Расчет электропитающей установки для устройств связи и автоматики

1.2 Расчет емкости аккумуляторной батареи

Прежде всего найдем суммарный ток, потребляемый от батареи в аварийном режиме преобразователями ССПН, КВ, ИТ, аварийным освещением и другими нагрузками при минимальном напряжении батареи в конце разряда с учетом коэффициента полезного действия (КПД) каждого преобразователя.

КПД стойки ССПН з_спн = 0,92; для КВ, работающего совместно с АБ, принимаем з_кв = 0,85; КПД инвертора ИТ примем з_ит = 0,8.

(1.4)

;

;

.

Ток аварийного освещения определяем по заданию:

Общий ток разряда АБ в течение десяти часов аварийного режима составляет:

(1.5)

По формуле 3.5 находим:

Емкость АБ:

(1.6)

где б = 0,0008 - температурный коэффициент изменения емкости аккумулятора,

t_р = 1,5 ч - время работы ДГУ,

з_G = 0,61 - коэффициент отдачи по емкости_, зависящий от времени разряда,

t_ср = 25 - средняя температура окружающей среды.

Рассчитываем по формуле 3.6 емкость АБ:

По таблице приложения выбираем аккумулятор А602/200 160PzV2000 с габаритами в мм: 775215400; .

Выберем аварийные выключатели.

Номинальный ток группы:

(1.7)

Непосредственно ток выключателей:

(1.8)

Теперь набираем искомый ток по номинальному значению тока ВА, итак, нам понадобятся:

ВА 51-39 (I_ном = 630 А) 5 шт.;

ВА 51-35 (I_ном = 250 А) 1 шт.;

ВА 51-25 (I_ном = 25 А) 2 шт.

2. Выбор выпрямителей

Выбор выпрямителей производится по номинальному напряжению и максимальному току, который они могут выдать на выходе.

Ток выпрямителей складывается из тока нагрузки и 10-ти часового тока заряда выбранной АБ

(2.1)

Где:

(2.2)

Где t_зар = 10 ч.

.

С учетом 75% загрузки выпрямителей их максимальный ток на выходе

(2.3)

В качестве выпрямительного устройства электропитания аппаратуры связи используем УЭПС-2 48/480-88 с трехфазным выпрямителем ВБВ 48/60-2 с габаритами в мм - 2250600600.

Устройства УЭПС обеспечивают:

- подключение 2-х групп АБ;

- одновременное питание нагрузки и заряд (буферный подзаряд) АБ;

- защиту АБ от разряда ниже допустимого уровня;

- изменение установки выходного напряжения с напряжения заряда (например, 2,3 В/элемент) на напряжение непрерывного подзаряда (например, 2,25 В/эл. при 20^о С) по окончании заряда АБ;

- защиту от к.з. выходных цепей выпрямителей, цепей АБ и нагрузки;

- селективное отключение любого неисправного выпрямителя в них;

- термокомпенсацию;

- равномерное распределение тока нагрузки между выпрямителями;

- батарейное тестирование;

- отключение низкоприоритетной нагрузки при разряде батареи;

- местную и дистанционную сигнализацию.

Рассчитаем число выпрямителей необходимых для нашего курсового проекта:

(2.4)

Где I_вбв=60 А по выбранному выпрямителю. А 3 - это число резервных выпрямителей. выпрямителей.

Выбираем количество стоек:

(2.5)

Где I_{max уэпс}=480 А - максимальный ток выбранной стойки.

Но поскольку резервные ВБВ устанавливаем в отдельную стойку, то N_УЭПС=3.

3. Расчет параметров вводной сети переменного тока и дизель-генератора

3.1 Расчет мощности АДГУ и выбор его типа

Максимальная нагрузка АДГУ при аварийном отключении питающего фидера переменного тока:

(3.1)

Мощность, потребляемая выпрямителями ВБВ УЭПСа:

(3.2)

где з_УЭПС = 0,9 - КПД выпрямителей.

