Расчет оптимального электропитающего устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра: «Электрические машины»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Расчет оптимальной ЭПУ

Содержание

Введение

Исходные данные

1. Краткая характеристика аппаратуры связи и общие требования к электроустановке

2. Требования, предъявляемые аппаратурой связи к устройствам электропитания

3. Выбор системы электропитания дома связи по способу резервирования, построения и эксплуатации ЭПУ

4. Выбор вида выпрямительных устройств и способа поддержания напряжения на входе питаемой аппаратуры в заданных пределах

5. Расчёт основного электрооборудования ЭПУ

5.1 Расчёт аккумуляторных батарей

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

5.3 Расчёт выпрямительных устройств

6. Расчёт нагрузки электроустановки на внешние сети и выбор ДГА

7. Краткое описание работы схемы ЭПУ

Список литературы

Введение

Современные средства железнодорожной связи являются технической базой обеспечения чёткой и безаварийной работой железных дорог. Поэтому роль установок электропитания в деле обеспечения бесперебойного действия связи весьма велика.

Электропитающие устройства объединяют источники первичного электропитания (источники снабжения электрической энергией) и источники вторичного электропитания (преобразователи количественных и качественных характеристик электроэнергии, коммутационные, распределительные и другие устройства).

Комплекс сооружений, обеспечивающих электроснабжение, освещение, питание аппаратуры связи, а также работу различного силового электрооборудования хозяйственного назначения как в нормальных условиях внешнего электроснабжения, так и в аварийных, образует электроустановку предприятия (объекта) связи. Электроустановки объектов связи должны строиться на базе применения современного промышленного оборудования, быть максимально автоматизированными и экономичными в эксплуатации и строительстве, обладать высокими значениями КПД и cos ц, допускать возможность развития узла связи без замены основного силового оборудования.

Основной частью электроустановки являются их ЭПУ (электропитающие установки), осуществляющие преобразования, регулирования, распределение, контроль, защиту и резервирование различных напряжений переменного и постоянного тока, необходимых для нормальной работы аппаратуры связи.

Цель данного курсового проекта заключается в том, чтобы с учётом конкретных условий узла связи определить оптимальный вариант ЭПУ, обеспечивающий бесперебойность снабжения аппаратуры связи электрической энергией необходимых напряжений и качества.

Исходные данные

1. Проектируемый дом связи представляет отдельное зда-ние, размещаемое на двухжабельной магистральной линии связи, и является обслуживаемым усилительным пунктом (ОУП).

Таблица 1. Характеристика дома связи и условия внешнего электроснабжения

Дом связи	Характеристика внешнего электроснабжения
характер здания	тип	место расположения
Трехэтажное кирпичное	III	Крупная станция	Круглосуточное и устойчивое электроснабжение по двум линиям от двух пунктов крупной энергосистемы

Номинальное напряжение переменного тока на вводах ЭПУ дома связи -- 220 В, его колебания находятся в пределах 187-7-242 В. Отклонения частоты переменного тока не превышают ±5%, несинусоидальность формы кривой напряжения составляет не более 10%.

2. В линейно-аппаратном зале (ЛАЗ) дома связи размещаются обслуживаемые усилительные станции транзитных и каналообразующая аппаратура конечных пунктов высокочастотных (ВЧ) систем передачи К-60п, аппаратура уплотнения воздушных и кабельных линий примыкающих направлений, а также аппаратура оперативно-технологической связи.

Кроме того, в доме связи размещаются автоматическая телефонная станция (АТС) местной связи, коммутаторы междугородней (МТС) и узлы автокоммутации (УАК) дальней автоматической телефонной связи (ДАТС).

