Расчет системы электропитания и ее элементов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кафедра Систем передачи информации

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине: Электропитающие устройства ЖАТС

тема: Проектирование электропитания устройств связи и автоматики



Реферат

В настоящей курсовой работе рассчитано электропитание для аппаратуры связи, обеспечивающая электроснабжение I категории надежности, бесперебойное питание потребителей: 48 В, 60 В (35 А, 150 А соответственно) постоянное напряжение и 220 В (12 А, 50 Гц) переменное напряжение, а так же аварийное освещение 60 В (12 А) мощностью 0,72 кВт.

Цель работы - спроектировать электропитание при заданных нагрузках и заданной категории электроснабжения.



Введение

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

Электропитание любой системы связи является важной составляющей качественной работы систем передачи информации, качественное функционирование связевых пунктов во многом зависит от бесперебойности электроснабжения. Предназначенная для связи и обеспечения безопасности движения поездов аппаратура потребляет различные токи и напряжения, которые имеют допустимые значения колебаний, которые строго регламентированы государственными стандартами.

Электропитающая установка на предприятиях связи призвана обеспечивать получение тока, распределение, регулирование и резервирование электропитания. От электропитающих установок требуется обеспечение высокой надежности, бесперебойности и беспрерывности снабжения аппаратуры связи электрическим током.

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. Стоимость современных электроустановок на предприятиях связи достигает 40 % стоимости всего оборудования.

Основным источником электрической энергии для устройств связи и автоматики являются энергосистемы или местные электростанции (ДГА), вырабатывающие переменный ток частотой 50 Гц. Однако для питания большинства аппаратуры связи требуется постоянный ток. По этим причинам, в состав ЭПУ должны входить следующие основные элементы:

- Инверторы

- Вольтодобавочные устройства

- Выпрямители

- Преобразователи напряжения

В данной курсовой работе предлагается в соответствии с заданными параметрами нагрузок, категорией надежности электроснабжения и требованиями аппаратуры к источникам питания рассчитать и подобрать элементы и, на основании расчетов и оптимизации, построить структурную и функциональную схемы ЭПУ для узла (дома) связи.



1. Выбор системы электропитания в соответствии с категорией надежности и составление предварительной структурной схемы электропитания

Питание ЭПУ I категории осуществляют от двух фидеров внешнего электроснабжения и одного АДГУ. Эта категория предназначена для электроснабжения небольших постов ЭЦ и не очень больших узлов связи. 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. На время переключения фидеров или ввода ДГУ в устойчивую работу питание ЭПУ I категории должно осуществляться при возможной максимальной нагрузке от АБ в течение- не менее 8-и часов.

Систему электроснабжения переменным током выбираем по системе ТN-S, когда с питающей подстанции напряжение подается по пятипроводной линии (Т ? три фазы, N - нейтральный провод, S ? защитный провод, обозначаемый в схемах ЭПУ как РЕ).

По фидерам внешнего электроснабжения 380/220 В 50 Гц напряжение подается к вводным устройствам электропитания.

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 ремонте;

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

В задании курсового проекта дана I группа надежности электроснабжения, поэтому в соответствии заданием выбираем вводное устройство ШВРАУ 380/I_н 20 П К с функциональной схемой, на рисунке 1. На нем:

- «ШВР» - аббревиатура «шкаф вводно-распределительный»;

- «А» - автоматическое управление;

- «У» - наличие счетчиков учета электроэнергии;

- «380» - номинальное напряжение, В;

- «I_н» - номинальный ток общего потребления;

- «2» - количество вводов сети внешнего электроснабжения (фидеры);

- «0» - количество вводов от ДГУ;

- «П» - напольное исполнение по месту установки;

- «К» - наличие панели коммутации аварийного освещения;

Предельные габариты шкафов напольного типа в мм - 2250800600

Функциональная схема шкафа ШВРАУ 380/I_н 20 П приведена на рисунке 1.



