Проектирование электропитания устройств связи и автоматики

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Кафедра «Системы передачи информации»

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине: «Электропитающие устройства ЖАТС»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ УСТРОЙСТВ СВЯЗИ И АВТОМАТИКИ

2010

Реферат

УДК 656. 25: 621. 311. 6

Курсовой проект содержит 27 страницы печатного текста, 2 таблицы, 2 рисунка, использовано 5 источников.

Проект электропитания, выпрямитель, аккумуляторная батарея, аварийное освещение, стабильность напряжения, токораспределительная сеть.

В настоящей курсовой работе рассчитано электропитание для аппаратуры связи, обеспечивающая электроснабжение I категории надежности, бесперебойное питание потребителей: 120 В, 24 В (90 А, 60 А соответственно) постоянное напряжение, и 220 В (80 А, 50 Гц) переменное напряжение, а так же аварийное освещение 48 В (12 А).

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

Содержание

  • Введение
  • 1. Выбор способа электропитания
  • 2. Выбор преобразователей для бесперебойного питания нагрузок в аварийном режиме
  • 3. Расчет емкости и числа элементов аккумуляторной батареи
  • 3.1 Расчет емкости и выбор типов аккумуляторов

3.2 Расчет числа элементов аккумуляторной батареи

4. Расчет и выбор типов выпрямителей

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

6. Выбор вводных устройств переменного тока

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

8. Расчет токораспределительной цепи

9. Расчет сопротивления защитного контура заземления и измерительных электродов токами растекания и защитного контура

10. Защита ЭПУ от внешних перенапряжений

11. Расчет надежности электропитающей установки

Заключение

Библиографический список

Введение

ток перенапряжение аккумуляторный

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/Iн 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;

— «Iн» — 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 — 2 250 800 600

Функциональная схема шкафа ШВРАУ 380/Iн 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 3Iн, со временем отключения нагрузки до 5 с, где Iн — номинальный ток нагрузки, автоматические выключатели типов ВА 47−29, ВА-5135, ВА-5343М с характеристиками В, С, D выбирают на ток срабатывания, равный соответственно 5Iн, 10Iн, 15Iн за 0,1 с, где Iн — 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, 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-4 60−60/160 и 1а стойка 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 962 600 600 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

3.1 Расчет числа элементов аккумуляторной батареи

Для удобства возьмем две аккумуляторные батареи. Число элементов аккумуляторной батареи рассчитываем как отношение номинальной величины напряжения наибольшей нагрузки к номинальному напряжению элемента = 2 В:

Номинальное напряжение наибольшей нагрузки по заданию U1 = 120 В. По формуле находим число элементов для первой нагрузки:

N1 = 60/2 = 30.

Для второй нагрузки:

N2 = 24/2 = 12.

Зарядное напряжение составляет Uэл max = 2,35 В, а минимальное напряжение для I категории — 1,8 В.

Напряжение всей батареи будет меняться в пределах:

UАБmax = NUэл max; UАБmin = NUэл. min.;

;

;

.

Буферное напряжение батареи находим при Uэл буф = 2,25 В:

UАБ буф = NUэл. буф;

;

.

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, ИТ, 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 зспн = 0,92; КПД инвертора ИТ примем зис = 0,8.

Получается:

где Uтрс? 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

60

120

220

Uтрс, В

0,8

1,6

3

5

Таблица 2 — и количество банок

Количество банок

Напряжение на банку

120

30

1,8

54

24

12

1,8

21,6

220

110

1,8

198

Производим расчет токов:

Ток аварийного освещения дан по заданию Iао=12 А при напряжении Uао=48 В.

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

Iр10 1= Iвх сспн1 + Iвх сспн2 +Iао=238+30+12=280,4 А;

Iр10 2= Iвх ит =362,3 А.

Далее рассчитываем фактическую емкость батареи:

Сф = Iptp,

где Ip = Ip10зi (зi — коффициент кратности, определяемый для гелевых АБ по таблице 3 в зависимости от заданного tр, в данном курсовом проекте мы имеем дело с I категорией надежности электроснабжения, поэтому tр=8 часов).

Iр 1= Iр10 1 * зi =280,4*1,15=322,46 А;

Iр10 2= Iр10 2 * зi =362,3*1,15=416,65 А.

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

, Ач,

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

Значения зG в зависимости от выбранного tр приведены в таблице 3.

Таблица 3 — Зависимость зG и зi от выбранного tр.

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 этого берем нагрузку с наибольшим напряжением

120 В:

Сгр. прив = Сприв/2, Ач

Далее по полученным данным выбираем тип используемых аккумуляторов. Были выбраны 2 аккумулятора: первый типа А602/2000 16OPzV 2000, который дает номинальное напряжение 2 В и имеет емкость 2070 Ач (Необходимая емкость батареи 1660 Ач); а второй типа А602/2500 20OPzV 2500, который дает номинальное напряжение 2 В и имеет емкость 2580 Ач (Необходимая емкость батареи 2145 Ач)

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 16OPzV 2000

775

215

400

А602/2500 20OPzV 2500

775

215

400

Исходя из данных, выбрали:

Рассматривая данные выбрали шкаф типа УЭПС-2 60/400−88,соединенных.

