Электропитание устройств дома связи

Задание на курсовую работу

Для заданных устройств связи требуется разработать электропитающую установку (ЭПУ) дома связи и произвести расчет электрических параметров заданного узла или элемента электропитающей установки.

Таблица 1. Исходные данные

Амплитуда входного напряжения n-ой гармоники U_nвх =0,7 В.

Амплитуда выходного напряжения n-ой гармоники U_nвых =0,25 В.

Частота n-ой гармоники f_n = 100Гц.

Емкость конденсатора С = 60мкФ.

1. Выбор и характеристика системы электропитания дома связи

электрический приемник питание напряжение Категории электроприемников по надежности электроснабжения определяются в процессе проектирования системы электроснабжения на основании нормативной документации, а также технологической части проекта. в отношении обеспечения надежности энергоснабжения ПУЭ разделяют электроприемники на следующие три категории:

Электроприемники I категории — электроприемники, перерыв энергоснабжения которых может привлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.

Электроснабжение данных приемников рекомендуется осуществлять от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их энергоснабжения при нарушении энергоснабжения одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. Должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.

Из состава электроприемников I категории выделяется особая группа электпроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров.

Электроприемники II категории — электроприемники, перерыв энергоснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Эти электроприемники в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. При нарушении энергоснабжения одного из источников питания допустимы перерывы энергоснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

Все остальные электроприемники относятся к III категории электроприемников, энергоснабжение которых может выполняться от одного источника при условии, что перерывы энергоснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы энергоснабжения, не превышают одних суток.

Допустимые и предельно допустимые значения отклонения напряжения от номинального на выводах приемников равны соответственно ±5 и ±10%.

Основные требования к электроустановкам:

— электроснабжение постов ЭЦ, ДЦ и узлов связи должно выполняться от двух независимых, взаимно резервирующих источников питания.

— должны проводиться расчеты токов короткого замыкания и выбор токов срабатывания предохранителей с обеспечением селективности их срабатывания в источнике питания и электроприемнике.

— подвод питающего напряжения к постам ЭЦ, ДЦ и домам связи должен быть выполнен двумя самостоятельными питающими линиями — фидерами.

2. Комплектация типовой системы электропитания дома связи

К основным системам электропитания относятся автономная, буферная, безаккумуляторная и комбинированная система питания.

Систему питания от первичных элементов используют в основном для обеспечения работы переносной аппаратуры.

Система питания от аккумуляторов по способу «заряд-разряд» (Рис. 2.1) предназначена для случаев, когда энергия от сетей переменного тока подается нерегулярно. Сущность этого способа питания заключается в том, что для каждой градации напряжения имеется отдельный выпрямитель и две аккумуляторные батареи.

Рис. 2.1 (Ф — фидер; ШПТ — шина переменного тока; ЗШ — зарядные шины, РШ — разрядные шины, 1,2,3 — группы аккумуляторов.

При буферной системе (Рис. 2.2) питания параллельно выпрямителю и нагрузке включена аккумуляторная батарея. в случае аварии в сети переменного тока или повреждения выпрямителя дальнейшее питание нагрузки обеспечивает подачу энергии без перерыва.

Рис. 2.2

При буферной системе питания различают три режима работы: среднего тока, импульсного подзаряда и непрерывного подзаряда.

В безаккумуляторной и комбинированной системах электрическая энергия, необходимая для питания аппаратуры, поступает от источников переменного тока через преобразователь (выпрямитель), аккумуляторная батарея отсутствует. В системе питания с резервным фидером и дизель-генераторным агрегатом (Рис. 2.3) аппаратура получает питание от сети через выпрямитель. Перерывы возникают при переключении с основного фидера на резервный (доли секунды) и при запуске ДГА (25…30с).

Рис. 2.3

При двухлучевой системе питания (Рис. 2.4) аппаратура питается одновременно от двух независимых источников переменного тока через самостоятельные выпрямительные устройства. В случае повреждения одного внешнего источника всю нагрузку без перерыва принимает второй источник. Одновременно автоматически запускается ДГА, который через 30с подключается вместо поврежденного источника.

