Курсовая работа: Проектирование электропитания устройств связи и автоматики

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «Электропитание и электроснабжение нетяговых потребителей»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ УСТРОЙСТВ СВЯЗИ И АВТОМАТИКИ

Студентка

О.В. Пиндюк

Омск 2017

Реферат

УДК 621.316

Курсовой проект содержит 34 страницы печатного текста, 4 таблицы, 7 рисунков, альбом чертежей, использовано 5 источников.

Электропитающая установка, выпрямитель, аккумуляторная батарея, аварийное освещение, устройство гарантированного питания, стабильность напряжения, токораспределительная сеть.

Цель работы - составить по заданным условиям задания один из вариантов системы электропитания с расчетом и выбором её элементов.

Содержание

Введение

1. Выбор системы электропитания и составление предварительной структурной схемы

2. Выбор преобразователей для бесперебойного питания нагрузок в аварийном режиме

3. Расчет емкости и числа элементов аккумуляторной батареи

4. Расчет и выбор типа выпрямителей

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

5.1 Расчет мощности ДГУ и выбор его типа

5.2 Расчет потребления электроэнергии от внешней сети

6. Выбор вводных устройств переменного тока

7. Выбор устройств защиты

7.1 Защита по напряжению

7.2 Защита по току

8. Расчет токораспределительной сети

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

10. Размещение оборудования

11. Расчет надежности электропитающей установки

12. Составление функциональной схемы электропитания

13. Структурная и принципиальная схемы блока АТХ-300

14. Мониторинг системы

Заключение

Библиографический список

Введение

Система электропитания стационарных устройств связи и автоматики - сложный комплекс, на который приходится более 40 % количества повреждений и стоимости оборудования.

Цель работы: составить по заданным условиям задания один из вариантов системы электропитания с расчетом и выбором ее элементов.

Основные источники электроэнергии ? внешнее электроснабжение по фидерам напряжением 380, 220 В 50 Гц, местная дизель-генераторная установка (ДГУ) и аккумуляторная батарея (АБ).

По уровню надежности электропитающие установки (ЭПУ) связи и автоматики разделяют на электроприемники I, I особой и II категорий.

К ЭПУ особой группы I категории надежности относят посты ЭЦ, узлы связи с количеством портов (абонентов) более 10000, узлы междугородной и международной связи, узлы связи, соединенные с узлами оперативных служб.

К ЭПУ II категории надежности относят узлы местной связи с количеством портов до 1024, базовые станции подвижной связи.

Питание ЭПУ I категории и особой группы I категории осуществляют от двух фидеров внешнего электроснабжения.

Для питания ЭПУ II категории в качестве одного из двух независимых источников допускается использование ДГУ.

На время переключения фидеров или ввода ДГУ в устойчивую работу питание ЭПУ особой группы I категории должно осуществляться при максимальной нагрузке от АБ в течение не менее 2-х часов, питание ЭПУ I категории - не менее 8-и часов, а ЭПУ II категории - не менее 24-х часов.

1. Выбор системы электропитания и составление предварительной структурной схемы

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

Основные источники электроэнергии - внешнее электроснабжение по фидерам напряжением 220 В 50 Гц, дизель-генераторная установка (ДГУ) и аккумуляторная батареи.

Таблица 1 - Оборудование, установленное на станции связи

Рассчитаем ток первой нагрузки:

I1 = 0,3•1024 = 328 А

Рассчитаем ток второй нагрузки:

I2 = 0,032•350 +2,5•1+0,5•1+2,3•3+2•1 = 24 А

Рассчитаем ток третьей нагрузки:

I3 = 6•1 +0,6•1+0,1•1+1,6•2+2•1+3,15•4+3,15•2+2,3•1+2,4•1+1,4•1+20 = 55 А

В курсовой работе мы разрабатываем устройство электропитания для нагрузок: U1=48 В, I1=328 А; U2=48 B, I2=24 A; U3=220 B, I3=55 A. Категория надежности электроснабжения - I.

