ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПИТАЮЩИХ УСТРОЙСТВ ДОМА СВЯЗИ

1. Ток Iао в А, потребляемый лампами аварийного освещения определяется по формуле:
; (5.1)
где Pосв – мощность ламп аварийного освещения, Вт (табл.2)
Uн – номинальное напряжение рассчитываемой цепи, В

Аварийный ток нагрузки Iав, на который должна быть рассчитана аккумуляторная батарея, находим по формуле:

Iав = Iапс + Iап + Iао , (5.2)

где Iапс – ток , потребляемый аппаратурой связи, требующей
стабилизации напряжения с точностью + 3% , А;
Iапс=49,68А из Таб.7.
Iап – ток, потребляемый аппаратурой связи, не требующей стабилизации напряжения с точностью + 3%, А.
Iап=65,37А из Таб.7

Iав(24) =49,68+65,37+9,6+12,5=137,15А
Так как аккумуляторная батарея состоит из двух групп, то нагрузка на каждую из двух групп батареи составит 68,57А
Iав(60) =68.57 А
2. Продолжительность питания аварийной нагрузки от аккумуляторной батареи tав для железнодорожных узлов устанавливается равной 2 ч.
3. Рассчитывается емкость аккумуляторной батареи.
Следует иметь в виду, что в двухгрупповых аккумуляторных батареях обе группы работают параллельно и расчетный ток нагрузки каждой из групп аккумуляторной батареи в 2 раза меньше тока нагрузки при одногруппной батарее.
Расчет номинальной емкости, А ч:
; (5.3)
где Р - коэффициент интенсивности разряда

Кt- температурный коэффициент емкости (для стационарных аккумуляторов принимается 0,008);
t0- фактическая температура электролита во время разряда аккумуляторов (в расчетах принимается равной наименьшей допустимой температуре аккумуляторного помещения, равная +15 С)

По расчетной емкости можно определить из таблицы индексный номер N аккумулятора и его паспортную номинальную емкость Qн . Данные расчетной емкости и выбранный тип аккумуляторов занесены в Табл. 5.1
Таблица 5.1 - Данные расчетной емкости и выбранный тип аккумуляторов

Напряжение аккумуляторной батареи, В Число групп батареи Ток одной группы батареи,А Коэффициент интенсивности разряда, % Расчетная емкость батареи, Ач Тип аккумулятора Паспорт-ная номина-льная емкость аккумуляторов, Ач 24 2 68,57 61,1 243,96 СК-8 288 60 1 60 61,1 213,47 СК-4 288

5.2 Расчет количества аккумуляторов в батарее


; (5.4)
где Umin – минимально допустимое напряжение на зажимах питаемой аппаратуры Umin(24В)=24-2,4=21,6 В Umin(60В)=58В ;
∆U – максимально допустимое падение напряжения в токораспределительной проводке и коммутационно-защитной аппаратуре (3% от номинала ∆U24В=24*3%=0,72В, ∆U60В=1,75);
Uk – конечное разрядное напряжение одного аккумулятора в принятом режиме разряда;
∆U САРН– минимальное падение напряжения в САРН, ∆UСАРН=0,5В.

Рассчитываем долю расчетной емкости от фактической (в процентах):
(5.5)
где Qн – расчетная емкость ;
Qн’- паспортная номинальная емкость.


При 13 аккумуляторах в каждой из групп батареи ее напряжение к концу аварийного режима будет составлять 1,79*13=23,4В

В цепи питания 60В при 33 аккумуляторах в батарее ее напряжение к концу аварийного режима будет составлять 1,83*33=60,39В

5.3 Расчет элементов схемы поддержания напряжения на входе питаемой аппаратуры в заданных пределах

В ЭПУ применяем способ секционирования батарей. Количество аккумуляторов в ОБ и ДБ определим по формулам:

; (5.6)
nдб=n-nоб; (5.7)

где Uср – среднее напряжение питания рассчитываемой цепи;
Uб=2,2В – напряжение на аккумуляторе при буферном режиме, В;
п – количество аккумуляторов в батарее

nдб = 13-11=2
, nдб =33-29=4
Проверка потребности в делении ДБ на несколько секций осуществляется по формуле:
, (5.9 )
где - номинальное напряжение одного аккумулятора ДБ во время разряда (составляет 2,00 В).
Кdb(24)=

По полученным результатам видно, что дополнительного деления ДБ на несколько секций не требуется.

