Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

В данном курсовом проекте производится проектирование электропитания устройств автоматики и связи. В процессе проектирования производится разработка вводного устройства, выпрямительного устройства, аккумуляторной батареи, конверторов и инверторов, дизельного автогенератора, распределительного шкафа, размещение данного оборудования и защитного контура, расчёт надёжности электропитающей установки.

Введение

Система электропитания стационарных устройств связи и автоматики - сложный комплекс, на который приходится более 40 % количества повреждений и стоимости оборудования.

Цель работы: составить по заданным условиям задания один из вариантов системы электропитания с расчетом и выбором ее элементов.

Основные источники электроэнергии ? внешнее электроснабжение по фидерам напряжением 380, 220 В 50 Гц, местная дизель-генераторная установка (ДГУ) и аккумуляторная батарея (АБ).

По уровню надежности электропитающие установки (ЭПУ) связи и автоматики разделяют на электроприемники I, I особой и II категорий.

К ЭПУ особой группы I категории надежности относят посты ЭЦ, узлы связи с количеством портов (абонентов) более 10000, узлы междугородной и международной связи, узлы связи, соединенные с узлами оперативных служб.

К ЭПУ II категории надежности относят узлы местной связи с количеством портов до 1024, базовые станции подвижной связи.

Питание ЭПУ I категории и особой группы I категории осуществляют от двух фидеров внешнего электроснабжения. Для особой группы обязательно наличие дополнительно автоматизированной дизель-генераторной установки (АДГУ) при двух фидерах питания и двух АДГУ - при одном фидере.

Для питания ЭПУ II категории в качестве одного из двух независимых источников допускается использование ДГУ.

На время переключения фидеров или ввода ДГУ в устойчивую работу питание ЭПУ особой группы I категории должно осуществляться при максимальной нагрузке от АБ в течение не менее 2-х часов, питание ЭПУ I категории - не менее 8-и часов, а ЭПУ II категории - не менее 24-х часов.

Из всех используемых в настоящее время способов электропитания в данном проекте рассматривается наиболее сложная работа ЭПУ для стационарных объектов связи и автоматики по системе «On-Line», т. е. с двойным преобразованием электроэнергии. При данном способе электропитания входное сетевое напряжение преобразуется в постоянное при наличии опорной свинцово-кислотной АБ, работающей в буфере с выпрямителями, а постоянное напряжение с помощью электронных блоков ? в заданное переменное или постоянное напряжение нагрузки.

Такую однобатарейную систему с опорной АБ используют при задании одной нагрузки большой мощности, близкой по напряжению к напряжению АБ, и при других нагрузках, не превышающих по мощности 10 кВт.

1. Структурная схема электропитающей установки

Структурная схема электропитающей установки изображена на рисунке 1.

Ф1, Ф2 - фидеры внешнего электроснабжения;

ЩВРА - вводные устройства, включающие в себя вводные щиты, шкафы, узлы автоматического включения резерва (АВР);

ДГУ - дизель-генераторная установка;

ВУ - выпрямители;

ССПН - стойка стабилизаторов постоянного напряжения;

КВ - конвертор (вольтодобавочное устройство);

ИТ - инвертор;

ШР - шкаф распределительный.

Расчёт ЭПУ начинается с расчёта аккумуляторной батареи АБ.



Рисунок 1 - Структурная схема ЭПУ.

2. Выбор элементов ЭПУ

2.1 Расчёт аккумуляторной батареи

Аккумуляторная батарея ? это важнейший узел, от параметров которого зависит бесперебойное электроснабжение системы связи и автоматики.

По конструкции используются аккумуляторы с жидким и гелеобразным электролитом. Расчет ведется при аварийном режиме ЭПУ, когда основная нагрузка, ее преобразователи получают электроэнергию только от АБ.

Прежде всего найдём суммарный ток, потребляемый от батареи в аварийном режиме преобразователями ССПН-1, NetPro и выпрямителя, ИТ, аварийным освещением и другими нагрузками при минимальном напряжении батареи в конце разряда с учетом коэффициента полезного действия (КПД) каждого преобразователя равным 0,9, по формулам (1)-(4):

(1)

(2)

(3)

(4)

За U_АБ приняли напряжение первой нагрузки, так как на ней максимальная мощность. Мощность выпрямляющего устройства равна:

(5)

Ёмкость разрядки рассчитывается по формуле:

(6)

Номинальная ёмкость разрядки находится:

(7)

Выбрал температуру эксплуатации равной 20⁰С, коэффициент , это следует из того, что максимальное время отключения внешнего электроснабжения равно 10ч.

