Проектирование электропитающих устройств дома связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра Электрические машины

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи

на тему Проектирование электропитающих устройств дома связи

Вариант 60

Екатеринбург

2011



Содержание

Введение

Исходные данные

1. Краткая характеристика аппаратуры связи и общие требования к электроустановке

2. Требования, предъявляемые аппаратурой связи к устройствам электропитания

3. Выбор системы электропитания дома связи по способу резервирования, построения и эксплуатации ЭПУ

4. Выбор вида выпрямительных устройств и способа поддержания напряжения на входе питаемой аппаратуры в заданных пределах

5. Расчёт основного электрооборудования ЭПУ

5.1 Расчёт аккумуляторных батарей

5.2 Расчёт элементов схемы поддержания напряжения на входе питаемой аппаратуры в заданных пределах

5.3 Расчёт выпрямительных устройств

6. Расчёт нагрузки электроустановки на внешние сети и выбор ДГА22

7. Краткое описание работы схемы ЭПУ

Список использованной литературы

Введение

Современные средства железнодорожной связи являются технической базой обеспечения чёткой и безаварийной работой железных дорог. Поэтому роль установок электропитания в деле обеспечения бесперебойного действия связи весьма велика.

Электропитающие устройства объединяют источники первичного электропитания (источники снабжения электрической энергией) и источники вторичного электропитания (преобразователи количественных и качественных характеристик электроэнергии, коммутационные, распределительные и другие устройства).

Комплекс сооружений, обеспечивающих электроснабжение, освещение, питание аппаратуры связи, а также работу различного силового электрооборудования хозяйственного назначения как в нормальных условиях внешнего электроснабжения, так и в аварийных, образует электроустановку предприятия (объекта) связи. Электроустановки объектов связи должны строиться на базе применения современного промышленного оборудования, быть максимально автоматизированными и экономичными в эксплуатации и строительстве, обладать высокими значениями КПД и cos ц, допускать возможность развития узла связи без замены основного силового оборудования.

Основной частью электроустановки являются их ЭПУ (электропитающие установки), осуществляющие преобразования, регулирования, распределение, контроль, защиту и резервирование различных напряжений переменного и постоянного тока, необходимых для нормальной работы аппаратуры связи.

Цель данного курсового проекта заключается в том, чтобы с учётом конкретных условий узла связи определить оптимальный вариант ЭПУ, обеспечивающий бесперебойность снабжения аппаратуры связи электрической энергией необходимых напряжений и качества.

Исходные данные

электропитающий напряжение электрический бесперебойность

1. Проектируемый дом связи представляет отдельное здание, размещаемое на двухкабельной магистральной линии связи, и является обслуживаемым усилительным пунктом (ОУП).

Характеристика дома связи и условия его внешнего электроснабжения приведены в табл. 1

Таблица 1 - Характеристика дома связи и условия внешнего электроснабжения

Дом связи (ОУП)	Характеристика внешнего электроснабжения
характер здания	тип	Место расположения
Трехэтажное кирпичное	III	Крупная станция	Круглосуточное, и устойчивое электроснабжение по двум линиям от двух пунктов крупной энергосистемы

Номинальное напряжение переменного тока на вводах ЭПУ дома связи - 220 В, его колебания находятся в пределах 187 ч 242 В. Отклонения частоты переменного тока не превышают ±5%, несинусоидальность формы кривой напряжения составляет не более 10%.

2. В линейно-аппаратном зале (ЛАЗ) дома связи размещаются обслуживаемые усилительные станции транзитной и каналообразующей аппаратуры конечных пунктов высокочастотных (ВЧ) систем передачи К-60п, аппаратура уплотнения воздушных и кабельных линий примыкающих направлений, а также аппаратура оперативно-технологической связи.

Кроме того, в доме связи размещаются автоматическая телефонная станция (АТС) местной связи, коммутаторы междугородной (МТС) и узлы автокоммутации (УАК) дальней автоматической телефонной связи (ДАТС).

Состав и количество оборудования в доме связи даны в табл. 2



Таблица 2 - Состав и количество аппаратуры в доме связи

Тип аппаратуры	Единица измерения	Количество аппаратуры
Системы передачи по линиям связи:
К-60п (промежуточная станция ПК-60п с ДП)	Система	3
К-60п (оконечная станция ОК-60п с ДП)	Система	2
К-12 + 12 (оконечная станция К-12 + 12 с ДП)	Система	2
Аппаратура выделения и ВЧ транзита первичных групп:
СТПГ-АК-5	Стойка	1
Оборудование служебной связи и телемеханики:
ССС-7	Стойка	1
ТМ-ОУП	Комплект	1
Аппаратура тонального телеграфирования
ТТ-12	Комплект	2
Аппаратура оперативно-технологической связи:
ПСТ-4	Станция	1
ДРС-И-69	Станция	1
МСС-12-6-60	Стойка	1
Аппаратура междугородней и местной телефонной связи:
АТСК-100/2000	Номер	600
УАК ДАТС	Канал (комплект ДАТС)	20
М-60	Коммутатор	3

ДП - дистанционное питание необслуживаемых усилительных пунктов (НУП) дальней связи.