5.4 Расчет выпрямительных устройств

Задача расчета заключается в определении типа и количества рабочих и резервных выпрямительных устройств (ВУ). При решении ее следует исходить из следующих предпосылок.
Рабочие ВУ должны иметь 100%-й резерв. Однако в случае установки нескольких одинаковых по мощности ВУ, включенных на параллельную работу, предусматривается лишь одно резервное ВУ, взаимозаменяемое с рабочими ВУ.
ВУ электроустановок должны обеспечивать буферную работу аккумуляторных батарей в режиме непрерывного подзаряда при напряжении 2,2 В±2% на аккумулятор, а также послеаварийный заряд этих батарей. Кроме того, ими должна быть обеспечена возможность формовки всей аккумуляторной батареи или ее основной группы до напряжения 2,3 В на аккумулятор.
ВУ разделяются на зарядно-буферные, буферные и безбатарейные (непосредственного питания аппаратуры связи без батареи).
Целесообразно применение буферных ВУ, напряжение которых значительно ниже, чем зарядно-буферных, оно может быть установлено равным или несколько большим максимально допустимого напряжения для питаемой аппаратуры, вследствие этого буферные ВУ не применяются в схемах с гасящими элементами, но используются в схемах с делением батарей на секции и в ЭПУ с регулированием напряжения через САРН.
Для напряжения 24 В используем буферные ВУ типа ВУТ для ОБ и ВУК-8/300 для ДБ. При заряде аккумуляторных батарей в выпрямленное напряжение ВУТ может быть повышено при номинальном напряжении 24 В до 36 В.
Для напряжения 60 В используем зарядно-буферные ВУ типа ВУТ. При заряде аккумуляторных батарей в выпрямленное напряжение ВУТ может быть повышено при номинальном напряжении 60 В до 74 В.
Тип и количество выпрямителей определяются по необходимой мощности и требуемому току.
Ток буферной работы Iб комплекта рабочих ВУ соответствует току, потребляемому аппаратурой связи в ч. н. н.
Ток в А резервного ВУ, обеспечивающего заряд стационарных кислотных аккумуляторов, определяется по формуле:
, (5.10)
где iз - зарядный ток на один индексный номер аккумулятора (составляет для автоматизированных ЭПУ - 2 А);
N - индексный номер аккумуляторов;
nг - число групп аккумуляторных батарей, одновременно заряжающихся от одного выпрямителя.
При определении тока Iз необходимо будем иметь в виду, что в автоматизированных ЭПУ послеаварийный заряд групп батарей производится одновременно.


По известным значениям токов Iз и Iб. мощность выпрямительных устройств при буферной работе Рб и при заряде аккумуляторов Рз определится в кВт как:
, (5.11)
, (5.12)
где Uб - напряжение на аккумуляторе в буферном режиме, В, Uб=2,2 В;
Iб(24В)=157А, Iб(60В)=64 А - соответствует току, потребляемому аппаратурой связи в ч. н. н.;
Uз - напряжение на аккумуляторе в конце заряда, В (составляет в автоматизированных ЭПУ - 2,3 В);
пб, nз - количество аккумуляторов в группе соответственно в буферном или зарядном режимах.

На основании выполненных расчетов по справочнику подбираются типы ВУ и ими комплектуются ЭПУ, при этом должно быть обращено внимание на взаимозаменяемость рабочего и резервного ВУ.
Для ЭПУ-24 – ВУТ 31/250.
Для ЭПУ-60 – ВУТ 67/250.