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

Исходя из вычисленной ёмкости разрядки, выбрал аккумуляторы типа А602/800 с обозначением 8OPzV800, номинальным напряжением U_НОМ=2В и геометрическими параметрами высотахдлинахширина 650х212х193мм.

Номинальное значение батареи 48В, поэтому допустимое падения напряжения . Количество аккумуляторов в одной группе определяется выражением

, (8)

Проверим, хватит ли по 22 аккумулятора в каждой группе, с учётом того, что ССПН способен корректировать напряжение на ±20%.

Значит, получаем, что для данной схемы подойдёт двухгрупповая батарея, в каждой группе по 22 аккумулятора типа А602/800 с обозначением 8OPzV800.

2.2 Выбор вводного устройства

Систему электроснабжения переменным током выбираем по системе ТN-S, когда с питающей подстанции напряжение подается по пятипроводной линии (Т ? три фазы, N ? нейтраль, S ? защитный провод, обозначаемый в схемах ЭПУ как РЕ) или по системе ТN-C-S, когда с подстанции на ЭПУ связи и автоматики питание осуществляется по четырехпроводной линии (три фазных провода и объединенный - провод нейтрали и защитный, обозначаемый в схемах ЭПУ как PEN). Подобное различие схем рассмотрим при выборе схемы защит от внешних перенапряжений и от аварийных токов.

По фидерам внешнего электроснабжения 380/220В 50 Гц напряжение подается к вводным устройствам электропитания. К последним можно отнести вводные шкафы ШВР, щиты ВЩ-3М, ПВ, ЩВП-73, ЩВРА-3, ГРЩ и др. с защитой от перегрузок по току и от перенапряжений и с установленными в них счетчиками учета электроэнергии, находящимися под контролем (под пломбами) электроснабжающих организаций, в том числе и железнодорожных энергоучастков.

Вводные устройства ЭПУ совместно с АВР должны обеспечивать:

- защиту оборудования от внешних перенапряжений и от токов короткого замыкания;

- постоянный контроль наличия напряжения в каждой фазе цепей основного и резервного внешних источников питания;

- контроль чередования фаз этих источников;

- непрерывное сравнение текущих значений напряжений основного и резервного вводов с заранее заданными допустимыми отклонениями от номинального напряжения и переход на резерв при выходе напряжения за пределы отклонения;

- контроль параметров ДГУ в дежурном и аварийном режимах ЭПУ;

- совместно с АБ и ДГУ включение аварийного освещения АО;

- восстановление доаварийного состояния;

- по команде дежурного оператора системы связи и автоматики отключение основного или резервного вводов при их ремонте;

- визуальный контроль наличия фазного напряжения основного и резервного вводов и индикация ввода, подключенного к нагрузке.

В настоящее время при выборе вводно-распределительных шкафов ШВР существует следующая структура условного обозначения:

ШВР(1*) У(2*)/ I_н (3*) (4*) (5*) К,

1* - исполнение по виду включения ввода: Р - ручное, А - автоматическое, О - отсутствие ручного включения ввода;

У - наличие счетчиков учета электроэнергии;

2* - номинальное напряжение, В (380, 220);

I_н - номинальный ток общего потребления;

3* - количество вводов внешней сети электроснабжения (1,2,3);

4* - количество вводов от ДГУ (0,1,2);

5* - исполнение по месту установки: П - напольное, С - настенное;

К - наличие панели коммутации аварийного освещения.

Для нашего случая подойдёт вводно-распределительный шкаф

ШВРАУ380/44 11ПК.

Функциональная схема данного шкафа приведена на рисунке 2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2 - Функциональная схема шкафа ШВРА для ЭПУ особой группы I категории надежности

На рисунке 2 показаны контакторы К1, К2, К3, К4 с блокировкой, исключающей их одновременное включение, показаны защиты по току (предохранители ПН-2, автоматические выключатели Q c защитными характеристиками В, С, или D), защита по напряжению (разрядники Р или варисторы на каждой фазе, а также между проводами N и РЕ при 5-и проводной схеме TN-S).

Предохранители ПН-2 выбрали на ток, равный 3I_н, со временем отключения нагрузки до 5 с, где I_н - номинальный ток нагрузки, то есть для нашего случая ПН-2 на ток 140А.