3. Данные по дополнительным потребителям электроэнергии дома связи приведены в табл. 3

Таблица 3 - Дополнительные нагрузки дома связи

Наименование нагрузок	Установленная мощность, кВт	Коэффициент мощности, cos ц	Коэффициент одновременности включения приборов нагрузки
Вентиляция аккумуляторной, помещение ДГА, насосы для подкачки топлива ДГА(гарантированная силовая нагрузка)	10,4	0,8	0,6
Гарантированное освещение	8,3	0,92	0,7
Аварийное освещение 24 В постоянного тока	0,3	1,0	1,0
Негарантированное (общее) освещение	21,8	0,92	0,7
Негарантированное силовое оборудование (потребители хозяйственных нужд)	47,6	0,8	0,66

Для заданного дома связи требуется разработать установку электропитания и рассчитать её основное электрооборудование.

1. Краткая характеристика аппаратуры связи и общие требования к электроустановке

1) Система К-60п (код изделия 6661500000) служит для организации 60 телефонных каналов по симметричным непупинизированным двухкабельным линиям связи; возможно вторичное уплотнение телефонных каналов тональным телеграфом и фототелеграфом, передача сигналов систем передачи данных и междугородного радиовещания. Выполнена полностью на полупроводниковых приборах с использованием печатного монтажа. Линейный спектр частот 12- 280 кГц.

2) Промежуточная обслуживаемая станция ПК-60п (код изделия 6661520100) состоит из одной стойки линейных усилителей и корректоров СЛУК-ОУП-2, имеющей двухчастотную плоско-наклонную автоматическую регулировку уровня (АРУ) или СЛУК-ОУП-3 с трёхчастотной плоско-наклонной криволинейной АРУ.

3) Система К-12+12 предназначена для уплотнения цепей в симметричных кабелях МКС 4*4*1.2, МКПБ(МКВБ) 1*4*1.2, МКПАБ 7*4*1.05, КСПП 1*4*1.2, КСППБ 1*4*1.2, КСПП 1*4*0.9 и КСППБ 1*4*0.9 двенадцатью телефонными каналами по двухпроводной двухполосной системе и одного служебного канала в диапазоне частот 8-124 кГц. Электропитание аппаратуры К-12-12 на ОП и ОУП производится от нестабилизированного источника постоянного тока напряжением 24 В+10% или от сети переменного тока напряжением 220 В +10% (-15%).

4) СТПГ-АК-5 стойка транзита первичных групп.

5) Оборудование служебной связи ССС-7 предназначено для обеспечения служебной телефонной связью кабельных магистралей, уплотнённых системами передачи К-60п. В состав оборудования входят стойка для оконечных и промежуточных усилительных пунктов. Электропитание аппаратуры ССС-7 осуществляется от источников постоянного тока напряжением 21,2 и 24В.

6) Комплект ТМ-ОУП формирует и передаёт команды управления в линию связи и принимает сигналы с линии. Состоит из распределителей, формирователей тактовых импульсов, блока автоматического запуска распределителя, коммутирующих ключей, блока приёма и передачи двух схем совпадения, элементов в ЭП и бесконтактных реле.

7) Аппаратура ТТ-12 «Днепр» с частотной модуляцией предназначена для уплотнения стандартных четырехпроводных каналов тональной частоты (0,3-3,4кГц) кабельных, воздушных или радиорелейных линий связи. Позволяет организовывать до 12 дуплексных телеграфных каналов.

8) Аппаратура ПСТ-4 (код изделия 812121) предназначена для организации связи по четырём цепям постанционной связи. В составе ПСТ-4: стойка на четыре направления ПСТ-4 и восемь рамок с кнопками.

9) Аппаратура ДРС-И-69 дает возможность: связи со всеми абонентами по принципу «говорит один - слышат все»; включения двух линий дальних абонентов по двухпроводной схеме; включения установки дежурного по отделению дороги, двух телефонов системы ЦБ у местных абонентов и междугородного коммутатора; вызова местных и дальних абонентов со звуковым контролем его прохождения.

10) Аппаратура МСС-12-6-60 (код изделия 813113) предназначен для подключения студий небольших узлов связи к сети магистральной и дорожной связи совещаний. Аппаратура работает в качестве оконечного усилителя четырехпроводной связи и узловой трансляции связи совещаний.

11) Автоматическая координатная телефонная станция АТСК-100/2000 предназначена для организации телефонной связи между абонентами предприятий или учреждений и внешней связи этих абонентов с городскими и ведомственными АТС. АТС-100/2000 позволяет организовать автоматическую связь с любыми декадно-шаговыми АТС, а также ручными телефонными станциями ЦБ и МБ. Электропитание осуществляется от источника постоянного тока с номинальным напряжением 60 В.