Рисунок 1. Функциональная схема шкафа ШВРА для ЭПУ I категории надежности

На рисунке 1 показаны контакторы К1, К2, К3 с блокировкой, исключающей их одновременное включение, показаны защиты по току (предохранители ПН-2, автоматические выключатели Q), 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 выбирают на ток, равный 3I_н, со временем отключения нагрузки до 5 с, где I_н - номинальный ток нагрузки, 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.



2. Выбор преобразователей для бесперебойного питания нагрузок в аварийном режиме

В задании курсового проекта дано три нагрузки, две из них постоянного тока, и одна переменного тока:

1. U₁=120, I₁=90

2. U₂=24, I₂=60

3. U₃=220, I₃=80, 50Гц

Исходя из этих данных, подбираем типы стоек ССПН, вольтодобавочные преобразователи типа КУВ, а также инвертор для преобразования постоянного напряжения аккумуляторной батареи в переменное для подачи его в нагрузку с переменным напряжением 220 В.

Преобразователь ССПН в данном курсовом проекте будет запитываться с аккумуляторной батареи напряжением U₂=120 и током I₂=90. Таким образом, выбираются 2 стойки стабилизаторов ССПН-5 60-24/160 из Таблицы П.1 в методических указаниях к курсовому проекту.

Расшифровка аббревиатуры ССПН-5 60-24/160:

- «5» - тип стойки ССПН;

- «60-24» - входное и выходное постоянные напряжения соответственно;

- «160» - максимальный выходной ток нагрузки, данное значение взято с условием максимум 75% загрузки ССПН.

Инвертор для нагрузки, требующей переменного напряжения запитываем от аккумуляторной батареи с постоянным напряжением 120 В. Для выбора инвертора по мощности производим простой расчет мощности потребляемой нагрузкой, а именно:



Таким образом, подбираем 2 инвертора типа УИЦ-9000, именно такой инвертор подходит для данной мощности, потребляемой нагрузкой. Габариты для данного шкафа равны 962600600 мм. А также выбор данного инвертора определился тем, что это единственный из инверторов, предложенных в методическом пособии к курсовому проекту подходит к данной мощности. Напряжение на входе инвертора равно 120 В, выходное напряжение 220 В 50 Гц.

Таким образом, далее необходимо рассчитать аккумуляторную батарею.

3. Расчет емкости и числа элементов аккумуляторной батареи

Расчет ведется при аварийном режиме ЭПУ, когда основная нагрузка, ее преобразователи получают электроэнергию только от АБ.

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

Производим расчет токов, с учетом КПД преобразователей.

КПД стойки ССПН з_спн = 0,92; для КУВ, работающего совместно с АБ, принимаем з_кув = 0,85; КПД инвертора ИС примем з_ис = 0,8.



Получается:

(1)

где U_трс ? допустимое падение напряжения в токораспределительной сети (таблица 1).

Далее смотрим берется из расчета количества банок в аккумуляторной батарее на напряжение одной банки, при этом напряжение, выдаваемое одной банкой для I категории электроснабжения, берется равным 1,8 В(таблица 2).

Таблица 1 - Допустимое падение напряжения в токораспределительной сети.

Uном, В	24	120	220
Uтрс, В	0,8	3	5

Таблица 2 - и количество банок

	Количество банок	Напряжение на банку
120	60	1,8	108
24	12	1,8	21,6
220	110	1,8	198

Производим расчет токов:

(2)

(3)

(4)

Ток аварийного освещения дан по заданию I_ао=12 А при напряжении U_ао=48 В.

Учитывая, что преобразователи запитываются от двух батарей, напряжение обеих равно 120 В, подсчитываем общий ток разряда АБ в течение десяти часов аварийного режима:

I_р10 = I_{вх сспн} + I_{вх кув} +I_{вх ис}+ I _АО=114,41+81,05+113,64+12=321,1 А. (5)

Далее рассчитываем фактическую емкость батареи:

С_ф = I_pt_p, (2)

где I_p = I_p10з_i (з_i - коффициент кратности, определяемый для гелевых АБ по таблице 3 в зависимости от заданного t_р, в данном курсовом проекте мы имеем дело с I категорией надежности электроснабжения, поэтому t_р=8 часов ).