Рис. 2.4

Сущность комбинированных систем питания заключается в том, что электропитающие установки (ЭПУ) на различные номинальные напряжения, кроме одной — основной ЭПУ, нормально работают по безаккумуляторной системе питания. Основная установка работает по буферной системе.

Применим буферную систему питания с режимом непрерывного подзаряда (Рис. 2.5)

Рис. 2.5

3. Расчет емкости аккумуляторной батареи

Емкость аккумуляторной батареи зависит от тока нагрузки I_ав, которая рассчитывается по формуле:

(1)

где — сумма токов, потребляемых аппаратурой связи от данной батареи в час наибольшей нагрузки;

— сумма токов аварийных потребителей, подключаемых к аккумуляторной батарее при ее разряде. Этими нагрузками являются установки гарантированного питания (например, преобразователи напряжения), аварийное освещение, двигатели вентиляции, приборы сигнализации.

55,5+100+84=239,5А

I_ав-24В = 328+458+625+16,4=1427,4А

20А Расчетная емкость батареи из кислотно-свинцовых аккумуляторов Q_р рассчитывается по формуле:

(2)

где t_р — расчетное время разряда в аварийном режиме, ч;

р — коэффициент использования емкости, зависящей от t_р;

t — наименьшая температура электролита аккумуляторов, которую принимают равной самой низкой расчетной температуре аккумуляторного помещения (+15°С)

t_р-60В =2ч — две группы батарей;

t_р-24В = 1ч — две группы батарей;

t_р+60В =2ч — одногрупповая батарея.

;

;

.

4. Выбор типа аккумуляторов

Так как номинальная емкость аккумулятора определяется из расчета его заряда в течение 10 часов, согласно расчетным емкостям (п.3) выбираем следующие кислотно-свинцовые аккумуляторы.

Для ЭПУ-24В: СК-144, номинальная емкость: 5184Ач, максимальный ток заряда: 1296А, ток разряда: 518,4А.

Для ЭПУ-60В: СК-18, номинальная емкость: 648Ач, максимальный ток заряда: 162А, ток разряда: 64,8А.

Для ЭПУ+60В: СК-2, номинальная емкость: 72Ач, максимальный ток заряда: 18А, ток разряда: 7,2А.

5. Определение количества аккумуляторов в батарее

Число аккумуляторов (n) в каждой группе батареи при использовании САРН для стабилизации напряжения определяется по формуле:

(3)

где U_мин — наименьшее допустимое напряжение питания аппаратуры;

ДU — величина максимального возможного падения напряжения в токоведущих проводах (берется более 3% от величины номинального выпрямленного напряжения);

ДU_САРН — минимальное падение напряжения на угольных регуляторах САРН;

U_аккмин — минимальное допустимое конечное напряжение разряда одного аккумулятора.

Для ЭПУ-24В:

Для ЭПУ-60 В и ЭПУ+60В:

6. Определение количества противоэлементов, дополнительных аккумуляторов в цепи нагрузки

Найдем напряжение U_б на зажимах батареи при параллельной работе с выпрямителем по формуле:

(4)

где — напряжение на одном аккумуляторе при буферной работе в режиме непрерывного подзаряда.

Для ЭПУ-24В:

Для ЭПУ-60 В и ЭПУ+60В:

Так как U_б не превышает максимально допустимых напряжений на зажимах питаемой аппаратуры, мы не будем применять ни противоэлементы, ни дополнительные аккумуляторы.

Таблица 2. Технические данные ЭПУ

7. Определение мощности и выбор типа выпрямительных устройств и устройств коммутации постоянного тока

Выпрямительные устройства рассчитывают на мощности, необходимые для буферного питания аппаратуры связи P_б и для заряда батареи Р_з.

Мощность выпрямителя P_б, работающего в буфере с аккумуляторной батареей, определяется по формуле:

(5)

где I_н — ток нагрузки в ЧНН, I_н= I_ав;

I_п — ток подзаряда, равный 0,85 Q_н.

