автоматики, сигнализации, связи, приборов и др. Герметичные аккумуляторы предназначены для работы в режиме циклирования (длительный, средний и короткий режимы разряда) и в режиме постоянного подзаряда.

Отличительные особенности. В процессе эксплуатации аккумуляторы не требуют обслуживания (доливок и корректировки уровня электролита). В качестве электролита в никельжелезных аккумуляторах применяется водный раствор едкого натра с добавкой (20 ± 1) г/л гидроокиси лития.

В зависимости от условий эксплуатации срок службы герметичных аккумуляторов и батарей от 3 до 10 лет, срок хранения не менее 2 лет.

Гелевые аккумуляторные батареи

Основные области применения:

– системы бесперебойного питания;

– производство и передача электроэнергии;

– телекоммуникации и связь;

– системы альтернативной энергии;

– охранная и пожарная сигнализация;

– аварийное освещение.

Отличительные особенности:

– устойчивость к циклическому режиму эксплуатации (более 1200 циклов заряд-разряд);

– низкое газовыделение благодаря использованию сплава без сурьмы и применению технологии внутренней рекомбинации газов.

Конструкция гелевых аккумуляторов обычно представляет собой модификацию обычного свинцово-кислотного аккумулятора. К электролиту добавляется гелевый компонент для сокращения движения внутри аккумулятора. Во многих гелевых аккумуляторах также используются одноходовые клапаны вместо открытых воздушных клапанов, это способствует тому, что выделяющиеся газы снова растворяются в воде внутри аккумулятора, подавляется газообразование. В аккумуляторах на «гелевых элементах» исключено пролитие даже в случае поломки. Гелевые аккумуляторы устойчивы к циклическому режиму эксплуатации (более 1200 циклов заряд/разряд)

Срок службы более 15 лет.

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи

Основные области применения:

– непрерывное электропитание;

– телекоммуникация;

– пожарное освещение;

– пожарная тревога и системы обеспечения безопасности.

Отличительные особенности:

– дешевизна и простота производства – по стоимости 1 кВт·ч энергии эти батареи являются самыми дешевыми; малый саморазряд – самый низкий по сравнению с аккумуляторными батареями других типов;

– низкие требования по обслуживанию – отсутствует «эффект памяти», не требуется доливки электролита;

– допустимы высокие токи разряда.

– не допускается хранение в разряженном состоянии;

– низкая энергетическая плотность – большой вес аккумуляторных бата- рей ограничивает их применение в стационарных и подвижных объектах;

– допустимо лишь ограниченное количество циклов полного разряда (200–300);

– кислотный электролит и свинец оказывают вредное воздействие на окружающую среду;

– при неправильном заряде возможен перегрев.

Свинцово-кислотные батареи имеют настолько низкую энергетическую плотность по сравнению с другими типами батарей, что это делает нецелесообразным использование их в качестве источников питания переносных устройств. Хотя примеры их применения в портативной электронной технике есть. Кроме того, при низких температурах их емкость существенно снижается.

Производители ИБП всегда указывают полную мощность, выраженную в вольтамперах, следовательно, необходимо перевести активную мощность оборудования в полную. Активная мощность вычисляется по формуле

Р_ИБП

Р_ИБП

где Р_ИБП – требуемая мощность источника бесперебойного питания базовой станции; PF(Power Factor) – коэффициент мощности, который в данной курсовой работе принимается равным 0,7; Pmax – максимальная потребляемая мощность .

Максимальная потребляемая мощность для базовых станций сетей GSM 60 Вт, сетей CDMA – 40 Вт.

Необходимо также учесть максимальную потребляемую мощность охранно-пожарной сигнализации – 900 Вт и системы управления микроклиматом – 3000 Вт.

Для работы в автономном режиме ИБП базовой станции комплектуется четырьмя батареями. Необходимо рассчитать максимальное время автономной работы при заданной нагрузке по формуле

t =

где t – максимальное время автономной работы, мин; Е – ёмкость батареи; U – суммарное напряжение батарей в ИБП; Р – расчётная мощность нагрузки.

Исходные данные для расчета:

Тип аккумуляторной батареи: ……..

Номинальная емкость: С_n(Ач) С_n = …..

Номинальное напряжение: U_n(B) U_n = …..

Расчетная мощность нагрузки Р(Вт) Р = ….

Р_ИБП

Р_ИБП

t =

t =