Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Омский государственный университет путей сообщения
Кафедра “Инфокоммуникационные системы и информационная безопасность”
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПИТАЮЩЕЙ УСТАНОВКИ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ СВЯЗИ
Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине
“Электропитание и электроснабжение нетяговых потребителей”
Студент гр. 22 - Б
Д.Ю. Нуждин
Руководитель -
доцент кафедры ИСИБ
С.А. Батраков
Омск 2016
Реферат
Курсовая работа содержит 35 страниц, 23 формулы, 6 рисунков, 5 таблиц, 3 приложения, использовано 4 источника.
Аккумуляторная батарея, выпрямитель, стабилизатор напряжения, дизель-генератор, функциональная схема, защитный контур, надежность, токораспределительная сеть.
Целью данной работы является проектирование ЭПУ для заданных нагрузок, получение навыков проектирования ЭПУ, выполнение расчетов параметров ЭПУ.
В данной курсовой работе рассчитана электропитающая установка для аппаратуры автоматики и связи.
Программное обеспечение, использованное в работе: Microsoft Word 2010, Microsoft Visio 2010, Microsoft Excel 2010.
Введение
Электропитающие установки являются основной частью электроустановки каждого предприятия. Электропитающая установка на предприятиях призвана обеспечивать получение тока, распределение, регулирование и резервирование электропитания. Электропитающая установка предприятия образует 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. ЭПУ должны строиться на базе применения современного промышленного оборудования, должны быть максимально автоматизированными, экономичными, должны иметь высокие значения КПД.
От электропитающих установок требуется обеспечение высокой надежности, бесперебойности и беспрерывности снабжения аппаратуры связи электрическим током.
Современные электроустановки на предприятиях проводной связи являются одними из наиболее ответственных и сложных их частей. Их стоимость составляет от 10 до 40% стоимости всех станционных сооружений, а стоимость эксплуатации, например, таких видов электросвязи, как сетевые узлы и обслуживаемые усилительные пункты кабельных магистралей, составляет около половины стоимости всей эксплуатации этих сооружений.
В данной курсовой работе предлагается в соответствии с заданными параметрами нагрузок, группой электроснабжения и требованиями аппаратуры к источникам питания рассчитать и подобрать элементы, разместить оборудование , построить структурную и функциональную схемы ЭПУ.
1. Выбор системы электропитания в соответствии с категорией надежности, составление структурной схемы ЭПУ
1.1 Выбор системы электропитания
Основной задачей ЭПУ является осуществление преобразования, регулирования, распределения, контроля, защиты и резервирования различных напряжений переменного и постоянного тока, необходимых для нормальной работы аппаратуры автоматики, телемеханики и связи.
Лучевая система питания предусматривает два независимых фидера энергосистемы и резервную АДЭС. В качестве дополнительного источника электропитания используется АБ I группы. Один из фидеров энергосистемы постоянно включен и является основным источником электропитания, второй фидер и АДЭС отключены и являются резервными.
Рисунок 1.1 - Лучевая схема питания
1.2 Составление структурной схемы ЭПУ
Основные нагрузки будут обеспечены электропитанием через соответствующие преобразователи. Преобразователи выбираются с учетом входного и выходного напряжения по заданию.
Для организации гарантированного питания мощностью 2.5 кВт используем источник бесперебойного питания.
Для распределения внешнего питающего напряжения используем вводные устройства, обеспечивающие:
- защиту оборудования от внешних перенапряжений и от токов короткого замыкания;
- постоянный контроль наличия напряжения в каждой фазе цепей основного и резервного внешних источников питания;
- контроль чередования фаз этих источников;
- непрерывное сравнение текущих значений напряжений основного и резервного вводов с заранее заданными допустимыми отклонениями от номинального напряжения и переход на резерв при выходе напряжения за пределы отклонения;
- контроль параметров ДГУ в дежурном и аварийном режимах ЭПУ;
- совместно с АБ и ДГУ включение аварийного освещения АО;
- восстановление доаварийного состояния;
- по команде дежурного оператора системы связи и автоматики отключение основного или резервного вводов при их ремонте;
- визуальный контроль наличия фазного напряжения основного и резервного вводов и индикация ввода, подключенного к нагрузке.
Структурная схема ЭПУ приведена в приложении А.
2. Расчет емкости и числа элементов аккумуляторных батарей
2.1 Расчет числа элементов аккумуляторной батареи
Общее число элементов аккумуляторной батареи выбирается из условия обеспечения минимально допустимого напряжения на нагрузке и рассчитывается по формуле:
где - минимальное допустимое напряжение на зажимах нагрузки. Находится путем вычитания из номинального напряжения допустимой заданной величины отклонения напряжения (по заданию ±15,8 %);
- допустимое падение напряжения на токораспределительной сети;
- минимальное допустимое падение напряжения на одном элементе батареи (=1,8В).
Для первой нагрузки:
Для данной нагрузки составляет 3,09 В.
Для второй нагрузки:
Для данной нагрузки составляет 0,8 В.
2.2 Расчет емкости и выбор типа аккумуляторов
Аккумуляторы выбираются по величине номинальной емкости:
где - фактическая емкость;
Р - коэффициент интенсивности разряда (Р = 0,9);
- температурный коэффициент изменения емкости аккумулятора ();
t- температура электролита ( для зданий с центральным отоплением);
- температура, при которой аккумулятор отдает номинальную емкость.
Величина разрядной емкости аккумуляторных батарей рассчитывается по максимальному разрядному току и максимальной длительности t разряда аккумуляторной батареи. По заданию время разряда равно 8 ч.
