CC BY
4Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2023-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2023 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2023 год
Системы Электроснабжения Оборудования Предприятий Связи: Надежность и
Эффективность
Жураев Нурмахамад Маматович,
доцент кафедры программный инжиниринг Ферганского филиала Ташкентского университета информационных технологий имени Мухаммада ал-
Хоразми
Аннотация. Статья "Системы Электроснабжения Оборудования Предприятий Связи: Надежность и Эффективность" посвящена актуальной проблеме обеспечения бесперебойной работы оборудования современных предприятий связи. Основываясь на масштабах и специфике деятельности этих предприятий, рассматривается значимость надежных систем электроснабжения. Статья подробно исследует особенности выбора таких систем, выделяя ключевые аспекты, влияющие на эффективность и стабильность функционирования оборудования. Кроме того, обзор предоставляет взгляд на текущие тенденции в развитии области систем электроснабжения для предприятий связи, предостерегая от проблем и подчеркивая важность современных решений в данном контексте.
Ключевые слова. Электроснабжения, Интернета вещей, Гибридные системы, инвертор, энергия, трансформатор, энергопотребление
Введение. Современные предприятия связи в зависимости от масштабов и специфики деятельности нуждаются в надежных системах электроснабжения для бесперебойной работы своего оборудования. В этой статье мы рассмотрим важность систем электроснабжения для предприятий связи, особенности их выбора, а также тенденции в развитии данной области.
1. Значение Надежного Электроснабжения. Оборудование предприятий связи, такое как коммутационные узлы, серверы, оборудование для передачи данных и коммуникационные каналы, требует стабильного и бесперебойного электропитания. Сбои в энергоснабжении могут привести к серьезным последствиям, включая потерю данных, прерывание связи и даже финансовые убытки.
2. Особенности Систем Электроснабжения для Предприятий Связи. Резервирование и резервные источники: Предприятия связи обычно используют системы с резервированием, чтобы обеспечить непрерывность работы. Это включает в себя резервные источники электропитания, такие как дизельные генераторы и батареи, которые могут включаться автоматически при обнаружении сбоев в основном источнике.
Управление энергопотреблением: Системы электроснабжения должны быть спроектированы таким образом, чтобы эффективно управлять энергопотреблением оборудования. Технологии, такие как умные сети и системы мониторинга, помогают оптимизировать расход энергии.
Защита от перенапряжений и скачков напряжения: Электронное оборудование чувствительно к перепадам напряжения, поэтому системы электроснабжения должны включать в себя средства защиты от перенапряжений.
3. Тенденции в Развитии Систем Электроснабжения. Использование
возобновляемых источников энергии: С увеличением осознания экологических проблем и роста стоимости энергии, предприятия связи все чаще обращают внимание на возможности использования возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия.
Внедрение современных технологий: Использование технологий Интернета вещей (1оТ) и искусственного интеллекта (ИИ) позволяет создавать более интеллектуальные системы управления энергопотреблением, что способствует повышению эффективности.
Гибридные системы: Системы
электроснабжения становятся все более гибкими и
272
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific Электронный научный журнал "Потомки Аль-
journal of Fergana branch of TATU named after Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени
Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252
Vol: 1 | Iss: 4 | 2023 year Том: 1 | Выпуск: 4 | 2023 год
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2023-yil
адаптивными, объединяя в себе несколько источников энергии и технологий для обеспечения надежности и эффективности.
Для питания устройств связи широко применяются транзисторные преобразователи. Сначала стоит ознакомиться со схемой самовозбуждающегося инвертора. Переключение происходит за счет введения обратной связи через насыщающийся трансформатор. Важно определить, от каких параметров инвертора зависит частота переключения.
В самовозбуждающемся инверторе возникают значительные выбросы коллекторного тока, и их величину необходимо научиться оценивать. Для предотвращения этих выбросов применяют схему с двумя трансформаторами: один силовой, а другой (насыщающийся) -переключающий, или схему с дросселем насыщения.
Затем переходят к изучению схемы инвертора с независимым возбуждением. Особое внимание следует уделить коммутационным процессам в схеме, определению амплитуды выбросов коллекторного тока и методам их устранения. Если энергия ИВЭ превышает 100 Вт, переменное напряжение, полученное в инверторе с автоматическим возбуждением, усиливается в усилителе мощности с независимым возбуждением. Эти инверторы можно разделить на однотактные и двухтактные. В однотактных энергия передается на выход только в течение одной фазы периода. Если энергия передается при включенном силовом ключе (транзисторе), такой инвертор называется прямолинейным (Forward). Если же энергия передается при выключенном состоянии силового ключа, то инвертор называется обратнотоковым (Flyback).
Недостатком однотактных инверторов является насыщение сердечника трансформатора постоянным током. Поэтому мощность обратнотоковых инверторов обычно не превышает 150 Вт, а прямолинейных - 300 Вт. Двухтактные инверторы с независимым возбуждением делят на двухфазные (двухтактные с выводом от средней точки трансформатора), мостовые и полумостовые.