12) Система дальней автоматической телефонной связи (ДАТС) с четырёхпроводным транзитом разработана с целью дальнейшего совершенствования автоматической телефонной связи на железных дорогах. Комплекты дальнего набора применяют в УАК магистральной и дорожной сетей ДАТС. Каждый комплект дальнего набора состоит из платы релейного ретранслятора и плат генератора (ГТНВ) и приёмника (ПТНВ) тонального набора и вызова (платы ПГП-4).

13) Коммутатор М-60 предназначен для индивидуальной установки и комплектацией междугородных станций до 60 каналов. М-60 выполнен в деревянном двухпанельном корпусе. Электропитание коммутатора осуществляется от источника постоянного тока напряжением 24 В (2 А).

Электроустановки объектов связи должны строиться на базе применения современного промышленного оборудования, быть максимально автоматизированными и экономичными в эксплуатации и строительстве, обладать высоким КПД и cos ц, допускать возможность развития узла связи без замены основного оборудования.

ЭПУ предприятий связи могут строиться по различным принципам, однако задача инженера-связиста заключается в том, чтобы с учётом конкретных условий узла связи определить их оптимальный вариант, обеспечивающий бесперебойность снабжения аппаратуры связи электроэнергией необходимых напряжений и качеств.



2. Требования, предъявляемые аппаратурой связи к устройствам электропитания

А. Обеспечение высокой надежности снабжения электроэнергией. В соответствие с ОСТ 32.14-80 [4], по которому все электроприемники железнодорожного транспорта в отношении надёжности снабжения их электроэнергией разделены на три категории, дома связи отнесены к особой группе приёмников 1-й категории. Их электроснабжение должно осуществляться с двойным резервированием, то есть от трёх независимых источников электроэнергии с обязательной установкой в домах связи местных резервных электростанций в виде автоматизированных дизель-агрегатов ДГА.

На крупных станциях, как правило, имеется возможность обеспечить электроснабжение узла связи по двум раздельным линиям (фидером) от двух независимых (отказ одного источника не вызывает отказа другого) источников внешних сетей переменного тока. В этом случае для дополнительного резервирования питания дома связи устанавливается один ДГА.

Поскольку аппаратура связи не допускает даже кратковременных перерывов питания, возникающих, например, при переключении фидеров, то ЭПУ дополняется аккумуляторными батареями, ёмкость которых рассчитывается на питание аппаратуры связи в часы наибольшей нагрузки (ч. н. н.) в течение двух часов.

Б. Номинальные напряжения и показатели качества электрической энергии. Номинальные напряжения аппаратуры проводной связи, их отклонения и допустимые псофометрическая или среднеквадратичная пульсации по постоянному току нормированы ГОСТ 5237-83 «Установки электропитания проводной связи. Напряжения» [6] . Этому ГОСТу должны соответствовать и проектируемые установки электропитания домов связи.

Значения напряжений, допустимых пределов их изменений и величин пульсации представлены в табл. 4

В. Токовые нагрузки, создаваемые аппаратурой связи, на источники питания. При выполнении расчётов следует учитывать, что ОУПы кабельных магистралей осуществляют дистанционное питание аппаратуры НУПов через стойки СДП-К-60п. Кроме того, следует обратить внимание на оборудование систем дальней связи. Оно состоит из отдельных стоек. Некоторые из этих стоек являются групповыми и могут обслуживать одновременно несколько систем.

Нагрузка, создаваемая аппаратурой связи, не остаётся постоянной. Особенно большими колебаниями в течение суток отличается нагрузка АТС. Однако, несмотря на такие изменения, устройства электропитания в целях обеспечения качественной связи должны рассчитываться с учётом максимального потребления тока в ч. н. н.

Ток, потребляемый аппаратурой избирательной связи, значительно увеличивается во время посылки вызова и уменьшается при разговоре. Поскольку посылка вызова по времени незначительна, то при расчёте ёмкости батареи учитывается только ток, потребляемый аппаратурой при разговоре. В расчетах тока нагрузок рекомендуется предусматривать резерв 15 - 20% для развития связи в ближайшие 5 - 10 лет.

Следует, однако, иметь в виду, что ток, потребляемый аппаратурой связи в реальных условиях её нагрузки, несколько меньше его расчётного (паспортного) значения. Это уменьшение характеризуется коэффициентом спроса kc, который для аппаратуры отделенческой связи и систем передачи, АТС, ручных и автоматических междугородних станций составляет 0,75 по цепи 24 В и 0,8 по цепи 60 В [5]. Поэтому токовая нагрузка аппаратуры связи в окончательном виде должна быть определена с учётом коэффициента спроса.

Результаты расчета нагрузок представлены в табл. 5.