Требования, относящиеся к устройствам электропитания I категории надежности: 2 надежно работающих фидера; - надежно работающий ДГУ.

В помещении для размещения оборудования необходимо поместить щитовую, дизельную, выпрямительную, аккумуляторную и автозал.

Рисунок 1.1 - Предварительная структурная схема ЭПУ I категории надежности

2. Выбор преобразователей для бесперебойного питания нагрузок в аварийном режиме

Тип стоек стабилизаторов ССПН осуществляем по табл.П.1 [1] с учетом 75 % их загрузки и необходимости наличия резерва. Выбираем две стойки ССПН-3 48-48/240 на первую нагрузку, одну стойку ССПН-6 48-48/40 на вторую нагрузку, поскольку I1=328 А, I2 = 24 А, и по одной резервной стойки на каждую нагрузку.

В задании требуется обеспечить питание нагрузки переменного тока 220 В 50 Гц, для нее в соответствии с необходимой мощностью выбираем 2 инвертора УИЦ-9000 основных и один резервный, устанавливающихся в шкаф с габаритами 962600600ммм.

3. Расчет емкости и числа элементов аккумуляторной батареи

Расчет ведется при аварийном режиме ЭПУ, когда основная нагрузка и ее преобразователи получают электроэнергию только от АБ. Опорная АБ питает нагрузку, где находится АТС. Вторая АБ питает две оставшиеся нагрузки.

Если колебания напряжения АБ в процессе заряда/разряда не выходят за пределы 10 - 12 % Uном, то число последовательно соединенных элементов (блоков) в каждой группе:

,

где выбираем в соответствии с максимальной нагрузкой по заданию ();

выбираем в пределах , приняли значение равное 2.

В процессе заряда и разряда аккумуляторов напряжение на каждом элементе, блоке изменяется. Так, для выбранного типа аккумулятора с номинальным напряжением элемента 2 В максимальное, зарядное напряжение составляет Uэл.max = 2,35 В, минимальное напряжение Uэл.min=1,79 В, буферное напряжение Uэл.буф = 2,25 В.

Напряжение всей батареи будет меняться в пределах:

,

,

Подставим заданные значения в формулы и получим:

В,

В,

В.

Найдем суммарный ток, потребляемый от батареи в аварийном режиме минимальном напряжении батареи в конце разряда с учетом коэффициента полезного действия (КПД) каждого преобразователя.

Произведем расчёт АБ. Принимаем КПД стойки ССПН зсспн1 = зсспн2 = 0,92.

Тогда:

где Ui - номинальное напряжение нагрузок по заданию,

Uтрс ? допустимое падение напряжения в токораспределительной сети, Uтрс=1,4 В для напряжения 48 В, Uтрс=5 В; для напряжения 220 В.

Ii - максимальный ток нагрузок оборудования.

А.

А.

Суммарный ток инвертора определим, как:

где

А.

Ток аварийного освещения определяем по заданию: IАО=27 А. Общий ток разряда для первой АБ в течение десяти часов аварийного режима для первой нагрузки рассчитаем по формуле:

.

А.

Для второй АБ общий ток разряда:

А.

Тогда:

где - коэффициент кратности, определяемый для гелевых АБ, для восьми часов =1,15, для двух часов =3,05.

Проведя расчет для первой АБ получим:

А.

А.

Необходимая номинальная емкость батареи Сприв, приведенная к условному десяти часовому режиму разряда и температуре среды равной 25о С, зависит от ряда факторов: тока разряда Iр, времени разряда tр и соответствующего ему коэффициента отдачи по емкости зG, от температуры окружающей среды tср.

Фактическую разрядную мощность рассчитаем по формуле:

Для первой АБ:

А•ч.

Для второй АБ:

А•ч.

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

,

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

Значение зG зависит от выбранного tр = 8 ч, для первой АБ зG =0,94.

А•ч.

Для второй АБ tр = 2 ч, зG =0,61.

А•ч.

Т.к Сприв>3000, то емкость элементов группы находим:

Тогда для первой АБ:

А•ч.

