Разработка электропитающей установки и расчет основных её элементов

Силовое оборудование каждой группы рассчитано на всю нагрузку рабочих  цепей стрелок. Благодаря этому  достигается сохранение питания  обеих групп стрелок при неисправности одного из выпрямителей путем их автоматического взаимного резервирования. Требуемая в этих случаях коммутация выходных цепей выпрямителей осуществляется посредством реле 1ВВ, 2ВВ.

В панелях предусмотрена возможность  отключения питания рабочих цепей стрелок при работе электродвигателя привода на фрикцию. Такое отключение производится рель ВСФ, связанное с пультом управления.

В панелях ПСПН-ЭЦК2, ПСПН-ЭЦКЗ дополнительно  к трансформаторам ТрС1, ТрС2 установлены  один или два трансформатора мощностью 4,5 кВ×А каждый (ТрСЗ, ТрС4), предназначенные для изоляции от земли источников питания электрообогрева стрелочных приводов.

Для снятия напряжения с оборудования и защиты силовых трансформаторов  панели установлены автоматические выключатели АВ1-АВ2.

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

Панель работает от сети однофазного  переменного тока 220 В и обеспечивает: преобразование переменного тока 50 Гц в переменный ток 25 Гц, фазировку преобразователей частоты 50/25 Гц, распределение питания 25 Гц по цепям местных элементов путевых реле ДСШ и лучам путевых трансформаторов рельсовых цепей, контроль исправной работы фазирующих устройств, автоматическое или ручное отключение лучей питания рельсовых цепей, измерение и контроль перегорания предохранителей.

В панели ПП25-ЭЦК установлено 8 преобразователей ПЧ50/25-300, из них 1П, 2П общей мощностью 600 В*А для питания местных элементов  реле ДСШ, а 11П - 13П, 21П - 23П общей мощностью 1740 В×А для питания путевых трансформаторов рельсовых цепей.

Выходы каждого путевого преобразователя  разделены на два луча питания. Напряжение в каждом луче при максимальной нагрузке 0,75 А составляет (200 230) В. Аналогично разделены выходы каждого из местных преобразователей на две группы питания местных элементов. В каждой группе допускается ток нагрузки 1,4 А, при котором напряжение составляет (100 115) В.

Лучи питания рельсовых цепей  могут отключаться индивидуальными выключателями 11В1 23В2.

Щит выключения питания  ЩВП устанавливается на посту ЭЦ в целях противопожарной безопасности и предназначен для быстрого и надежного одновременного отключения всех источников питания МГЦ.

Так как количество стрелок равно 50, то применяется одна вводная, одна распределительная, одна выпрямительно-преобразовательная и одна стрелочная панели. Число  преобразовательных панелей рельсовых  цепей  принимается равным двум.

 

3 Расчет преобразователя ППВ-1

При безбатарейной системе питания  МРЦ от полупроводникового преобразователя  типа ППВ-1, установленного на панели ПВП-ЭЦК, получают питание в случае отключения всех источников переменного тока следующие нагрузки гарантированного переметного тока:

1) красные лампы входных светофоров (дополнительные входные светофоры карликового типа на двухпутных участках, как известно, включаются только во время капремонта перегонного пути и поэтому в расчетах ППВ-1 не учитываются);

2) внепостовые схемы ЭЦ;

3) станционные блоки дешифраторов числовой кодовой автоблокировки;

4) лампы пригласительных огней  входных светофоров в совокупности  с блоком их импульсного питания;

5) блок импульсного питания группы  ламп табло и питающих панелей.

Номинальные (максимальные) мощности этих нагрузок приведены в расчетной табл.1. В этой же таблице указаны их среднесуточные коэффициенты включения К, характеризующие, какую часть времени суток включена нагрузка. Для постоянно включенных нагрузок К=1. Для нагрузок, носящих кратковременный характер (пригласительные сигналы), их среднесуточные коэффициенты равны 0.

Известно, что  КПД преобразователя ППВ-1 [7] зависят  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 (пиковой) мощности нагрузок , В×А,

 

.

 

Таким образом: Вт.

 

Следует иметь  в виду, что нагрузочная способность  преобразователя существенно зависит от коэффициента мощности нагрузки , который для пиковой мощности определяется как

.

То есть .

Преобразователь рассчитан на номинальную нагрузку =0,6 кВт при значении   равном 0,9.

При  > 0,9 допустимая мощность преобразователя может даже несколько превышать номинальную. Эту мощность, Вт, можно рассчитать по следующему соотношению

.

Таким образом: 650 Вт.

Расчет средней мощности преобразователя  производится для определения тока, потребляемого преобразователем  от аккумуляторной батареи.

С учетом коэффициента нагрузки К требуемая от преобразователя средняя мощность может быть определена на основе выражений:

 

 

Рассчитанные значения и занесены в табл.1.