(3.3)

Р_К и Р_СН - мощности кондиционирования и собственных нужд соответственно.

Активная составляющая длительной нагрузки ДГУ должна составлять 50 - 75% номинальной мощности агрегата, по значению последней и выбираем автоматизированный дизель-генератор типа ДГА-72 мощностью 72 кВт с габаритами 500023402400 мм.

ДГУ укомплектовывается помимо дизель-генератора щитом управления основными операциями ЩДГА, щитом заряда и разряда батарей и питания автоматики ЩЗРБ 60-М, баками для воды, масла и топлива.

3.2 Расчет потребления электроэнергии от внешней сети

Максимальная активная мощность Р_max, потребляемая от сети, больше мощности Р_ДГУ на величину дополнительных негарантированных нагрузок: мастерских Р_М, нормального общего освещения Р_ОСВ, общей вентиляции помещений узла связи и автоматики Р_ВЕНТ:

(3.4)

Р_max = 36725+5600+4300+4000 ? 51 кВт.

Годовая стоимость электроэнергии без учета реактивной составляющей мощности Q_max при стоимости одного кВт-часа Z руб. составляет:

(3.5)

Возьмем Z = 2,82 руб.

П_потр. = 51?365?24 ?2,82?2/3 ? 840 тыс. руб.

Реактивная мощность, потребляемая от сети, может быть вычислена через активную для отдельных групп нагрузок, имеющих одинаковый коэффициент мощности соsц (для освещения соsц = 1, для моторной нагрузки соsц = 0,7, для выпрямительной нагрузки соsц = 0,8):

, Ач (3.6)

Полная мощность, потребляемая от сети:

(3.7)

где - сумма всех активных мощностей;

- сумма реактивных мощностей групп нагрузок.

Максимальный ток по одной фазе, потребляемый из 3-х фазной сети переменного тока при равномерном распределении нагрузки по фазам:

(3.8)

Согласно значению фазного тока, выбираем предохранитель ПН2 60-100 А.

4. Расчет токораспределительной сети

Согласно заданию, токораспределительная сеть (ТРС) имеет 11 участков общей длиной 130 м. Токораспределительную сеть будем запитывать от КВ, поскольку он имеет максимальный ток нагрузки.

Рисунок 4.1 - Схема токораспределительной цепи

Расчет производим для каждого участка длиной l_i c током I_i.

На всех участках используем 2-х проводную медную линию.

Расчет сечения проводов в токораспределительной сети проводился по формуле:

(4.1)

где, - расчетное значение i-го сечения;

n = 2 - число проводов;

I_i - ток на i-м участке;

l_i - длина i-го участка;

- проводимость материала (Cu: = 57 См);

Фактическое падение напряжения для i-го участка рассчитывается по формуле:

(4.2)

где U'_ТРСi - фактическое падение напряжения до i-го участка.

S'_i - фактическое сечение i-го провода, полученное при округлении расчетного значения до стандартного;

- фактический ток i-го участка.

Потерю напряжения на следующих участках с учетом того, что по первому участку проходит общий ток, а на других участках он расходится по отдельным кабелям, находим для каждого из остальных участков по формуле 8.3:

(4.3)

Где:

(4.4)

Расчет для нулевого участка ТРС длиной 30 м:

С учетом вышеперечисленного:

По формуле 8.4 вычислим падение напряжения на следующем участке.

Расчет остальных участков длиной 10 м, = 17,5 А:

Можно сделать вывод о том, что падение напряжения в ТРС не превышает допустимой нормы, равной 0,8 В. Следовательно, расчет и выбор сечения проводов сделаны правильно.

5. Расчёт сопротивления защитного контура

Для защиты обслуживающего персонала проведем расчет защитного контура заземления и двух измерительных электродов.

Сопротивление токам растекания контура нормируется (ГОСТ 464-79) величиной не более 4 Ом. По заданию удельное сопротивление земли _з = 30 Ом•м.

