Geum.ru

Курсовой проект проектирование электропитающих устройств дома связи по дисциплине: электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи проверил

Вид материалаКурсовой проект
Подобный материал:
1   2   3


Во всех современных автоматизированных ЭПУ для регулирования напряжения на аппаратуре связи используется способ секционирования батарей с включением нагрузок по цепи 21,2 В через САРН.

Для нашего случая по цепи 60 и 24 вольта будем использовать ВУ типа ВУТ, с делением батарей на 2 группы по 24 вольтам и одногрупную по 60.


5. Расчёт основного электрооборудования ЭПУ


К основному электрооборудованию ЭПУ относятся аккумуляторные батареи, устройства для поддержания напряжения на входе потребителей в допустимых пределах, коммутационные устройства в цепях переменного и постоянного тока.

В зависимости от принятого способа электропитания, напряжения и тока, а также от ряда других факторов некоторые из указанных элементов оборудования могут отсутствовать.


5.1. Расчёт аккумуляторных батарей


Расчёт аккумуляторных батарей заключается в определении их ёмкости, индексного номера аккумуляторов, а так же их количества в батареях.

1. Аварийный ток нагрузки Iав, на который должна быть рассчитана аккумуляторная батарея. Этот ток складывается из тока, необходимого для питания аппаратуры связи Iап, и тока нужного для других аварийных потребителей, работа которых должна быть обеспечена при нарушении внешнего электроснабжения (аварийное освещение).

Для аварийного освещения используется, как правило, аккумуляторная батарея 24 В.

Ток Iao, потребляемый лампами аварийного освещения:


Iao = Pосв / Uн


где Pосв - мощность ламп аварийного освещения, Вт;

Uн - номинальное напряжение рассчитываемой цепи, В.


Iао = 0,3*103/24 = 12,5А


Ток Iав в общем случае определяется по формуле:


Iав = Iапс + Iап + Iao,


где Iапс ток, потребляемый аппаратурой связи, требующей стабилизации напряжения с точностью ±3%, А;

Iап - ток, потребляемый аппаратурой связи, не требующей стабилизации напряжения с точностью ±3%, А.

а) по цепи 24 В:


Iав =50,87+67,94+10,8+12,5=142,11 А


б) по цепи 60 В:


Iав = 50,4 А


2. Продолжительность питания аварийной нагрузки от аккумуляторной батареи taв для железнодорожных узлов установлен 2 ч.

3.Расчёт ёмкости аккумуляторных батарей:


Qр = 100 Iав taв / р(1+kt(t° - 25°)),


где р - коэффициент интенсивности разряда в %;

kt — температурный коэффициент ёмкости (для стационарных аккумуляторов принимается 0,008);

t° - фактическая температура электролита во время разряда аккумуляторов, °С (в расчётах принимается равной наименьшей допустимой температуре аккумуляторного помещения, которая составляет +15°С).


а) по цепи 24 В:


Q24 =100*142,11/61,1*(1+0,008*(15-25))*2 = 213,98 А*ч


б) по цепи 60 В:


Q60 =100*50,4*2/61,1*(1+0,008*(15-25)) = 151,78 А*ч


Расчётная ёмкость и тип аккумуляторов

Таблица 6



Напряжение

аккумуляторной

батареи, В
Число групп батареи
Ток одной группы батареи, А
Коэффициент

интенсивности

разряда, %
Расчётная

ёмкость батареи,

А*ч
Тип аккумуляторов
Паспортная

номинальная

ёмкость

аккумуляторов,

А*ч

24
2
71,05
61,1
213,98
СК-6
216

60
1
50,4
61,1
151,78
СК-5
180



Расчёт количества аккумуляторов в батарее:


N = Umin + ΔUтокорасп + ΔUкомм + ΔUСАРН / Uк


где Umin - минимальное допустимое напряжение на зажимах питаемой аппаратуры связи, В;

ΔUтокорасп - падение напряжения в токораспределительной сети (1,1 В в цепи 24 (21,2) В и 1,6 В в цепи 60 В);

ΔUкомм - падение напряжения в коммутационных устройствах (0,5 В в ЩБ2 по цепи 24 В и 0,4 В в КУ по цепи 60 В);

ΔUСАРН - падение напряжения на САРН (в цепях 24 (21,2) В составляет 1,1 В);

Uк - конечное разрядное напряжение одного аккумулятора в принятом режиме разряда, В (1,8 В).