Состав и количество аппаратуры в доме связи

Табл.2

Тип аппаратуры	Еденица измерения	Кол-во аппаратуры
Системы передачи по линиям связи
К-60п (промежуточная станция ПК-60п с ДП)	система	3
К-60п (оконечная станция ОК-60п с ДП)	система	2
В-12-Зм (оконечная станция ОВ-12-Зм с ДП	система	2
В-3-З (оконечная станция ОВ-3-3Цв)	система	2
В-3-З (оконечная станция ОВ-3-3Ст с ДП)	система	2
Аппаратура выделения и ВЧ транзита первичных групп
СТПГ-АК-5	стойка	1
Аппаратура К-24Т «АСТРА»	стойка	2
Обслуживание служебной связи и телемеханики
ССС-7	стойка	1
ТМ-ОУП	комплект	1
Аппаратура тонального телеграфирования:
ТТ-12	Комплект	2
Аппаратура оперативно-технологической связи
ПСТ-2М	станция	1
ПСТ-4	станция	1
ДРС-И-69	станция	1
МСС-12-6-60	стойка	1
Аппаратура междугородной и местной телефонной связи
АТСК-100/2000	номер	500
УАКДАТС	канал	30
М-60	коммутатор	3

ДП - дистанционное питание необслуживаемых усилительных пунктов (НУП) дальней связи.

Дополнительные нагрузки дома связи

Табл.3

Наименование нагрузок	Установленная мощность, кВТ	Коэффициент мощности, cosц	Коэффициент одновременности включения приборов нагрузки
Дом связи - тип III
Вентиляция аккумуляторной, помещения ДГА, насосы для подкачки топлива ДГА (гарантированная силовая нагрузка)	10,4	0,8	0,6
Гарантированное освещение	8,3	0,92	0,7
Аварийное освещение 24 В постоянного тока	0,3	1,0	1,0
Негарантированное (общее) освещение	21,8	0,92	0,7
Негарантированное силовое электрооборудование (потребители хозяйственных нужд)	47,6	0,8	0,66

1. Краткая характеристика аппаратуры связи и общие требования к электроустановке

Промежуточная 60 канальная обслуживаемая станция ПК-60п служит для организации 60 телефонных каналов по симметричным непупинизированным двухкабельным линиям связи. Выполнена полностью на полупроводниковых приборах с использованием печатного монтажа . ПК-60п состоит из одной стойки линейных усилителей и корректорв СЛУК-ОУП-2, имеющей двухчастотную плоско-наклонную автоматическую регулировку уровня (АРУ) или СЛУК-ОУП-3 с трёхчастотной плоско-наклонной криволинейной АРХ. Кроме того, в состав обслуживаемой промежуточной станции входят: вводно-кабельное оборудование (2 стойки СВКО К-60п), две стойки дистанционного питания СДК-К-60п, унифицированная коммутационно-вызывная аппаратура служебной связи УКВСС (ССС-8), оборудование телемеханики ТМ-ОУП, телеконтроля (один прибор на все системы), прибор для настройки косинусных корректоров (один прибор на все системы).

На ОУП можно выделить до двух 12-канальных групп для использования каналов ТЧ в данном пункте или передачи по ВЧ транзиту на другую систему. Для выделения и введения 12-канальных групп служит аппаратура СВПГ.

Электропитание аппаратуры К-60п осуществляется от источника постоянного тока: основные цепи - 21,2 В; цепи сигнализации - 24 В.

Система передачи В-12-3 (код изделия 6661300000) служит для организации 12 каналов ВЧ (возможно вторичное уплотнение телефонных каналов аппаратурой тонального телеграфа, фототелеграфа), а также обеспечивает передачу сигналов импульсных систем и радиовещания. Выполнена полностью на полупроводниковых приборах, имеет унифицированную конструкцию. Оконечная станция ОВ-12-3 состоит из одной стойки (код изделия 6661310200). Стойка рассчитана на две системы.

Система передачи В-3-3 предназначена для уплотнения цепей воздушных линий связи. Оконечная станция ОВ-3-3Цв для уплотнения цепей из цветных металлов состоит из одной стойки (код изделия 6661110500). Оконечная станция ОВ-3-3Ст для уплотнения стальных цепей состоит из одной стойки (код изделия 6661110200).

Аппаратура выделения первичных групп СВПГ предназначена для выделения и введения на обслуживаемых промежуточных усилительных станциях ПК-60п одной или двух нижних 12-канальных групп, занимающих полосу частот 12,3-59,4 или 12,3-107,7 кГц, и транзита выделенных каналов. СВПГ рассчитана на работу в сухих отапливаемых помещениях при температуре от 10 до 40 С и относительной влажности воздуха 75%. Конструкция стоек базовая, заполнение стоек одностороннее.