В двухтактных инверторах используются обе части периода преобразования. В отличие от однотактных, двухтактные инверторы работают без насыщения сердечника трансформатора постоянным током. Двухтактные инверторы с независимым возбуждением применяют на мощности более 200 Вт. В большинстве случаев как однотактные, так и двухтактные инверторы работают на фиксированной частоте, а регулирование (стабилизация) выходного напряжения обеспечивается с помощью широтно-импульсной модуляции управляющих сигналов. Характер нагрузки, включенной в цепь постоянного тока, влияет на работу инвертора, а инвертор - на работу выпрямителя напряжения прямоугольной формы. Поэтому правильное представление о работе преобразователя напряжения можно получить, рассматривая его в совокупности с выпрямителем, сглаживающим фильтром и стабилизатором. Оптимальные режимы работы транзисторов нерегулируемого инвертора и минимальные искажения фронта выходного напряжения достигаются при включении емкостного фильтра или фильтра, начинающегося с емкости.
Для нормальной и бесперебойной работы любого объекта связи необходимо должным образом обеспечить его электропитание. При этом, в отличие от обычных потребителей, объекты связи предъявляют особые требования к надежности и другим электрическим параметрам питающего напряжения. В то же время существующие электросети во многих случаях оставляют желать лучшего. Прерывания в электропитании могут длиться от нескольких минут до нескольких суток, что абсолютно неприемлемо для систем связи. Элементы сотовой сети, такие как базовые станции (БС), контроллеры базовых станций (БСК) и прочие, также не исключение, и особое внимание уделяется их электропитанию при проектировании и строительстве.
Результаты. Все объекты инфраструктуры сотовой связи, без исключения, снабжаются системой электропитания. Она состоит из нескольких элементов: распределительный щит, система автоматического включения резерва
273
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2023-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2023 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2023 год
(АВР), источник питания с комплектом аккумуляторных батарей (АКБ). В зависимости от объекта могут быть установлены и другие системы, например, башенные позиции должны оснащаться устройством заградительных огней (УЗО), для которой необходим отдельный источник питания и комплект АКБ.
В основную задачу источника питания входит преобразование внешнего тока (обычно переменного 220/380В) в ток, с характеристиками и параметрами, требуемыми для работы телекоммуникационного оборудования (обычно это постоянный ток -48В). Источник питания не только преобразует, но и стабилизирует параметры в достаточно жестких пределах - вплоть до 1 -2%, в то время как внешний ток может иметь отклонения в 20% и более, что, к сожалению, достаточно распространено особенно в сельских электрических сетях.
1. Расчет Энергопотребления:
Общее энергопотребление Робщ может быть рассчитано как произведение напряжения U на силу тока/, используя формулу:
2. Расчет Резервного Энергоснабжения:
Введем понятие коэффициента мощности PF (Power Factor), который учитывает отклонение фаз между напряжением и током. Резервное энергоснабжение Ррез с учетом коэффициента мощности может быть рассчитано по формуле:
3. Расчет Работы Дизельного Генератора:
При использовании дизельного генератора для резервного энергоснабжения, можно рассчитать расход топлива Г за определенный период времени t по формуле:
где УКЭ - удельный расход топлива дизельного генератора.
4. Расчет Запаса Энергии в Батареях:
Если система включает батареи, то их емкость С может быть использована для расчета времени автономной работы tавт по формуле:
где НДС - напряжение на батарее.
5. Расчет Эффективности Солнечных Панелей:
При использовании солнечных панелей, эффективность преобразования солнечной энергии £эфф может быть рассчитана как отношение генерируемой энергии к потенциальной энергии солнца в данной области.
где Рген - генерируемая энергия, Рсолнца -потенциальная энергия солнца.
Примеры Систем Электроснабжения для Предприятий Связи: Инновации и Решения
Солнечные электростанции на крышах дата-центров: Пример: Крупные предприятия связи, такие как Google и Facebook, интегрируют солнечные панели на крышах своих дата-центров. Это не только снижает зависимость от традиционных источников энергии, но и уменьшает воздействие на окружающую среду.
Умные сети управления
энергопотреблением: Пример: Компании, специализирующиеся на разработке систем управления энергопотреблением, предлагают предприятиям связи инновационные решения, позволяющие мониторить и оптимизировать энергопотребление оборудования в режиме реального времени.
Гибридные энергосистемы для
бесперебойного питания: Пример: Компании, такие как Schneider Electric, предлагают гибридные системы, которые объединяют в себе традиционные источники энергии (генераторы) с возобновляемыми (солнечная энергия, батареи). Это обеспечивает стабильное электроснабжение в любых условиях.
