Курсовая работа (т): Проектирование электропитающей установки постов электрической централизации

Часть светофоров (около10%) работает с импульсным питанием мигающих огней.

М о щ н о с т ь с в е т о ф о р о в с и м п у л ь с н ы м п и т а н и е м мигающих огней может быть определена по формуле:

_си = S_сис ∙ n_с,

где S_сис - мощность светофоров с импульсным питанием в расчете на одну стрелку (может быть принята S_снс = 28,6 ∙ 0,1= 2,86 ВА при сos φ = 0,95).

Эти светофоры получают питание от обмотки "c"ТС1 через БСК1 по цепи ПХСМ.

Резервное питание осуществляется от преобразователя ППВ-1 по цепи ПХГС.

Большая часть светофоров (около 90%) получает непрерывное питание.

М о щ н о с т ь с в е т о ф о р о в н е п р е р ы в н о г о п и т а н и я может быть определена по формуле:

_сн= S_снс ∙ n_с,

где S_снс - мощность светофоров с непрерывным питания в расчете на одну стрелку (может быть принята равной S_снс = 28,6 ∙ 0.9 = 25,74 ВА при сos φ = 0,95).

Для обеспечения более равномерной загрузки обмоток трансформаторов ТС1 и ТС2 мощность светофоров непрерывного питания можно распределить между обмотками: "c" ТС1(цепь ПХС1); "a", "b", "c" ТС2 (цепи ПХС2, ПХС3 и ПХС4).

Цепь гарантированного питания (ПХР) в настоящее время не используется для питания входных светофоров, в связи с переводом их красных и пригласительных огней на местное резервирование. Эта цепь может быть использована для питания других нагрузок.

Результаты расчетов мощностей нагрузок различных цепей питания должны быть занесены в сводную таблицу (табл. 2). В этой же таблице приводят: обозначение цепей питания, максимально допустимые мощности согласно табл. П1.2 и другие данные.

Мощности нагрузок не должны превышать допустимые мощности цепей питания панелей.

Мощность нагрузки каждой фазной обмотки трансформаторов ТС1 и ТС2 не должна превышать 1,5 кВА.

В этой же таблице приводят общие мощности нагрузок трансформаторов ТС1 и ТС2, которые не должны превышать 4,5 кВА. Если общая мощность нагрузки трансформаторов ТС1 и ТС2 без учета потерь превышает 9 кВА, устанавливают две панели ПР-ЭЦК и проводят перераспределение нагрузок.

Мощность потерь в трансформаторах ТС1 и ТС2 определяют на основании полных мощностей нагрузок S_тс1 и S_тс2 по графикам (см. прил. 2, рис. П2.1).

Наконец, в таблице приводят значение мощности нагрузки от панели ПР-ЭЦК на вводную панель ПВ-ЭЦК.

В данном разделе необходимо выполнить следующее. 1. Определить мощности переменного тока, потребляемые различными нагрузками. 2. Проследить цепи питания нагрузок в нормальном режиме и режиме резервирования. 3. Равномерно распределить нагрузки по фазным обмоткам трансформаторов ТС1 и ТС2. 4. Определить мощность нагрузок на трансформаторах и определить число панелей ПР-ЭЦК. 5. Определить потери в трансформаторах ТС1 и ТС2 и мощность нагрузки на вводную панель ПВ-ЭЦК.

. Расчет преобразователя ППВ-1

В случае отключения всех источников переменного тока (фидеров 1, 2 и ДГА) на панелях питания срабатывают аварийные реле (СА). Преобразователь ППВ-1 на панели ПВП-ЭЦК переходит из режима выпрямления в режим преобразования, обеспечивая в аварийном режиме преобразование постоянного тока в переменный частотой 50Гц.

Одновременно к преобразователю подключается ряд нагрузок гарантированного питания.

Целью расчета ППВ-1 является: определение номинальной мощности, на которую должен быть настроен преобразователь, и тока, потребляемого от аккумуляторной батареи в аварийном режиме.