ССС-7 предназначена для организации служебной связи на КЛС, уплотнённых системой передачи К - 60п. В состав оборудования входят стойки для оконечных и промежуточных усилительных пунктов, комплекты МСС, ПСС-1 и ПСС-2 предназначены для ОП и ОУП, конструктивно и схемно комплекты одинаковы. Каждый даёт возможность индивидуального и циркулярного вызова и выхода на аппарат электромеханика. Комплект имеет блок переходного устройства для включения в сквозную цепь. Два входа для переходного устройства используют для подключения к переходному каналу, а третий для подключения разговорных и вызывных приборов. Каждый комплект имеет приёмник индивидуального вызова (ПИВ), настроенный на соответствующую частоту. Блоком для циркулярного вызова снабжён ПСС-1. Электропитание аппаратуры ССС-7 осуществляется от источника постоянного тока: основные цепи - 21,2 В; цепи сигнализации - 24 В. ССС-7 рассчитана на работу в сухих отапливаемых помещениях при температуре от 10 до 40 С и относительной влажности воздуха 75%.

К - 24т «Астра» служит для получения 24 каналов и работает на полосе частот 12-108 кГц. Электропитание аппаратуры К-24т осуществляется от источника постоянного тока: основные цепи - 21,2 В; цепи сигнализации - 24 В. Конструкция аналогична К 60п.

Комплект ТМ-ОУП формирует и передает команды управления в линию связи и принимает сигналы с линии. Состоит из распределителей, формирователей тактовых импульсов, блока автоматического запуска распределителя, коммутирующих лучей, блока приема и передачи двух схем совпадения, элементов в ЭП и бесконтактных реле.

Аппаратура ПСТ-2М (код изделия 812120) предназначена для организации связи по двух цепям постанционной связи (ПС). В составе ПСТ-2М стойка на два направления ПСТ-2М и кнопочный пульт телефонистки ПК.

Аппаратура ПСТ-4 предназначена для организации связи по четырем цепям постанционной связи (ПС). В составе ПСТ-4 стойка на четыре направления ПСТ-4 и восемь рамок с кнопками.

Аппаратура МСС 2-1-60 предназначена для подключения студий небольших узлов связи к сети к магистральной и дорожной связи совещаний. Аппаратура работает в качестве оконечного усилителя четырёхпроводной связи и узловой трансляции связи совещаний, позволяя включать два высокочастотных канала (распорядительное и исполнительное направления) по четырёхпроводной системе и одну физическую двухпроводную цепь. В качестве двухпроводных физических цепей можно использовать ВЛС и КЛС.

Аппаратура состоит из распределителя на четыре направления, студийных усилителей приема и передачи, усилителей двухпроводных линий Л1 и Л2, преобразователя напряжения для питания цепей прямого и обратного управления от источника постоянного тока напряжением 24В, приёмника обратного управления для приёма и транслирования обратного управления от распорядительной станции при включении по четырёхпроводному каналу или для приёма и транслирования прямого управления от исполнительного направления, включенного по четырёхпроводному каналу при включении распорядительного направления по двухпроводной физической цепи; переговорно-вызывного устройства, которое позволяет контролировать качество связи совещаний и вести переговоры по четырёх и двухпроводным каналам, а также по служебной линии со студией. Электропитание установки осуществляется от источника постоянного тока напряжением 24 В.

Система дальней автоматической телефонной связи ДАТС с четырёхпроводным транзитом разработана с целью дальнейшего совершенствования автоматической телефонной связи на железных дорогах. Комплекты дальнего набора применяют в УАК магистральной и дорожной сетях ДАТС. Электропитание установки осуществляется от стационарной батареи напряжением 60 В с допустимыми отклонениями напряжения от 52 до 66 В и источника постоянного тока напряжением 24 В +2 -2 В. Аппаратура рассчитана на работу в сухих отапливаемых помещениях при температуре от 15 до 35 С и относительной влажности воздуха 45-75%.

Междугородный коммутатор М-60 предназначен для индивидуальной установки и комплектации междугородных станций до 60 каналов. Коммутатор имеет 2 рабочих места и 10 шнуровых пар. Оформлен в деревянном двухпанельном корпусе и содержит комплекты линий: междугоролных-6, соединительных - 8, прямых абонентов - 5, заказных - 2, служебных - 2, служебных передаточных (двусторонних) - два. Электропитание коммутатора осуществляется от источника постоянного тока напряжением 24 В.

