Расчет электропитающей установки для устройств связи и автоматики

Расчет электропитающей установки для устройств связи и автоматики

Расчет электропитающей установки для устройств связи и автоматики

Введение

Электропитающие установки являются основной частью электроустановки каждого предприятия электросвязи. Аппаратура связи для своей работы потребляет электроэнергию при различных напряжениях постоянного и переменного токов, качество которых как в отношении допускаемых колебаний напряжения, так и в отношении допустимого содержания выпрямленного тока переменной составляющей, строго регламентировано государственными стандартами. Электропитающая установка на предприятиях связи призвана обеспечивать получение тока, распределение, регулирование и резервирование электропитания. От электропитающих установок требуется обеспечение высокой надежности, бесперебойности и беспрерывности снабжения аппаратуры связи электрическим током.

В курсовой работе мы разрабатываем электропитающую установку для нагрузок: U₁=24 В, I₁=35 А; U₂=48 B, I₂=30 A; U₃=220 B, I₃=30 A. Категория надежности электроснабжения - II. К II категории относятся абоненты небольших станций, питает до 1024 абонентов.

Требования, относящиеся к электропитающим установкам II категории надежности:

2 надежно работающих фидера;

1 фидер, надежно работающий, и 1 АДГА.

Согласно заданию, проектируемая ЭПУ имеет ДГУ, поэтому в настоящей курсовой работе будет произведен расчет ЭПУ согласно второму варианту, т.е. с одним питающим фидером и одной ДГУ.

Требования к АБ - система должна питаться не более 24 часов.

В помещении для размещения оборудования необходимо поместить щитовую, дизельную и автозал.

1. Расчет аккумуляторной батареи

Расчет ведется при аварийном режиме ЭПУ, когда основная нагрузка и ее преобразователи получают электроэнергию только от АБ.

1.1 Расчет числа элементов аккумуляторной батареи

Число элементов аккумуляторной батареи рассчитываем как отношение номинальной величины напряжения наибольшей нагрузки к номинальному напряжению элемента = 2 В:

 (1.1)

Номинальное напряжение наибольшей нагрузки по заданию U₂ = 48 В, поэтому именно на это напряжение будем рассчитывать опорную батарею. По формуле 1.1 находим число элементов:

N = 48/2 = 24.

Зарядное напряжение составляет U_{эл max} = 2,35 В, а минимальное напряжение для II категории - 1,8 В.

Напряжение всей батареи будет меняться в пределах:

U_АБmax = NU_{эл max;}

U_АБmin = NU_эл.min (1.2)

;

.

Буферное напряжение батареи находим при U_{эл буф} = 2,25 В:

U_{АБ буф} = NU_эл.буф (1.3)

.

1.2 Расчет емкости аккумуляторной батареи

Прежде всего найдем суммарный ток, потребляемый от батареи в аварийном режиме преобразователями ССПН, КВ, ИТ, аварийным освещением и другими нагрузками при минимальном напряжении батареи в конце разряда с учетом коэффициента полезного действия (КПД) каждого преобразователя.

КПД стойки ССПН η_спн = 0,92; для КВ, работающего совместно с АБ, принимаем η_кв = 0,85; КПД инвертора ИТ примем η_ит = 0,8.

 (1.4)

;

;

.

Ток аварийного освещения определяем по заданию:

Общий ток разряда АБ в течение десяти часов аварийного режима составляет:

 (1.5)

По формуле 3.5 находим:

Емкость АБ:

 (1.6)

где α = 0,0008 - температурный коэффициент изменения емкости аккумулятора,

t_р = 1,5 ч - время работы ДГУ,

η_G = 0,61 - коэффициент отдачи по емкости_, зависящий от времени разряда,

t_ср = 25 - средняя температура окружающей среды.

Рассчитываем по формуле 3.6 емкость АБ:

По таблице приложения выбираем аккумулятор А602/200 160PzV2000 с габаритами в мм: 775´215´400; .

Выберем аварийные выключатели.

Номинальный ток группы:

 (1.7)

Непосредственно ток выключателей:

 (1.8)

Теперь набираем искомый ток по номинальному значению тока ВА, итак, нам понадобятся:

ВА 51-39 (I_ном = 630 А) 5 шт.;

ВА 51-35 (I_ном = 250 А) 1 шт.;

ВА 51-25 (I_ном = 25 А) 2 шт.