Автоматические выключатели типов ВА 47-29, ВА-5135, ВА-5343М с характеристиками В, С, D выбирают на ток срабатывания, равный соответственно 5I_н, 10I_н, 15I_н за 0,1 с, где I_н - номинальный ток нагрузки. Для ускоренного отключения нагрузки выбирают выключатели с характеристикой В, для моторной нагрузки мастерских - с характеристикой D, для основной нагрузки - с характеристикой С. Для нашего случая для ответвлений на моторную нагрузку подойдут автоматические выключатели ВА5343М на ток 660А, для основной нагрузки - ВА-5135 на ток 440А.

Для негарантированных нагрузок (мастерские, общая вентиляция, освещение узла связи и автоматики и др.) не предусматривается питание от ДГУ во время аварий. Электроснабжение их может быть организовано от шин негарантированного питания ЩПТА, ШВРА или от отдельных шкафов ШВР при нормальном режиме электроснабжения.

2.3 Выбор ССПН и инверторов

Исходя из тока и напряжения первой нагрузки, выберем ССПН следующий: ССПН-6 48-48/40.

Габариты стоек стабилизаторов в мм - 2250600700мм.

В качестве инвертора ? преобразователя постоянного напряжения в переменное 220В 50Гц типа выбрал инвертор типа ИЦ-1500БП, выпускаемый Юрьев-Польским заводом «Промсвязь».

Инвертор выбирается из расчёта мощности

(9)

Данный инвертор может быть установлен в шкаф с габаритами 962600600 мм.

Для второй нагрузки нельзя выбрать ССПН подобно тому, как это делалось для первой нагрузки. Для этого необходимо сначала к выходу ВУ подключить NetPro2000, а затем последовательно с NetPro установить выпрямитель E110/5, рассчитанный на выходное напряжение 110В, ток до 5А и на мощность не более 1кВт. Тип корпуса NetPro как и у стандартных ССПН, то есть 2250600700мм. Тип корпуса E110/5 WS1, его габариты 400550430мм.

2.4 Выбор выпрямительного устройства

Один из вариантов функциональной схемы выпрямителя дан на рисунке 3, где приняты следующие обозначения:

ФП1, ФП2 - входной и выходной LC-фильтры помех;

В1, В2, В3 - выпрямители;

ДР1, ДР2, ДР3 - драйверы (согласующие устройства управления);

К1, К2 - контроллеры управления ККМ и ППН;

ДТ1, ДТ2 - датчики тока;

УМ - усилитель мощности на силовых транзисторах;

ТР1 - высокочастотный, импульсный трансформатор;

ТР2 - маломощный трансформатор для питания цепей управления;

ФНЧ - фильтр нижних частот ППН;

УКИ - узел управления, контроля и обмена информацией по цепи Ethernet;

ДТН - датчик температуры и напряжений АБ.

Рисунок 3 - Функциональная схема выпрямителя.

Корректор ККМ выполняет функции активного фильтра сети, снижая уровень помех и реактивной составляющей входного тока. Одновременно он повышает (до 380 - 400 В) и стабилизирует на своем выходе постоянное напряжение, содержит накопительный конденсатор С1, корректор формы тока на индуктивности L1, транзисторе Т1 с цепями управления и с буферным конденсатором С2.

Усилитель мощности УМ преобразователя ППН выполняется на мощных гибридных сборках, МОП-транзисторах с изолированным затвором. Этот каскад выполняется по двухтактной полумостовой (при мощности источника до 2 кВт) или мостовой схемам, для эффективного управления которыми разработана серия специализированных интегральных микросхем: TL494, 1156ЕУ2 и др. Общим для них является использование широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с контуром обратной связи для регулирования выходного напряжения.

Основные требования к выпрямителям:

- обеспечение стабилизации и регулировки выходного напряжения;

- ограничение тока нагрузки;

- обеспечение заряда и подзаряда АБ;

- выходное напряжение в нормальном режиме должно быть равно нормируемому напряжению нагрузки и буферному напряжению АБ;

- диапазон отклонения напряжения содержания АБ от задаваемого при разной температуре не должен превышать 1 %;

- защита от повышения выходного напряжения и от короткого замыкания (к. з.) на выходе;

- гальваническая развязка их нагрузки от входной сети;

- выключение при отклонении напряжения входной сети за допустимые пределы; - задержка включения и плавный запуск.

Наибольший ток выпрямителей слагается из тока нагрузки и десятичасового тока заряда АБ с учетом 75 % загрузки выпрямителей:

 (10)

(11)

При этом выпрямители должны иметь режим ограничения выходного тока при глубоком разряде АБ, чтобы не вывести АБ из строя.