Контур должен состоять из уложенной в грунт на глубину h = 0,7 м горизонтально в виде замкнутого прямоугольника или квадрата стальной шины длиной l_гор cечением 404 мм² и вертикальных электродов в виде стальных труб диаметром d_в = 20 мм и длиной l_в=2,5 м, углубленных в землю с расстоянием 3 м между ними и приваренных верхними концами к горизонтальной шине.

Сопротивление одного вертикального электрода рассчитаем по формуле:

(5.1)

Принимаем первоначально контур в горизонтальном плане в виде квадрата со стороной 3 м, с четырьмя вертикальными электродами (n = 4). Тогда сопротивление токам растекания такого горизонтально расположенного контура из стальной шины:

(5.2)

где b = 0.04 м, l_гор=12 м

Общее сопротивление такого контура:

 (5.3)

где К_сез = 1,4 - сезонный коэффициент;

n - число вертикальных электродов в контуре;

з_ив, з_иг - коэффициенты использования (экранирования) соответственно вертикальных электродов и горизонтальной полосы квадрата, равные з_ив=0.65, з_иг=0.45.

Для четырёх вертикальных электродов:

Данное значение не превышает норму 4 Ом, следовательно, данное сопротивление удовлетворяет нормам.

Подсоединение защитного контура к главной заземляющей шине (ГЗШ) ЭПУ осуществляется кабелем или стальной шиной сечением 254 мм² или оцинкованным проводом диаметром более 6 мм. Подключение к ГЗШ измерительных электродов, удаленных от защитного контура и друг от друга на расстояние трех-пяти диагоналей контура производится кабелем или проводом с хорошей (чаще двойной) изоляцией. Корпуса оборудования ЭПУ и автозала подключаются к ГЗШ напрямую.

Подключение одного из полюсов постоянного тока (чаще положительного) с выхода выпрямителей к шине ГЗШ производится только в одном месте. Соединение этого полюса далее с корпусами оборудования автозала запрещается.

Шина ГЗШ должна располагаться в непосредственной близости от места ввода защитного и измерительных контуров, вблизи от ввода фидеров переменного тока, ввода кабелей связи, автоматики и места расположения кросса.

Основная система уравнивания потенциалов ЭПУ и автозала выполняется медным проводом сечением не менее 6 мм² или алюминиевым ? 16 мм² или стальным ? 50 мм².

6. Размещение оборудования и защитного контура

аккумуляторный батарея генератор электропитающий

В небольших центрах связи и автоматики для размещения оборудования ЭПУ необходимы помещения: щитовая, дизельная автозал.

Ширина проходов между шкафами, щитами, стенами помещения (при установке напольного оборудования) должна быть не менее 0,8 м, высота - не менее 1,9 м. Между дизель-электрическим агрегатом (ДГА) со стороны управления и соседним агрегатом и стеной проход должен быть не менее 1 м, а между ДГА и фасадом щита - не менее 1,2 м.

При расчете площадей помещений S_П допускаем, что S_П = 5S_ОБ, где S_ОБ - площадь размещаемого оборудования в плане.

План размещения оборудования приведен на листе 2 в альбоме, используется 2 помещения площадью 3x6 м².

Подсоединение защитного контура к главной заземляющей шине (ГЗШ) ЭПУ осуществляется кабелем или стальной шиной сечением 254 мм² или оцинкованным проводом диаметром более 6 мм. Корпуса оборудования ЭПУ и автозала подключаются к ГЗШ напрямую.

Подключение одного из полюсов постоянного тока (чаще положительного) с выхода выпрямителей к шине ГЗШ производится только в одном месте. Соединение этого полюса далее с корпусами оборудования автозала запрещается.

Шина ГЗШ должна располагаться в непосредственной близости от места ввода защитного и измерительных контуров, вблизи от ввода фидеров переменного тока, ввода кабелей связи, автоматики и места расположения кросса.