Согласно исходным данным проектирования (разд. 1) и техническим данным панелей питания (прил. 1) намечают типы нагрузок, которые должны быть подключены на вход ППВ-1 в аварийном режиме.

Возможны следующие нагрузки гарантированного питания переменным током от преобразователя ППВ-1:

·   лампы светофоров с импульсным питанием мигающих огней (получают ток по цепи ПВП-ЭЦК); ППВ-1 (выход 220В); цепь ПХГКА; ПР-ЭЦК; БСК1; цепь ПХСМ;

·   лампы табло с импульсным питанием 60 имп/мин;

·   дешифраторные ячейки;

·   внепостовые цепи;

·   устройства гарантированного питания.

Для всех намеченных нагрузок ППВ-1 следует проследить цепь питания (как указано выше для ламп светофоров) по рис. П1.2 и П1.3 прил. 1 и зарегистрировать их в пояснительной записке.

Данные этих нагрузок, полученные при расчете панели ПР-ЭЦК (разд.3), заносят в табл. 3, по ним рассчитывают общую максимальную мощность нагрузки преобразователя ППВ-1.

Максимальная активная мощность нагрузки P_м не должна превашать допустимую мощность преобразователя (прил. 1). В противном случае по согласованию с заказчиком уменьшают число или мощность нагрузок преобразователя или увеличивают число панелей ПВП-ЭЦК.

Известно, что КПД преобразователя ППВ-1 зависит от степени его загрузки [2].

В целях повышения КПД предусмотрена возможность настройки преобразователя на различные номинальные мощности (P_nom =0,3; 0,6 или 1,0 кВт).

По величине рассчитанной активной составляющей мощности P_м (табл.3) намечают номинальную мощность, на которую должен быть настроен преобразователь.

Следует иметь в виду, что нагрузочная способность преобразователя существенно зависит от коэффициента мощности, который определяется для заданной нагрузки из соотношения:

 φ_м=P_м ∕S_м.

Преобразователь рассчитан для работы на нагрузку с коэффициентом  мощности 0,9.

Если коэффициент мощности будет меньше 0,9, то следует определить допустимую мощность нагрузки преобразователя по формуле:

При малых коэффициентах мощности (cos φ_м) допустимая мощность (P_доп) может оказаться меньше требуемой (P_м).

В этом случае следует увеличить мощность P_nom, на которую нужно настраивать преобразователь и повторить расчет ППВ-1 или, по согласованию с заказчиком, уменьшить загрузку преобразователя ППВ-1, переключив часть нагрузок в цепи негарантированного питания (в этом случае следует перераспределить нагрузки на ПР-ЭЦК).

Если преобразователь ППВ-1 намечено настроить на P_nom = 1 кВт, а допустимая мощность (P_доп) оказывается меньше требуемой (P_м), то следует увеличить число панелей ПРП-ЭЦК или, по согласованию с заказчиком, уменьшить число нагрузок гарантированного питания.

Если коэффициент мощности заданной нагрузки cos φ_м будет больше 0,9, то допустимая мощность преобразователя может быть даже несколько больше номинальной.

Эту мощность рассчитывают по формуле:

P_доп = (P_nom ∙ cos φ_м) ∕ 0.9 ≥ P_м

Для определения тока потребляемого преобразователем от батареи рассчитывают среднюю мощность нагрузки преобразователя с учетом коэффициентов включения отдельных нагрузок.

Таблица 3

Коэффициент включения нагрузки (k) характеризует долю времени существования тока при импульсном питании или переодическом включении нагрузки.

Для светофоров с импульсным питанием частотой 40 имп/мин и длительностью импульса 1 с k =0,66 [2].

Для ламп табло с импульсным питанием частотой 60 имп/мин k = 0,5 [2].

Нагрузки непрерывного включения имеют k =1.

Общая средняя мощность нагрузки преобразователя S_н и ее составляющие P_н и Q_н определяются по формулам:

P_н = k ∑_i ∙ P_мi ;

Q_н= k ∑_i ∙ P_мi ;

S_н = k ∑_i ∙ P_мi .