Таблица 4 - Параметры электропитания аппаратуры связи

Вид аппаратуры	Напряжение источника тока, В	Допускаемая пульсация напряжения, создаваемая источником тока при измерении, В
	номинальное	допускаемые пределы изменения	ламповым вольтметром со среднеквадратичной шкалой	Псофометром
1	2	3	4	5
Аппаратура дальней связи на транзисторах (К-60п, ПСТ-4, МСС-12-1-60, ДРС-И-69 и др.)	24	21,6 - 26,4	250·10-3 в полосе частот до 300 Гц и 15·10-3 в полосе частот от 300 Гц и выше	-
Оборудование автоматических междугородних телефонных станций (ДАТС)	60	58 - 66	-	5·10-3
Координатные АТС (АТС-К 100/2000)	60	54 - 72	-	5·10-3
Аппаратура тонального телеграфирования, (ТТ-12, и др.)	24	21,6 - 26,4	0,24	-

По данным табл. 5: УI24 = 110,42 А УI60 =45,12 А

Таблица 5 - Расчётные данные потребления тока аппаратурой связи в аварийном режиме

Потребители электроэнергии	Единица измерения	Количество аппаратуры	Потребление тока в час наибольшей нагрузки, А, при напряжениях, В
			ЛАЗ	АТС и МТС
			Стабил. -21,2	Нестабил. -24	60	24
			на единицу	общая	на единицу	общая	на единицу	общая	на единицу	общая
К-60п (промежуточная станция ПК-60п с ДП)	Система	3
- СЛУК ОУП-2	Стойка на 4 сист.	1	2,4	2,4	9,5	9,5	-	-	-	-
К-60п (оконечная станция ОК-60п с ДП)	Система	2					-	-	-	-
- СЛУК ОП	Стойка на 2 сист.	1	1,10	1,10	3,50	3,50	-	-	-	-
- СУГО-1-5	Стойка на 8 сист.	1	19,80	19,80	2,91	2,91	-	-	-	-
- СКЧ	Стойка на 2 сист.	1	1,75	1,75	1,34	1,34	-	-	-	-
- СГП	Стойка на 2 сист.	1	4,0	4,0	5,0	5,0	-	-	-	-
- СИП-60	Стойка на 1 сист.	2	1,40	2,8	0,47	0,94	-	-	-	-
- СТВ-ДС-60	Стойка на 1 сист	2	-	-	3,50	7,0	-	-	-	-
- СДП	Стойка на 2 цепи	1	16,0	16,0	2,0	2,0	-	-	-	-
К-12+12 (оконечная станция ОК-12+12 с ДП)	Система	2	-	-	12,90	25,80	-	-	-	-
СТПГ-АК-5	Стойка	1	-	-	1,55	1,55	-	-	-	-
ССС-7	Стойка	1	0,15	0,15	0,65	0,65	-	-	-	-
ТМ-ОУП	Комплект	1	1,40	1,40	0,30	0,30	-	-	-	-
ТТ-12	Комплект	2	-	-	4,80	9,60	-	-	-	-
ПСТ-4	Станция	1	-	-	0,15	0,15	-	-	-	-
ДРС-И-69	Станция	1	-	-	0,40	0,40	-	-	-	-
МСС-12-6-60	Стойка	1	-	-	1,50	1,50	-	-	-	-
АТСК-100/2000	Номер	600	-	-	-	-	4,5	27	-	-
УАК ДАТС	Канал (комп-лект ДАТС)	20	-	-	-	-	1,0	20,0	0,2	4,0
М-60	Коммутатор	3	-	-	-	-	-	-	2,0	6,0
Итого		49,4		62,64		47		10
Резерв (20%)		9,88		12,5		9,4		2
Всего		59,28		75,14		56,4		12
Всего с учётом коэффициента спроса		44,46		56,36		45,12		9,6



3. Выбор системы электропитания дома связи по способу резервирования, построения и эксплуатации ЭПУ

Под системой электропитания дома связи понимается совокупность системы электроснабжения и средств вторичного электропитания, объединённых общим функциональным назначением.

По способу резервирования выбираем систему питания выпрямительно-аккумуляторную. Такая система является основной системой электропитания устройств железнодорожной проводной связи. Батареи в них формируются из кислотно-свинцовых аккумуляторов, для которых характерно высокое разрядное напряжение (2В) и низкое внутреннее сопротивление. Батареи включаются по способу буферной работы с выпрямителями в режиме непрерывного подзаряда.

По принципу построения ЭПУ: аккумуляторная система электропитания многобатарейная (блочная). При много батарейных системах для каждого из напряжений постоянного тока, требуемых для питания аппаратуры связи, устраивается отдельная ЭПУ (выпрямительные и коммутационные устройства, аккумуляторные батареи).

Автоматизированные ЭПУ проектируются только на мощных объектах, т. е. ток по цепи 24 В должен быть больше 40 А, в расчетах получили I24 = 110,42 А, что удовлетворяет этому условию. Также данный дом связи имеет надежное внешнее электроснабжение, случаи отключения сети переменного тока весьма редки, поэтому послеаварийный заряд аккумуляторных батарей может осуществляться в течении продолжительного времени и не требует внимательного наблюдения за процессом персонала. Значит, выберем автоматизированные ЭПУ, они обеспечивают возможность автоматизации процесса послеаварийного заряда аккумуляторных батарей без отключения их от шин потребителей. Кроме того, в автоматизированных ЭПУ обеспечивается автоматическое включение резервного выпрямителя при отключении одного из рабочих, автоматическое включение выпрямительных устройств в работу при восстановлении напряжения в питающей сети и т.п. ЭПУ этого типа снабжены системой сигнализации, контролирующей режим работы установки и неисправность в цепях автоматически.