Использование тепловых насосов для эффективного охлаждения оборудования: Пример:
274
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific Электронный научный журнал "Потомки Аль-
joumal of Fergana branch of TATU named after Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени
Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252
Vol: 1 | Iss: 4 | 2023 year Том: 1 | Выпуск: 4 | 2023 год
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2023-yil
В некоторых предприятиях связи внедряют тепловые насосы, которые используют тепло, выделяемое оборудованием, для обогрева офисных помещений или для поддержания оптимальной температуры в серверных комнатах, что помогает снизить энергопотребление.
Системы хранения энергии на основе аккумуляторов: Пример: Компании, такие как Tesla, предоставляют решения в области хранения энергии на основе литий-ионных аккумуляторов. Это позволяет предприятиям связи хранить избыточную энергию и использовать ее в периоды пикового потребления.
Использование искусственного интеллекта для оптимизации энергопотребления: Пример: Компании внедряют системы, использующие искусственный интеллект для анализа данных о потреблении энергии и предсказания пиковых нагрузок. Это позволяет оптимизировать работу систем электроснабжения, снижая затраты и повышая эффективность.
Эти примеры демонстрируют разнообразие инноваций в области систем электроснабжения для предприятий связи, подчеркивая важность поиска современных и устойчивых решений для обеспечения стабильной и бесперебойной работы оборудования.
Примеры успешного внедрения
современных систем электроснабжения в предприятия связи:
AT&T и Энергетическая Эффективность: Описание: AT&T, один из крупнейших операторов связи в мире, предпринимает активные шаги в направлении энергоэффективности. Они внедрили интеллектуальные системы управления энергопотреблением, которые автоматически регулируют мощность оборудования в зависимости от текущих потребностей. Это привело к значительному сокращению энергозатрат и снижению воздействия на окружающую среду.
Facebook и Солнечная Энергия: Описание: Facebook стремится к использованию 100% возобновляемой энергии для своих дата-центров. В рамках этой инициативы компания интегрировала солнечные электростанции в некоторых регионах.
Это не только обеспечивает надежное электроснабжение, но и снижает зависимость от традиционных источников энергии.
Verizon и Гибридные Системы: Описание: Компания Verizon успешно внедрила гибридные системы электроснабжения, объединяя в себе дизельные генераторы, литий-ионные
аккумуляторы и солнечные панели. Это обеспечивает надежное электропитание в условиях отключения основного источника, а также снижает эксплуатационные расходы.
Telecom Italia и Энергосберегающие Технологии: Описание: Telecom Italia активно внедряет технологии, направленные на улучшение энергоэффективности. Это включает в себя установку более эффективного оборудования, использование систем охлаждения с минимальным энергопотреблением и внедрение технологий управления энергопотреблением для сокращения издержек.
Google и Использование Тепловых Насосов: Описание: Google внедряет тепловые насосы в своих дата-центрах для эффективного управления температурой. Тепловые насосы используют тепло, выделяемое серверами, для обогрева офисных помещений. Это инновационное решение снижает энергопотребление и оптимизирует использование тепловой энергии.
Эти примеры демонстрируют, как внедрение современных систем электроснабжения позволяет предприятиям связи снижать затраты, повышать эффективность и вносить вклад в устойчивое развитие. Подобные успешные кейсы свидетельствуют о том, что инновации в области электроснабжения играют ключевую роль в развитии отрасли связи.
Заключение. Системы электроснабжения предприятий связи играют ключевую роль в обеспечении бесперебойной и эффективной работы оборудования. С учетом быстрого развития технологий и изменяющихся требований к энергоэффективности, предприятия связи должны внимательно подходить к выбору и обновлению своих систем электроснабжения для соблюдения самых высоких стандартов надежности и производительности.
275
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2023-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2023 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2023 год
Литературы:
1. Жураев Н. М. и др. АСПЕКТЫ ПРОЕКТА ВНЕДРЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ТОКОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА С ПЛАТФОРМОЙ ARDUINO UNO ДЛЯ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ДИСТАНЦИОННЫХ СТАНЦИОНАРНЫХ ОБЪЕКТОВ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ СОЛНИЧНЫМИ ПАНЕЛЯМИ //European Journal of Interdisciplinary Research and Development. - 2022. - Т. 10. - С. 329-334.
2. Rayimdjanova O. S. et al. Analyses and research impuct of open wave transmission medium of radio frequency ranges in the satellite communication systems //Oriental Journal of Technology and Engineering. -2022. - Т. 2. - №. 01. - С. 8-15.
3. Juraev N., Ergashev S., Ismailov A. FIBEROPTIC COMMUNICATION SYSTEMS AND THE PRINCIPLES OF THEIR OPERATION //Oriental Journal of Technology and Engineering. - 2022. - Т. 2. - №. 02. - С. 1-6.
4. Mamatovich J. N. 5. 2. Analysis of some linear-electrical filters in opto-electric of the telecommunication networks //Computational nanotechnology. - 2017. -№. 2. - С. 102-106.
5. Жураев Н. М., Абдуллажонова Н. Н. The importance of telecommunication technologies in the preparation of future teachers of computer science at the university //Технические науки в России и за рубежом. - 2016. - С. 71-72.
276