С учетом падения емкости АБ в конце срока эксплуатации на 20%:

, Ач, (3)

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

Значения з_G в зависимости от выбранного t_р приведены в таблице 3.



Таблица 3 - Зависимость з_{G и} з_i от выбранного t_р.

t,ч	>10	9	8	7	6	5	4	3	2	1
з G	1	0.97	0.94	0.91	0.89	0.83	0.8	0.75	0.61	0.51
з i	1	1.1	1.15	1.3	1.48	1.66	2.0	2.5	3.05	5.1

Производим расчет емкости АБ:

Для АБ напряжением 120 В(Производим расчет но наибольшему напяжению):

С_ф = I_pt_p= I_p10з_it_p=Ач

Далее по полученным данным выбираем тип используемых аккумуляторов. Были выбраны 2 аккумулятора типа А602/2000 16 OPzV 2000, который дает номинальное напряжение 2В и имеет емкость 2070 Ач каждый (Необходимая емкость батареи 1901,4 Ач).

Находим число последовательно соединенных элементов (блоков) в каждой группе:

. - число элементов АБ

Напряжение всей батареи будет меняться в пределах:

U_АБmax = NU_{эл max}=В;

U_АБmin = NU_эл.min= В.

Буферное напряжение батареи находим при U_{эл буф} = 2,25 В:



U_{АБ буф} = NU_эл.буф=В;

Выбираем тип шкафов для размещения АБ. Для этого приведем габариты выбранных аккумуляторов.

Таблица 4 - габариты выбранных аккумуляторов

Тип обозначения	Высота, мм	Длина, мм	Ширина, мм
А602/2000 16 OPzV 2000	775	215	400

Исходя из данных, выбрали:

Для АБ напряжением 120 В: 2 шкаф типа УЭПС-2 48/480-88, где

- «2» - обозначает тип шкафа

- «48» - выходное напряжение

- «480» - максимальный выходной ток (рассчитанный ток равен 321 А)

В данных шкафах необходимо разместить 60 аккумуляторов типа А602/2500 16 OPzV 2000. Известно, что его полезная площадь полки 545589 мм², а наружные габариты шкафов по ширине и глубине 600600 мм² . Высота шкафов 2250 мм, расстояние между полками 260,260,260.

Высота стойки 2250 мм, тогда можно будет разместить аккумуляторы на 2 полки. Учитывая полезную площадь полок, получаем, что на одной полке может разместиться всего 2 аккумулятора. Таким образом, в одном шкафу УЭПС-2 48/480-88 можно разместить всего четыре выбранных аккумулятора, а следовательно, для размещения всех аккумуляторов потребуется 15 шкафов заполненных полностью.

4. Расчет и выбор типов выпрямителей

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

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

I _вб = I_р10 + I_{зар АБ} ,

где I_зар.АБ = С_АБ /t_зар; t_зар = 10 ч.

Рассчитываем I _вб:

I _вб = I_р10 + I_{зар АБ}=321,06+22=343,06

При этом выпрямители должны иметь режим ограничения выходного тока (не более I _вб ) при глубоком разряде АБ, чтобы не вывести батарею из строя избыточным током заряда.

С учетом 75 % загрузки выпрямителей их максимальный ток на выходе

I_{в выб} = (I_р + I_{зар АБ}) /0,75 (5)

Для АБ напряжением 120 В:

I_{max вб} = (I_р + I_{зар АБ}) /0,75= А

I_{в выб}=457,4 А для моей АБ не превышает значение номинального тока шкафа УЭПС.

Далее рассчитаем ток аварийного включения, для этого рассчитаем I_ПГР:



Тогда считаем, что

I_AB=2*

I_AB=2*94,15=188,3 А.