2. Выбор выпрямителей

Выбор выпрямителей производится по номинальному напряжению и максимальному току, который они могут выдать на выходе.

Ток выпрямителей складывается из тока нагрузки и 10-ти часового тока заряда выбранной АБ

 (2.1)

Где:

 (2.2)

Где t_зар = 10 ч.

.

С учетом 75% загрузки выпрямителей их максимальный ток на выходе

 (2.3)

В качестве выпрямительного устройства электропитания аппаратуры связи используем УЭПС-2 48/480-88 с трехфазным выпрямителем ВБВ 48/60-2 с габаритами в мм - 2250´600´600.

Устройства УЭПС обеспечивают:

одновременное питание нагрузки и заряд (буферный подзаряд) АБ;

защиту АБ от разряда ниже допустимого уровня;

изменение установки выходного напряжения с напряжения заряда (например, 2,3 В/элемент) на напряжение непрерывного подзаряда (например, 2,25 В/эл. при 20^о С) по окончании заряда АБ;

защиту от к.з. выходных цепей выпрямителей, цепей АБ и нагрузки;

селективное отключение любого неисправного выпрямителя в них;

термокомпенсацию;

равномерное распределение тока нагрузки между выпрямителями;

батарейное тестирование;

отключение низкоприоритетной нагрузки при разряде батареи;

местную и дистанционную сигнализацию.

Рассчитаем число выпрямителей необходимых для нашего курсового проекта:

 (2.4)

Где I_вбв=60 А по выбранному выпрямителю. А 3 - это число резервных выпрямителей.  выпрямителей.

Выбираем количество стоек:

 (2.5)

Где I_{max уэпс}=480 А - максимальный ток выбранной стойки.

 Но поскольку резервные ВБВ устанавливаем в отдельную стойку, то N_УЭПС=3.

3. Расчет параметров вводной сети переменного тока и дизель-генератора

3.1 Расчет мощности АДГУ и выбор его типа

Максимальная нагрузка АДГУ при аварийном отключении питающего фидера переменного тока:

 (3.1)

Мощность, потребляемая выпрямителями ВБВ УЭПСа:

 (3.2)

где η_УЭПС = 0,9 - КПД выпрямителей.

 (3.3)

Р_К и Р_СН - мощности кондиционирования и собственных нужд соответственно.

Активная составляющая длительной нагрузки ДГУ должна составлять 50 - 75% номинальной мощности агрегата, по значению последней и выбираем автоматизированный дизель-генератор типа ДГА-72 мощностью 72 кВт с габаритами 5000´2340´2400 мм.

ДГУ укомплектовывается помимо дизель-генератора щитом управления основными операциями ЩДГА, щитом заряда и разряда батарей и питания автоматики ЩЗРБ 60-М, баками для воды, масла и топлива.

3.2 Расчет потребления электроэнергии от внешней сети

Максимальная активная мощность Р_max, потребляемая от сети, больше мощности Р_ДГУ на величину дополнительных негарантированных нагрузок: мастерских Р_М, нормального общего освещения Р_ОСВ, общей вентиляции помещений узла связи и автоматики Р_ВЕНТ:

 (3.4)

Р_max = 36725+5600+4300+4000 ≈ 51 кВт.

Годовая стоимость электроэнергии без учета реактивной составляющей мощности Q_max при стоимости одного кВт-часа Z руб. составляет:

 (3.5)

Возьмем Z = 2,82 руб.

П_потр. = 51×365×24 ×2,82×2/3 ≈ 840 тыс. руб.

Реактивная мощность, потребляемая от сети, может быть вычислена через активную для отдельных групп нагрузок, имеющих одинаковый коэффициент мощности соsφ (для освещения соsφ = 1, для моторной нагрузки соsφ = 0,7, для выпрямительной нагрузки соsφ = 0,8):

, Ач (3.6)

Полная мощность, потребляемая от сети:

 (3.7)

где  - сумма всех активных мощностей;

- сумма реактивных мощностей групп нагрузок.

Максимальный ток по одной фазе, потребляемый из 3-х фазной сети переменного тока при равномерном распределении нагрузки по фазам:

 (3.8)

Согласно значению фазного тока, выбираем предохранитель ПН2 60-100 А.