электропитающий устройство связь сеть

2. Требования, предъявляемые аппаратурой связи к устройствам электропитания

A. Обеспечение высокой надежности снабжения электроэнергией. В соответствие с ОСТ 32.14-80, по которому все электроприемники железнодорожного транспорта в отношении надёжности снабжения их электроэнергией разделены на три категории, дома связи отнесены к особой группе приёмников 1-й категории. Их электроснабжение должно осуществляться с двойным резервированием, то есть от трёх независимых источников электроэнергии с обязательной установкой в домах связи местных резервных электростанций в виде автоматизированных дизель-агрегатов ДГА.

Поскольку аппаратура связи не допускает даже кратковременных перерывов питания, возникающих, например, при переключении фидеров, то ЭПУ дополняется аккумуляторными батареями, ёмкость которых рассчитывается на питание аппаратуры связи в часы наибольшей нагрузки (ч. н. н.) в течение двух часов.

Б. Номинальные напряжения и показатели качества электрической энергии.

Номинальные напряжения аппаратуры проводной связи, их отклонения и допустимые псофометрическая или среднеквадратичная пульсации по постоянному току нормированы ГОСТ 5237-83 "Установки электропитания проводной связи. Напряжения", Этому ГОСТу должны соответствовать и проектируемые установки электропитания домов связи.

B. Токовые нагрузки, создаваемые аппаратурой связи, на источники питания. При выполнении расчётов следует учитывать, что ОУПы кабельных магистралей осуществляют дистанционное питание аппаратуры НУПов через стойки СДП-К-60п. Кроме того, следует обратить внимание на оборудование систем дальней связи. Оно состоит из отдельных стоек. Некоторые из этих стоек являются групповыми и могут обслуживать одновременно несколько систем.

Нагрузка, создаваемая аппаратурой связи, не остаётся постоянной. Особенно большими колебаниями в течение суток отличается нагрузка АТС. Однако, несмотря на такие изменения, устройства электропитания в целях обеспечения качественной связи должны рассчитываться с учётом максимального потребления тока в ч. н. н.

Ток, потребляемый аппаратурой избирательной связи, значительно увеличивается во время посылки вызова и уменьшается при разговоре. Поскольку посылка вызова по времени незначительна, то при расчёте ёмкости батареи учитывается только ток, потребляемый аппаратурой при разговоре.

В расчетах тока нагрузок рекомендуется предусматривать резерв 15 - 20% для развития связи в ближайшие 5-10 лет.

Следует, однако, иметь в виду, что ток, потребляемый аппаратурой связи в реальных условиях её нагрузки, несколько меньше его расчётного (паспортного) значения. Это уменьшение характеризуется коэффициентом спроса k_Cj который для аппаратуры отделенческой связи и систем передачи, АТС ручных и автоматических междугородних станций составляет 0,75 по цепи 24 В и 0,8 по цепи 60 В. Поэтому токовая нагрузка аппаратуры связи в окончательном виде должна быть определена с учётом коэффициента спроса.

Таблица 4

Параметры электропитания аппаратуры связи

Вид аппаратуры	Напряжение источника тока, В	Допускаемая пульсация напряжения, создаваемая источником тока при измерении, В
	номиналь-ное	допускаемые пределы изменения	ламповым вольтметром со среднеквад-ратичной шкалой	псофомет-ром
Аппаратура дальней связи на транзисторах (К-60п, ПСТ-4, МСС-2-1-60, ДРС-И-69 и др.)	24	21,6 - 26,4	250*10-3 в полосе частот до 300 Гц и 15*10-3 в полосе частот от 300 Гц и выше	-
Коммутаторы ручных междугородних телефонных станций (М-60)	24	21,6 - 26,4	-	2,4*10-3
Оборудование автоматических междугородних телефонных станций (ДАТС)	60	58 - 66	-	5*10-3
Координатные АТС (АТС-К 100/2000)	60	54 - 72	-	5*10-3
Аппаратура тонального телеграфирования, (ТТ-12, ТТ-48 и др.)	24	21,6 - 26,4	0,24	-