Для ЭПУ-24В: ;

Для ЭПУ-60В: ;

Для ЭПУ+60В: ;

С помощью резервного выпрямителя осуществляется заряд каждой из двух групп аккумуляторной батареи. Мощность резервного выпрямителя должна быть не меньше величины, найденной по формуле:

(6)

где U_з — напряжение аккумулятора в конце заряда (2,7В);

t_з — время заряда (7ч).

Для ЭПУ-24В: ;

Для ЭПУ-60В: ;

Для ЭПУ-24В: ;

Технические характеристики выбранных выпрямителей представлены в таблице 3.

Таблица 3

8. Определение мощности, потребляемой электропитающей установкой от внешней сети, выбор устройств ввода и коммутации цепей переменного тока

Общая мощность (Р_о), потребляемая устройствами электропитания от сети переменного тока, рассчитывается по формуле:

(7)

где — суммарная мощность, потребляемая выпрямителями при парарллельной работе с аккумуляторными батареями, находится по формуле 8.

— суммарная мощность, потребляемая выпрямителями при заряде батарей, определяется по формуле 9.

— мощность, потребляемая лампами освещения служебных и технических помещений, определяется по формуле 10.

— мощность, потребляемая двигателями вентиляции;

— мощность, потребляемая силовым оборудованием.

(8)

(9)

(10)

Где — мощность, потребляемая лампами аварийного (гарантированного) освещения;

— КПД выпрямителя;

С — коэффициент, зависящий от числа параллельно работающих выпрямителей: при одном выпрямителе С=1, при двух С=0,9.

Для ЭПУ-24В:

Для ЭПУ-60В:

Для ЭПУ+60В:

Величину полной (кажущейся) мощности (S_о), потребляемой от сети, можно найти по формуле

(11)

где — величины, зависящие от коэффициентов мощности установок.

(12)

Для ЭПУ-24В:

Для ЭПУ-60В:

Для ЭПУ+60В:

Выбираем щит переменного тока автоматизированный — ЩПТА2/200−2, который предназначен для распределения тока по потребителям, защиты и контроля распределительных цепей. Подводится электрическая энергия от одного источника тока, и контролируются напряжение и ток. При наличии двух вводов от внешних источников последние подключают через устройства, имеющих автоматическую коммутацию входящих линий.

Рисунок 8.1

Таблица 4. Выбор основных вариантов ЭПУ

9. Расчет мощности и выбор типа резервной электростанции

На случай длительного прекращения подачи переменного напряжения от сети должна быть предусмотрена резервная электростанция. В качестве нее используется автоматизированная установка ДГА. Мощность генератора должна быть такой, чтобы обеспечить питанием буферные выпрямители, сеть аварийного освещения, двигатели вентиляции.

Эта мощность S_Г определяется по формуле:

(13)

где .

кВт Применим в данной работе дизель-генераторную установку типа ДГА-48М — 3 штуки. В состав которой входит следующее оборудование: дизель-генератор с устройствами и приборами системы смазки, водоохлаждения и автоматики; щит типа ЩДГА; выпрямитель типа ВСА-6М; аккумуляторные батареи 6СТЭ-60; топливный расходный бак, щит типа ЩДГВ.

10. Структурная схема электропитающей установки дома связи

Электроснабжение осуществляется от двух внешних источников по двум фидерам. Оба фидера подключены к шкафу управления типа ШУ-8254, обеспечивающему автоматическое переключение фидеров при пропадании напряжения. Резервное электроснабжение переменным током предусматривается от ДГА. В качестве коммутации переменного тока использованы щиты типа ЩПТА-4/200−2 для основной нагрузки и типа ЩПТА-380/600 — для дополнительной.

Устройства электропитания аппаратуры связи содержат три автоматизированных установки на номинальное напряжение: 24В; -60 В и +60 В. В электропитающей установке типа ЭПУ-24 для подключения одной из групп аккумуляторных батарей к нагрузочным сопротивлениям НС при контрольных разрядах и перезарядах использованы батарейные щиты типа ЩБ2−24/1000. Для контроля токов в цепях установки типа ЭПУ-24 включены шунты устройств индикации тока УИТ. В цепь нагрузочных сопротивлений установки типа ЭПУ-60 включены однолинейные ящики-выключатели типа ЯВЗ-23, защищающие и коммутирующие эти цепи.