Для выбора нужного количества стоек используем следующую формулу:

N _{УЭПС =} I_{в выб} /I_{max ном}=457,4/480=0,95?1,

Значит для данного проекта нужна одна стойка, плюс одна в запасе. Для нашей стойки берем выпрямители ВБВ 48/60-2, которые дают выходное напряжение в диапазоне 43 - 54,5 В, выходной ток от 0 до 60 А, максимальную выходную мощность 3000 Вт, имеют кпд=0,85, а масса выпрямителей 40 кг каждый.

Таким образом для АБ с напряжением 120 В определилось, что используется УЭПС-2 48/480-88, то есть с неполной комплектацией выпрямителей. При этом необходимо оставить несколько выпрямителей в резерве, таким образом, необходимо чтобы в резерве находилась еще одна такая же стойка УЭПС.

5. Расчет параметров вводной сети переменного тока дизель-генератора

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:

Р_ДГУ = Р_УЭПС + Р_АО + Р_К + Р_СН.

Мощность, потребляемая выпрямителями ВБВ УЭПСа и ССПН:

электропитание схема надежность предохранитель

Р_УЭПС = U_{АБ max}I_выпр / з_УЭПС,

Р_ССПН = U_{АБ max}I_выпр / з_ССПН,

где з_УЭПС= з_ССПН = 0,9 - КПД выпрямителей;

Р_К =1000 и Р_СН=1600 выбирается по таблице 4 из методического пособия «Курсовая работа по дисциплине электропитание устройств ЖАТС».

Расчет мощности ДГУ:

Р_ДГУ =

Активная составляющая длительной нагрузки ДГУ Р_УЭПС должна составлять 50 - 75 % номинальной мощности агрегата, по значению последней и выбираем тип ДГУ.

ДГУ укомплектовывается помимо дизель-генератора щитом управления основными операциями ЩДГА, щитом вспомогательных операций ЩДГВ, стартерной батареей 24 В (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.

Я выбрала автоматизированный дизель-генератор типа ДГА-М мощностью 200 кВт.

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, а также прочая негарантированная нагрузка данная в задании (Uнг=380, Iнг=12, Pнг=4560 Вт):

Р_max = Р_ДГУ + Р_М + Р_ОСВ + Р_ВЕНТ =

Годовая стоимость электроэнергии без учета реактивной составляющей мощности Q_max при стоимости одного кВт-часа 2,8 руб. составляет:

П_потр. = Р_max·365·24·Z· 2/3= 14,5514·365·24·2,8· 2/3=237 944, 50 руб.

Реактивная мощность, потребляемая от сети, может быть вычислена через активную для отдельных групп нагрузок, имеющих одинаковый коэффициент мощности соsц ( соsц = 1, только для вентилятора соsц = 0,7):

, Вар

Производим расчет:

Для освещения (соsц =1):



Для моторной нагрузки (соsц =1):

Для выпрямителей (соsц = 1):

Для вентиляционной нагрузки (соsц =0,7):

Полная мощность рассчитывается по формуле:

(10)

где - сумма всех активных мощностей;

- сумма реактивных мощностей отдельных групп нагрузок.

Общая активная мощность рассчитывается равна =145514 Вт

Общая реактивная мощность рассчитывается по формуле:



вар.

Полная мощность по формуле (10):

, ВА

Максимальный ток фазы, потребляемый из трехфазной сети переменного тока, вычисляется по формуле:

, (11)

где - напряжение фазы, равное 220 В.

.А

6. Выбор вводных устройств переменного тока

ДГУ (в нашем случае ДЭС-100) укомплектовывается помимо дизель-генератора ДГА щитом управления основными операциями ЩДГА, щитом вспомогательных операций ЩДГВ, щитом заряда и разряда стартерных батарей 24 В 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.

Габариты ЩДГА и ЩДГВ - глубина 500 мм, ширина 650 мм, высота 2200 мм.

Габариты ЩЗРБ - глубина 450мм, ширина 250мм, высота 1800мм.