Таблица 5.2 Основные технические характеристики выпрямительных устройств:
Наименование данных ВУТ-31/250 ВУТ-67/250 Номинальная мощность, кВт 7,75 8,75 Пределы выпрямленного напряжения, В 22-31 56-70 Пределы тока нагрузки, А 25-250 6,25-250 К.П.Д. 0,8 0,87 cos φ 0,67 0,7 Сеть переменного тока, трехфазная, В 220/380 220/380
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, составят:
, (6.1)
, (6.2)
где Рб - активная мощность, потребляемая ВУ в буферном режиме с аккумуляторными батареями;
Рз - активная мощность резервно-зарядного ВУ;
η - КПД выпрямительного устройства;
cos φ- коэффициент мощности выпрямительного устройства;
Ро , Qо - соответственно активная и реактивная мощности гарантированного освещения;
Ко - коэффициент одновременности включения приборов освещения и силового оборудования;
Рдв , Qдв - соответственно активная и реактивная составляющие мощности двигателей вентиляции.
Следует иметь в виду, что в ЭПУ с вольтодобавочными выпрямителями ВУК-8/300 послеаварийный заряд батареи производится посредством одновременной работы ВУТ и ВУК-8/300. Поэтому при определении Рз необходимо учесть также зарядную мощность ВУК-8/300, которая определяется по формуле (10), но с учетом количества аккумуляторов в ДБ. Коэффициент мощности ВУК-8/300 можно принять равным 0,7, его КПД - 0,7 [4].
Зарядная мощность ВУК - 8/300:

Активные и реактивные составляющие мощности ЭПУ:


Полная мощность ДГА в кВА:


При расчете нагрузок, создаваемых электроустановкой дома связи на сеть переменного тока, учитываются все виды нагрузок, в том числе мощность потребителей хознужд и общего освещения.
По результатам расчета полной мощности электроустановки оцениваем
коэффициент мощности электроустановки.
Коэффициент мощности ЭПУ:

Для электроснабжения объектов СЦБ и связи промышленностью поставляются ДГА мощностью 16, 24 и 48 кВт (ДГА-16, ДГА-24М, ДГА-48М) или электростанция Э-8Р мощностью 8 кВт.
По значению полной мощности выбираем дизель-генератор ДГА-48М.
Аппаратура тонального телеграфирования ТТ-12:
Реактивная мощность:
0,105кВАР
Полная мощность:


Для ВУ в буферном режиме:
Активная мощность:


Реактивная мощность:

Полная мощность:



Для ВУ при заряде батарей:
Активная мощность:

Реактивная мощность:

Полная мощность:



Силовое оборудование:
Реактивная мощность:

Полная мощность:



Общее освещение:

Полная мощность



Таблица 6.1 - Характеристики
№ п/п/ Наименование нагрузок Мощность потребителей Примечание Активная, кВт Реактивная, кВар Полная, кВА 1 Аппаратура тонального телеграфирования ТТ-12 0,24 0,07 0,25 2 Выпрямительные устройства в буферном режиме 11,94 13,59 18,4 3 ВУ в режиме заряда батарей 2,6 2,8 3,82 4 Двигатели вентиляторов 6,24 7,8 9,99 5 Освещение гарантированное 5,81 6,31 8,25 Итого: 27.26 30.57 40,71 ДГА-48М 6 Потребители хоз. нужд 47,6 35,7 59,5 7 Общее освещение 21,8 9,3 23,7 Всего: 99.97 45 123,91 Коэфф. мощности ЭПУ 0,71
7 Структурная схема электроустановок

Структурная схема электроустановки определяется видом питаемой аппаратуры связи, выбранной системой питания и типом используемого оборудования.
Для распределения нагрузок по переменному току применяются щиты ЩПТА.