7. Расчет надежности ЭПУ

Для расчета надежности ЭПУ на основании функциональной схемы составим расчетную схему, на которой отразим последовательные и параллельные цепи установки. Схема изображена на рисунке 7.1. Для расчета выбираем самый ненадежный вариант нагрузки - ИТ.

Рисунок 7.1 - Структурная схема ЭПУ для расчета надежности

Условная интенсивность отказов отдельных блоков, узлов ЭПУ представлена в таблице 7.1. При экспоненциальном законе распределения и взаимной независимости отказов:

Р(t) = е ^{-л t} ? 1? лt, (7.1)

где л - суммарная интенсивность отказа элемента, блока системы;

t - интервал времени, за которое определяется вероятность отказов,

t1=1,4 ч (согласно заданию);

t2= t3=24 ч;

t4=1 ч.

Алгоритм расчета трактов:

Надежность последовательно соединенных элементов рассчитывается по формуле:

 (7.2)

где n - число блоков, включенных последовательно.

Надежность параллельных цепей производится по формуле:

(7.3)

где m - число блоков, включенных параллельно.

Надежность всего тракта:

Р_тр (t) = Р_посл (t)*P_парал (t). (7.4)

Интенсивность отказа тракта:

л_тр1 = л₁ + л₂ + л₃ +… +л_n, 1/ч. (7.5)

Время наработки на отказ:

(7.6)

Коэффициент готовности тракта:

(7.7)

где _в1 - время восстановления тракта.

Аналогично по формулам (7.5), (7.6), (7.7) найдем К_тр для остальных трактов. Тогда коэффициент готовности всей ЭПУ c учетом всех параллельных трактов:

(7.8)

Наработка на отказ всей системы параллельных трактов:

(7.9)

Выполним расчет надежности своей установки.

1) Первый тракт - нормальный режим эксплуатации.

.

2) Второй тракт - питание от ДГУ при отсутствии внешнего электроснабжения.

.

3) Третий тракт - питание от АБ от момента исчезновения внешнего электроснабжения до запуска и введения в стабильный режим работы ДГУ.

.

4) Четвертый тракт - послеаварийный режим восстановления работоспособности ЭПУ:

.

Находим по формуле (7.8) коэффициент готовности всей ЭПУ c учетом четырех параллельных трактов:

Определяем наработку на отказ всей системы из четырех параллельных трактов по формуле (7.9), k = 4:

Поэтому, для оценки надежности спроектированной электропитающей установки примем во внимание только первый тракт, считая его единственным, поскольку остальные три, могут вообще никогда не включиться.

Итак, среднее время безотказной работы:

Заключение

В данном курсовом проекте была разработана электропитающая установка для устройств автоматики и связи с буферным многобатарейным способом электропитания, обеспечивающая электроснабжение переменным током по группе, бесперебойное питание потребителей: 24В, 48В, 220В, а так же аварийное освещение и гарантированное питание II категории с выходным напряжением 48 В. Для всех трех нагрузок выбран активный способ регулирования постоянного напряжения на выходе. Рассчитана емкость и число элементов щелочной аккумуляторной батареи. Выбраны выпрямительные агрегаты, устройства коммутации постоянного тока. Выполнен расчет источников переменного тока, выбрана резервная электростанция и устройство гарантированного питания. Проведено размещение оборудования и рассчитана токораспределительная сеть для нагрузки 24В длиной 130 м, разбитая на 11 участков.

Библиографический список

1. Поздняков Л.Г., Карпова Л.А., Митрохин В.Е. Расчет электропитающей установки для устройств автоматики и связи. Омск, 1984, 51 с.

2. Инженерно-технический справочник по электросвязи. «Электроустановки». Казаринов И.А. и др. М.: Связь, 1976, 590 с.

3. Доросинский Л.Р. Методическое пособие «Курсовая работа по дисциплине «Электропитание устройств ЖАТС». Омск, 2010, 50 с.

Размещено на Allbest.ru