а) по цепи 24 В:


n = 21,6 + 1,1 + 0,5 + 1,1 / 1,8 = 14акк.


б) по цепи 60 В:


n = 58 + 1,6 + 0,4 / 1,8 = 34акк.


5.2. Расчёт элементов схемы поддержания напряжения на входе питаемой аппаратуры в заданных пределах


Так как для поддержания напряжения в заданных пределах используется способ секционирования батареи на ОБ и ДБ, то количество аккумуляторов в ОБ и ДБ в цепи 60 В определяется по формулам:


nоб = Ucp / Uб;


nдб = n - nоб


где Ucp - среднее напряжение питания рассчитываемой цепи, В (определяется как среднее арифметическое минимального Umin и максимального Umax значений напряжения, допускаемых на входе аппаратуры);

Uб - напряжение на аккумуляторе при буферном режиме, В (2,2 В);

n - количество аккумуляторов в батарее.


Ucp = Umin + Umax / 2,


По цепи 24 В: Ставлю 2 стойки САРН.


По цепи 60 В:


Ucp = 58+72/2 = 65В


nоб =65/2,2 = 29,5 ≈ 30акк.


nдб = n - nоб = 34-30 = 4акк.


Проверка потребности в делении ДБ на несколько секций осуществляется по формуле:


kДБ = uб'*nДБ/Umax – Umin,


где uб' - номинальное напряжение одного аккумулятора ДБ во время разряда, В (2 В).

По цепи 60 В:


kДБ = 2*4/72-58 = 0,57 < 1


Так как kДБ = 0,57 нет необходимости делить дополнительную батарею на группы. В случае организации питания аппаратуры через стойки САРН расчёту подлежит количество требуемых полупроводниковых стабилизаторов типа СНП или стоек САРН.

Каждая стойка САРН-П2 укомплектована шестью стабилизаторами, которые могут быть использованы для стабилизации напряжения отдельно для цепей 21,2 и 24 В.

Максимальный ток нагрузки, допускаемый одним стабилизатором СНП, составляет 30 А, но в избежании перегрева САРН общая нагрузка стойки не должна превышать 130-140 А. Так как ток по цепи 24 В составляет 142,11 А будем использовать четыре стабилизатора СНП. Здесь же учитывается потребность в резерве не менее двух стабилизаторов (ещё два стабилизатора остаются неподключенными в резерве из соображений экономии).


5.3. Расчёт выпрямительных устройств


Задача расчёта заключается в определении типа и количества рабочих и резервных ВУ.

Рабочие ВУ должны иметь 100%-ный резерв.

ВУ электроустановок должны обеспечивать буферную работу аккумуляторных батарей в режиме непрерывного подзаряда при напряжении 2,2В ± 2% на аккумулятор, а также в послеаварийный заряд этих батарей. Кроме того, ими должна быть обеспечена возможность формовки всей аккумуляторной батареи или её основной группы до напряжения 2,7 В на аккумулятор.

В условиях круглосуточного обеспечения ЭПУ электроэнергией от внешних сетей переменного тока и наличия ДГА имеется возможность заряжать батарею сразу же после аварийного разряда. Поскольку такой заряд не является систематическим и носит эпизодический характер, то установка отдельных зарядных устройств экономически не выгодна. Для этих устройств используются резервные ВУ электропитающей установки.

ВУ разделяются на зарядно-буферные, буферные и безбатарейные (непосредственного питания аппаратуры связи без батарей).

Зарядно-буферные ВУ обладают напряжением, позволяющим заряжать батарею в расчете 2,7 В на аккумулятор, и могут использоваться в ЭПУ как при схеме с несекционированной батареей с применением гасящих элементов, так и при схеме с секционированной батареей. Однако если предприятие связи хорошо обеспечено внешним электроснабжением, то разряд батарей, а следовательно, и их заряд будут редкими и возможности зарядно-буферных ВУ будут недоиспользованы. На таких предприятиях связи для повышения КПД и cos φ установок, сокращения расхода меди и трансформаторной стали целесообразно применение буферных ВУ, напряжение которых значительно ниже, чем в зарядно-буферных, - оно может быть установлено равным или несколько большим максимально допустимого для питаемой аппаратуры. Вследствие этого буферные ВУ применяются только в схемах с делением батареи на секции, в частности в автоматизированных ЭПУ или в ЭПУ с регулированием напряжения через САРН.