Во время аварии источников внешнего электроснабжения запускается местная резервная электростанция, которая обеспечивает питанием основные устройства узла связи. В качестве резервной электростанции используются три дизель-генераторные автоматизированные установки (ДГА), которые обеспечивают электроэнергией следующие устройства: всю аппаратуру связи, питаемую постоянным и переменным током; сеть гарантированного освещения; устройства вентиляции аккумуляторных помещений. Часть потребителей во время аварии источников внешнего электроснабжения отключается. К таким устройствам относятся негарантированное освещение, силовое оборудование мастерских и др. Запуск ДГА осуществляется автоматически при пропадании напряжения на фидерах питания Ф1 и Ф2. Через 25−30с после отключения фидеров к ДГА подключается нагрузка. при появлении напряжения на одном из фидеров ДГА автоматически отключается и останавливается.

Структурная схема электропитания дома связи представлена в приложении А.

11. Составление плана помещения и размещение в нем оборудования

План помещения и размещение в нем оборудования представлены в приложении Б.

12. Расчет параметров сглаживающего однозвенного LC-фильтра

Сглаживающий фильтр предназначен для сглаживания пульсации

(14)

(15)

L=9,6*10^-6/60мкФ=0,016Гн.

x_L=w_nL=0.0165*628=10,3Ом

x_С=1/w_nС=1/60*10^-6*628=26,3Ом Собственная частота фильтра определяется как:

f_ф = 1/(2*3,14*3,1*10^-3)=51Гц

13. Правила техники безопасности

Работы в электроустановках в отношении мер безопасности подразделяются:

— со снятием напряжения;

— без снятия напряжения вдали от токоведущих частей;

— без снятия напряжения на токоведущих частях и вблизи них.

При работе в электроустановках до 1000 В без снятия напряжения на токоведущих частях и вблизи них необходимо:

— выполнять работы не менее чем в два лица, из которых производитель работ должен иметь группу по электробезопасности не ниже 4, остальные не ниже трех.

— оградить расположенные вблизи рабочего места другие токоведущие части, находящиеся под напряжением, к которым возможно случайное прикосновение.

— работать в диэлектрических галошах или стоя на изолирующей подставке, либо на диэлектрическом коврике.

— применять инструмент с изолирующими рукоятками, при отсутствии такого инструмента пользоваться диэлектрическими перчатками.

При производстве работ без снятия напряжения на токоведущих частях с помощью изолирующих средств защиты необходимо:

— держать изолирующие части средств защиты за рукоятки до ограничительного кольца;

— располагать изолирующие средства защиты так, чтобы не возникла опасность перекрытия по поверхности изоляции между токоведущими частями двух фаз или замыкания на землю;

— пользоваться только сухими и чистыми изолирующими частями средств защиты с неповрежденным лаковым покрытием.

Без применения электрозащитных средств запрещается прикасаться к изоляторам электроустановок, находящимся под напряжением. В электроустановках запрещается работать в согнутом положении, если при выпрямлении расстояние до токоведущих частей будет меньше указанного. При производстве работ около не огражденных токоведущих частей запрещается располагаться так, чтобы эти части находились сзади или с обеих боковых сторон.

При работе в электроустановках необходимо применять исправные электрозащитные средства: как основные (инструмент с изолирующими рукоятками, указатели напряжения, диэлектрические перчатки), так и дополнительные (диэлектрические галоши, коврики, переносные заземляющие устройства, изолирующие подставки, оградительные устройства, плакаты и знаки безопасности). При обслуживании и ремонте электроустановок применение металлических лестниц запрещается.

Работу с использованием лестниц выполняют в два лица, одно из которых находится внизу и страхует второе. Работа с ящиков и других посторонних предметов запрещается.

1. Копанев М. В. Проектирование электропитающей установки дома связи. Задание и методические указания. — Иркутск: ИрГУПС. 2008 г.

2. Сапожников В. В., Ковалев Н. П. Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. — М: Изд-во «Маршрут». 2005 г.

Приложение А

Приложение Б