В соответствии с данной в задании категорией надежности электроснабжения (I особой) выбираем систему электропитания.

Основные источники электроэнергии - внешнее электроснабжение по фидерам напряжением 220 В 50 Гц, 1 автоматизированная местная дизель-генераторная установка (АДГУ) и аккумуляторная батарея (АБ).

Установки гарантированного питания УГП представляют собой комплекты электротехнического оборудования, обеспечивающие беспрерывное (или с минимальными перерывами) электропитание потребителей переменного тока. В нашем случае УГП может служить гидроэлектростанция (ГЭС). В нормальных условиях питание осуществляется от внешних источников непосредственно или через преобразователи, а в аварийных условиях - от резервного местного источника питания, в качестве которого используются аккумуляторные батареи (АБ) или автоматизированной дизель-генераторной установки.

В данном проекте рассматриваем наиболее сложную работу ЭПУ для стационарных объектов связи и автоматики по системе «On-Line», то есть 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.

1.1 Составление предварительной структурной схемы электропитания

По заданным параметрам нагрузки и категории надежности электроснабжения составляем предварительную структурную схему ЭПУ первой особой группы надежности для потребителей электропитания.

Данная схема представлена на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 - Предварительная структурная схема ЭПУ

Предварительная структурная схема ЭПУ включает в себя 2 Ф1 и Ф2 - фидера внешнего электроснабжения, ВВУ - вводные устройства, включающие в себя вводные щиты, шкафы, узлы автоматического включения резерва (АВР), АДГУ - автоматизированную дизель-генераторную установку, ВУ - выпрямители, ССПН - стойки стабилизаторов постоянного напряжения, ИТ - инверторы.

Структурная схема ЭПУ І особой категории надёжности представлена в альбоме чертежей.

5.1 Расчет мощности АДГУ и выбор его типа

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 особой группы категории можно выбрать, ШВРАУ 380/I_н 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

Выберем аварийные выключатели.

Номинальный ток группы:

(7.1)

Непосредственно ток выключателей:

(7.2)

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

ВА 51-35 (I_ном = 250 А) 1 шт.;

Выберем предохранители.

Так как I_Ф =169,3 А, то согласно этому значению выбираем предохранитель ПН2 150-200 А

8. Расчет токораспределительной сети

Согласно заданию, токораспределительная сеть (ТРС) имеет 12 участков общей длиной 20м.

Рисунок 8.1 - Эскиз токораспределительной сети

Расчет производим для каждого участка длиной l_i c током I_i.

На всех участках используем 2-х проводную медную линию.

Расчет сечения проводов в токораспределительной сети проводился по формуле:

, (8.1)

где, - расчетное значение i-го сечения;

n = 2 - число проводов;

- ток при максимальном напряжении;

- длина i-го участка;

- допустимое падение напряжения в ТРС, для U_АБ=60В ;

- проводимость материала (Cu: = 57 См);

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

; (8.2)

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

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

Результаты расчета ТРС приведены в таблице 8.1.

Приведем пример расчета для первого участка ТРС:

Таблица 8.1 - Результаты расчета токораспределительной сети

9. Расчёт сопротивления защитного контура заземления и измерительных электродов токам растекания

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. По заданию _з = 20 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 по формуле:

, (9.1)

Принимаем первоначально контур в горизонтальном плане в виде квадрата со стороной 3 м, с четырьмя вертикальными электродами (n = 4). Тогда сопротивление токам растекания такого горизонтально расположенного контура из стальной шины шириной b = 0.04 м и длиной l_гор=12 м без вертикальных электродов:

. (9.2)

Общее сопротивление такого контура:

(9.3)

где К_сез = 1.4 - сезонный коэффициент;

n - число вертикальных электродов в контуре;

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

Для четырёх вертикальных электродов:

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

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

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

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

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

10. Размещение оборудования и защитного контура

В узловых центрах связи и автоматики для размещения оборудования ЭПУ необходимы помещения: щитовая, помещение для выпрямителей и преобразователей, отдельные помещения для ДГУ со щитами ЩДГА, ЩДГВ, ЩЗРБ и отсеком для стартерной батареи, помещение для топливного бака или цистерны при длительном отключении сети или ремонте. В ряде вариантов выпрямители, преобразователи и АБ размещают в автозале вместе с аппаратурой связи и автоматики, сокращая расходы на вентиляцию и отопление ЭПУ.

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

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

Таблица 10.1 - Размеры оборудования.

11. Расчет надежности электропитающей установки

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

Для расчета выбираем самый ненадежный вариант нагрузки - 3.

Рисунок 11.1 - Схема для расчета надежности

Условная интенсивность отказов отдельных блоков, узлов ЭПУ представлена в таблице 11.1. При экспоненциальном законе распределения и взаимной независимости отказов:

Р(t) = е ^{-л t} ? 1? лt,(11.1)

где л - суммарная интенсивность отказа элемента, блока системы;

t - интервал времени, за которое определяется вероятность отказов,

t1=1,1 ч;

t2= t3=24 ч;

t4=1 ч.

Таблица 11.1 - Условная интенсивность отказов отдельных блоков, узлов ЭПУ

Алгоритм расчета трактов:

Надежность последовательно соединенных элементов рассчитывается по формуле:

(11.2)

где n - число блоков, включенных последовательно.

Надежность параллельных цепей производится по формуле:

(11.3)

где m - число блоков, включенных параллельно.

Надежность всего тракта:

Р_тр (t) = Р_посл (t)*P_парал (t).(11.4)

Интенсивность отказа тракта:

л_тр1 = л₁ + л₂ + л₃ + ... +л_n , 1/ч.(11.5)

Время наработки на отказ:

(11.6)

Коэффициент готовности тракта:

(11.7)

где _в1 - время восстановления тракта.

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

(11.8)

Наработка на отказ всей системы параллельных трактов:

(11.9)

Выполним расчет надежности своей установки.

1) Первый тракт - нормальный режим эксплуатации.

.

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

.

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

.

4) Четвертый тракт - послеаварийный режим восстановления работоспособности ЭПУ:

.

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

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

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

Итак, среднее время безотказной работы:

Заключение