Емкость АБ выбираем по таблице П.4 [1]:

А•ч.

Для второй АБ:

А•ч.

Емкость АБ выбираем по таблице П.4 [1]:

А•ч.

Выберем для первой АБ ЭПУ стационарные герметизированные по AGM-технологии аккумулятор марки «20OPzV3000» типа А602/3000 с габаритами 775215580мм. Аккумуляторы располагаются в стойках типа УЭПС-2 А1 с полезной площадью 545589мм2 и наружными габаритами 600600 мм2 , высота 1950 мм. 6 стоек УЭПС-2 А1 в каждом по 4 штуки.

Выберем для второй АБ ЭПУ стационарные герметизированные по AGM-технологии аккумулятор марки «20OPzV2500» типа А602/2500 с габаритами 775215400мм. Аккумуляторы располагаются в стойках типа УЭПС-2 А1 с полезной площадью 545589мм2 и наружными габаритами 600600 мм2 , высота 1950 мм. 6 стоек УЭПС-2 А1 в каждом по 4 штуки.

Всего 12 стоек.

4. Расчет и выбор типа выпрямителей

Выбор выпрямителей производится по номинальному напряжению и максимальному току, который они могут выдавать по выходу.

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

,

где Iзар.АБ = САБ /tзар; tзар = 10 ч.

С учетом 75 % загрузки выпрямителей их максимальный ток на выходе:

,

где Iзар.АБ = САБ /tзар; tзар = 10 ч.

Для первой АБ:

.

Для второй АБ:

.

В качестве основных типов выпрямителей в проекте используем выпрямители с бестрансформаторным входом ВБВ, используемые как самостоятельные изделия, так и в составе устройств электропитания аппаратуры связи - УЭПС.

Выбираем устройства по номинальному напряжению и значению Imax вб.

Если этот ток превышает значение номинального тока стоек УЭПС, то число таких параллельно включенных стоек определяем:

.

Количество выпрямителей:

,

где - выходной ток выпрямителя, А.

Для первой АБ:

.

.

Таким образом, по току выбираем 2 стойки УЭПС-2 48/480-88 и одну стойку УЭПС-2 48/480-81 с максимальным выходным током (током нагрузки) 480 А, и с максимальной выходной мощностью 26880 Вт. Диапазон регулировки выходного напряжения ,, формулы (3.2), (3.3). В состав стойки входят выпрямители ВБВ 48/60-2 с номинальным током 60 А и габаритами - 236506397 мм.

Для второй АБ:

.

.

Таким образом, по току выбираем 1 стойку УЭПС-2 48/480-88 и одну стойку УЭПС-2 48/480-87 с максимальным выходным током (током нагрузки) 480 А, и с максимальной выходной мощностью 26880 Вт. Диапазон регулировки выходного напряжения ,, формулы (3.2), (3.3). В состав стойки входят выпрямители ВБВ 48/60-2 с номинальным током 60 А и габаритами в мм - 236506397

Габариты стойки УЭПС - 2250х600х600 мм.

Рассчитаем количество выпрямителей, отведенных на резерв (для I категории - 20% от основных ВУ) для первой АБ:

.

Количество резервных выпрямителей - 4 штук, количество УЭПС - 1 стойка УЭПС-2 48/480-84.

Рассчитаем количество выпрямителей, отведенных на резерв для второй АБ:

.

Количество резервных выпрямителей - 3 штук, количество УЭПС - 1 стойка УЭПС-2 48/480-83.

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

5.1 Расчет мощности ДГУ и выбор его типа

Максимальная нагрузка ДГУ при аварийном отключении питающих фидеров переменного тока:

Вт.

Мощность, потребляемая выпрямителями ВБВ УЭПСа:

Вт,

где зУЭПС = 0,9 - КПД выпрямителей.

Для расчетов воспользуемся данными из таблицы 5.1.

Таблица 5.1 - Условная мощность дополнительных нагрузок сети переменного тока для одного из вариантов ЭПУ