7. Расчет и выбор предохранителей, автоматических выключателей, выбор ограничителей перенапряжений

Автоматические выключатели (ВА) должны рассчитываться с учетом аварийного разрядного тока, определяемого по выбранному ранее значению С_прив:

I_{Н ГР} = С_ГР /t_р I_{ВА ГР} = (1,5-2,5) I_{Н ГР}. (12)

Для АБ напряжением 120 В: I_{ВА ГР}=А

С учетом рассчитанных номинальных токов были выбраны ВА:

Для АБ напряжением 120 В: автоматические выключатели ВА 57-39 (250А, 320А, 400А) - применяют в электрических сетях с напряжением 400 / 690 , автоматические выключатели предназначены для проведения электрического тока в нормальном режиме и отключения тока при перегрузках, коротких замыканиях и недопустимых снижениях напряжения, а также для нечастых (до 30 в сутки) оперативных включений и отключений электрических цепей. Выключатели серии ВА57-39 - токоограничивающие аппараты с высокой коммутационной способностью, рассчитаны для эксплуатации в электроустановках с номинальным рабочим напряжением до 660 V переменного тока частоты 50 и 60 Гц.

Автоматический выключатель вводных фидеров Ф1 и Ф2 выбираем по I_Ф (219,04 А) типа ВА 06-36 с номинальным током до 250 А. Выключатели предназначены для проведения тока в нормальном режиме и отключения тока при коротких замыканиях, перегрузках, а также для нечастых (до 6 в сутки) оперативных включений и отключений электрических цепей и рассчитаны для эксплуатации в электроустановках с номинальным напряжением до 660 В переменного тока частотой 50 и 60 Гц и 220 В постоянного тока.

Допускается использование выключателей для нечастых прямых пусков асинхронных электродвигателей.

Допускается эксплуатация выключателей при температуре окружающего воздуха 55°С.В окружающей среде, не содержащей газов, жидкостей и пыли в концентрациях, нарушающих работу выключателей.

Место установки выключателей должно быть защищено от попадания воды, масла, эмульсии и т.п. Данный выключатель имеет дистанционное управление.

В качестве предохранителей от перенапряжения выбираются на входе от внешних источников энергии, а также ДГА контакторы КТ-6063.

Предохранители берутся типа ПН 2-250-10, способные выдержать ток до 250 А, и плавким элементом ПН5.599.002-01.

8. Расчет токораспределительной цепи

Токораспределительная сеть (ТРС) рассчитывается по заданию для одной из нагрузок U1 или U2 при аварийном режиме питания от АБ или от стоек стабилизаторов напряжения до распределительных щитов или пунктов ПР и от последних до определенного числа нагрузок, указанного в задании.ТРС должна:

- быть безопасной для здоровья обслуживающего персонала;

- иметь хорошую изоляцию и надежные контакты мест присоединений;

- обеспечивать наименьшие эксплуатационные затраты;

- потери не должны превышать допустимых уровней.

Расчет производим по схеме ТРС для каждого участка длиной l_i c током I_i.

На всех участках используем 2-х проводную медную линию.

Для первого общего магистрального участка (от АБ, ИС, КУВ, ССПН до распределительного шкафа ПР) сечение проводника находим:

, мм²

где M₁= I_i· l_i

n = 2 - число проводов каждого участка;

I_i , l_i - соответственно ток и длина каждого участка, включая и первый;

_м =57 См/м - удельная проводимость меди;

U_трс - допустимое падение напряжения на участке (табл. 2) .

Для расчета берем нагрузку U1=120 В (90 А).

Производим расчет сечения на первом участке:

Действительную потерю напряжения на 1-м участке определяем после округления расчетного значения g₁ до ближайшего стандартного g₁ из ряда в мм²: 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400; 500; 625; 800; 1000; 1200.

g₁ =10 мм²

Тогда

. (14)



Производим расчет действительной потери напряжения на первом участке:

Потеря напряжения на остальных участках составит:

Результаты расчетов ТРС сводим в таблицу для заказа необходимого провода, или кабеля.