При заряде аккумуляторных батарей вручную в неавтоматизированных ЭПУ выпрямленное напряжение ВУТ может быть повышено при номинальном напряжении 24 В до 36 В, а при 60 В - до 74 В,

ВУ типа ВСП делятся на зарядно-буферные и безбатарейные (непосредственного питания аппаратуры).

Зарядно-буферные ВСП рассчитаны на применение в неавтоматизированных ЭПУ и соответствуют условиям их работы.

Тип и количество выпрямителей определяется по необходимой мощности и требуемому току.

Ток Iб буферной работы комплекта рабочих ВУ соответствует току, потребляемому аппаратурой связи в ч.н.н., при этом ток подзаряда вследствие его малости может не учитываться. Не учитывается также ток, потребляемый тональным телеграфом, поскольку нормально телеграф получает питание от сети переменного тока.


а) по цепи 24 В:

Iб = 129,61 А;


б) по цепи 60 В:

Iб = 50,4 А.


Ток в А резервного ВУ, обеспечивающего заряд стационарных кислотных аккумуляторов, определяется по формуле:


I3 = i3*N*nг


где i3 - зарядный ток на один индексный номер аккумулятора, А (для автоматизированных ЭПУ - 2 А);

N - индексный номер аккумуляторов;


а) по цепи 24 В:

I3 = 2*6*2 = 24 А;

б) по цепи 60 В:

I3 = 2*5*1 =10 А.

При определении тока I3 необходимо иметь в виду, что в автоматизированных ЭПУ послеаварийный заряд групп батарей производится одновременно, а в неавтоматизированных — поочередно.

По известным значениям токов Iб и I3 мощность выпрямительных устройств при буферной работе Рб и при заряде аккумуляторов Р3 определится в кВт как:


Pб = Iб Uб nб / 1000


Pз = Iз Uз nз / 1000,


где Uб - напряжение на аккумуляторе в буферном режиме, В (2,2 В);

Uз - напряжение на аккумуляторе в конце заряда, В (автоматизированных ЭПУ - 2,3В);

nб nз,- количество аккумуляторов в группе соответственно в буферном и зарядном режимах.


а) по цепи 24 В:


Iб = 129,61 А


б) по цепи 60В:


Iб = 50,4 А


а) по цепи 24 В:


Pб = 129,61*2,2*14/1000 = 3,99 кВт;


Pз = 24*2,3*14/1000 = 0,77 кВт;


б) по цепи 60В:


Pб = 50,4*2,2*30/1000 = 3,33 кВт;


Pз = 10*2,3*34/1000 = 0,78 кВт.


На основании выполненных расчетов по каталогу (прил. 4, 5) подбираются типы ВУ и ими комплектуются ЭПУ, при этом обращается внимание на взаимозаменяемость рабочих и резервного ВУ.

По полученным данным я выбрал следующие типы выпрямительных устройств:

Для ЭПУ – 24 В выбираем один рабочий ВУТ-31/125 и один резервный ВУТ-31/125. Для ЭПУ – 60 В выбираем один рабочий ВСП-60/20 и один резервный ВСП-60/20.


Технические данные выпрямительных устройств.

Таблица 7

Тип ВУТ
Выходная

мощность,

кВт
Выпрямленное напряжение, В
Выпрямлен-ный ток, А
кпд
COS φ




условная
максимальная
минимальное
Номинальное
максимальное
номинальное
минимальное






ВУТ-31/125
4
3,88
22
24
31
125
12,5
0,8
0,66

ВСП-60/20
1,2
1,28
59
60
66
20
2
0,7
0,6



6. Расчёт нагрузки электроустановки на внешние сети и выбор

ДГА


Мощность резервной электростанции должна быть достаточной для обеспечения электроэнергией аппаратуры связи, питаемой в буферном режиме или непосредственно от сети переменного тока, после аварийного заряда батарей, гарантированного освещения, а также двигателей вентиляции аккумуляторной и помещения ДГА, насосов топлива для ДГА.

Здание дома связи типа III является большим и, как правило, производится деление нагрузки освещения и силового оборудования на гарантированное и негарантированное.

При расчете нагрузок, создаваемой электроустановкой дома связи на сеть переменного тока, учитываются все виды нагрузок, в том числе мощность потребителей хознужд и общего освещения.

