Расчет и выбор оборудования электропитающей установки

Министерство образования и науки Российской Федерации

Новосибирский Государственный Технический

Университет

Кафедра РП и РПУ

 

 

 

 

Расчетно-графическая работа по дисциплине «Электропитание устройств и систем телекоммуникаций»

Вариант 71

 

 

 

 

Выполнил:

Студент:

Группа: РТС9б-92

Дата:

                                                      

 

 

 

 

 

 

 

 

     Проверил:

     Преподаватель:  Сажнев А.М

ОЦЕНКА
Выполнение	Защита	Общая

 

Новосибирск 2012

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К РАСЧЕТУ……………………………….

2. РАСЧЕТ И ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПИТАЮЩЕЙ УСТАНОВКИ …………………………..
1. РАСЧЕТ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ………………………
2. ВЫБОР ТИПОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА….
3. РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА…………………….
4. ВЫБОР АВТОМАТА ЗАЩИТЫ…………………………………..
5. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ЭПУ И ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ С УКАЗАНИЕМ ТИПОВ ВСЕХ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ УСТРОЙСТВ………………………………….

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………

ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………….

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 3

 

 

4

 

5

 6

 8

11

14

 

 

16

 

 

18

19

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Электрическая энергия считается  базовым видом энергии нашей цивилизации. Без нее невозможна нормальная жизнь современного общества. Работа телефона радио, телевидения, бытовой и специальной аппаратуры, многих видов транспортных средств основана на применении именно электрической энергии. Различным потребителям требуется электрическая энергия с различными параметрами. Бурное развитие средств связи, цифровых методов управления, передачи и обработки информации предъявляет все более жесткие требования к качеству электрической энергии и надежности электроснабжения. Поэтому устройства преобразования параметров электрической энергии также интенсивно развиваются.

Цель настоящей работы – закрепление теоретических  знаний, полученных при изучении основных разделов курса «Электропитание  устройств и систем телекоммуникаций».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К РАСЧЕТУ

 

Напряжение питания основного  канала цепи постоянного тока U0, В	48
Максимальный ток нагрузки I0, А	450
Ток аварийного освещения Iосв, А	2,7
Полная мощность потребления  на хозяйственные нужды, Sхоз, кВА	3,5
Коэффициент мощности нагрузки на хоз. нужды cos fхн , отн. ед.	0,91
Время разряда аккумуляторных батарей tр , ч	5
Рабочая температура окружающей среды tср, ˚С	+15

 

Последняя цифра номера зачетной книжки	1
Удельное сопротивление  грунта r0, Ом×м [7, 14]	30
Длина шинопровода (кабеля) l ф, км	1,9
Место прокладки шинопровода (кабеля)	воздух
Примечание. Первичная сеть трехфазная, четырехпроводная, Uф = 220 В, fс = 50 Гц по ГОСТ 13.109–97.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. РАСЧЕТ И ВЫБОР  ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПИТАЮЩЕЙ УСТАНОВКИ

 

В современных системах бесперебойного электроснабжения буферная система  электропитания нашла наибольшее распространение, так как используются возможности  аккумуляторов для повышения  фильтрации выходного напряжения и  устойчивости работы ЭПУ.

Преимуществом буферных систем электропитания является использование  сглаживающих свойств АБ, что значительно  уменьшает габаритные размеры сглаживающих фильтров, установленных на выходе ВУ. Недостатком данной системы является воздействие импульсной нагрузки на АБ, что снижает срок службы, особенно герметичных аккумуляторов в нормальном режиме работы. При повышенных требованиях к качественным показателям напряжения питания и к длительной работе от АБ в аварийных режимах используется буферная система питания с вольтодобавочным конвертором (см. рис. 1).

 

Рис. 1. Буферная система электропитания с ВДК

 

В нормальном режиме контактор  К1 разомкнут, элементы АБ поддерживаются в нормальном состоянии от ВУ. Одновременно обеспечивается питание основного оборудования от выпрямителя. В аварийном режиме замыкается контактор К1 и выход ВДК соединяется последовательно с АБ, вход ВДК при этом подключается к АБ. При разряде аккумуляторной батареи ВДК добавляет недостающую долю напряжения для обеспечения постоянства напряжения на нагрузке. Это иллюстрируется графиком на рис. 2

.

Рис. 2. Изменение напряжения ВДК от времени

Диод VD необходим для обеспечения  непрерывного протекания тока в момент срабатывания контактора К1. Он приводит к дополнительным потерям мощности и снижению КПД устройства. Существуют схемы подключения конвертора напряжения и с двумя контакторами без использования диода. В такой схеме имеет место более высокий КПД, но при этом снижается надежность системы.

 

2.1. РАСЧЕТ АККУМУЛЯТОРНЫХ  БАТАРЕЙ

 

Аккумуляторная  батарея – химический источник постоянного тока, используется в качестве резервного источника энергии в аварийном режиме до момента запуска ДГУ. После аварии происходит восстановление элементов АБ в режиме стабилизации тока от одного из источников переменного тока.

Получение бесперебойного энергоснабжения  на стороне постоянного тока может  быть обеспечено различными способами.

1. Находим число элементов  в аккумуляторной батарее по  формуле:

где номинальное напряжение на элементе принимается равным  U_эл.ном = 2 В, а потери в ТРС равны . Число N_эл округляется до целого числа в большую сторону. Округляем до 25.

2. Проверяем минимально допустимый уровень напряжения при разряде АБ с учетом минимального уровня напряжения на одном элементе:

где ΔU₀ - установившееся отклонение выходного напряжения ЭПУ.