Средний коэффициент  мощности нагрузок    преобразователя

 

.

 

То есть .

 

Таблица № 1 - Расчет нагрузок преобразователя ППВ-1

Наименование нагрузок	Измеритель	Мощность нагрузок на измеритель		Кол-во единиц	Максимальная мощность нагрузок		Среднесуточный коэффициент K	Средняя мощность нагрузок
		P, Вт	Q, вар	измерения	Pм, Вт	Qм, вар		Pср, Вт	Qср, вар
Цепи красных ламп входных светофоров	Подход	37	13	2	74	26	1	74	26
Внепостовые цепи ЭЦ	Пост ЭЦ	80	9	1	80	9	1	80	9
Станционные дешифраторы  АБ	Подход	36	2	2	72	4	1	72	4
Цепи пригласительных  огней светофоров	Светофор	37	13	3	111	39	0	0	0
Блок импульсного питания  ламп табло и  пит. панели	Пост ЭЦ	9,8	1,2	1	9,8	1,2	1	9,8	1,2
Итого		-	-		346,8	79,2	-	235,8	40,2

 

Коэффициент загрузки преобразователя

.

где   - номинальная мощность преобразователя с учетом его настройки на пиковую мощность нагрузки.

      Таким образом:  .

Коэффициент мощности оказывает влияние  не только на использование установленной  мощности преобразователя, но также  и на его КПД.  Поэтому КДД преобразователя определяется с учетом  и . Для этого сначала по графику (прил.1[1]) определяются частные значения КПД      в зависимости от и , а затем рассчитывается общий КПД   преобразователя по формуле

 

.

По табл.1[1] определим: и . Тогда .

С учетом величин  и ток , А, потребляемый преобразователем от батареи, составляет

 

,

 

где     - номинальное напряжение аккумуляторной батареи, В.

     Так как  В, то А.

 

4 Расчет аккумуляторной  батареи 24 В

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

Аккумуляторная батарея 24 В при  безбатарейной системе питания  обеспечивает в аварийных условиях (отключение напряжения всех источников переменного тока) питание следующих гарантированных нагрузок ЭЦ:

1) релейных устройств централизации  (расход тока  в расчете на одну стрелку составляет 0,23 А [3] );

2) лампочек табло объектов, которые  сами питаются постоянным током или имеют источники, независимые от ЭЦ: лампочки контроля примыкающих к станции блок - участков, повторители красных и пригласительных огней входных светофоров и др. (потребляемый лампочками ток в расчете на один двухпутный подход к станции можно принять равным 0,20 А);

3) лампочек контроля фидеров  питания и работы преобразователя  питающей установки (потребляемый лампочками ток не  зависит от числа стрелок и в расчете на пост ЭЦ может быть принят равным 1,0 А), устройств гарантированного питания переменным током через преобразователь ППВ-1 (потребляемый преобразователем от батареи ток   определен выше).

Разрядный ток батареи    , А,

 

 

где - число стрелок ЭЦ, - число подходов к станции.

Таким образом: А.

Фактическая разрядная емкость  батареи, А×ч

 

где        - продолжительность резервного питания нагрузок ЭЦ от батареи, ч.

Расчетное время     при безбатарейной системе питания устанавливается исходя из времени устранения возможной неисправности ДГА и принимается равным 2 ч (основной режим резервирования). Однако в условиях применения центрального питания ламп входных светофоров и ликвидации аккумуляторных батарей у них требуется, чтобы по истечении основного времени резервирования было обеспечено питание красных огней входных светофоров еще в течении 4 ч (дополнительный режим резервирования). С целью упрощения устройств электропитания в этом случае продолжительность основного и дополнительного резервирования установлена одинаковой и равной 6 ч [3].

Так как  ч., то А/ч.

Емкость аккумуляторов, гарантируемая заводом, характеризуется   номинальным значением . Однако с повышением интенсивности разряда и понижением температуры электролита емкость, отдаваемая аккумуляторами, уменьшается. Поэтому фактическая емкость , требуемая от аккумуляторов, пересчитывается к номинальным условиям. Такой пересчет, А×ч,  ведется по формуле

  ,

где  - расчетная номинальная емкость батареи;

- коэффициент снижения емкости аккумуляторов от старения (для устройств СЦБ

        принимается  равным 0,85 [3]);

p - коэффициент интенсивности разряда ( определяется в зависимости от режима разряда [2. §8] );

- температурный коэффициент  емкости ( для аккумуляторов СК составляет

       0,008 [2] );

 - температура электролита во время разряда батареи (принимается равной      температуре аккумуляторного помещения, которая на постах ЭЦ составляет +15°С[3]).

Таким образом: А ч.