Расчётные данные потребления тока аппаратурой связи в аварийном режиме Таблица 5

Потребители электроэнергии	Единица измерения	Количество аппаратуры	Потребление тока в час наибольшей нагрузки, А, при напряжениях, В
			ЛАЗ	АТС и МТС
			Стабил. -21,2	Нестабил. -24	60	24
			на единицу	общая	на единицу	общая	на единицу	общая	на единицу	общая
К-60п (промежуточная станция ПК-60п с ДП)	Система	3	-	-	-	-	-	-	-	-
СЛУК ОУП-2	Стойка	1	2,40	2,40	9,50	9,50	-	-	-	-
К-60п (оконечная станция ОК-60п с ДП)	Система	2	-	-	-	-	-	-	-	-
СЛУК ОП	Стойка	1	1,10	1,10	3,50	3,50	-	-	-	-
СУГО-1-5	Стойка	1	19,80	19,80	2,91	2,91	-	-	-	-
СКЧ	Стойка	1	1,75	1,75	1,34	1,34	-	-	-	-
СГП	Стойка	1	4,00	4,00	5,00	5,00	-	-	-	-
СИП-60	Стойка	2	1,40	2,80	0,47	0,94	-	-	-	-
СТВ-ДС	Стойка	2	-	-	3,50	7,00	-	-	-	-
СДП К-60п	Стойка	1	16,00	16,00	2,00	2,00	-	-	-	-
В-12-3м (оконечная станция ОВ-12-3м с ДП)	Система	2	-	-	8,40	16,80	-	-	-	-
В-3-3 (оконечная станция ОВ-3-3Цв)	Система	2	1,46	2,92	0,20	0,40	-	-	-	-
В-3-3 (оконечная станция ОВ-3-3Ст с ДП)	Система	2	2,10	4,20	0,20	0,40	-	-	-	-
СТПГ-АК-5	Стойка	1	-	-	1,55	1,55	-	-	-	-
Аппаратура К-24T «Астра» (оконечная станция)	Система	2	-	-	-	-	-	-	-	-
СО-К-24Т	Стойка	1	-	-	11,40	11,40
ССС-7	Стойка	1	0,15	0,15	0,65	0,65	-	-	-	-
ТМ-ОУП	Комплект	1	1,40	1,40	0,30	0,30	-	-	-	-
ТТ-12	Комплект	2	-	-	4,80	9,60	-	-	-	-
ПСТ-2М	Станция	1	-	-	0,15	0,15	-	-	-	-
ПСТ-4	Станция	1	-	-	0,15	0,15	-	-	-	-
ДРС-И-69	Станция	1	-	-	0,40	0,40	-	-	-	-
МСС-12-6-60	Стойка	1	-	-	1,50	1,50	-	-	-	-
АТСК-100/2000	Номер	500	-	-	-	-	4,50	22,50	-	-
УАК ДАТС	Канал (комп-лект ДАТС)	30	-	-	-	-	1,00	30,00	0,20	6,00
М-60	Коммутатор	3	-	-	-	-	-	-	2,00	6,00
	Итого	51,56	56,52	57,92	75,49	5,50	52,50	2,20	12,00
	Резерв (20%)	10,31	11,30	11,58	15,10	1,10	10,50	0,44	2,40
	Всего	61,87	67,82	69,50	90,59	6,60	63,00	2,64	14,40
	Всего с учётом коэффициента спроса	46,40	50,87	52,13	78,20	5,28	50,40	1,98	10,80

3. Выбор системы электропитания дома связи по способу резервирования, построения и эксплуатации ЭПУ

Система электропитания дома связи - это совокупность системы электроснабжения и средств вторичного электропитания, объединенных общим функциональным назначением.

По способу резервирования системы делятся на выпрямительно-аккумуляторные и безаккумуляторные (безбатарейные). Питание дома связи III типа может обеспечить как первая так и вторая система. Однако, я выбираю выпрямительно-аккумуляторную систему. Она формируется из кислотно-свинцовых аккумуляторов, которые имеют высокое разрядное напряжение и низкое внутреннее сопротивление. Батареи включаются по способу буферной работы с выпрямителями в режиме непрерывного подзаряда. Большое достоинство способа это возможность полной автоматизации действия питающей установки, позволяющей значительно сократить потребность в обслуживающем персонале.