Так как по рекомендации ГТСС использование одногруппных батарей допускается только для питания АТС и узлов ДАТС при токе нагрузки в автоматизированной ЭПУ до 140А, в нашем случае ток по цепи 24 В составляет I24 = 110,42 А, а по цепи 60В - I60 =45,12 А, то рекомендуется деление батарей на две группы, что мы и сделаем в данном курсовом проекте. Обе группы имеют одинаковую емкость и работают параллельно во всех режимах, за исключением ремонтных и контрольных периодов, когда они разделяются.



4. Выбор вида выпрямительных устройств и способа поддержания напряжения на входе питаемой аппаратуры в заданных пределах

Для того чтобы аккумуляторная батарея при работе в буферном режиме с выпрямителями находилась в заряженном состоянии и была готова принять на себя нагрузку при аварии в сети переменного тока, необходимо поддерживать на зажимах напряжение равное 2,2В на аккумуляторах (режим непрерывного подзаряда). Однако в этом случае напряжение всей батареи оказывается выше напряжения максимально допустимого на нагрузке.

Для поддержания напряжения на входе питаемой аппаратуры в заданных пределах будем применять метод секционирования батареи.

В этом способе батарея делится на основную (ОБ) и дополнительную (ДБ) секции. На буферную работу включается только ОБ, количество аккумуляторов в которой выбирается таким, чтобы напряжение на ней в буфере было примерно равно среднему значению напряжения питания аппаратуры. Остальные аккумуляторы образуют ДБ и нормально отключены как от нагрузки, так и от основного ВУ. В заряженном состоянии ДБ поддерживается специальным выпрямителем (ВС). При переходе от нормального режима к аварийному к ОБ подключаются последовательно к ДБ.

Способ секционирования батарей удовлетворяет требованию регулирования напряжения в цепях с резко изменяющимся характером нагрузки (например, оборудования АТС и телеграфа), а также питания аппаратуры, требующей нестабилизированного напряжения 24±10% В. Однако, используемая при этом способе ступенчатая регулировка напряжения недопустима для некоторых видов аппаратуры дальней связи, поскольку она может нарушить её нормальную работу. Поэтому аппаратура, требующая стабилизированного напряжения 21,2 ± 3% В, включается через стойки автоматического регулирования напряжения (САРН).

ВУ типа ВУТ обладают высокой степенью автоматизации и применяются во всех автоматизированных ЭПУ предприятий связи.

Для нашего случая по цепи 24 В и 60 В будем использовать ВУ типа ВУТ.



5. Расчет основного электрооборудования ЭПУ

К основному электрооборудованию ЭПУ относятся аккумуляторные батареи, устройства для поддержания напряжения на входе потребителей в допустимых пределах, коммутационные устройства в цепях переменного и постоянного тока.

5.1 Расчет аккумуляторных батарей

Расчет аккумуляторных батарей заключается в определении их емкости, индексного номера аккумуляторов, а так же их количества в батареях.

1. Аварийный ток нагрузки Iав на который должна быть рассчитана аккумуляторная батарея. Этот ток складывается из тока, необходимого для питания аппаратуры связи Iап и тока, нужного для других аварийных потребителей, работа которых должна быть обеспечена при нарушении внешнего электроснабжения (аварийное освещение).

Ток, Iао потребляемый лампами аварийного освещения:

(1)

где: Росв - мощность ламп аварийного освещения, Вт (табл.3)

Uн -номинальное напряжение рассчитываемой цепи, В

А

Ток, Iав аварийный ток нагрузки.

Iав = Iапс + Iап + Iао (2)



где: Iапс - ток, потребляемый аппаратурой связи, требующей стабилизации напряжения с точностью ±3%, А

Iап - ток, потребляемый аппаратурой связи, не требующей стабилизации напряжения с точностью ±3%, А

Iао - ток, потребляемый лампами аварийного освещения, А

По цепи 24 В

Iав = 44,46 + 56,36 + 12,5 = 113,32 А

По цепи 60 В

Iав = 0 + 45,12 + 0= 45,12 А

2. Продолжительность питания аварийной нагрузки от аккумуляторной батареи tав для железнодорожных узлов связи устанавливается равной 2 ч.

3. Расчет емкости аккумуляторных батарей:

(3)

где p - коэффициент интенсивности разряда в % [6];

kt - температурный коэффициент емкости (для стационарных аккумуляторов принимается 0,008 [6];

t° - фактическая температура электролита во время разряда аккумуляторов (принимается равной +15°С)

В двухгрупповых аккумуляторных батареях обе группы работают параллельно и расчетный ток нагрузки каждой из групп аккумуляторной батареи в 2 раза меньше тока нагрузки при одногрупной батарее.