Рисунок 3 - Эскиз токораспределительной сети



Остальные результаты расчетов сведены в таблице 5.

Таблица 5 - Результаты расчета остальных участков токораспределительной сети

Номер участка	, А	, м	, В	, мм2	Марка и размер провода	Всего, В
					Марка	Сечение, мм2
1	90	3	0,947	10	ВВГнг	10 (2х5)	1,718
2	15	3	0,158	10	ВВГнг	10 (2х5)
3	15	2	0,105	10	ВВГнг	10 (2х5)
4	15	2	0,105	10	ВВГнг	10 (2х5)
5	15	2	0,105	10	ВВГнг	10 (2х5)
6	15	2	0,105	10	ВВГнг	10 (2х5)
7	15	2	0,105	10	ВВГнг	10 (2х5)
8	10	2	0,070	10	ВВГнг	10 (2х5)
9	5	1	0,018	10	ВВГнг	10 (2х5)

9. Расчет сопротивления защитного контура заземления и измерительных электродов токами растекания и 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 при удельном сопротивлении земли до _з = 100 Ом•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 [3] по формуле:

,

где _з дано по заданию, в моем случае 50 Ом*м.

Принимаем первоначально контур в горизонтальном плане в виде прямоугольника со стороной 3 и 57 м, с шестью вертикальными электродами (n = 40). Тогда сопротивление токам растекания такого горизонтально расположенного контура из стальной шины шириной b = 0,04 м и длиной l_гор=114 м без вертикальных электродов:

,

.

Общее сопротивление такого контура:

,

.

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 6.

Таблица 6 - Коэффициенты использования (экранирования) заземлителей

n	4	6	10	20	40
з ив	0, 65	0,6	0,53	0,5	0,4
з иг	0,45	0,4	0,25	0,25	0,2

После проведенного расчета, получаем необходимое сопротивление, которое не превышает 4 Ом, которые указаны в ГОСТ 464-79, п.2.4.5.

Таким образом, при высоком удельном сопротивлении земли защитный контур в горизонтальном плане примет вид сетки с ячейками 33 м. Сама сетка при этом будет состоять из 19 ячеек.

В качестве измерительных используем одиночные вертикальные заземлители, если их сопротивление токам растекания не превышает 100 Ом.

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 .

10. Защита ЭПУ от внешних перенапряжений

Грозозащита и защита от импульсных коммутационных перенапряжений должна осуществляться согласно зоновой системе: на вводе фидеров нужно установить мощные разрядники с напряжением срабатывания выше максимально допустимого амплитудного рабочего (больше 350 В для однофазной сети 220 В), а в шкафах выпрямителей - варисторы с учетом 4-х или 5-и проводного ввода от питающей подстанции, с классификационным напряжением срабатывания (при токе ? 1 мА) больше амплитудного рабочего.

11. Расчет надежности электропитающей установки

Под надежностью ЭПУ понимают его способность обеспечить электропитание потребителей в определенных условиях эксплуатации в течение заданного времени.

Для определения надежности электроснабжения на основании функциональной схемы ЭПУ составляем расчетную схему надежности. В этой схеме все блоки, при повреждении которых нарушается заданный режим работы потребителей (U_Н, U_Н, I_Н) включаются последовательно, а блоки, резервирующие друг друга, - параллельно.



Рисунок 4 - Расчетная схема надежности ЭПУ

В схеме рассмотрены четыре режима работы ЭПУ:

- нормальный режим эксплуатации;

- питание от ДГУ при отсутствии внешнего электроснабжения;

- питание от АБ от момента исчезновения внешнего электроснабжения до запуска и введения в стабильный режим работы ДГУ;

- послеаварийный режим восстановления работоспособности ЭПУ.

