Проектирование электопитающих устройств дома связи

5.1.1 Аварийный ток нагрузки , на котором должна быть рассчитана батарея. Этот ток  складывается из тока необходимого для питания аппаратуры связи, и тока, нужного для других аварийных потребителей, работа которых должна быть обеспечена при нарушении внешнего электроснабжения (аварийное освещение).

Для аварийного освещения используется, как правило аккумуляторная батарея 24 В. Ток аварийной нагрузки потребляемый лампами аварийного освещения, находим по формуле:

в общем случае определяется по формуле:

,

где – ток потребляемый аппаратурой связи, требующей стабилизации напряжения с точностью ± 3%, А;

  - ток потребляемый аппаратурой связи, не требующей стабилизации напряжения.

Учитывая малую вероятность совпадения момента отключения одной из групп  батареи на 24 В и аварии на внешнем источнике питания ведём расчеты исходя из того, что обе секции включенны и каждая разряжается половиной аварийного тока:

,

5.1.2 Продолжительность питания аварийной нагрузки от аккумуляторной батареи для железнодорожных узлов связи устанавливается равной 1 час.

5.1.3 На основании подготовленных данных рассчитывается ёмкость аккумуляторной батареи. Емкость аккумуляторов, гарантируемая заводом, характеризуется её номинальным значением. Температура раствора электролита +25 С. Поэтому рассчитанная ёмкость, требуемая для питания аппаратуры связи в аварийных условиях, должна быть приведена к номинальным условиям.

где:

p – коэффициент интенсивности разряда в %, для времени разряда t=1час p=51 ;

kt – температурный коэффициент емкости (для стационарных аккумуляторов принимается 0,008);

t - фактическая температура электролита во время разряда аккумуляторов (в расчетах принимается наименьшей допустимой температуре аккумуляторного помещения, которая составляет +15 С);

По расчетной ёмкости определяем индексный номер аккумулятора и его паспортную номинацию емкости (табл. 6).

Расчетная емкость и тип аккумуляторов                                             Таблица 6

5.1.4 Номинальная ёмкость аккумуляторов несколько превышает расчетную, поэтому в аварийном режиме аккумуляторы могут разряжаться в течении большего времени чем заданно. Это время определяем по графику изображенном на рисунке 1 с учетом коэфициента :

; 

Рис. 1. Зависимость времени разряда от коэфициента .

При полученных данных реальное время разряда состовляет:

tрв(24)=1,5 ч; tрв(60)=1,6 ч.

Так как реальное время разряда больше заданного, напряжение на аккумуляторах не опустится ниже допустимого, а будет несколько выше. Конечное напряжение на аккумуляторе пределяют по графику изображенному на рисунке 2.

Рис. 2. Зависимость конечного напряжения на аккумуляторе от реального и заданного времени разряда.

При полученных данных конечного напряжения на аккумуляторе состовляет:

Uк(24)= Uк (60)=1,85В

Расчет количества аккумуляторов в одной батарее производится из условия обепечения минимально допустимого напряжения на входе аппаратуры к концу заданного времени аварийного режима.

При чем падение напряжения в токораспределительной проводке принимается равным примерно 3% от номинального значения напряжения.

, где

Umin – минимально допустимое  значение напряжения на зажимах питаемой аппаратуры;

U – максимально допустимое падание напряжения в токораспределительной проводке;

Uк – конечное разрядное напряжение одного аккумулятора в принятом режиме разряда.

- округляем до 13 аккумуляторов

- округляем до 32 аккумуляторов

5.2    Расчет элементов схемы поддержания на входе питаемой аппаратуры в заданных пределах.

Так как для цепей поддержания в заданных пределах мы используем способ секционирования батареи на ОБ и ДБ, количество аккумуляторов в ОБ и ДБ определяем по формулам:

nдб = n –nоб ,  где

Uб – напряжение на аккумуляторе при буфером режиме, В;

n – количество аккумуляторов в батарее;

Uср – среднее напряжение питания рассчитываемой цепи (определяется как среднее  арифметическое минимального и максимального значений напряжения допустимых на входе аппаратуры), В.

,  nдб(24) = 13 – 11 = 2 шт.;

, nдб(60) = 32 – 29 = 3 шт..

проверка потребности в делении ДБ на несколько секций осуществляется по формуле:

где

-  номинальное напряжение одного аккумулятора ДБ во время разряда (составляет 2 В).

- для ДБ  на 24 В принимаем одну секцию.

- для ДБ  на 60 В принимаем одну секцию.

5.3    Расчет выпрямительных устройств.

Расчет заключается в определении типа и количества рабочих и резервированных выпрямительных устройств. Выполняется из следующих предпосылок:

      Рабочие выпрямительные устройства должны иметь 100% резерв.

      Выпрямительные устройства электроустановок должны обеспечивать буферную работу аккумуляторных батарей в режиме непрерывного подзаряда при напряжении 2,2 В 2% на аккумулятор, а также после аварийный заряд этих батарей.