В качестве основных типов выпрямителей в проекте используем выпускаемые Юрьев-Польским заводом выпрямители с бестрансформаторным входом ВБВ, используемые как самостоятельные изделия, так и в составе устройств электропитания аппаратуры связи - УЭПС, стоек СУЭП.

Габариты этих устройств в мм - 2250600600.

Устройства УЭПС и СУЭП обеспечивают:

- подключение 2-х групп АБ;

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

- защиту АБ от разряда ниже допустимого уровня;

- изменение уставки 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.

Максимальная выходная мощность выпрямительного устройства , смотрите пункт 2.1.

Выбор выпрямителей производится по номинальному напряжению и максимальному току, который они могут выдавать по выходу.

Выбрал УЭПС-2 48/240-88 с P_MAX=13440Вт.

Аккумуляторы могут размещаться в стойках или шкафах типа УЭПС с полезной площадью полок 545589мм² и наружными габаритами 600600 мм². Высота шкафов - 1050, 1650, 1950 или 2250мм. С учётом габаритов выбранных аккумуляторов получил, что на каждой полке выбранных шкафов можно разместить по четыре аккумулятора.

Все 44 аккумулятора разместил в четырёх шкафах высотой по 2,25м, в каждом из которых по 3 полки высотой 75см, на каждой полке по четыре аккумулятора. Одна полка остаётся пустой в качестве резерва.

2.5 Расчёт мощности ДГУ и выбор его типа

Резервная электростанция вводится в состав ЭПУ для повышения надежности электроснабжения, для электроснабжения гарантированных нагрузок особенно при длительных аварийных перерывах. Мощность ДГУ должна быть достаточна для питания стоек УЭПС мощностью Р_УЭПС с выпрямителями, работающими на преобразователи с нагрузкой, на зарядку АБ, на аварийное освещение мощностью Р_АО, для работы кондиционера автозала Р_К, для собственных нужд ДГУ мощностью Р_СН.

Максимальная нагрузка ДГУ при аварийном отключении питающих фидеров переменного тока:

(12)

Мощность, потребляемая выпрямителями ВБВ УЭПСа:

(13)

где з_УЭПС = 0,9 - КПД выпрямителей;

Мощность на аварийное освещение

(14)

Мощность работы кондиционера автозала

На собственные нужды ДГУ

ДГУ укомплектовывается помимо дизель-генератора щитом управления основными операциями ЩДГА, щитом вспомогательных операций ЩДГВ, стартерной батареей 24В (САБ), щитом заряда и разряда батарей и питания автоматики ЩЗРБ 24-М, баками для воды, масла и топлива.

В щите ЩЗРБ 24-м установлены три выпрямителя ВБВ 24/20-2М - один для питания щита автоматики в буфере с АБ автоматики и два для заряда стартерной батареи. Щит имеет дистанционную сигнализацию о состоянии выпрямителей и АБ.

До настоящего времени применяются автоматизированные дизель-генераторы типа ДГА-М мощностью 12, 24, 48, 72 и 200 кВт. Выберем дизель-генератор ДГА-М мощностью 12кВт.

ДГУ может работать непрерывно до 200 часов.

2.6 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.

(15)

Мощность мастерских (моторная нагрузка)

Мощность нормального общего освещения

Мощность общей вентиляции помещений узла связи и автоматики

Годовая стоимость электроэнергии без учета реактивной составляющей мощности Q_max при стоимости одного кВт-часа 1,1 руб. составляет:

(16)

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 = 0,9):

, Ач. (17)

Полная мощность, потребляемая от сети:

, (18)

- сумма реактивных мощностей групп нагрузок.

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

(19)

Полную мощность и максимальный ток фазы используем для выбора шкафов и щитов коммутации на стороне переменного тока, для выбора предохранителей ПН-2 и автоматических выключателей.

Автоматический выключатель вводных фидеров Ф1 и выбираем по I_Ф типа ВА-5343 с присоединенным электромагнитным приводом для дистанционного управления им.

3. Функциональная схема электропитающей установки

Функциональная схема составляется на основе структурной с раскрытием блока коммутации переменного тока в однопроводном изображении, постоянного тока - с обеими полюсами. На функциональной схеме указаны все типы применяемого оборудования, число элементов, напряжения, токи по нагрузкам. Так как, применяется схема ЭПУ с многобатарейным буферным способом электропитания, то во внешнее электроснабжение поступает по одному вводу переменного тока с резервированием ДГА. Функциональная схема установки изображена на рисунке 4.