Установившееся отклонение напряжения на выходных выводах ЭПУ постоянного тока для подключения цепей питания аппаратуры связи должно быть не более +9/–7,5 В для номинального напряжения 48 В.

Напряжение в конце  разряда равно U_эл.кр = 1,75…1,8 В. При разряде аккумулятора токами, превышающими ток 10-часового режима разряда, напряжение в процессе разряда будет понижаться быстрее, чем в 10-часовом режиме и достигнет уровня 1,8 В, когда с аккумулятора еще не снята номинальная емкость. В таких случаях показателем окончания разряда является величина напряжения на одном элементе.

Конечное напряжение разряда  находим по рис.3, с учетом исходных данных к расчету.

 

 

Рис. 3. Конечное напряжение в зависимости от температуры

 

Время разряда аккумуляторных батарей t_р =5 ч.

Рабочая температура окружающей среды t_ср= +15 ˚С

Из графика рис.3 видно  что U_эл.кр = 1,8 В

Проверяем минимально допустимый уровень напряжения при разряде  АБ:

Неравенство выполняется.

Напряжение конвертора ВДК (схема рис. 1) определяется выражением:

Найдем напряжение конвертора ВДК:

Выбираем типовой ВДК с учетом тока нагрузки I₀ и выходного напряжения ВДК, определяем их количество (параллельно работающих и один резервный). Число параллельно работающих конверторов не ограничено.

Параметры выбранного ВДК представлены в табл.1.

Таблица 1

Параметры ВДК

тип конвертора	Номинальное напряжение на нагрузке, В	Выходное напря-жение, В	Входное напря-жение, В	Выходной ток, А	Максимальная выходная мощность, Вт	кпд
КУВ14/100	61,5	1,0…14	47,5…66	10…100	1400	0,72

 

Т.к. максимальный ток нагрузки согласно исходным данным I₀ = 450 А, то всего нам понадобится 6 ВДК (5 параллельно работающих и один резервный).

 

 

3.Емкость аккумулятора – это количество электричества, которое можно получить от аккумулятора в определенных условиях разряда.

Номинальная емкость аккумулятора, приведенная к условному 10-часовому режиму разряда при температуре  среды 20 ^оС, зависит от ряда факторов: тока разряда I_р, времени разряда t_р и соответствующего ему коэффициента отдачи по емкости h_Q, температуры окружающей среды t_ср:

где ток разряда равен сумме  максимального тока нагрузки (I₀) и тока аварийного освещения (I_осв): I_р = I₀ + I_осв = 450 + 2.7 = 452.7 А. Значения коэффициента отдачи по емкости η_Q =0.83.

Рассчитаем номинальную емкость аккумулятора:

Выбираем соответствующий 10-часовому режиму разряда аккумулятор по ближайшему большему значению номинальной емкости С₁₀≥С^/₁₀ и номинальному напряжению. Параметры выбранного аккумулятора приведены в табл. 2.

 

Таблица 2

 

Электрические параметры  выбранного аккумулятора при 10-часовом режиме разряда

 

Изготовитель, марка	ТИП	Технология	Напряжение, В	Емкость, С10, А·ч
COSLIGHT GFM (Z)	GFM3000Z	Герметизированные, с рекомбинацией газа и предохранительным клапаном	2	3000

 

 

2.2. ВЫБОР ТИПОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА

 

Выпрямительное  устройство преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока и может состоять из нескольких параллельно включенных выпрямителей для увеличения тока нагрузки. ВУ могут работать в двух режимах: в режиме стабилизации напряжения для питания аппаратуры связи и подзарядки АБ (нормальный режим); в режиме стабилизации тока заряда АБ после их разряда на нагрузку в условиях отсутствия напряжения переменного тока (аварийный режим).

1. Находим суммарный максимальный  ток выпрямителя:

где I_зар = 0,25С₁₀ = 750 А – ток заряда АБ в послеаварийном режиме.

2.По току и номинальному выходному напряжению выбираем тип выпрямителя. Так как в нашем случае  один выпрямитель не обеспечивает ток то ВУ можно включать параллельно, тогда номинальный ток одного выпрямителя определяется из неравенства:

_{где nву – максимально возможное число параллельно работающих выпрямителей.}

_{Для обеспечения суммарного тока возьмем два выпрямителя, включенных параллельно, параметры которых приведены в табл.3.}

 

Таблица 3

Технические характеристики выбранного выпрямительного устройства

Тип, изготовитель	Модель	Количество параллельно работающих модулей в одном выпрямителе	Напряжение, В	Максимальный выходной ток, А (ток одного модуля)
ИБП «Связь инжиниринг» d £ 1 %	ИБП-4 цифровой контроль h » 91 % cos j = 0,99	12	48	600(50)

 

3. Находим максимальное  значение активной мощности, потребляемой  выпрямительными устройствами в  условиях нормального электроснабжения  с шин шкафа ШВР:

_{где Uпл.з – напряжение «плавающего заряда», определяемое по графикам рис. 4 с учетом рабочей температуры tср; ηв – кпд выпрямителя; Iпз = 0,0007С10 = 2.1 А – ток окончания заряда АБ.}

_{Шкаф  вводный распределительный  обеспечивает ввод и распределение энергии по потребителям с помощью различных токоведущих шин, а также защиту потребителей от перегрузок по напряжению и токов короткого замыкания. На передней панели ШВР расположены измерительные приборы для контроля коэффициента мощности (cos j) и полной потребляемой мощности (S), а также автоматы защиты.}