      Зарядно-буферные выпрямительные устройства обладают напряжением, позволяющим заряжать батарею в расчете 2,7 В на аккумулятор. Данные устройства применяются только в схемах с делением батареи на секции, обеспечивают заряд основной группы батарей при напряжении 2,3 В на аккумулятор.

      В автоматизированной ЭПУ с применением схемы с секционированием батарей целесообразно использовать буферный ВУ типа ВУТ обеспечивающие напряжение 2,3 В при заряде основной группы (исключение состовляют ВУТ на 24 В они выпускаются только в зарядно-буферном исполнении). Для заряда ДБ – вольтдобавочные выпрямители ВУК-8/300.

Тип и количество выпрямителей определяются по необходимой мощности и требуемому току.Ток буферной работы Iб комплекта рабочих ВУ соответствует току, потребляемому аппаратурой связи в час наибольшей нагрузки (ЧНН).

,

.

Ток резервного ВУ обеспечивающего заряд стационарных кислотных аккумуляторов определяется по формуле:

где

  - зарядный ток на один индексный номер аккумулятора (для автоматизированной ЭПУ при заряде одной группы не менеее 2 А);

N  - индексный номер аккумулятора;

  - число аккумуляторных батарей, одновременно заряжающихся от одного выпрямителя.

I3(24)=2 · 8 · 2=32 А

I3(60)=2 · 4 · 1=8 А

При определении тока I3 учитывается, что в автоматизированных ЭПУ послеаварийный заряд групп батарей производится одновременно.

По известным значениям токов буферной работы и заряда, мощность выпрямительных устройств при буферной работе и при заряде аккумуляторов определяется в кВт как:

где

Uб – напряжение на аккумуляторе в буферном режиме, В;

Uз – напряжение на аккумуляторе в конце заряда, В (составляет в автоматизированных ЭПУ 2,3 В);

nб , nз – количество аккумуляторов в группе соответственно в буферном или зарядном режимах.

,  

,  

Выпрямители серии ВУК, ВУТ допускают параллельную работу. Число параллельно работающих выпрямителей серии ВУК и ВУТ, как правило не должно превышать трех. Как исключение допускается работа четырех, если в номенклатуре нет выпрямителей большей мощности. На параллельную работу включают выпрямители одинаковой мощности.

Учитывая рассчитанные параметры Iз(24), Iб(24), Iз(60), Iб(60), Рб(24), Рб(60), Рз(24), Рз(60), выбираем тип и количество ВУ :

      ВУТ -31/250 – 3шт. (один из них резервно-зарядный выпрямитель)

      ВУК -8/300– 1шт.(вольтодобавочный выпрямитель)

      ВУТ -67/125– 2шт.(один из них резервно-зарядный выпрямитель) 

Технические данные выбранных выпрямительных устройств приведены в таблице 7.

Таблица №7

6.      Расчет нагрузки электроустановки на внешние сети и выбор ДГА.

Мощность резервной электростанции должна быть достаточной для обеспечения электроэнергией аппаратуры связи, питаемой в буферном режиме или непосредственно от сети переменного тока, послеаварийного заряда батарей, гарантированного освещения, а также двигателей вентиляции аккумуляторной и помещения ДГА, насосов топлива для ДГА.

В этом случае активная и реактивная составляющие мощности ЭПУ в кВт, потребляемые от ДГА, составляют:

где

Рб – активная мощность, потребляемая выпрямительным устройством в буферном режиме с аккумуляторными батареями;

 - КПД выпрямительного устройства устройства;

Рз – активная мощность резервно-зарядного выпрямительного устройства;

cos - коэффициент мощности выпрямительного устройства;

Ро, Qо - активная и реактивная мощности гарантированного освещения;

Рдб, Qдб - активная и реактивная составляющие мощности двигателей вентиляции.

Следует иметь в виду, что в ЭПУ с вольтодобавочными выпрямителями ВУК- 8/300 послеаварийный заряд батареи производится по средством одновременной работы ВУТ и ВУК-8/300. Поэтому при определении Рз необходимо учесть также зарядную мощность ВУК-8/300, но с учетом количества аккумуляторов в ДБ.

полная мощность ДГА в кВА рассчитывается по формуле: 

соотношение между активной, реактивной и полной мощностью:

Р=S·cos;  Q= S·sin.

По полученному значению выбираем ДГА-48М мощностью 48 кВт.

7.      Структурная схема электроустановок.

Структурная схема электроустановки определяется видом питаемой аппаратуры связи, выбранной системой питания и типом используемого оборудования.

В автоматизированных ЭПУ при применении буферных ВУТ для коммутации применяются АКАБ-24, ШК-60/150, АКАБ-60/800.

Для распределения нагрузок по переменному току применяются щиты ЩПТА.

Структурная схема электроустановк изображена на рисунке

Список используемой литературы:

1. Тюрморезов В.Е. источники электропитания устройств железнодорожной автоматики телемеханики и связи. М.: Транспорт, 1978.