Формулы для расчёта мощностей:

Qб=; Qз=;

к – коэффициент одновременности включения

Р0=к0∙S∙cosφ; Q=S∙sinφ

В
этом случае активная и реактивная составляющие мощности ЭПУ в кВт, потребляемые от ДГА, составят:


где Рб - активная мощность, потребляемая ВУ в буферном режиме с аккумуляторными батареями, Вт;

Рз - активная мощность резервно-зарядного ВУ, Вт;

η - КПД выпрямительного устройства;

cos φ- коэффициент мощности выпрямительного устройства;

Ро, Qо - соответственно активная и реактивная мощности гарантированного освещения;

kо - коэффициент одновременности включения приборов и силового оборудования;

PДВ,QДВ - соответственно активная и реактивная мощности двигателей вентиляции.


Р = (3990/0,8 + 3330/0,7) + (770/0,8 + 780/0,7) + 0,6*10400 + 0,7*8300 = 23871Вт.






Q = (3990/0,8*0,751/0,66 + 3330/0,7*0,8/0,6) + (770/0,8*0,751/0,66 + 780/0,7*0,8/0,6)+2580+2279 = 19460 Вар.


Полная мощность ДГА в Вт*А:


,


В•А.


По значению полной мощности выбираю тип ДГА: 3×ДГА-48М.

Расчетные данные мощности ДГА и ЭПУ

Таблица 8

Наименование нагрузок
Мощности потребителей
Примечание

Активная, кВт
Реактивная, вар
Полная, кВ•А

1. Выпрямительные устройства в буферном режиме:












ВУТ-31/125
3990
2992
4987



ВУТ-60/20
3330
2497
4162



2. Выпрямительные устройства в режиме заряда батарей:












ВУТ-31/125
770
785
1100



ВУТ-66/20
780
796
1114



3. Двигатели вентиляторов
10400
7800
13000



4. Гарантированное освещение

8300
3536
9022



Итого:
27570
18407
33386



5. Потребители хозяйственных нужд
47600
35700
59500



6. Негарантированное освещение (общее)
21800
9286
23695



Всего:
96970
63394
116582
3×ДГА-48М

Коэффициент мощности по ЭПУ
0,83




По результатам расчета полной мощности электроустановки можно увидеть, что коэффициент мощности электроустановки высокий, поэтому необязательно принимать меры для его повышения.


7. Краткое описание работы схемы


Структурная схема электроустановки определяется видом питаемой аппаратуры связи, выбранной системой питания и типом использованного оборудования. При этом для ввода, коммутации и распределения напряжения переменного тока, поступающего от сети внешнего электроснабжения и резервной электростанции, широко используют щиты и панели переменного тока типов ЩПТА и ПВ-ЭЦК, благодаря которым обеспечивается автоматическое отключение негарантированных нагрузок, включение автоматизированной резервной электростанции ДГА через щит автоматики ЩДГА, подключение сети аварийного освещения к аккумуляторной батарее, защита линий от перегрева и короткого замыкания.

Фидеры питания к щиту ЩПТА подключаются через устройства автоматического ввода резерва (АВР), установленные во вводной панели ПВ-ЭЦК или шкафу управления ШУ, к которому вводные фидеры подключаются через вводные (отключающие) щитки ЩО.

Коммутация ВУ, аккумуляторных батарей и нагрузки производится посредством батарейных щитов ЩБ2 и коммутирующих устройств КУ в неавтоматизированных ЭПУ.

Коммутирующие устройства КУ обеспечивают: параллельное включение на нагрузку обеих групп батареи с буферными выпрямителями и без них, включение нагрузки на одну (любую) группу батареи при буферном режиме рабочих выпрямителей и одновременное включение на заряд второй группы батареи от резервно-зарядного выпрямителя (РЗВ), автоматическое подключение дополнительной секции к основной группе аккумуляторов при разряде батареи в аварийном режиме на нагрузку.


Список литературы

  1. Тюрморезов В.Е. Источники электропитания устройств железнодорожной автоматики телемеханики и связи. 2-е изд., Москва, Транспорт, 1978 г.
  2. Дмитриев В.Р., Смирнова В.И. Электропитающие устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Справочник. Москва, Транспорт, 1983 г.
  3. Бунин ДА, Хейн Д.Ш. Аппаратура транспортной проводной связи: Справочник. 2-е изд.} Москва, Транспорт, 1981 г.
  4. Фельдман А.Б., Частоедов Л.А. Электропитание устройств связи железнодорожного транспорта. 2-е изд., Москва, Транспорт, 1986 г.
  5. Чечулина А.Н. Выпрямительное устройство ВУТ. Методическое руководство к выполнению курсового проекта по дисциплине "Электропитание устройств автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте". Екатеринбург, 1997 г.