4. Размещение оборудования в помещениях

Основные помещения:

Выпрямительная.

Электромашинная.

Выпрямительная. Все 44 аккумулятора разместил в четырёх шкафах УЭПСа высотой по 2,25м, в каждом из которых по 3 полки высотой 75см, на каждой полке по четыре аккумулятора. Одна полка остаётся пустой в качестве резерва. Также в этом помещении находятся ССПН-4 48-48/40, ИЦ-1500БП, NetPro2000, E110/5,сам УЭПС 48-240/88 и вводный шкаф ШВРАУ 380/4411ПК.

Электромашинная. В электромашинной находится ДГУ со всеми сопровождающими блоками. При размещении электромашинных агрегатов необходимо обеспечить:

а) проходы обслуживания (между фундаментами или корпусами агрегатов, агрегатами и частями зданий или оборудования) 1м.

б) расстояние между агрегатами и стеной или между корпусами параллельно размещенных агрегатов при наличии прохода обслуживания с другой стороны агрегата 0.3м.

Электромашинные преобразователи отделены перегородкой от выпрямителей щитов управления.

В соответствии с размерами ДГА площадь электромашинной равна 25м² . электропитающий установка схема заземление

Размеры оборудования электропитающей установки приведены в таблицу 1.

Таблица 1 - Размеры оборудования.

Название элементов	Размеры , мм.	Название элементов	Размеры , мм.
Шкаф УЭПС	600 х 600	УЭПС 48-240/88	600 х 600
ШВРАУ 380/4411ПК	800 х 600	ДГАМ-12	2200 х 1000
ССПН-4 48-48/40	700 х 600	ЩЗРБ-24М	500 х 650
ИЦ-1500БП	600 х 600	ЩДГВ	500 х 650
NetPro2000	700х 600	ЩДГА	500 х 650
E110/5	700 х 600	САБ	500 х 650
Бак топлива	1000 х 1000	Бак масла	500 х 1000
Бак воды	500 х 1000

Схема размещения оборудования представлена на рисунке 5.



Рисунок 5 - Схема размещения оборудования.

5. Расчет токораспределительной сети

Согласно заданию, токораспределительная сеть (ТРС) нагрузки U₁ имеет 7 участков общей длиной 28м.

Схема токораспределительной сети представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Схема токораспределительной сети.

Расчет сечения проводов в токораспределительной сети проводился по формуле:

; (20)

где - расчетное значение сечения;

n = 2 - число проводов;

- ток i-го участка;

- длина i-го участка;

- допустимое падение напряжения в ТРС, для U_АБ=48В ;

- проводимость материала (Cu: г = 57 См);

Фактическое падение напряжения для i-го участка рассчитывается по формуле (21):

; (21)

где U_ФАКТ - фактическое падение напряжения до i-го участка.

q_ФАКТ - фактическое сечение провода, полученное при округлении расчетного значения до стандартного.

Результаты расчета ТРС приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты расчета токораспределительной сети

№участка	Ii, А	li, м	Uтрс, В	qрасч, мм2	qфакт, мм2	Uтрсi,B
1	81,574	0,5	1,4	1,022	1,5	0,954
2	81,574	0,5	1,4	1,022	1,5	0,954
3	77,809	0,5	1,4	0,975	1,5	0,910
4	40,000	1,0	1,4	1,003	1,5	0,936
5	12,346	0,5	1,4	0,155	1,5	0,144
6	25,463	1,0	1,4	0,638	1,5	0,596
7	36,000	24	1,4	21,654	25	1,213

Судя по таблице можно сделать вывод о том, что падение напряжения в ТРС не превышает допустимой нормы. Следовательно, расчет и выбор сечения проводов сделаны правильно.

6. Расчет надёжностных характеристик ЭПУ

Для расчета надежности ЭПУ на основании функциональной схемы составим расчетную схему, на которой отразим последовательные и параллельные цепи установки. Схема изображена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Схема для расчета надежности

Надежность параллельных цепей производится по формуле:

(22)

Надежность последовательно соединенных элементов рассчитывается по формуле:

(23)

Условная интенсивность отказов отдельных блоков, узлов ЭПУ представлена в таблице 3.