Величина разрядной емкости рассчитывается по формуле:
Ток разряда для первой батареи равен:
Тогда приведенная емкость первой батареи равна:
Ток разряда для второй батареи равен:
Тогда приведенная емкость первой батареи равна:
Выбираем аккумуляторы СК-4 в качестве первой АБ и СК-5 в качестве второй АБ.
3. Выбор источника бесперебойного питания
ИБП - источник переменного тока, гарантирующий бесперебойное электропитание потребителей СЦБ и связи, которые в нормальном режиме работы ЭПУ получают электропитание от внешних источников энергосистемы или от автоматической дизельной электростанции (АДЭС).
В соответствии с заданием на курсовой проект, в состав ЭПУ должен входить источник бесперебойного питания (ИБП) I категории мощностью с переменным выходным напряжением 220 В.
Выбираем в качестве устройства гарантированного питания APC by Schneider Electric Smart-UPS RT 3000VA мощностью 3000ВА/2100Вт, КПД=0.89, тип On-line. Входную мощность ИБП рассчитаем по формуле:
На рисунке 3.1 представлена схема архитектуры ИБП типа on-line.
Рисунок 3.1 - Схема архитектуры ИБП типа on-line
4. Проверка качества напряжения на нагрузках
По заданию необходимо обеспечить стабильность напряжения на нагрузках в пределах ±15,8%. Для каждой нагрузки произведем расчет необходимого и фактического напряжений по формулам:
Для первой нагрузки фактическое напряжение изменяется в пределах:
Необходимо обеспечить следующие пределы изменения напряжения:
Рисунок 4.1 - Проверка качества напряжения на первой нагрузке
Для второй нагрузки фактическое напряжение изменяется в пределах
Необходимо обеспечить следующие пределы изменения напряжения:
|
Рисунок 4.1 - Проверка качества напряжения на второй нагрузке |
Фактическое значение падения напряжения на всех нагрузках входит в допустимые пределы. Так как 2 и 3 нагрузки будут подключены на общую батарею, то для получения необходимого значения напряжения 24В следует использовать конверторы.
5. Расчет потребляемого тока конвертора от батареи в аварийном режиме
Конверторы, от которых питается третья нагрузка, преобразуют напряжение равное напряжению питания второй нагрузки. Питание же второй нагрузки осуществляется с выпрямителя или от АБ. Расчет входного и выходного тока преобразователей рассчитаем по формулам:
Для третьей нагрузки:
Воспользуемся конвертером типа SD-500L-24 DC/DC. Значение КПД зкв = 0,85,. Номинальное входное напряжение 19-72В, габариты мм. Для обеспечения стабильной работы необходимо подключить один конвертор.
6. Расчет и выбор выпрямителей
Выпрямители выбираются по номинальному напряжению и максимально выпрямленному току.
Рассчитаем максимально выпрямленный ток для первой нагрузки:
Берем 3 выпрямителя 220/160 FLATPACK2 110-125/40A HE с выходным током 10 А и регулировкой выходного напряжения от 89 до 171 В Рвых=1.2 кВт, КПД=94%, габариты 109•41,5•327мм.
Рассчитаем максимально выпрямленный ток для второй нагрузки:
Берем 1 выпрямитель 220/24 Flatpack S 24/1000 HE с выходным током 41,7 А и регулировкой выходного напряжения от 21,5 до 29 В Рвых=1 кВт, КПД=92%, габариты мм.
Рассчитаем максимально выпрямленный ток для третей нагрузки:
7. Расчет и выбор входных устройств переменного тока и дизель-генератора
7.1 Расчет и выбор АДЭС
Выходная мощность АДЭС должна быть достаточной для питания и нормального функционирования всех элементов (устройств) проектируемого ЭПУ в течение всего времени отсутствия внешнего электроснабжения от энергосистемы. Резервная дизель-электростанция выбирается по активной мощности при аварийном отключении питающих фидеров энергосистемы.
Потребляемая мощность работы кондиционера автозала равна 4 кВт, мощность собственных нужд АДЭС равна 1,6 кВт, потребляема мощность прибора ОПС равна 300 Вт, мощность аварийного освещения равна 34,8Вт, мощность ИБП равна 1854 Вт. Тогда мощность АДЭС, вычисленная по формуле 7.1 равна:
По полученным расчетам выбираем ДГА-10.
7.2 Расчет и выбор входных устройств переменного тока
Максимальная активная мощность, потребляемая от сети, больше мощности АДЭС на величину дополнительных негарантированных нагрузок: мастерских , общего освещения, общая вентиляция помещения поста ЭЦ .
Реактивная мощность, потребляемая от сети, рассчитывается через активную для отдельных групп нагрузки, имеющих одинаковый коэффициент мощности .
Для освещения =1; для моторной нагрузки общая вентиляция =0.7; для выпрямителей, конверторов, инверторов, ИБП =0.9.
Полная мощность, потребляемая от сети:
Максимальный ток по одной фазе, потребляемый из 3-х фазной сети переменного тока при равномерном распределении нагрузки по фазам:
По полной мощности и максимальному току фазы выбираем щит коммутации на стороне переменного тока типа ЩВП 73 для ввода 3х фидеров.
Выбираем ЩВРА 380/100-21п. Шкаф предназначен для ввода и резервирования по потребителям электрической энергии трехфазного/однофазного, переменного тока номинального напряжения 380/220 В, 50 ГЦ, а также для защиты вводов сетей и потребителей от перегрузок и токов короткого замыкания.
8. Выбор автоматических выключателей, контакторов, предохранителей и УЭПС
Рассчитаем ток выключателей для вводных фидеров:
Автоматические выключатели вводных фидеров выбираем типа