4. Расчет токораспределительной сети

Согласно заданию, токораспределительная сеть (ТРС) имеет 11 участков общей длиной 130 м. Токораспределительную сеть будем запитывать от КВ, поскольку он имеет максимальный ток нагрузки.

Рисунок 4.1 - Схема токораспределительной цепи

Расчет производим для каждого участка длиной l_i c током I_i.

На всех участках используем 2-х проводную медную линию.

Расчет сечения проводов в токораспределительной сети проводился по формуле:

 (4.1)

где,  - расчетное значение i-го сечения;= 2 - число проводов;

I_i - ток на i-м участке;

l_i - длина i-го участка;

 - проводимость материала (Cu:  = 57 См);

Фактическое падение напряжения для i-го участка рассчитывается по формуле:

 (4.2)

где DU’_ТРСi - фактическое падение напряжения до i-го участка.

S’_i - фактическое сечение i-го провода, полученное при округлении расчетного значения до стандартного;

- фактический ток i-го участка.

 (4.3)

Где:

 (4.4)

Расчет для нулевого участка ТРС длиной 30 м:

С учетом вышеперечисленного:

По формуле 8.4 вычислим падение напряжения на следующем участке.

Расчет остальных участков длиной 10 м, = 17,5 А:

Можно сделать вывод о том, что падение напряжения в ТРС не превышает допустимой нормы, равной 0,8 В. Следовательно, расчет и выбор сечения проводов сделаны правильно.

5. Расчёт сопротивления защитного контура

Для защиты обслуживающего персонала проведем расчет защитного контура заземления и двух измерительных электродов.

Сопротивление токам растекания контура нормируется (ГОСТ 464-79) величиной не более 4 Ом. По заданию удельное сопротивление земли r_з = 30 Ом∙м.

Контур должен состоять из уложенной в грунт на глубину h = 0,7 м горизонтально в виде замкнутого прямоугольника или квадрата стальной шины длиной l_гор cечением 40´4 мм² и вертикальных электродов в виде стальных труб диаметром d_в = 20 мм и длиной l_в=2,5 м, углубленных в землю с расстоянием 3 м между ними и приваренных верхними концами к горизонтальной шине.

Сопротивление одного вертикального электрода рассчитаем по формуле:

 (5.1)

Принимаем первоначально контур в горизонтальном плане в виде квадрата со стороной 3 м, с четырьмя вертикальными электродами (n = 4). Тогда сопротивление токам растекания такого горизонтально расположенного контура из стальной шины:

 (5.2)

где b = 0.04 м, l_гор=12 м

Общее сопротивление такого контура:

 (5.3)

где К_сез = 1,4 - сезонный коэффициент;

n - число вертикальных электродов в контуре;

η_ив, η_иг - коэффициенты использования (экранирования) соответственно вертикальных электродов и горизонтальной полосы квадрата, равные η_ив=0.65, η_иг=0.45.

Для четырёх вертикальных электродов:

Данное значение не превышает норму 4 Ом, следовательно, данное сопротивление удовлетворяет нормам.

Подсоединение защитного контура к главной заземляющей шине (ГЗШ) ЭПУ осуществляется кабелем или стальной шиной сечением 25´4 мм² или оцинкованным проводом диаметром более 6 мм. Подключение к ГЗШ измерительных электродов, удаленных от защитного контура и друг от друга на расстояние трех-пяти диагоналей контура производится кабелем или проводом с хорошей (чаще двойной) изоляцией. Корпуса оборудования ЭПУ и автозала подключаются к ГЗШ напрямую.

Подключение одного из полюсов постоянного тока (чаще положительного) с выхода выпрямителей к шине ГЗШ производится только в одном месте. Соединение этого полюса далее с корпусами оборудования автозала запрещается.

Шина ГЗШ должна располагаться в непосредственной близости от места ввода защитного и измерительных контуров, вблизи от ввода фидеров переменного тока, ввода кабелей связи, автоматики и места расположения кросса.

Основная система уравнивания потенциалов ЭПУ и автозала выполняется медным проводом сечением не менее 6 мм² или алюминиевым − 16 мм² или стальным − 50 мм².

6.