По номинальной расчетной емкость  определяется тип аккумуляторов СК - их индексный номер и паспортная номинальная емкость     ( [2, табл.2]).

Так как  А ч, то выберем аккумулятор СК-8 с номинальной емкостью 288 А ч.

 

5 Расчет и распределение  нагрузок панели ПР-ЭЦК

Расчетом распределительной панели ПР-ЭЦК преследуется цель недопущения  перегрузок вторичных  обмоток силовых  трансформаторов ТрС1 и ТрС2, а  также обеспечение примерно одинаковой их загрузки.

Лампочки табло и  питающих панелей. Этой нагрузкой определяется мощность вторичной обмотки "а" ТрС1.

Установлено, что на табло в нормальных условиях работы станции в среднем  на одну стрелку включено 3,5 лампочки [3]. Однако наибольшую нагрузку на питающие устройства создают лампочки табло при подсветке стрелочных участков, когда ДСП проверяет положение стрелок. В этом случае мощность лампочек в среднем на одну стрелку с учетом устанавливаемых маршрутов достигает 14 Вт [3], а создаваемая на обмотку "а" ТрС1 нагрузка от всей светосхемы станции  , Вт, составляет

,

где - мощность лампочек индикации на панелях питающей установки (в расчете на пост ЭЦ можно принять равной 25 Вт).

Таким образом: Вт.

Так как нагрузка не превышает допустимую мощность фазовой обмотки (1,5 кВ×А), то в проекте питающей установки можно не предусматривать ограничение подсветки табло.

Светофоры. Для управления входными светофорами в настоящее время применяется схема с центральным питанием их ламп.

Для включения входных светофоров используется  фазовая  обмотка "с" ТрС1 (цепи ПХР, ПХР1,  ПХСМ).  Нагрузка на нее зависит от числа входных светофоров    (подходов к станции).Дополнительные входные светофоры по неправильному пути нормально отключены (изъяты предохранители) и поэтому в расчет   не принимаются.

Нагрузка  , В×А, от входных светофоров составляет

,

где     - кажущаяся мощность одного входного светофора (с учетом одновременного горения двух ламп мощность одного входного светофора достигает = 68 Вт,   = 19 вар).

Таким образом: В×А.

Для питания выходных (маршрутных, маневровых) светофоров используются обмотки "а", "в" и "с" ТрС2 (цепи ПХС2, ПХСЗ, ПХС3, ПХС4), а также  обмотка "с" ТрС1 (цепь ПХС1), если мощности трансформатора  ТрС2 оказывается  недостаточно.

Мощность нагрузки В×А, от выходных светофоров можно определить как

,

где - полная мощность светофоров (выходных, маршрутных, маневровых), отнесенная на одну стрелку (по усредненным данным составляет  =28 Вт,  =9вар [3] ).

  Таким образом:  В×А.

Маршрутные указатели. Для питания маршрутных указателей используются фазовые обмотки "в" ТрС1 и ТрС2, при этом для питания маршрутных указателей положения используются цепи ПХУ1, ПХУ2 и ПХУЗ, из них ПХУ2 - для питания маршрутных указателей удаленных объектов; для питания маршрутных указателей путей отправления - цепи ПХУС1 и ПХУС2, из них цепь ПХУ2: для указателей удаленных объектов.

Мощность маршрутных указателей , если они имеются на станции, определятся по усредненным данным в целом на пост ЭЦ и составляет на станциях до 140 стрелок 700 Вт[3].

Таким образом: =700 Вт.

При наличии на станции разнотипных  маршрутных указателей усредненная мощность 700 Вт может быть распределяется по  усмотрению.

Контрольные цепи стрелок. Для питания контрольных цепей стрелок используется напряжение 220 В, получаемое от обмотки "в" ТрС1.

Полная мощность цепей контроля стрелок ,В×А

,

где - мощность  цепей контроля  в расчете на  одну  стрелку ( составляет = 5,4 Вт, 4 вар[2]).

Таким образом: В×А.

Стрелки местного управления. Цепи передачи стрелок на местное управление питаются от обмотки "в" ТрС1 через трансформатор Тр5 (ПТ-25А) при напряжении 110 В.

Кажущаяся мощность устройств передачи стрелок на местное управление, В×А,

,

где - мощность устройств передачи на местное управление одной стрелки (составляет 10 В*А при );

        - число стрелок двойного управления.

     Таким образом:  В×А.

Дешифрирующие устройства автоблокировки. Мощность дешифраторов автоблокировки ,питаемых через трансформатор Тр7 (СОБС-2А) от обмотки "а" ТрС2, зависит от числа подходов к станции и определяется по следующей формуле, В×А:

,

где -мощность дешифрирующих устройств в расчете на один подход ( Вт, вар  [2] ).

Таким образом: В×А.