По цепи 24 В

А·ч

По цепи 60 В

А·ч

Таблица 6 - Расчётная ёмкость и тип аккумуляторов

Напряжение аккумуляторной батареи, В	Число групп батареи	Ток одной группы батареи, А	Коэффициент интенсивности разряда, %	Расчётная ёмкость батареи, А·ч	Тип аккумуляторов	Паспортная номинальная ёмкость аккумуляторов, А·ч
24	2	56,66	61,1	201,6	СК-6	216
60	2	22,56	61,1	80,27	СК-3	108

4. Расчёт количества аккумуляторов в батарее:

, (4)

где Umin - минимальное допустимое напряжение на зажимах питаемой аппаратуры связи, В;

ДUтокорасп - падение напряжения в токораспределительной сети (1,1 В в цепи

24 (21,2) В и 1,6 В в цепи 60 В);

ДUкомм - падение напряжения в коммутационных устройствах (0,5 В в ЩБ2 по цепи 24 В и 0,4 В в КУ по цепи 60 В);

ДUСАРН - падение напряжения на САРН (в цепях 24 (21,2) В составляет 1,1 В);

UК - конечное разрядное напряжение одного аккумулятора в принятом режиме разряда, В (1,8 В).

а) по цепи 24 В:

акк.

б) по цепи 60 В:

акк.

5.2 Расчёт элементов схемы поддержания напряжения на входе питаемой аппаратуры в заданных пределах

Так как для поддержания напряжения в заданных пределах используется способ секционирования батареи на ОБ и ДБ, то количество аккумуляторов в ОБ и ДБ определяется по формулам:

(5)

nдб = n - nоб (6)

где Uср - среднее напряжение питания рассчитываемой цепи, В (определяется как среднее арифметическое минимального Umin и максимального

Umax значений напряжения, допускаемых на входе аппаратуры);

uб - напряжение на аккумуляторе при буферном режиме, В (2,2 В);

n - количество аккумуляторов в батарее.

(7)

Тогда по цепи 24 В:

В

акк.

nдб = n - nоб = 14 -11 = 3 акк.

По цепи 60 В:

В

акк.

nдб = n - nоб = 34 - 29 = 5 акк.

Проверка потребности в делении ДБ на несколько секций осуществляется по формуле:

(8)

где uб' - номинальное напряжение одного аккумулятора ДБ во время разряда, В (2 В).

Тогда по цепи 24 В:

По цепи 60 В:

По цепи 24 В kдб = 1,25 > 1 в данном случае деление не требуется, так как применяются стойки САРН. А по цепи 60 В kдб = 0,55 < 1 и нет необходимости дополнительную батарею делить на две группы.

В случае организации питания аппаратуры через стойки САРН расчёту подлежит количество требуемых полупроводниковых стабилизаторов типа СНП или стоек САРН.

Каждая стойка САРН-П2 укомплектована шестью стабилизаторами, которые могут быть использованы для стабилизации напряжения отдельно для цепей 21,2 и 24 В. Максимальный ток нагрузки, допускаемый одним стабилизатором СНП, составляет 30 А, но во избежание перегрева САРН общая нагрузка стойки не должна превышать 130-140 А. Так как ток по цепи 24 В составляет 113,32 А будем использовать четыре стабилизатора СНП. Здесь же учитывается потребность в резерве не менее двух стабилизаторов, тогда для поддержания напряжения используем стойку САРН с шестью стабилизаторами СНП.

5.3 Расчёт выпрямительных устройств

Задача расчёта заключается в определении типа и количества рабочих и резервных ВУ.

Рабочие ВУ должны иметь 100%-ный резерв. В условиях круглосуточного обеспечения ЭПУ электроэнергией от внешних сетей переменного тока и наличия ДГА имеется возможность заряжать батарею сразу же после аварийного разряда. Поскольку такой заряд не является систематическим и носит эпизодический характер, то установка отдельных зарядных устройств экономически не выгодна. Для этих устройств используются резервные ВУ электропитающей установки.

ВУ разделяются на зарядно-буферные, буферные и безбатарейные (непосредственного питания аппаратуры связи без батарей).

Если предприятие связи хорошо обеспечено внешним электроснабжением, то разряд батарей, а следовательно, и их заряд будут редкими и возможности зарядно-буферных ВУ будут недоиспользованы. На таких предприятиях связи для повышения КПД и cos ц установок, сокращения расхода меди и трансформаторной стали целесообразно применение буферных ВУ, напряжение которых значительно ниже, чем в зарядно-буферных, - оно может быть установлено равным или несколько большим максимально допустимого для питаемой аппаратуры. Вследствие этого буферные ВУ применяются только в схемах с делением батареи на секции, в частности в автоматизированных ЭПУ или в ЭПУ с регулированием напряжения через САРН. В нашем случае применяем по цепи 24 В и 60 В ВУ ВУТ буферного типа. Такие системы обеспечивают заряд основной группы батарей при напряжении 2,3 В на аккумулятор. Для формовки и заряда дополнительных групп в этих ЭПУ установлены вольтодобавочные выпрямители ВУК-8/300.