Средний коэффициент мощности нагрузки преобразователя:

os φ_н = P_н ∕ S_н ;

Коэффициент нагрузки преобразователя определяется из соотношения:

_н= P_н ∕ P_nom .

Коэффициент мощности оказывает влияние не только на использование установленной номинальной мощности преобразователя, но и на его КПД. Поэтому КПД преобразователя должен определяться с учетом cosφ_н и k_н.

Для этого по графикам (Рис.2) сначала определяют частные значения КПД η_φ и η_н в зависимости от cosφ_н и k_н, затем рассчитывают общий КПД преобразователя по формуле:

η_п = (η_φ ∙ η_н ) ∕ 0,82.

Величина тока, потребляемая преобразователем от аккумуляторной батареи определяется из соотношения:

_п = P_н ∕ (η_п ∙ U_б),

где U_б - номинальное напряжение аккумуляторной батареи.

Рис. 2

В данном разделе необходимо выполнить следующее. 1. Наметить типы нагрузок преобразователя. 2. Для намеченных нагрузок проследить и зарегистрировать цепи питания. 3. Провести расчет максимальной мощности нагрузки преобразователя. 4. Определить значение номинальной мощности, на которую должен быть настроен преобразователь. 5. Определить среднюю мощность нагрузки и КПД преобразователя. 6. Определить ток, потребляемый преобразователем от аккумуляторной батареи. 7. Наметить число преобразователей и панелей ПВП-ЭЦК.

. Расчет аккумуляторной батареи

Расчет батареи заключается в определении ее нагрузок, расчете емкости, выборе типа, а также определении количества аккумуляторов.

Нагрузками аккумуляторной батареи в аварийном режиме при отключении источников переменного тока являются следующие устройства:

1. Реле, расположенные на стативах поста ЭЦ (см. прил. 1, рис. П1.2, цепь П-М);

2. Элементы панелей питания ЭЦК (цепь ЩП-ЩМ) - реле, блоки силового кодирования (БСК), регулятор напряжения табло (РНТ), сигнализаторы заземления (СЗ);

3. Пульт управления (цепь ТП);

4. Гарантированное питание части ламп табло в аварийном режиме (цепь П-М панель ПР-ЭЦК - цепь С);

5. Преобразователь ППВ-1 - в режиме преобразования постоянного тока в переменный (цепь 1П-1М).

Резервное питание устройств ЭЦ от аккумуляторной батареи может осуществляться в основном режиме и дополнительном.

Основной режим устанавливается при отключении всех источников переменного тока, включая ДГА. Он характеризуется питанием всех гарантированных нагрузок от аккумуляторной батареи.

Расчетное время основного режима резервирования t_po = 2 ч установлено с учетом времени устранения возможных неисправностей ДГА.

Если в течение двух часов неисправность ДГА устранена не будет, то ЭПУ переводится в дополнительный режим резервирования. Это достигается отключением от батареи основных потребителей тока, релейных устройств ЭЦ (путем изъятия на панели ПВП - ЭЦК предохранителя с номинальным током 60 А в цепи П-М или разрыва цепи на релейных стативах поста ЭЦ).

При установленной продолжительности местного аккумуляторного резерва красных огней входных светофоров в течении 12 ч [4] продолжительность дополнительного режима t_рд контрольной батареи на посту ЭЦ принята равной 10 ч.

Разрядный ток батареи в режиме основного резервирования:

_ро = I_рn_с + I_пп + I_лт + I_п,

где I_р - ток реле на стативах поста ЭЦ (П-М) в среднем на стрелку составляет 0,262 А ;

n_с - число централизованных стрелок;

I_пп - ток питания элементов панелей и пульта управления (цепи ЩП-ЩМ и ТП) в целом на пост ЭЦ составляет 0,61 А;

I_лт - ток питания части ламп табло в аварийном режиме, определяется на основании мощности нагрузки цепи С, панель ПР-ЭЦК (см. разд. 3), с номинальным напряжением аккумуляторной батареи;

I_п - ток, потребляемый преобразователем ППВ-1 в аварийном режиме, определяется расчетом (см. разд. 4).