— «2» — обозначает тип шкафа

— «60» — выходное напряжение

— «400» — максимальный выходной ток;

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. Емкость всей выбранной по таблицам АБ (для 120 В) определяется так:

САБ = 2 Сгр.

Емкость АБ:

;

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

I вб = Iр10 + Iзар АБ ,

где Iзар. АБ = САБ /tзар; tзар = 10 ч:

Iзар. АБ1=3320/10=332 А;

Iзар. АБ2=4290/10=429 А.

Рассчитываем I вб:

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 выход

Iв выб = (Iр + Iзар АБ) /0,75

Imax вб1 = (Iр1 + Iзар АБ1) /0,75= А;

Imax вб2 = (Iр2 + Iзар АБ2) /0,75= А.

Далее рассчитаем ток аварийного включения, для этого рассчитаем IПГР:

Тогда считаем, что

IAB=2*

IAB1=1327,88 А;

IAB2=1715,76 А.

Для выбора нужного количества стоек используем следующую формулу:

N УЭПС = Iв выб /Imax ном

N УЭПС1 = 872,6/400=2,18?3,при этом не потребуется запасных стоек,

N УЭПС2 = 1127,5/400=2,82?3,нужна еще 1а сойка в запасе.

Для УЭПС2−60/400−88 нужно всего шесть стоек, плюс одна в запасе: берем выпрямители ВБВ 60/50−2, которые дают выходное напряжение в диапазоне 54 — 67,5 В, выходной ток от 0 до

50 А, максимальную выходную мощность 3000 Вт, имеют кпд=0,85, а масса выпрямителей 40 кг каждый.

Для напряжения 24 В нужна одна стойка, с неполной комплектацией: берем выпрямители ВБВ 60/25−2К, которые описаны выше.

Таким образом для АБ всего необходимо 7 стоек, учитывая резерв.

5. Расчет параметров вводной сети переменного тока и 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 РУЭПС с выпрямителями, работающими на преобразователи с нагрузкой, на зарядку АБ, на аварийное освещение мощностью РАО, для работы кондиционера автозала РК, для собственных нужд ДГУ мощностью РСН.

Максимальная нагрузка ДГУ при аварийном отключении питающих фидеров переменного тока:

РДГУ = РУЭПС + РАО + РК + РСН.

Мощность, потребляемая выпрямителями ВБВ УЭПСа и ССПН:

РУЭПС = РУЭПС1 + РУЭПС2;

РУЭПС = UАБ maxIвыпр / зУЭПС,

где зУЭПС= зССПН = 0,9 — КПД выпрямителей;

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

Расчет мощности ДГУ:

РУЭПС1 =

РУЭПС2 =

РУЭПС = РУЭПС1 + РУЭПС2=68 353+88383=156 736

РДГУ =

Активная составляющая длительной нагрузки ДГУ РУЭПС 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.

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

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

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

Максимальная активная мощность Рmax., потребляемая от сети, больше мощности РДГУ на величину дополнительных негарантированных нагрузок: мастерских РМ, нормального общего освещения РОСВ, общей вентиляции помещений узла связи и автоматики РВЕНТ, а также прочая негарантированная нагрузка данная в задании (Uнг=380, Iнг=12, Pнг=4560 Вт):

Рmax = РДГУ + РМ + РОСВ + РВЕНТ =

Годовая стоимость электроэнергии без учета реактивной составляющей мощности Qmax при стоимости одного кВт-часа 1,5 руб. составляет:

Ппотр. = Рmax·365·24·Z· 2/3= 173,812·365·24·1,5· 2/3=1 522 593,12 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:

где — сумма всех активных мощностей;

— сумма реактивных мощностей отдельных групп нагрузок.

Общая активная мощность рассчитывается равна =173 812 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:

,

где — напряжение фазы, равное 220 В.

. А

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 вводного фидера Ф1 выбираем по IФ типа ВА-5343МС с присоединенным электромагнитным приводом для дистанционного управления им.

6. Выбор вводных устройств переменного тока

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).

Для ЭПУ I группы категории можно выбрать, ШВРАУ 380/Iн 21 П К, с функциональной схемой, представленной на рис. 6.1.

/

Рисунок 6.1. — Функциональная схема шкафа ШВРА для ЭПУ I особой категории надежности

На рис. 6.1 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-ипроводной схеме TN-S).

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

Предохранители ПН-2 выбираем на ток, равный 3Iн, со временем отключения нагрузки до 5 с, где Iн — номинальный ток нагрузки, равный 200 А, т. е. выбираем на ток равный 600 А.