Основными показателями надежности являются вероятность безотказной работы (надежность) за определенное время Р(t), среднее время безотказной работы (Т), коэффициент готовности (К_г). В свою очередь, эти показатели зависят от вероятностных характеристик элементов системы. При экспоненциальном законе распределения и взаимной независимости отказов:

Р(t) = е ^{-л t} ? 1? лt, (19)

где л - суммарная интенсивность отказа элемента, блока системы;

t - интервал времени, за которое определяется вероятность отказов. При упрощении расчетов для первого, второго и третьего режимов это время - в соответствии с категорией надежности равно 8 часам.

Примерные значения л даны в таблице 7. Они в значительной степени будут зависеть от частоты и длительности отключений внешней сети, от температуры помещений, от грамотной эксплуатации оборудования ЭПУ, автозала и т.д.

Таблица 7.Условная интенсивность отказов отдельных блоков, узлов ЭПУ

Наименование блока, узла	лЧ106, 1/ч
Сеть	1
Вводный щит ВЩ	1,6
Щиты переменного тока ЩПТА, ЩДГА	8
Шкаф ШВРА	9
ДГУ	530
УЭПС мощностью до 10 кВт	1,95
УЭПС мощностью выше 10 кВт	2,1
АБ	0,4
Автоматический выключатель ВА для АБ	0,2
Преобразователь ССПН	1,9
Преобразователь СУЭП	3,0
Конвертор КВ или КУВ	2,0
Инвертор ИТ	3,0
ЩРЗ или ПР	5,0

Надежность последовательно включенных блоков

,

где n - число блоков, включенных последовательно.

Надежность параллельно включенных блоков

,

где m - число блоков, включенных параллельно.

Надежность всего тракта

Р_тр (t) = Р_посл (t)P_парал (t).

Интенсивность отказа тракта

л_тр1 = л₁ + л₂ + л₃ + ... +л_n , 1/ч.

Время наработки на отказ

, ч.

Коэффициент готовности тракта:

,

где _в1 - время восстановления. Например, для первого тракта _в1 = 1,2 ч.

Аналогично по формулам найдем К_тр для остальных трех трактов.

Тогда коэффициент готовности всей ЭПУ c учетом четырех параллельных трактов:

(26)



Наработка на отказ всей системы из четырех (k = 4) параллельных трактов:

, ч. (27)

Пользуясь выше приведенными формулами, производим расчет надежности системы.

Получаем для первого тракта:

Вероятность безотказной работы

Интенсивность отказа тракта л_тр1=

Время наработки на отказ , ч.

Коэффициент готовности тракта

Получаем для второго тракта:

Вероятность безотказной работы

Интенсивность отказа тракта л_тр2=

Время наработки на отказ , ч.

Коэффициент готовности тракта

Получаем для третьего тракта:

Вероятность безотказной работы

Интенсивность отказа тракта л_тр3=

Время наработки на отказ , ч.

Коэффициент готовности тракта

Получаем для четвертого тракта:

Вероятность безотказной работы

Интенсивность отказа тракта л_тр4=

Время наработки на отказ , ч.

Коэффициент готовности тракта

Таким образом, коэффициент готовности всей ЭПУ c учетом четырех параллельных трактов К_эпу =0,999998657, а наработка на отказ всей системы из четырех (k = 4) параллельных трактов при нем равна Т_эпу = 186150.2 ч.= 21.25 года.



Заключение

В данной курсовой работе произведён расчёт электропитающей установки для аппаратуры автоматики. Рассчитан вариант ЭПУ с использованием в качестве источников питания аккумуляторные батареи, а также установка ДГУ, как резервный вариант электропитания, а основное питание осуществляется с помощью внешнего источника питания через фидеры. Произведено размещение оборудования в масштабе 1/50.

Питание оборудования осуществляется через инвертор, ССПН и УИЦ. В случае отключения питания от внешней сети, данное оборудование переподключается к аккумуляторным батареям либо к ДГУ (ДЭС-100), мощностью 100 кВт.



Список использованной литературы

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

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

Размещено на Allbest.ru