Разрядный ток батареи в дополнительном режиме резервирования:

_рд = I_ро - I_рn_с .

Емкость аккумуляторов, гарантируемая заводом изготовителем, характеризуется номинальным значением C_н и может быть получена только при определенных условиях эксплуатации.

Реальные условия эксплуатации часто отличаются от номинальных.

При повышении интенсивности тока разряда и понижении температуры емкость, отдаваемая аккумулятером уменьшается.

Для выбора типа аккумуляторов должна быть определена номинальная расчетная емкость с учетом реальных условий эксплуатации. Для простого (одноступенчатого) разряда пользуются следующим основным соотношением:

_{н р}=I_р ∙ t_р ∕ (k_ст ∙ P [1+α (t-T)]) ,

где I_p - ток разряда;

t_р - время разряда;

k_ст - коэффициент снижения емкости аккумулятеров от старения, для устройств СЦБ принято k_ст = 0,85;

P - коэффициент интенсивности разряда, зависящий от времени разряда.

Для кислотно-свинцовых аккумуляторов за нормальный принят режим 10 - часового разряда (t_р=10ч) током - I_р= 0.1 ∙ C_н. При этом P₁₀= 1.

Значение P = ƒ(t_р) для других режимов разряда приведены на графике рис.3;

α - температурный коэффициент емкости аккумуляторов (α=0,008);

t - средняя температура электролита во время разряда аккумуляторов (принята равной минимальной температуре аккумуляторного помещения, для зданий с центральным отоплением t = +15⁰С, с печным - t = +10⁰C);

T - температура, для которой задается номинальная емкость аккумулятора (для всех типов стационарных кислотных аккумуляторов принимается равной +20⁰C, ГОСТ 26881-86.).

Номинальная расчетная емкость аккумуляторов для сложного (основного и дополнительного) режима, учитывая, что P_д ≈ P₁₀ = 1, может быть определена на основании следующего соотношения:

На основании полученной номинальной расчетной емкости C_нр по табл. П8.1 или [1] выбирают аккумулятор с ближайшей большей номинальной расчетной емкостью C_н и приводят его технические данные.

Номинальная емкость выбранных аккумуляторов (C_н), как правило, превышает расчетную (C_нр). Поэтому батарея аккумуляторов может разряжаться в течение большего времени, чем задано.

Возможное время разряда t_рв выбранных аккумуляторов определяется по графику рис. 3 на основании вспомогательной величины:

γ = 2C_н/ (I_ро+ I_рд )

Рис. 3

Далее по графикам рис. 4 для расчетного времени разряда аккумуляторов по кривым действительного режима определяют конечное напряжение на аккумуляторе Например: при γ = 13,6 по рис. 3 возможное время разряда t_рв = 14 ч. По рис. 4 для расчетного времени разряда t_ор = 12 ч по кривой t_рв = 14 ч (проведенной ориентировачно) U_р = U_кр = 1,875 В.

Общее число аккумуляторов в батарее определяется, исходя из условий обеспечения минимально допустимой величины напряжения на зажимах питаемой аппаратуры к концу аварийного режима:

_ак = (U_min +∆U) ∕ U_кр,

где U_min - минимально допустимое напряжение на зажимах питаемой аппаратуры согласно техничским данным на ЭПУ;

∆U - падение напряжения в токораспределительной сети. Определяется расчетом (при выполнении курсового проекта может быть принято равным 3% от номинального напряжения батареи).

Полученное количество аккумуляторов округляется в большую сторону.

Рис. 4

В данном разделе необходимо выполнить следующее. 1. Охарактеризовать нагрузки аккумуляторной батареи в аварийном режиме. 2. Охарактеризовать основной и дополнительный режимы резервирования.3. Определить разрядные токи в основном и дополнительном режимах резервированния.4. Определить номинальную, расчетную и паспортную емкости, а также индекс аккумуляторов.5. Определить число аккумуляторов в батарее.