Тип и количество выпрямителей определяется по необходимой мощности и требуемому току.

Ток Iб буферной работы комплекта рабочих ВУ соответствует току, потребляемому аппаратурой в ч. н. н., при этом ток подзаряда не учитывается вследствие его малости. Не учитывается также ток, потребляемый тональным телеграфом, поскольку нормально телеграф получает питание от сети переменного тока.

По цепи 24 В: I24б = 110,42 - 9,60 = 100,82 А

По цепи 60 В: I60б =45,12 А

Ток в А резервного ВУ, обеспечивающего заряд стационарных кислотных аккумуляторов, определяется по формуле:

Iз = iз·N·nг (9)

где iз - зарядный ток на один индексный номер аккумулятора, А (для автоматизированных ЭПУ - 2 А);

N - индексный номер аккумуляторов;

nг - число групп аккумуляторных батарей, одновременно заряжающихся от одного выпрямителя.

По цепи 24 В: Iз = 2·6·2 = 24 А

По цепи 60 В: Iз = 2·3·2 = 12 А

По известным значениям токов Iб и Iз мощность ВУ при буферной работе Рб и при заряде аккумуляторов Рз определится в кВт как:

(10)

(11)

где uб - напряжение на аккумуляторе в буферном режиме, В;

uз - напряжение на аккумуляторе в конце заряда, В (автоматизированных ЭПУ - 2,3 В);

nб, nз - количество аккумуляторов в группе соответственно в буферном и за рядном режимах.

По цепи 24 В:

кВт кВт

По цепи 60 В:

кВт кВт

Зарядная мощность ВУК-8/300 определяется по формуле (11) с учетом количества аккумуляторов в ДБ.

По цепи 24 В:

По цепи 60 В:

Для ЭПУ - 24 В выбираем один рабочий ВУТ-31/125 и один резервный ВУТ-31/125. Для ЭПУ - 60 В выбираем один рабочий ВУТ-67/60 и один резервный ВУТ-67/60. Технические данные этих ВУ приведены в табл.7

Таблица 7 - Технические данные ВУ типа ВУТ

Тип ВУТ	Выходная мощность, кВт	Выпрямленное напряжение, В	Выпрямленный ток, А	КПД	cos ц
	условная	максимальная	минимальное	номинальное	максимальное	номинальное	минимальное
ВУТ-31/125	4	3,88	22	24	31	125	12,5	0,8	0,66
ВУТ-67/60	4	4,2	56	60	70	60	3	0,85	0,69



6. Расчёт нагрузки электроустановки на внешние сети и выбор ДГА

Мощность резервной электростанции должна быть достаточной для обеспечения электроэнергией аппаратуры связи, питаемой в буферном режиме или непосредственно от сети переменного тока, после аварийного заряда батарей, гарантированного освещения, а также двигателей вентиляции аккумуляторной и помещения ДГА, насосов топлива для ДГА.

В этом случае активная и реактивная составляющие мощности ЭПУ в кВт, потребляемые от ДГА, составят:

(12)

(13)

где Pб - активная мощность, потребляемая ВУ в буферном режиме с аккумуляторными батареями, Вт;

Pз - активная мощность резервно-зарядного ВУ, Вт;

з - КПД выпрямительного устройства;

cos ц - коэффициент мощности выпрямительного устройства;

PО, QО - соответственно активная и реактивная мощности гарантированного освещения;

kО - коэффициент одновременности включения приборов и силового оборудования;

PДВ, QДВ - соответственно активная и реактивная мощности двигателей вентиляции.

Найдем активную составляющую мощности ЭПУ

кВт;

С учетом зарядной мощности ВУК-8/300:

кВт;

кВт

кВт

Найдем реактивную составляющую мощности ЭПУ

квар.

Полная мощность ДГА в кВт·А

,

кВ·А. По значению полной мощности выбирается тип ДГА. ДГА-48М. Здание дома связи типа III является большим и, как правило, производится деление нагрузки освещения и силового оборудования на гарантированное и негарантированное. При расчете нагрузок, создаваемой электроустановкой дома связи на сеть переменного тока, учитываются все виды нагрузок, в том числе мощность потребителей хозяйственных нужд и общего освещения.

1. Выпрямительные устройства в буферном режиме:

По цепи 24 В: кВт

квар

кВ·А

По цепи 60 В: кВт

квар

кВ·А

2. Выпрямительные устройства в режиме заряда:

В ЭПУ с вольтодобавочными выпрямителями ВУК-8/300 послеаварийный заряд батареи производится посредством одновременной работы ВУТ и ВУК, поэтому учитывается зарядная мощность ВУК-8/300.

По цепи 24 В: кВт

квар

кВ·А

По цепи 60 В: кВт

квар

кВ·А

3. Двигатели вентиляторов:

квар

кВ·А

4. Гарантированное освещение:

квар

кВ·А

5. Потребители хозяйственных нужд:

квар

кВ·А

6. Общее освещение:

квар

кВ·А

Коэффициент мощности ЭПУ:

Таблица 8- Расчетные данные мощности ДГА и ЭПУ

Наименование нагрузок	Мощности потребителей	Примечание
	Активная, кВт	Реактивная, вар	Полная, В·А
1. Выпрямительные устройства в буферном режиме:
ВУТ-31/125	3,05	3,47	4,62
ВУТ-67/60	3,39	3,56	4,92
2. Выпрямительные устройства в режиме заряда батарей:
ВУТ-31/125	1,175	1,34	1,78
ВУТ-67/60	1,27	1,33	1,84
3. Двигатели вентиляторов	10,4	7,8	13
4. Гарантированное освещение	8,3	3,54	9,02
Итого:	27,59	21,04	35,18	ДГА-48М
5. Потребители хозяйственных нужд	47,6	35,7	59,5
6. Общее освещение	21,8	9,29	23,69
Всего:	96,99	66,03	118,37
Коэффициент мощности ЭПУ	0,82

По результатам расчета полной мощности электроустановки можно увидеть, что коэффициент мощности электроустановки высокий, поэтому необязательно принимать меры для его повышения.



7. Краткое описание работы схемы

Для ввода, коммутации и распределения напряжения переменного тока, поступающего от сети внешнего электроснабжения и резервной электростанции, применяется щит переменного тока типа ЩПТА-4/200, благодаря которого обеспечивается автоматическое отключение негабаритной нагрузки, включение автоматизированной резервной электростанции ДГА через щит автоматики ЩДГА, подключение сети аварийного освещения к аккумуляторной батарее, защита линий от перегрева и короткого замыкания.

Фидеры питания к щиту ЩПТА подключаются через устройства автоматического ввода резерва (АВР), установленные в шкафу управления ШУ, к которому вводные фидеры подключаются через вводные (отключающие) щитки ЩО (1ЩО и 2ЩО).

Коммутация ВУ, аккумуляторных батарей и нагрузки производится посредством батарейных щитов ЩБ2 и АКАБ-24/500 в автоматизированных ЭПУ. Батарейные щиты ЩБ2 обеспечивают подключение нагрузки к батарее или ВУ, одновременное подключение нагрузки к батарее и ВУ, отключение батареи от нагрузки или ВУ при заряде или разряде на нагрузочное сопротивление НС. Комплекс оборудования ЭПУ должен обеспечивать возможность контрольного разряда и заряда батареи при напряжении до 2,7В на аккумулятор, что обеспечивается щитами ЩБ2.

Устройства автоматической коммутации аккумуляторных батарей АКАБ обеспечивают: безобрывное включение и отключение дополнительных аккумуляторов ДЭ от нагрузки соответственно при исчезновении и восстановлении напряжения переменного тока, включении РЗВ на заряд батареи и его отключении после окончания заряда. Схема автоматического управления АКАБ позволяет содержать батарею в режиме непрерывного подзаряда при напряжении 2,2В на элемент, а также заряжать её при стабильном напряжении 2,3В на аккумулятор.

Шкаф коммутации ШК-60/150 используется в ЭПУ 60В при токе нагрузки до 150А. Он осуществляет безобрывную коммутацию нагрузки с выпрямителями типа ВУТ и основной группой батареи, безобрывное подключение дополнительных элементов ДЭ к основной секции аккумуляторов при разряде батареи в аварийном режиме, подключение зарядных выпрямителей ЗВ к ДЭ и подключение к ним выпрямителей содержания ВС при достижении на ДЭ 2,3В на элемент.



Список использованной литературы

1. Бунин Д.А., Хейн Д.Ш. Аппаратура транспортной проводной связи: Справочник. 2-е изд., Москва, Транспорт,1981 г.

2. Дмитриев В.Р., Смирнова В.И. Электропитающие устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Справочник. Москва, Транспорт, 1983 г.

3. Методическое пособие по курсовому проекту “Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи”. Москва, 1992 г.

4. Отраслевой стандарт ОСТ 32.14-80. Электроприемники железнодорожного транспорта. Категорийность в отношении обеспечения надежности электроснабжения.

5. Типовые проектные решения ШП-38.84. Электропитание устройств связи железнодорожного транспорта (Руководящие материалы ГТСС для проектных организаций).

6. Тюрморезов В.Е. Источники электропитания устройств железнодорожной автоматики телемеханики и связи. 2-е изд., Москва, Транспорт, 1978 г.

7. Фельдман А.Б., Частоедов Л.А. Электропитание устройств связи железнодорожного транспорта. 2-е изд., Москва, Транспорт, 1986 г.

Размещено на Allbest.ru

...