7.1 Краткое описание схемы в различных режимах работы

Электроснабжение производится по двум линиям:
- 1 ввод фидера А от общего источника, через щит 1ЩО
- 2 ввод фидера В от общего источника, через щит 2ЩО
В случае отказа основой линии (А) предусмотрено включение линии В при помощи автоматического включения резерва (АВР) это осуществляется с помощью ЩУ
В случае отказа обеих линий внешнего электроснабжения питание осуществляется от аккумуляторных батарей, пока автоматически или вручную не будет запущен дизель-генератор.
Аккумуляторные батареи и дизель-генератор ДГА-48м, осуществляющий только гарантированное электроснабжение путем размыкания контакта КТ в ЩПТА. При прерывании подачи электроэнергии замыкается ключ К и включается аварийное освещение.
Со ЩПТА электроэнергия поступает в ЭПУ – 60 и ЭПУ – 24.
По условиям внешнего электроснабжения, потребляемой мощности, а также мест сосредоточения питаемой аппаратуры в узлах связи применяем способ построения ЭПУ – многобатарейный.

7.2 Работа ЭПУ-24

При нормальной работе внешней электросети питание осуществляется от рабочих выпрямителей ВУТ67-125, обе группы ОБ находятся в режиме непрерывного подзаряда (напряжение составляет 2,2 В на аккумулятор). Обе группы ДБ обслуживается выпрямителем содержания ВС.
В случае отказа внешнего электропитания (аварийный режим) нагрузку воспринимают батареи ОБ.
Когда напряжение в точке подключения устройства контроля напряжения на последней стойке последнего ряда аппаратуры уменьшится до 21,6 В, размыкается контактор К1 и замыкается К2 к нагрузке подключается ДБ. диоды VD1 и VD2 обеспечивают питание нагрузки во время переключения контакторов.
После восстановления внешнего электропитания или запуска ДГА рабочий ВУТ и резервно-зарядный осуществляет одновременный заряд обоих групп всей батареи (ОБ и ДБ) до напряжения 26,4 В на первой стойке первого ряда аппаратуры. После этого ДБ будет отключена от нагрузки и включится зарядный выпрямитель ЗВ. Он осуществляет заряд ДБ до напряжения 4,6 В, затем отключается, а к ДБ подключается ВС.
ОБ продолжает заряжаться от РВ и РЗВ до напряжения 2,3 В на аккумулятор, по достижении этого напряжения реле контроля напряжения переводит РВ в режим стабилизации напряжения и выключает РЗВ.


7.3 Работа ЭПУ-60

Отличие от ЭПУ-60 заключается в наличии ДБ , поделенной на две группы.
При отсутствии внешнего электроснабжения питание осуществляется от основной батареи(ОБ) по мере ее разряда контакт КМ2 замыкается, а КМ1 размыкается, что обеспечивает подключение ДБ1 при дальнейшей работе по мере падения напряжения на нагрузке, размыкается КМ3 и замыкается КМ4, что приводит к подключению второй группы дополнительной батареи ДБ2.
После восстановления внешнего электропитания или запуска ДГА рабочий и резервно-зарядный ВУТ питает нагрузку, осуществляют одновременный заряд обоих групп ОБ в режиме стабилизации тока. При достижении на нагрузке напряжения 66В ДБ2 отключается от нагрузки и ее заряд продолжает ЗВ2 , при достижении напряжения на нагрузке 64,5 В отключается ДБ1 и ее заряд продолжает ЗВ1. ЗВ1 и ЗВ 2 заряжают ДБ1 и ДБ2 до напряжения 2,3 (2,7) В на элемент, после чего отключаются и к ДБ подключаются выпрямители содержания. ОБ заряжается до напряжения 64,5 В, после чего РВ переводится в режим стабилизации напряжения, а РЗВ отключается.





Список использованной литературы

Тюрморезов В.Е. Источники электропитания устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. 2 изд. М.: Транспорт, 1978.
Дмитриев В.Р., Смирнова В.И. Электропитающие устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. Справочник. М.: Транспорт, 1983.
Фельдман А.В., Частоедов Л.А. Электропитание устройств связи железнодорожного транспорта. 2 изд. М.: Транспорт, 1986.
Бунин Д.А., Хейн Д.Ш. Аппаратура транспортной проводной связи. Справочник. 2 изд. М.: Транспорт 1981.
Хейн Д.Ш. Аппаратура оперативно-технологической проводной связи. Справочник. М.: Транспорт, 1992.












10


5














1

58

66

4

*

2

)

60

(







дб

К