Автоматические выключатели типов ВА 47−29, ВА-5135, ВА-5343М с характеристиками В, С, D выбираем на ток срабатывания, равный соответственно 5Iн, 10Iн, 15Iн за 0,1 с, где Iн — номинальный ток нагрузки. Для ускоренного отключения нагрузки выбираем выключатели с характеристикой В, для моторной нагрузки мастерских — с характеристикой D, для основной нагрузки — с характеристикой С. Выбираем автоматический выключатель типа ВА-5135 с характеристикой С для трех токораспределительных шкафов и трех ВБВ УЭПСа и типа ВА-5343М для АДГУ.

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.

Выбираем шкаф аварийного питания типа АВР-0−63 настенного исполнения с габаритами 1 380 530 215.

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 li c током Ii.

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= Ii· li

n = 2 — число проводов каждого участка;

Ii, li — соответственно ток и длина каждого участка, включая и первый;

м =57 См/м — удельная проводимость меди;

Uтрс — 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.

Первоначально возьмем g1 =4 мм2

Тогда

.

Производим расчет действительной потери напряжения на первом участке:

Потеря напряжения на остальных участках составит:

Максимальное ?Uтрс не должно превышать 3 В, а в случае g1=4 мм2 оно составляет 3,1 В.

При g1=6 мм2 оно составляет 3,068 В.

При

g1 =10 мм2

В этом случае

.

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.

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 (2×5)

1,84

2

15

3

0,158

10

ВВГнг

10 (2×5)

3

15

2

0,105

10

ВВГнг

10 (2×5)

4

15

2

0,105

10

ВВГнг

10 (2×5)

5

15

2

0,105

10

ВВГнг

10 (2×5)

6

15

2

0,105

10

ВВГнг

10 (2×5)

7

15

2

0,105

10

ВВГнг

10 (2×5)

8

15

2

0,105

10

ВВГнг

10 (2×5)

9

15

2

0,105

10

ВВГнг

10 (2×5)

В результате расчетов получилось равным 1,84 В, при максимально допустимом 3 В, значит сечение проводника 10 мм² подходит для данной токораспределительной сети.

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 = 0,7 м горизонтально в виде замкнутого прямоугольника или квадрата стальной шины длиной lгор cечением 404 мм² и вертикальных электродов в виде стальных труб диаметром dв = 20 мм и длиной lв = 2,5 м, 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 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 lгор=12 м без вертикальных электродов:

,

.

Общее сопротивление такого контура:

,

.

где Ксез = 1,4 — сезонный коэффициент;

n — число вертикальных электродов в контуре;

зив, зиг — 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 сопротивление, которое превышает 4 Ом, которые указаны в ГОСТ 464–79, п. 2.4.5.

Таким образом, аналогично этому расчету проводим последующие, постепенно увеличивая количество электродов.

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

,

.

Общее сопротивление такого контура:

,

.

где Ксез = 1,4 — сезонный коэффициент;

n — число вертикальных электродов в контуре;

зив, зиг — 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 (UН, UН, IН) 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 (Кг). 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,

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

Ртр (t) = Рпосл (t)Pпарал (t).

Интенсивность отказа тракта

лтр1 = л1 + л2 + л3 + … +лn, 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 Ктр для остальных трех трактов.

Тогда коэффициент готовности всей ЭПУ c учетом четырех параллельных трактов:

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

, ч.

Пользуясь выше приведенными формулами, производим расчет надежности системы.

Получаем для первого тракта:

Вероятность безотказной работы

Интенсивность отказа тракта

Время наработки на отказ, ч.

Коэффициент готовности тракта

Получаем для второго тракта:

Вероятность безотказной работы

Интенсивность отказа тракта

Время наработки на отказ, ч.

Коэффициент готовности тракта

Получаем для третьего тракта:

Вероятность безотказной работы

Интенсивность отказа тракта

Время наработки на отказ, ч.

Коэффициент готовности тракта

Получаем для четвертого тракта:

Вероятность безотказной работы

Интенсивность отказа тракта

Время наработки на отказ, ч.

Коэффициент готовности тракта

Таким образом, коэффициент готовности всей ЭПУ c учетом четырех параллельных трактов Кэпу =0,999 998 657, а наработка на отказ всей системы из четырех (k = 4) параллельных трактов при нем равна Тэпу = 197 430.2 ч.= 22. 54 года.

Заключение

В данном курсовом проекте была разработана электропитающая установка для устройств автоматики и связи с буферным многобатарейным способом электропитания, обеспечивающая электроснабжение постоянным током по группе, бесперебойное питание потребителей: 120 В, 24 В, и переменным 220 В, а так же аварийное освещение и гарантированное питание I категории с выходным напряжением 60 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 120 В длиной 19 м, разбитая на 9 участков.

Также была рассчитана надежность работы электропитающей установки, почти 22 года. Cамым надежным оказался 3 тракт. Тракт 2- самый ненадежный.

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.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой