Проектирование устройств электропитания поста электрической централизации

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Государственное образовательное учреждение высшего образования

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (СамГУПС)

Курсовая работа

по дисциплине: «Электропитание и электроснабжение нетяговых потребителей»

Проектирование устройств электропитания поста электрической централизации

Выполнил: студент 3 курса

Дуденкова А. Н.

Группа ОД-46

Проверил: Лабунский Л. С.

САМАРА 2017



ЗАДАНИЕ

к курсовой работе «Проектирование устройств электропитания

поста электрической централизации»

При проведении реконструкции поста ЭЦ для заданной станции требуется выбрать тип электропитающей установки (ЭПУ) и рассчитать ее основные элементы.

Исходные данные для проектирования следует выбрать из таблиц 1 и 2 в соответствии с двумя последними цифрами учебного шифра.

Содержание курсовой работы составляют расчетно-пояснительная записка и схемы электропитающей установки.

В расчетно-пояснительной записке необходимо привести:

· содержание задания и исходные данные;

· характеристику выбранной системы электропитания поста ЭЦ;

· комплектацию щитовой установки панелями питания;

· расчет преобразователя-выпрямителя типа ППВ-1;

· расчет аккумуляторной батареи 24 В;

· расчет и распределение нагрузок по выходам распределительной панели;

· расчет нагрузок преобразовательно-выпрямительной панели;

· расчет стрелочной панели;

· расчет мощности рельсовых цепей и преобразовательных панелей 50/25 Гц.

Схемы электропитающей установки должны отражать структурную схему питающей установки, а также упрощенные схемы панелей питания, включая схему распределения нагрузок на силовые трансформаторы распределительной панели.

Рекомендуется схемы питающих панелей совместить со структурной схемой электропитающей установки (рис. П1), показав на ней панели питания в развернутом виде. Схему распределения нагрузок на трансформаторы распределительной панели (рис. П2) целесообразно привести на отдельном чертеже, на котором неиспользуемые выходы панели оставить свободными.

Исходные данные.

Исходные данные, характеризующие условия внешнего электроснабжения поста ЭЦ - два независимых источника электроэнергии. Эти источники электроэнергии используются также и для питания других нетяговых потребителей, категория которых указана в табл. 1.

Номинальное напряжение на вводах поста ЭЦ составляет 380 В, его отклонения (в том числе кратковременные) допускаются в сторону уменьшения и увеличения, но не более чем на 10% [1, с. 66].

Отклонения частоты переменного тока не превышает ±1 Гц.

Таблица 1. Род тяги и условия внешнего электроснабжения

Род тяги	Категория приемников электроснабжения на фидерах питания
	I фидер - основное питание	II фидер - резервное питание
Электрическая переменного тока	1	2

Исходные данные, характеризующие станцию, на которой расположен пост ЭЦ, приведены в табл. 2.

Подходы (перегоны) к заданной станции - двухпутные, оборудованные числовой кодовой автоблокировкой 25 Гц при электротяге переменного тока.

Тип рельсов на станции - Р65, марки крестовин стрелочных переводов - 1/11. электропитание аккумулятор централизация трансмиттер

Стрелочные электроприводы постоянного тока типа СП-6 с электродвигателем МСП-0,25, 160 В (сохраняются от прежней системы ЭЦ).

Тип проектируемых на станции рельсовых цепей - фазочувствительные 25 Гц с путевыми реле ДСШ.



Таблица 2. Характеристика станции

Расчетное число стрелок	Число стрелок, передаваемых на местное управление	Маршрутные указатели направления	Число подходов к станции	Подверженность снежным заносам	Климатическая зона
		неудаленные	удаленные
50	4	-	-	2	+	Влажная

Примечание. Обозначениями + и - показано наличие или отсутствие на станции маршрутных указателей определенного типа, а также подвержена станция снежным заносам или нет.

На станции сооружается пост ЭЦ типа: до 50 стрелок включительно - Сз-72.



1. ВЫБОР СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ поста ЭЦ

В соответствии с ОСТ 32.14-80 [3], по которому все электроприемники железнодорожного транспорта в отношении надежности снабжения их электроэнергией разделены на три категории, устройства ЭЦ крупных станций (свыше 30 стрелок) отнесены к особой группе приемников I категории. Приемники этой группы должны обеспечиваться двойным резервированием электропитания, то есть их электроснабжение должно осуществляться от трех независимых источников электроэнергии.

Систему питания поста ЭЦ называют безбатарейной, если ни один из этих трех независимых источников не является аккумуляторной батареей. Если же один из этих трёх источников будет аккумуляторной батареей, то система электропитания называется батарейной.

Обычно на обслуживаемой станции электроснабжение поста ЭЦ осуществляется по двум раздельным линиям от двух независимых источников внешних сетей переменного тока. В качестве третьего независимого источника питания предусматривается установка дизель - генератора (ДГА) и электропитание осуществляется по безбатарейной системе [4, 5].

Если используемые для устройств ЭЦ источники внешнего электроснабжения питают потребителей I или II категорий (см. табл. 1), то ДГА на посту ЭЦ должен автоматически включаться в работу только при исчезновении напряжения на обоих внешних источниках. Если же электроснабжение ЭЦ осуществляется от двух внешних источников, один из которых (основной) питает приемники не ниже II категории, а второй (резервный) питает приемники III категории, то установленный на посту ЭЦ ДГА должен запускаться сразу же при отключении основного источника питания и работать до его восстановления.

В данной курсовой работе система питания является батарейнойс установкой дизель - генератора (ДГА).

Батарейная система электропитания предусматривается, если по местным условиям, электроснабжение поста ЭЦ может быть организовано только от одного внешнего источника питания. В качестве второго источника в этом случае служит установленный на посту ЭЦ ДГА. В качестве третьего независимого источника используется аккумуляторная батарея 24 В, емкость которой увеличивается по сравнению с емкостью контрольной батареи и рассчитывается на резервное питание стрелочных электроприводов, контрольных цепей стрелок, ламп пригласительных огней станционных светофоров через тиристорные преобразователи.

2. КОМПЛЕКТАЦИЯ ЭПУ ПАНЕЛЯМИ ПИТАНИЯ

Сооружаемая на посту ЭЦ электропитающая установка комплектуется типовыми панелями питания в зависимости от количества централизованных стрелок, рода тяги и систем питания поста ЭЦ.

Щит выключения питания ЩВПУ устанавливается на посту ЭЦ в целях противопожарной безопасности и предназначен для быстрого и надежного одновременного отключения всех источников питания. Щит имеет 2 варианта исполнения:

- ЩВПУ 36873-00-00 - для ввода 3-х трехфазных фидеров;

- ЩВПУ1 36873-00-00-01 - для ввода 2-х трехфазных фидеров.

Ток, коммутируемый от источников переменного и постоянного тока, не более 200 А в каждой фазе.

Мощность, потребляемая щитом, - не более 60 ВА.

Вводная панель ПВ-ЭЦК (ПВ1М-ЭЦК) предназначена для ввода электрической энергии от независимых источников электроэнергии (фидер 1, фидер 2, ДГА), контроля наличия напряжения на этих источниках, начального распределения питания по основным видам нагрузок: устройствам СЦБ, связи, маневровым постам, гарантированному и негарантированному освещению и силовой нагрузке.

Распределительная панель ПР-ЭЦК служит для распределения питания переменного тока по отдельным нагрузкам поста ЭЦ, гальванической развязки нагрузок от сети переменного тока с глухозаземленнойнейтралью, а также переключения светофоров, маршрутных указателей и табло на различные режимы питания.

Выпрямительно-преобразовательная панель ПВП-ЭЦК служит для выпрямления трехфазного переменного тока в постоянный ток, автоматического заряда и подзаряда в буферном режиме аккумуляторной батареи 24 В, преобразования постоянного тока батареи в переменный ток 50 Гц 220 В в случае отключения внешних сетей для гарантированного питания определенных нагрузок поста ЭЦ переменным током, а также питания аппаратуры постоянного тока 24 В и 220 В.

Стрелочные панели ПСП-ЭЦК, ПСТ-ЭЦК предназначены для питания рабочих цепей стрелочных электроприводов постоянного тока (тип панелей ПСПН-ЭЦК) и приводов трехфазного переменного тока (тип панелей ПСТН-ЭЦК), а также электрообогрева контактов автопереключателей стрелочных приводов.

Преобразовательная панель ПП25-ЭЦК предназначена для питания фазочувствительных рельсовых цепей с путевым реле ДСШ переменным током 25 Гц.

Предварительное количество панелей, исходя из количества стрелок заданной станции:

- ПВ1М-ЭЦК - 1 панели

- ПВП-ЭЦК - 1 панели

- ПР-ЭЦК - 1 панель

- ПП25-ЭЦК - 2 панели.



3. РАСЧЕТ БЛОКА ППВ-1 В РЕЖИМЕ ИНВЕРТОРА

В случае отключения всех источников электроснабжения поста ЭЦ (при безбатарейной системе питания) от полупроводникового преобразователя ППВ-1, установленного на панели ПВП-ЭЦК, получают питание переменным током следующие нагрузки:

1) станционные блоки дешифраторов кодовой автоблокировки прилегающих к станции участков первого и второго приближения;

2) схемы смены направления движения и контроля прилегающих перегонов (при организации двустороннего движения поездов по одному пути);

3) схемы ДСН на прилегающих перегонах;

4) схемы ДСН на станции;

5) схемы ограждения составов.

Максимальные мощности этих нагрузок приведены в расчетной таблице 3. В этой же таблице указаны их среднесуточные коэффициенты включения K_m, показывающие, какую часть времени включена нагрузка. Для постоянно включенных нагрузок K_m= 1. Для нагрузок, носящих кратковременный характер, их среднесуточные коэффициенты равны 0.

Известно, что КПД преобразователя (инвертора) ППВ-1 [6] зависит от степени его загрузки.

Поэтому в целях повышения КПД предусмотрена возможность настройки преобразователя на номинальные мощности 0,3; 0,6 и 1,0 кВт. Такая настройка производится по результатам расчета максимальной мощности S_M, ВА:



Нагрузочная способность преобразователя зависит от коэффициента мощности

Преобразователь может быть настроен на номинальную нагрузку P_НОМ = (0,3; 0,6; 1,0 кВт) при , равном 0,9. Поэтому, если реальный нагрузки окажется меньше0,9, то нагрузка на преобразователь должна быть уменьшена. Допустимая в этом случае нагрузка, Вт, может быть определена по следующей формуле:

.

С учетом коэффициента нагрузки K_m требуемая от преобразователя средняя мощность может быть определена по формулам:

P_Н = ?K_МP_М = ?P_срМ, [Вт];

[Вт]

Q_Н = ?K_МQ_М = ?Q_срМ. [ВАр]; [Bт]

Средний коэффициент мощности нагрузок преобразователя



Таблица 3. Расчет нагрузок преобразователя ППВ-1

Наименование нагрузок	Измеритель	Мощность нагрузок на измеритель	Количество единиц измерения	Максимальная мощность нагрузок	Среднесуточный коэффициент Km	Средняя мощность нагрузок
		P, Вт	Q, ВАр		PМ, Вт	QМ, ВАр		Pср М, Вт	Qср М, ВАр
Схема смены направления и контроля перегона (блок ДСПН-2)	Подход	12,7	6,0	2	25,4	12	1	25,4	12
Схема ДСН на станции	Пост ЭЦ	36,5	5,0	1	36,5	5	1	36,5	5
Станционные дешифраторы автоблоки-ровки	Подход	16,6	16,8	2	33,2	33,6	1	33,2	33,6
Схема ДСН на прилегающем перегоне (блок ДСПН-2)	Подход	12,7	6,0	2	25,4	12	1	25,4	12
ИТОГО		-	-	7	120,5	62,6	-	120,5	62,6

Коэффициент загрузки преобразователя

где P_НОМ - номинальная мощность преобразователя с учетом варианта его настройки.

Общий КПД преобразователя:

.



С учетом величин Р_Н и з_П ток I_П, потребляемый блоком ППВ-1 в режиме инвертора от батареи, составит:

[A].

где U_б=24 В - номинальное напряжение аккумуляторной батареи.

4. РАСЧЕТ АККУМУЛЯТОРНОЙ (КОНТРОЛЬНОЙ) БАТАРЕИ 24 В

Расчет батареи заключается в определении её емкости и выборе типа аккумуляторов СК по индексу.

При определении емкости аккумуляторов следует исходить из условий эксплуатации батареи в основном и дополнительном режимах резервирования [7].

Основной режим резервирования соответствует питанию в течение 2 часов от батареи всех гарантированных нагрузок ЭЦ в аварийных условиях при отключении источников энергоснабжения переменным током, в том числе и ДГА.

Потребителями гарантированного питания от контрольной батареи в том случае являются:

1) релейная аппаратура ЭЦ (расход тока в расчете на одну стрелку составляет I_а = 0,262 А [7]);

2) приборы питающей установки - реле, блоки, сигнализаторы заземлений и др. (потребляемый приборами ток не зависит от числа стрелок и в целом на пост ЭЦ составляет I_РП = 0,432 А [7]);

3) контрольные лампочки на табло и панелях питания - контроля фидеров, работы преобразователя и т.п. (потребляемый лампочками ток в расчете на пост ЭЦ составляет I_ЛП = 0,175 А [7]);

4) контрольные лампочки повторителей входных светофоров на табло (потребляемый ток в расчете на один подход равен I_ЛС = 0,090 А);

5) преобразователь ППВ-1 по гарантированному питанию цепей переменного тока.

Разрядный ток батареи в режиме основного резервирования составляет [A]:

где n_c- число стрелок ЭЦ; n_вх - число подходов к станции.

Расчетное время основного резервирования t_ро = 2 часа выбрано с учетом времени устранения возможной неисправности ДГА.

Если в течение двух часов неисправность ДГА не устранена, батарея переводится с основного режима резервирования на дополнительный. Это достигается отключением от батареи релейных устройств ЭЦ.

Разрядный ток батареи в дополнительном режиме резервирования равен [A]:

.

При установленной продолжительности работы местного аккумуляторного резерва красных огней входных светофоров в 12 часов [9] продолжительность дополнительного режима контрольной батареи 24 В принимается t_рд = 10 часов [7].

В условиях рассматриваемого режима эксплуатации аккумуляторной батареи её фактическая разрядная емкость, А•ч, составит:

.

Емкость аккумуляторов, гарантируемая заводом, характеризуется номинальным значением Q_Н. Однако с повышением интенсивности разряда и понижением температуры электролита емкость, отдаваемая аккумуляторами, уменьшается. Поэтому для получения фактической емкости Q_ф требуется предусмотреть определенный запас по емкости. Такой пересчет проводится по формуле:

, [Ач]

где Q_p - расчетная емкость батареи;

К_с- коэффициент снижения емкости аккумуляторов от старения (для устройств СЦБ принимаемый равным 0,85 [4]);

p- коэффициент интенсивности разряда (коэффициент отбора емкости);

К_t- температурный коэффициент емкости (для аккумуляторов СК составляющий 0,008 [4];

t⁰ - температура электролита во время разряда батареи (принимаемая равным температуре аккумуляторного помещения, которое на постах ЭЦ составляет +15⁰ С [4]).

Значение расчетного коэффициента интенсивности разрядаp следует определить по режиму разряда батареи током I_бокак наиболее неблагоприятным (I_бо>I_бд) для батареи. В таком случае расчетная (возможная) длительность разряда батареи t_ppтоком основного режима I_босоставит:

.

Тип аккумулятора СК-5

Индекс 5 Номинальная емкость 180

Индекс аккумуляторов определяется соотношением:



,

где = 36А•ч - номинальная емкость аккумулятора типа СК с индексом 5. Рассчитанное значение N округляется до целого в большую сторону.

5. РАСЧЕТ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК ПАНЕЛИ ПР-ЭЦК

Итогом расчета распределительной панели ПР-ЭЦК является распределение приближенно равномерной загрузки по фазам «а», «в» и «с» вторичных обмоток каждого из силовых трансформаторов ТС1 и ТС2, а также отсутствие их перегрузки.

Для этого для каждой нагрузки следует рассчитать активную Р, реактивную Q и полную мощность S (; ; ).

Лампочки табло и питающих панелей. Этой нагрузкой определяется мощность вторичной обмотки фазы «а» ТС1.

Нагрузка, создаваемая лампочками табло и питающих панелей, составляет в среднем на одну стрелку P_ЛТС = 6 Вт и Q_ЛТС = 0,9 ВАр [7]. Общая нагрузка от всех лампочек P_ЛТ, Q_ЛТ на трансформатор ТС1 определяется следующими соотношениями:

,

,

.

Цепи контроля стрелок. Для питания контрольных цепей используется напряжение 220 В, получаемое от обмотки фазы «в» ТС1. Полная мощность цепей контроля стрелок, В•А, составляет:

;

где- мощность цепей контроля в расчете на одну стрелку (P_kcc = 7,7 Вт, Q_kcc = 5,3 ВАр [7]).

Стрелки местного управления. Цепи передачи стрелок на местное управление питаются от обмотки фазы «в» ТС1 через трансформатор Т5 (ПТ-25А) при напряжении 110 В. Полная мощность устройств передачи стрелок на местное управление, В•А, равна:

,

где - полная мощность устройств передачи на местное управление одной стрелки (составляет 10 В•А при cos ц = 0,8); - число стрелок двойного управления.

Дешифрирующие устройства автоблокировки. Мощность дешифраторов автоблокировки , питаемых через трансформатор Т7 (СОБС-2А) от обмотки фазы «а» ТС2, зависит от числа подходов к станции и может быть определена по формуле, В•А:

;

где - мощность дешифрирующих устройств в расчете на один подход (составляет =16,6 Вт, =16,8 ВАр [7]).

Лампочки пультов ограждения составов. Питание ламп пультов ограждения составов на путях их осмотра и ремонта осуществляется напряжением (24-36) В, получаемым через трансформатор Т8 (СОБС-2А) от обмотки фазы «а» ТС2. Мощность ламп пультов ограждения (непрерывного и импульсного питания) в целом на пост ЭЦ может быть принята равной: Вт, ВАр.

Трансмиттерные реле и трансмиттеры. Нагрузка , создаваемая трансмиттерными реле и трансмиттерами на обмотку «в» ТС2, может быть принята в расчете на пост ЭЦ равной 110 ВА при cos ц = 0,8.

,

.

Внепостовые цепи. Мощность внепостовых цепей (ДСН, контроля перегона, смены направления и др.) по переменному напряжению 220 В, питаемых от обмотки фазы «а» ТС2 через панель ПВП-ЭЦК, определены по данным расчета нагрузок ППВ-

S=135,8;P=120,5;Q=62,6.

ЭПК пневмоочистки стрелок. Питание ЭПК пневмоочиски стрелок от снега производиться напряжением 220 В от обмотки фазы «а» ТС2 через панель ПВП-ЭЦК. Нагрузка от обдувки, учитывая одновременный обдув двух стрелок в разных районах станции, может быть принята в целом на пост ЭЦ равной P_ЭПК = 26 Вт, Q_ЭПК = 94 ВАр.

.

Маршрутные указатели. Для питания маршрутных указателей используются обмотки фазы «в» ТС1 и ТС2. При этом для питания маршрутных указателей направления применяются цепи ПХУ1, ПХУ2 и ПХУ3, из них ПХУ2 для питания маршрутных указателей удаленных объектов; для питания маршрутных указателей путей отправления - цепи ПХУС1 и ПХУС2, из них цепь ПХУС2 для указателей удаленных объектов.

Мощность маршрутных указателей Р_му, если они имеются на станции, определяется по усреднённым данным в целом на пост ЭЦ и составляет на станциях до 140 стрелок Р_му = 700 Вт [2]. При определении трансформатора, к которому должна быть отнесена Р_му, следует сопоставить исходные данные по маршрутным указателям и перечисленные цепи их питания. При наличии на станции разнотипных маршрутных указателей мощность Р_му = 700 Вт должна быть распределена из соображений равномерной загрузки трансформаторов.

Светофоры. Для равномерного распределения нагрузки светофоров на питающие устройства панели ПР-ЭЦК предусмотрена возможность разделения светофоров на четыре группы, которые подключаются к обмоткам фаз «а», «в» и «с» ТС2 (цепи ПСХ2, ПСХ3, ПСХ4), а также к обмотке фазы «с» ТС1 (цепь ПСХ1). Кроме того, для мигающих огней светофоров предусмотрена отдельная цепь ПСХМ импульсно питания.

Общую мощность нагрузки от всех светофоров станции можно определить по формуле:

где S_св - полная мощность светофора (по усредненным данным составляющая 22 ВА при cosц = 0,95 [7]);n_св - количество светофоров на станции (при числе стрелок более 30 количество светофоров превышает число стрелок в 1,3 раза [7], n_св при расчете округляют до целого в большую сторону. Светофоры по разрешенным обмоткам трансформаторов следует распределить так (целыми числами), чтобы ТС1 и ТС2 были как можно более равномерно загружены (внутри каждого трансформатора желательно обеспечить примерно равные загрузки фаз: S_a S_в S_c), причем мощность любой из фазных обмоток ТС1 и ТС2 не должна превышать 1,5кВА.

По результатам выполненных расчетов заполняем сводную таблицу 4.

Общая мощность нагрузок панели ПР-ЭЦК Р_пр, Q_пр,S_пр определяется по формулам:



Р_пр= Р_ТС1+Р_ТС2

Q_пр= Q_ТС1+Q_ТС2

S_пр=

где Р_ТС1, Q_ТС1, Р_ТС2, Q_ТС2 - активные и реактивные составляющие мощности нагрузок соответственно трансформаторов ТС1 и ТС2.

6. РАСЧЕТ НАГРУЗКИ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ ПАНЕЛИ ПВП-ЭЦК

Максимальный ток, отдаваемый выпрямителями панели ПВП-ЭЦК, составляет 50 А, в том числе: ВП1 - 30 А и ПП - 20 А.

Ток I_н, потребляемый релейными схемами ЭЦ и панелями питания, составляет [A]:

,

где I_ап =0,445 А - среднесуточный ток, потребляемый реле поста ЭЦ в нормальном режиме при безбатарейной системе питания в расчете на одну стрелку [7].

В буферном режиме (батарея находится в заряженном состоянии) потребляемый ею ток подзаряда составляет, А:

,

где Q_Н - номинальная ёмкость аккумуляторов батареи, А•ч.

В режиме форсированного заряда (батарея находится в разряженном состоянии) зарядный ток батареи, А, выражается соотношением:



,

где t_вв = 72 ч - максимальное время восстановления (заряда) батареи,

з_а = 0,8 - КПД аккумуляторов.

Ток выпрямителей в режиме постоянного подзаряда батареи рассчитывается по формуле:

,

В режиме форсированного заряда батареи ток выпрямителей равен:

,

По результатам выполненных расчетов, требуется установить 1 панель ПВП-ЭЦК. Так как ток не превышает 25 А.

7. РАСЧЕТ СТРЕЛОЧНОЙ ПАНЕЛИ

Стрелочные панели рассчитаны на максимальный суммарный ток обеих групп рабочих цепей стрелок 30 А. Расчет стрелочной панели заключается в проверке соответствия тока, потребляемого стрелками при их переводе, с допустимым током панели.

В случае, когда на станции проектируется электрообогрев автопереключателей стрелочных приводов, дополнительно рассчитывается мощность цепей обогрева, и по этой мощности выбирается соответствующее исполнение панелей.

Максимальный (пусковой) ток I_{сп max}, потребляемый от выпрямителей панели ПСПН-ЭЦК, зависит от типа рельсов, марок крестовин стрелочных переводов, числа одновременно переводимых стрелок и может быть определен по формуле:

,

где i_эп - ток, потребляемый одним электроприводом стрелочного перевода данного типа; n_co - количество одновременно переводимых стрелок данного типа (принимаемое из расчета 50% стрелок, входящих в маршрут наибольшей длины).

Значение n_coна станциях с числом стрелок до 60 рекомендуется принимать n_co = 4; с числом стрелок от 60 до 100 -n_co = 6 и свыше 100 стрелок -n_co = 8 .

Расчетный ток электроприводов СП-6 на стрелочных переводах 1/11 при типе рельсов Р65 составляет i_эп = 3,2 А.

Электрообогрев автопереключателей осуществляется при напряжении цепи 220 В. Мощность цепей электрообогрева автопереключателей стрелочных приводов определяется по формуле

,

где S_ЭС - мощность цепи электрообогрева при напряжении 220 В, отнесенная на одну стрелку; Р_ЭС = 45 Вт, Q_ЭС = 22 Вар.

8. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПАНЕЛЕЙ ПП25-ЭЦК

При расчете панелей ПП25 определяется их количество, составляется схема подключения к сети преобразователей внутри каждой панели и рассчитывается нагрузка панелей на сеть.

Мощность путевых трансформаторов рельсовых цепей S_ПТ, ВА, и местных элементов путевых реле S_МЭ, ВА, можно определить по формулам:

,

,

где S_ПТС, S_МЭС - полные мощности соответственно путевых трансформаторов и местных элементов в расчете на одну стрелку, составляющие:

при электротяге переменного тока - Р_ПТС = 31,5 Вт, Q_ПТС = 14,8 ВАр,

Р_МЭС = 2,8 Вт, Q_МЭС = 4,7 ВАр;

На основании полученных величин мощности рельсовых цепей рассчитывается требуемое число местных и путевых преобразователей:

,

,

где S_ППЭ,S_ПМЭ - расчетные мощности соответственно путевого и местного преобразователей, составляющие: S_ППЭ =300 ВA, S_ПМЭ =290 ВА некоторый запас мощности резервируется для увеличения нагрузки при понижении сопротивления балласта сверх нормы.

Далее оценивается фактическая загрузка преобразователей:

,

.



Для выбора числа панелей ПП25 и определения схем подключения преобразователей частоты к питающей сети внутри панелей необходимо учитывать особенности их использования и функционирования. Для питания каждой фазочувствительной рельсовой цепи (с путевым реле ДСШ) на выходе панели ПП25 формируются два напряжения с частотой 25 Гц, жестко сфазированные между собой: одно напряжение с выхода делителя частоты, называемого местным элементом, подается на местную обмотку ДСШ (опорное напряжение), а второе напряжение с выхода другого делителя, называемого путевым элементом, подается на соответствующий путевой трансформатор рельсовой цепи.

Если же на обслуживаемой станции автономная тяга или электротяга переменного тока, то два напряжения на выходах соответственно местного и путевого элементов должны быть сдвинуты между собой на 90°. Для этого оба делителя частоты должны подключаться к сети 50 Гц противофазно, а именно, клеммы двух делителей с одинаковыми номерами подключаются к разным проводам питания 50 Гц.

Во входной цепи каждого делителя (и местного, и путевого) последовательно с остальными блоками цепи включен диод, поэтому входной ток в делителе протекает только в одном направлении. Все делители, подключенные синфазно к проводам питания 50 Гц (фактически к вторичной обмотке питающего панель ПП25 трансформатора) потребляют ток одного направления, а делители с противофазным подключением потребляют ток противоположного направления. Если суммарная мощность преобразователей, синфазно подключенных к сети 50 Гц, не равна суммарной мощности преобразователей, подключенных противофазно к питающей сети, то средняя за период частоты 50 Гц величина тока через обмотку питающего трансформатора (величина подмагничивающего тока) не равна нулю. Для нормальной работы трансформатора и панелей ПП25 величина подмагничивающего тока не должна превышать заданную величину (12 А).

На станциях с электротягой постоянного тока:

1. Пара местного и путевого элементов, предназначенная для питания одной рельсовой цепи, подключается к проводам 50 Гц синфазно (для того, чтобы обеспечить синфазность двух выходных напряжений панели);

2. Общее число делителей, синфазно подключенных к сети 50 Гц, не должно превышать 5 (для того, чтобы не превышать предельную величину тока подмагничивания);

3. Если общее расчетное число местных и путевых элементов не превышает 5, то используется одна панель ПП25. При этом, поскольку делители частоты и в режиме холостого хода потребляют от сети значительную мощность, то неиспользуемые на панели делители (на панели размещены два местных и восемь путевых элементов) должны быть от сети 50 Гц отключены. На схеме панели неиспользуемые делители следует показать отключенными от проводов питания 50 Гц и ненагруженными;

4. Если общее расчетное число элементов превышает 5, но меньше 16, то примерно половину делителей следует загрузить на первой панели, а оставшуюся часть - на второй панели, при этом подключение делителей внутри панелей должно быть одинаковым, а подключение всей второй панели к проводам питания 50 Гц должно быть противофазным относительно первой панели. На второй панели обязательно задействуется хотя бы один местный элемент для фазирования путевых элементов этой панели, даже если по расчету требуется всего лишь один местный элемент;

5. Если общее расчетное число делителей превышает 16 (или число путевых элементов превышает 12), то следует сначала полностью и одинаково загрузить первую и вторую панели (все путевые элементы и, по крайней мере, один местный элемент), вторую панель в целом подключить к проводам питания 50 Гц противофазно относительно первой, а на третьей панели задействовать недостающее (требуемое по расчету) число делителей. Если расчетное число местных элементов уже распределено на первой и второй панелях, то на третьей панели местный элемент можно не задействовать, а сигнал фазирования для путевых элементов третьей панели достаточно взять с той из первых двух панелей, питание которой от сети 50 Гц синфазно с третьей панелью;

6. Если требуется использовать более 3 панелей ПП25, то использование делителей на третьей и четвертой панелях следует выполнять так же, как и в варианте применения только двух панелей.

На станциях с автономной тягой или электротягой переменного тока:

Теперь нагрузка на сеть, создаваемая одной панелью, равна:

;

;

где nмп, nпп - соответственно число (целое) местных и путевых элементов на одной панели ПП25.

9. РАСЧЕТ ВВОДНОЙ ПАНЕЛИ ПВ1М-ЭЦК, НАГРУЗКИ НА ВНЕШНИЕ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И ВЫБОР ДГА

Целью расчета вводной панели является проверка загрузки ее по мощности и определение токов плавких вставок в фидерах питания, которые должны указываться в заказной документации на панели.

Максимальная мощность одной панели ПВ1М-ЭЦК составляет 80 кВА. При превышении этой мощности устанавливаются две панели ПВ1М-ЭЦК и, соответственно, два щита ЩВПУ. В этом случае к первой панели подключается вся нагрузка СЦБ и связи, а также гарантированного питания, а ко второй - маневровые посты и все потребители негарантированного питания (общего освещения, вентиляции, мастерских и т. д.).

Мощность вводной панели определяется суммой отдельных видов нагрузок: устройств СЦБ, связи, освещения и силовых нагрузок (вентиляции, мастерских, а также маневровых постов).

Мощность нагрузок СЦБ определяется нагрузками панелей ПР-ЭЦК, ПВП-ЭЦК, ПСПН-ЭЦК и ПП25-ЭЦК.

Создаваемая панелью ПР-ЭЦК нагрузка на ПВ1М-ЭЦК состоит из общей мощности нагрузок ПР-ЭЦК P_ПP, Q_ПР, S_ПР (см. табл. 4) и мощности потерь в трансформаторах ТС1 и ТС2. Активная и реактивная составляющие мощности потерь в каждом из ТС ориентировочно равны: = 540 Вт, = 750 ВАр.

Нагрузка на ПВ1М-ЭЦК от панели ПВП-ЭЦК создается во время наиболее неблагоприятного послеаварийного периода ее работы в режиме восстановления емкости контрольной батареи 24 В. Активная составляющая этой нагрузки рассчитывается по формуле:

,

где U_ЗБ- напряжение батареи при форсированном заряде (составляет 31 В )

з_в = 0,6 - КПД выпрямительных (зарядных) устройств.

Реактивная составляющая нагрузки ПВП-ЭЦК ориентировочно может быть принята равной на станциях с числом стрелок до 100 - Q_ПВП = 1180 ВАр, с числом стрелок более 100 - Q_ПВП = 1400 ВАр.

Нагрузка на ПВ1М-ЭЦК от стрелочной панели ПСПН-ЭЦК определяется мощностью питания рабочих цепей стрелок P_ПСП, Q_ПСП, S_ПСПпри их переводе, а также мощностью электрообогрева (при напряжении 220 В) приводов, если обогрев на станции предусмотрен.

Мощность цепей перевода стрелок зависит от числа одновременно переводимых стрелок и с учетом потерь может быть принята в целом на пост ЭЦ на станциях до 60 стрелок включительно - Р_ПСП = 2100 Вт, Q_ПСП= 900 ВАр; от 60 до 100 стрелок включительно - Р_ПСП = 3000 Вт, Q_ПСП= 900 ВАр; свыше 100 стрелок - Р_ПСП = 4100 Вт, Q_ПСП= 800 ВАр [5].

Нагрузка от устройств связи на постах ЭЦ

Тип поста ЭЦ	Потребляемая мощность
	Активная Р, Вт	Реактивная Q, ВАр	ПолнаяS, ВА
Сз-72	3622	3419	4981

Нагрузка Р_ППЧ, Q_ППЧ отпреобразовательных панелей ПП25 на вводную панель определяется по результатам расчета в разделе 8.

Таблица 6. Осветительная и силовая нагрузки на постах ЭЦ

Наименование нагрузок	Расчетная мощность по типам постов ЭЦ, кВА
	Сз-72
Освещение: гарантированное негарантированное	4,2 6,4
Силовая нагрузка: гарантированная негарантированная	3,9 16,5

Коэффициент мощности для осветительных нагрузок составляет 0,92, для силовых - 0,8.

Результаты расчета мощности вводной панели рекомендуется представить в форме сводной табл. 7.

Расчетная таблица мощности вводной панелиПВ1М-ЭЦК

Таблица 7

Тип панели	Наименование нагрузок	Мощность отдельных нагрузок
		Активная Р, Вт	Реактивная Q, ВАр	Полная S. ВА
Панель ПР-ЭЦК	Нагрузка панели	3186	2721	4189
	Потери в трансформаторах ТС	540	750	925
Панель ПВП-ЭЦК	Нагрузка в режимах восстановления батареи	1311	1180	1761
Панель ПСПН-ЭЦК	Перевод стрелок	2100	900	2285
	Электрообогрев приводов (220 В)	2250	1100	2504
Панели ПП25-ЭЦК	Нагрузка панелей	2730	3850	4720
	Потери в трансформаторе ТС3 (при электротяге постоянного тока)
	Итого СЦБ	12117	10501	16383
	Резерв СЦБ - 10%	1211,7	1050,1	1638,3
	Всего СЦБ с резервом	1328,7	11551,1	18021,3
Устройства связи	3622	3419	4981
Освещение	гарантированное	3864	1646	4200
	негарантированное	5888	2508	6400
Силовая нагрузка	гарантированная	3120	2340	3900
	негарантированная	13200	9900	16500
Всего на вводную панельПВ1М-ЭЦК	43023	31364	54002

Полученное значение полной мощности S_ПВ сравнивается с допустимой величиной и делается вывод о достаточности одной или необходимости установки двух панелей ПВ1М-ЭЦК.

Одновременно с расчетом мощности ПВ1М-ЭЦК производится расчет нагрузки и выбор типа ДГА. При расчете нагрузки ДГА мощность потребителей негарантированного питания не учитывается, поэтому активная мощность нагрузок ДГА определяется по формуле:

где Р_НО, Р_НСН - активная мощность соответственно негарантированного освещения и силовой нагрузки.

Выбор типа ДГА производится по активной составляющей мощности Р_ДГА. Автоматизированные дизель-генераторные агрегаты (ДГА) выпускаются типов ДГА- 12, ДГА-24 и ДГА-48 с номинальной мощностью соответственно 12, 24 и 48 кВт [5]. Если по результатам расчета нагрузки ДГА выяснится, что она превышает допустимую нагрузку на агрегат, то принимается решение о понижении мощности нагрузок, в первую очередь за счет переключения электрообогрева приводов с напряжения 220 В на 127 В. С учетом уменьшения мощности обогрева производится уточнение мощности нагрузок СЦБ и соответственно нагрузок ДГА и вводной панели.

Мощность вводной панели определяет собой нагрузку, создаваемую постом ЭЦ на внешние сети электроснабжения.

Расчет плавких вставок производится по наиболее загруженной фазе системы электропитания. Если предположить равномерность загрузки фаз, то расчетный ток I_Ф в каждой фазе при фазном напряжении U_Ф (220 В) составит:

,

По полученному значению тока I_Ф выбирается ближайшая (в большую сторону) типовая плавкая вставка. Панели ПВ1М-ЭЦК выпускаются со следующими типовыми плавкими вставками: 63, 80, 100 и 125 А.

В заключение расчета ЭПУ поста ЭЦ определяется cosпитающей установки:

.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации. Утверждены Приказом Минтранса России от 21 декабря 2010 г. N 286.

2. Нормы технологического проектирования устройств автоматики и телемеханики на федеральном железнодорожном транспорте НТП СЦБ/МПС-99. СПб.: 1999.

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

4. Тюрморезов, В.Е. Источники электропитания устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. В.Е. Тюрморезов. - М.: Транспорт, 1978. - 223 с.

5. Дмитриев, В.Р. Электропитающие устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Справочник. В.Р. Дмитриев, В.И. Смирнова. - М: Транспорт, 1983. - 248 с.

6. Электроснабжение нетяговых потребителей железнодорожного транспорта. Устройство, обслуживание, ремонт: Учебное пособие / Под ред. В.М. Долдина. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2010. - 304 с.

7. Типовые материалы для проектирования. Электропитание устройств электрической централизации ЭЦ-10-88. ГТСС. 1988.

8. Багуц В.П.Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. В.П. Багуц, Н.П. Ковалев, А.М. Костроминов. - М.: Транспорт, 1991. - 286 с.

9. Ведомственные нормы технологического проектирования ВНТП/МПС-84. Электроснабжение устройств СЦБ и электросвязи. Л.: Транспорт, 1986.

10. Методические указания к выполнению курсовой работы«Проектирование устройств электропитания поста электрической централизации»для студентов специальности 190901 «Системы обеспечения движения поездов»очной и заочной форм обучения, составитель Л.С. Лабунский. - Самара: СамГУПС, 2015. - 40 с.

Размещено на Allbest.ru

...