При экспоненциальном законе распределения и взаимной независимости отказов:

Р(t) = е ^{-л t} ? 1? лt, (24)

где л - суммарная интенсивность отказа элемента, блока системы;

t - интервал времени, за которое определяется вероятность отказов, t=26ч.

Таблица 3 - Условная интенсивность отказов отдельных блоков, узлов ЭПУ.

Наименование блока, узла	лЧ10-6, 1/ч
Сеть	1
Шкаф ШВРА	9
ДГА	530
УЭПС мощностью выше 10 кВт	2,1
АБ	0,4
Автоматический выключатель ВА для АБ	0,2
Преобразователь ССПН	1,9
Инвертор ИТ	3,0
Конвертор	2

Так как полученная вероятность близка к единице, можно сделать вывод о достаточно высокой надежности спроектированной ЭПУ.

Для ЭПУ особой группы I категории надежности принимают Р_min(t) = 0,995, как видно, рассчитанное значение сильно превышает эту норму.

7. Расчёт защитного заземляющего устройства

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

Сопротивление токам растекания контура нормируется (ГОСТ 464-79) величиной не более 4Ом при удельном сопротивлении земли до _з = 100 Ом•м. По заданию _з = 40Ом•м

Контур должен состоять из уложенной в грунт на глубину h = 0,7м 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 = 2,5м, углубленных в землю с расстоянием 3 м между ними и приваренных верхними концами к горизонтальной шине.

Сопротивление одного вертикального электрода рассчитаем по формуле:

, (25)

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 шириной b = 0,04 м и длиной l_гор=16 м без вертикальных электродов:

. (26)

Общее сопротивление такого контура:

 (27)

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, определяемые по таблице 4.

Таблица 4 - Коэффициенты использования (экранирования) заземлителей.

n	4	6	10	20	40
зив	0,65	0,6	0,53	0,5	0,4
зиг	0,45	0,4	0,35	0,25	0,2

Для четырёх вертикальных электродов:

Данное значение превышает норму 4Ом, следовательно, необходимо увеличить количество вертикальных электродов до 6, при этом l_гор=21м. В результате аналогичных вычислений получили

Данное значение также превышает норму, увеличим число вертикальных электродов до 10, при этом l_гор=39м.

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.

8. Мониторинг ЭПУ

Система мониторинга должна обеспечивать:

-непрерывный контроль состояния оборудования по состоянию «сухих» контактов;

- управление режимом работы с помощью управляющих реле;

- передачу информации на терминал узла связи и автоматики;

- хранение информации о нештатных ситуациях в журнале событий;

- разграничение доступа пользователей системы.

Подключение контроллера КО к блокам ЭПУ - по каналу интерфейса RS-485, либо через переходник канала RS-232, USB, либо сухими контактами через устройство контроля дискретных вводов (УКДВ-1). Максимальное число объектов контроля - 32 единицы.

Выпускаемые Юрьев-Польским заводом системы дистанционного мониторинга и управления «СДМ-Дизайн» и автоматизированные системы контроля «АСК-Дизайн» содержат устройства УКДВ, контроллеры МАК, УКМ, КУ-1.

Перечень параметров управления и контроля объектов прведён в форме таблицы 5.

Таблица 5 - Параметры управления и контроля блоков ЭПУ.

Наименование блока, узла	Параметры управления и контроля
ШВРАУ 380/44 11ПК	Автоматическое переключение с фидера на ДГУ
ДГА-М-12кВт	Мониторинг оборудования ДГА
УЭПС 48-240/88	Мониторинг работоспособности выпрямителей в составе УЭПС, выходных параметров блока
ССПН-4 48-48/40	Мониторинг выходных параметров блока
ИЦ-1500БП	Мониторинг выходных параметров блока
АБ	Мониторинг выходного напряжения
NetPro2000	Мониторинг выходных параметров системы

Экономический расчёт оборудования представлен в виде таблицы 6.

Таблица 6 - Экономический расчёт.

Наименование блока, узла	Количество	Стоимость, руб
УЭПС 48-240/88	1	129456
ИЦ-1500БП	1	21269,24
Аккумуляторный шкаф	4	1500

9. Описание одного из блоков аппаратуры ЭПУ

В качестве описываемого блока выбрал ССПН.

Структурная схема ССПН изображена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Структурная схема ССПН.

1 - Предохранитель (F1).

2 - Входной фильтр (С1, С2, С6, L1, С12).

3 - Силовой ключ (V19).

4 - Трансформатор (Т3).

5 - Выпрямитель (V22).

6 - Выходной фильтр (L2, C25).

7 - Высокочастотный фильтр (L3, С26, С29, С30).

8 - Схема управления.

Предохранитель F1 предназначен для защиты внешнего источника питания в случае короткого замыкания внутри ССПН.

Входной фильтр, состоящий из дросселя L1 и конденсаторов С1, С2, С6, С12, предназначен для сглаживания пульсаций входного напряжения до заданных норм и подавления высокочастотных помех (радиопомех) до заданного уровня, создаваемых при работе ключевых схем.

Преобразователь, состоящий из трансформатора Т3 и силового ключа V19, предназначен для преобразования входного постоянного напряжения в переменное напряжение широтно-модулированных импульсов переменного тока прямоугольной формы.

Преобразователь выполнен по однотактной схеме, силовой ключ V19 выполнен на полевом транзисторе, трансформатор Т3 на ферритовом сердечнике, частота преобразования 40кГц.

Для уменьшения выбросов напряжения на силовом транзисторе V19 параллельно ему включена RC-цепь R34, C15.

Импульсы для управления силовым транзистором поступают от предварительного усилителя, выполненного на транзисторах V17, V18 и схемы управления.

Резистор R1 обеспечивает плавный заряд конденсаторов С6,С12 в момент подачи питания на ССПН.

Реле К1 замедленно срабатывает, получая питание через V2 схемы управления.

После срабатывания реле К1, его н.о. контактами резистор R1 шунтируется.

Трансформаторы тока Т1 и Т2 являются датчиками тока устройств, предназначенных для защиты силовых транзисторов преобразователя от перегрузок и токов короткого замыкания и для равномерного распределения токов нагрузок при параллельной работе ССПН.

Выпрямитель, выполненный на диоде V22, предназначенный для преобразования широтно-модулированных импульсов напряжения переменного тока прямоугольной формы, поступающих со вторичной обмотки силового трансформатора Т3, в последовательность широтно-модулированных однополярных импульсов.

Выходной фильтр, собранный по Г-образной схеме из дросселя L2 и конденсаторов С25, предназначен для преобразования последовательности широтно-модулированных однополярных импульсов в напряжение постоянного тока с заданным уровнем пульсаций напряжения.

Высокочастотный фильтр радиопомех, состоящий из дросселя L3 и конденсаторов С26, С29, С30, предназначен для подавления ВЧ помех до заданного уровня.

Схема управления выполняет следующие функции:

- стабилизацию и регулирование выходного напряжения ССПН методом широтно-импульсной модуляции;

- ограничение выходного тока нагрузки;

- защиту силового транзистора преобразователя от токов короткого замыкания;

- задержку включения и плавный запуск ССПН;

- защиту от повышения напряжения на выходе ССПН и от понижения на входе ССПН;

- местную световую и дистанционную сигнализацию;

- деление токов нагрузки между ССПН, включенными параллельно.

Схема управления содержит:

- устройство для управления силовыми транзисторами преобразователя, для регулирования и стабилизации выходного напряжения ССПН (D4 - задающий генератор, D2.4 - компаратор, D6 - усилитель сигнала рассогласования, V20 - оптопара - для гальванической развязки выходного и входного напряжений, выходной каскад схемы управления по микросхеме D3);

- устройство для равномерного деления токов между параллельно работающими ССПН (МС D5, выпрямительные диоды V26, V27 в цепи вторичной обмотки трансформатора тока Т2 с нагрузочным резистором R22);

- устройство для ограничения тока и защиты от перегрузки и короткого замыкания (выпрямительный диод V12 в цепи вторичной обмотки трансформатора тока Т1 с нагрузочным резистором R21, D2.2, D2.3 - компараторы, переменный резистор R14);

- устройство защиты от понижения входного напряжения (D2.1 - компаратор, переменный резистор R12);

- устройство защиты от повышения выходного напряжения (МС D7, переменный резистор R60, оптопара V21);

- устройство задержки включения и для плавного запуска ССПН (транзистор V2, конденсаторы С4, С5, элементы D1.1 и D1.2 МС D1);

- светодиодный индикатор Н1 (ПРЕДОХР) о перегорании предохранителя, светодиодный индикатор Н2 (ОГРАН) о работе в режиме ограничения, светодиодный индикатор Н3 (ВЫХОД) для сигнализации о появлении на выходе ССПН выходного напряжения.

Напряжение питания ССПН через предохранитель F1 и дроссель L1 входного фильтра поступает на вход преобразователя.

Импульсы для управления силовым транзистором V19 поступают со схемы управления через предварительный усилитель V17, V18.

В момент включения заряд конденсаторов преобразователя С6, С12 осуществляется через резистор R1, а затем, после срабатывания реле К1, резистор R1 шунтируется контактами реле К1.

Напряжение питания через н.о. контакты реле К1 подключается к первичной обмотке трансформатора Т3 через силовой транзистор V19 преобразователя с частотой 40кГц.

В результате на вторичной обмотке Т3 формируется широтно-модулированное напряжение переменного тока прямоугольной формы частоты 40кГц. Это напряжение поступает на выпрямитель V22, выпрямляется и поступает на выходной фильтр L2 и конденсатор С25. Фильтр преобразует последовательность широтно-модулированных однополярных импульсов в постоянное напряжение. Далее постоянное напряжение через выходной ВЧ фильтр L3, конденсаторы С26, С29, С30 поступает на выход ССПН и через силовые контакты разъёма XI далее на станционную нагрузку.

Схема управления отслеживает напряжение на выходе ССПН и поддерживает стабильное напряжение на выходе ССПН с отклонениями, не превышающими нормы для данного ССПН.

За током через силовые транзисторы преобразователя следят трансформаторы тока Т1 и Т2. При перегрузке срабатывает микросхема D2.2 (компаратор) и горит индикатор Н2 (ОГРАН). При коротком замыкании срабатывает микросхема D2.3 (компаратор) и выключает ССПН.

При значении входного напряжения ниже на 1-3% от минимального срабатывает МС D2.1 (компаратор) и выключает ССПН.

При повышении выходного напряжения на 10-15% от номинального срабатывает МС D7 и через оптопару V21 выключает ССПН.

Защита от повышения входного напряжения настраивается резистором R60, от понижения входного напряжения - резистором R13, ограничения тока - резистором R14.

При нормальной работе ССПН горит индикатор Н3 (ВЫХОД).

При нормальной работе ССПН транзистор дистанционной сигнализации V25 открыт. Регулировка выходного напряжения ССПН осуществляется резистором R48 (НАПРЯЖ).

Включают и выключают ССПН движковым переключателем S1.

ССПН выполнен в виде блока, состоящего из обечайки и передней (лицевой) панели.

Правая боковая стенка блока служит радиатором. С левой стороны размещена печатная плата, на которой расположены все элементы схемы.

На переднюю панель ССПН выведены:

- движковый выключатель S1;

- светодиодные индикаторы ВЫХОД, ОГРАН, ПРЕДОХР;

- резистор НАПРЯЖ для регулирования выходного напряжения.

На задней стороне блока имеется врубной разъём (вилка), имеющий силовые контакты, к которым подключены вход, выход, корпус ССПН, и контакты для подключения дистанционной сигнализации и цепей для деления нагрузок между параллельно работающими ССПН.

ССПН для самостоятельной работы устанавливается на ножках. На задней стороне блока имеются клеммы для подключения входного, выходного напряжения, сигнализации и заземления.

Конструкция блока обеспечивает свободный доступ ко всем элементам и узлам ССПН.

Принципиальная схема ССПН изображена на рисунке 8.



Рисунок 8 - Принципиальная схема ССПН.

Заключение

В данной курсовой работе произведён расчёт электропитающей установки для аппаратуры автоматики. Рассчитан вариант ЭПУ с буферной аккумуляторной системой питания. Показано подключение нагрузок, оборудования и работа ЭПУ на функциональной схеме. Произведено размещение оборудования в масштабе.

В качестве устройства гарантированного питания был использован вводный шкаф, при отключении основного и резервного фидеров потребители питаются от ДГА, мощностью 24 кВт. Первая нагрузка обеспечивает питание местной АТС, вторая - ЦСП, третья - СПД.

Список использованной литературы

1. Багуц В.П., Ковалев Н.П., Костроминов А.М. Электропитание устройств ЖАТС. М.:Транспорт, 1991.

2. Казаринов И.А. Проектирование электропитающих установок предприятий проводной связи. М.:Связь, 1974.

3. Поздняков Л.Г., Карпова Л.А., Митрохин В.Е. Расчет электропитающей установки для устройств автоматики и связи. Омск, 2009.

4. Поздняков Л.Г., Карпова Л.А., Митрохин В.Е. Технические характеристики электропитающего оборудования устройств связи и автоматики. Омск,1986.

Размещено на Allbest.ru