Я выбираю многобатарейную систему. При многобатарейных системах для каждого из напряжений постоянного тока, требуемых для питания аппаратуры связи, устраивается отдельная ЭПУ. Многобатарейные системы позволяют постепенно наращивать мощность преобразовательно - распределительных устройств ЭПУ путем добавления стандартных блоков оборудования, здесь выбираем многобатарейную систему на 24В и на 60В.

По способу эксплуатации ЭПУ я беру автоматизированный. Потому что электроснабжение работает без перебоев и третий дом связи.

Аккумуляторные батареи в процессе эксплуатации подвергаются ежегодным контрольным разрядам и другим профилактическим мероприятиям с отключением от нагрузки. Если в это время произойдёт отключение сети переменного тока, то перерыв питания аппаратуры связи неизбежен. Поэтому одногруппные аккумуляторные батареи в ЭПУ узлов железнодорожной связи находят ограниченное применение. Хотя по рекомендации ГТСС, использование одногруппных батарей допускается только для питания АТС и узлов ДАТС при токе нагрузки в автоматизированной ЭПУ до 140 А. В нашем случае ток по цепи 24 В не превышает 140 А и в цепи 60 В тоже не превышает.

4. Выбор вида выпрямительных устройств и способа поддержания напряжения на входе питаемой аппаратуры в заданных пределах

Для того чтобы аккумуляторная батарея при работе в буферном режиме с выпрямителями находилась в заряженном состоянии и была готова принять на себя нагрузку при аварии в сети переменного тока, необходимо поддерживать на зажимах напряжение равное 2,2 В на аккумулятор (режим непрерывного подзаряда). Однако в этом случае напряжение всей батареи оказывается выше напряжения максимально допустимого на аппаратуре.

Существуют два способа поддержания напряжения на входе питаемой аппаратуры в заданных пределах: а) гасящих элементов, б) секционирования батареи.

При способе гасящих элементов в цепи нагрузки последовательно включаются нелинейные или управляемые элементы, на которых гасится избыток напряжения. Но этот способ является неэкономичным, так как в гасящих элементах непроизводительно расходуется до 10-15% электроэнергии, потребляемой аппаратурой связи.

Метод секционирования батареи, наоборот, экономичен, но требует усложнения схемы и оборудования ЭПУ. Поэтому мы отдаём предпочтение этому методу.

При этом способе батарея делится на основную (ОБ) и добавочную (ДБ) секции (группы). На буферную работу включается только ОБ, количество аккумуляторов в которой выбирается таким, чтобы напряжение на ней в буфере было примерно равно среднему значению напряжения питания аппаратуры. Остальные аккумуляторы образуют ДБ и нормально отключены как от нагрузки, так и от основного выпрямительного устройства ОВ. В заряженном состоянии ДБ поддерживается специальным выпрямителем содержания (ВС). При переходе от нормального режима к аварийному - к ОБ последовательно подключаются ДБ.

Способ секционирования батарей удовлетворяет требованию регулирования напряжения в цепях с резко изменяющимся характером нагрузки (например, оборудования АТС и телеграфа), а также питания аппаратуры, требующей нестабилизированного напряжения 24±10% В. Однако, используемая при этом способе ступенчатая регулировка напряжения недопустима для некоторых видов аппаратуры дальней связи, поскольку она может нарушить её нормальную работу. Поэтому аппаратура, требующая стабилизированного напряжения 21,2±3% В, включается через стойки автоматического регулирования напряжения (САРН).

САРНы комплектуются полупроводниковыми стабилизаторами или угольными регуляторами напряжения и являются по своей сущности гасящими элементами. Регуляторы, однако, обладают ограниченным диапазоном изменения сопротивления и поэтому обеспечивают высокую стабильность напряжения лишь в условиях более или менее постоянной нагрузки, каковой и является нагрузка ЛАЗ. При резко изменяющейся нагрузке диапазон регулирования САРН оказывается недостаточным, и поэтому они не могут использоваться в этих случаях.

Для железнодорожных узлов связи небольшой мощности, заводы МПС поставляют выпрямительные устройства (ВУ) типа ВСП. Предприятия Министерства Связи выпускают достаточно мощные ВУ типа ВУК, которые в настоящее время заменили более совершенными тиристорными ВУ типа ВУТ.

ВУ типа ВУТ (ВУ) обладают высокой степенью автоматизации. В настоящее время они являются наиболее современными устройствами для питания аппаратуры связи и применяются во всех автоматизированных ЭПУ предприятий связи.

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 I_ав, на который должна быть рассчитана аккумуляторная батарея. Этот ток складывается из тока, необходимого для питания аппаратуры связи I_ап, 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 I_ao, потребляемый лампами аварийного освещения:

I_ao = P_осв / U_н

где P_осв - мощность ламп аварийного освещения, Вт;

U_н - номинальное напряжение рассчитываемой цепи, В.

I_ао = 0,3*10³/24 = 12,5А

Ток I_ав в общем случае определяется по формуле:

I_ав = I_апс + I_ап + I_ao,

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

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

а) по цепи 24 В:

I_ав =50,87+67,94+10,8+12,5=142,11 А

б) по цепи 60 В:

I_ав = 50,4 А

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

3.Расчёт ёмкости аккумуляторных батарей:

Q_р = 100 I_ав t_aв / р(1+k_t(t° - 25°)),

где р - коэффициент интенсивности разряда в %;

k_t -- 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 = U_min + ДU_{токорасп} + ДU_комм + ДU_САРН / U_к

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

ДU_{токорасп} - падение напряжения в токораспределительной сети (1,1 В в цепи 24 (21,2) В и 1,6 В в цепи 60 В);

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

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

U_к - 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:

n_об = U_cp / U_б;

n_дб = n - n_об

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

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

n - количество аккумуляторов в батарее.

U_cp = U_min + U_max / 2,

По цепи 24 В: Ставлю 2 стойки САРН.

По цепи 60 В:

U_cp = 58+72/2 = 65В

n_об =65/2,2 = 29,5 ? 30акк.

n_дб = n - n_об = 34-30 = 4акк.

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

k_ДБ = u_б^'*n_ДБ/U_max - U_min,

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

По цепи 60 В:

k_ДБ = 2*4/72-58 = 0,57 < 1

Так как k_ДБ = 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 ц 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:

I_б = 129,61 А;

б) по цепи 60 В:

I_б = 50,4 А.

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

I₃ = i₃*N*n_г

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 I_б и I₃ мощность выпрямительных устройств при буферной работе Р_б и при заряде аккумуляторов Р₃ определится в кВт как:

P_б = I_б U_б n_б / 1000

P_з = I_з U_з n_з / 1000,

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

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

n_б n_з,- количество аккумуляторов в группе соответственно в буферном и зарядном режимах.

а) по цепи 24 В:

I_б = 129,61 А

б) по цепи 60В:

I_б = 50,4 А

а) по цепи 24 В:

P_б = 129,61*2,2*14/1000 = 3,99 кВт;

P_з = 24*2,3*14/1000 = 0,77 кВт;

б) по цепи 60В:

P_б = 50,4*2,2*30/1000 = 3,33 кВт;

P_з = 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 ц
	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:

Q_б=; Q_з=;

к - коэффициент одновременности включения

Р₀=к₀•S•cosц; Q=S•sinц

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

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

Р_з - активная мощность резервно-зарядного ВУ, Вт;

з - КПД выпрямительного устройства;

cos ц- коэффициент мощности выпрямительного устройства;

Р_о, Q_о - соответственно активная и реактивная мощности гарантированного освещения;

k_о - коэффициент одновременности включения приборов и силового оборудования;

P_ДВ,Q_ДВ - 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: 3ЧДГА-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	3ЧДГА-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

Тюрморезов В.Е. Источники электропитания устройств железнодорожной автоматики телемеханики и связи. 2-е изд., Москва, Транспорт, 1978 г.

Дмитриев В.Р., Смирнова В.И. Электропитающие устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Справочник. Москва, Транспорт, 1983 г.

Бунин ДА, Хейн Д.Ш. Аппаратура транспортной проводной связи: Справочник. 2-е изд._} Москва, Транспорт, 1981 г.

Фельдман А.Б., Частоедов Л.А. Электропитание устройств связи железнодорожного транспорта. 2-е изд., Москва, Транспорт, 1986 г.

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.

Размещено на Allbest.ru