Министерство
Российской
Федерации по
связи и информатизации
Сибирский
государственный
университет
телекоммуникаций
и информатики
Курсовая
работа на тему:
“Система
бесперебойного
электропитания
телекоммуникационного
узла”
Выполнил:
студент группы
С-08 ХХХ
Проверил:
Козляев Ю.ДНовосибирск
2003г
Оглавление.
Анализ
исходных данных,
представление
функциональной
схемы ЭПУ с
отображением
на ней данных
задания и
обозначений
недостающих
параметров.
Расчет
параметров
аккумуляторной
батареи.
Вычисление
параметров
тока и мощности
всех категорий
потребителей
и суммарных
значений
максимальной
и усредненной
мощности. Выбор
типа ДГУ.
Выбор
преобразователей
электрической
энергии для
ЭПУ и шкафного
оборудования.
Вычисление
значений рабочего
тока всех типов
потребителей
и соответствующий
выбор автоматических
выключателей.
Заполнение
карты заказа
на коммутационное
оборудование.
Вычисление
усредненного
значения годового
потребления
электрической
энергии и ожидаемой
стоимости
энергопотребления.
Укрупненный
расчет блока
или модуля
выпрямительного
устройства.
Задача.
Разработать
в соответствии
с техническим
заданием
функциональную
схему электропитающей
установки,
рассчитать
максимальные
и усредненные
значения тока
и мощности ЭПУ,
определить
рабочие характеристики
преобразователей
электрической
энергии, выбрать
необходимое
распределительное
и преобразующее
оборудование.
Индивидуальной
частью работы
является укрупненный
расчет инвертора
напряжения
с элементами
управления
(ИН).
Электропитающая
установка
является одной
из базовых
инфраструктур
телекоммуникационного
узла, предназначенной
для получения
напряжения
(или ряда напряжений)
питания, адаптированного
к требованиям
телекоммуникационного
оборудования
независимо
от качества
внешнего
электроснабжения.
Статистика
показывает,
что суммарное
время отказов
городской сети
переменного
тока составляет
около 4-х часов
в год, при этом
до 90% времени
приходится
на кратковременные
(до 0.5 сек) перебои.
Ущерб от «потери
связи» в зависимости
от сферы обслуживания
исчисляется
суммами от 10
до 800 тыс. долл.
в час
Данные:
Тип узла
– удалённый
доступ. Параметры
первичного
электроснабжения:
номинальное
напряжение
сети (U1=380/220
В), число фаз
(m=3), число вводов
сети (n=1), нестабильность
напряжения
в % (N1=
- 20% +10%) и частотой
50Гц.
U0=48
В;
I0=20
А;
=
кВт;
Sхоз=1.2
кВА;
cosφхоз=0.7;
cosφвыпр=0.95;
Рубп,
перем. тока=0.4
кВт;
пр=0.85
Число
групп аккумуляторных
батарей (NAB=1).
Время
аварийной
работы от
аккумуляторных
батарей ТАВ=8
часов.
Номинальная
температура
окружающей
среды и её
отклонения.
Тмин=-9˚С.
Среднегодовое
значение
коэффициентов
спроса:
Кс(техн
+ зар.бат)=0.9Кс(осв)=0.6Кс(ав.осв)=0.7Кс(хоз)=0.8
Тариф за потребляемую
энергию одноставочный,
С=0.8 руб/кВт час.
1. Функциональная
схема.
Первичное
напряжение
сети подводится
четырех проводной
линией (три
фазных провода
А, В, С и нейтральный
провод N или
PEN); выпрямительный
модуль (4) содержит
группу однофазных
выпрямителей,
включенных
по входу к одному
из фазных и
нейтральному
проводу сети,
а по выходу-
параллельно,
с заземлением
положительного
вывода источников
питания аккумуляторный
модуль содержит
две группы
батарей (АБ1,
АБ2) и батарейный
блок контроля
и защиты; выходы
ЭПУ разделены
по возможным
категориям
потребителей;
в щите распределения
энергии переменного
тока могут быть
установлены
измерительные
приборы (амперметр,
вольтметр,
ваттметр); напряжение
аварийного
освещения
внутренних
помещений узла
формируется
из напряжения
аккумуляторной
батареи и
коммутируется
контактором
в автоматизированном,
вводно-распределительном
шкафу. Схема
дает наглядное
представление
о составе
оборудования
и взаимодействии
элементов, хотя
не определяет
структуру и
необходимое
число отдельных
блоков.
1
- шкаф вводно–распределительный
с одним вводом
городской сети
и резервным
вводом ДГУ. 2 -
шкаф вводно–распределительный.3
– установка
бесперебойного
питания постоянного
тока. 4 – модули
выпрямителей.
5 – устройство
коммутации
и защиты аккумуляторных
батарей. 6 - аккумуляторная
батарея. 7 – инвертор
напряжения.
9 – двигатель
– генераторная
установка.
Обозначение
токов: I0 – постоянные
составляющие
тока, аппаратуры
(апп), аварийного
освещения
(ав.осв), инвертора
(ин), технологических
потребителей
(техн), заряда
батарей (зар),
суммарный
(сум).
Рассчитаем
токи, приведенные
на схеме:
А
А
А
А
2. Расчет аккумуляторной
батареи.
Определить
номинальную
емкость Сн
при условиях:
U0=48B, Tразр=8 часов,
Iразр=36.05
A, Т=-9˚C.
Число элементов
в батареи: Nэл=UБ
ном /Uэл ном.=48/2.0=24
Ёмкостью определяют
количество
электричества,
запасаемое
или отдаваемое
аккумулятором,
измеряемое
в А.час. (С= I х Т).
Различают
номинальную
емкость (Сн,
как полученную
от аккумулятора
при нормальной
температуре
200С в режиме 10
часового разряда
током равным
величине Iразр=0.1С
и рабочую
(Ср=IразрТразр),
полученную
при других
условиях. Названные
емкости связаны
соотношением:
А·час,
где Кi=0.92 – коэффициент
отдачи емкости
в зависимости
от величины
разрядного
тока, t - средняя
температура
элемента в
град. по Цельсию.
А·час,
Теперь учтем,
что аккумулятор
за 10 лет теряет
20% своей емкости.
Свыб=1.2·Сн=455.37
А·час.
Так как по заданию
1 аккумуляторная
батарея, то её
емкость будет
490 А·час.
Рассчитаем
ток разряда:
А;
Аккумуляторы
герметичного
исполнения,
с регулирующим
клапаном OPZv
– 490, Hawker Oldham, Франция.
3. Вычисление
параметров
тока и мощности
всех категорий
потребителей
и суммарных
значений максимальной
и усредненной
мощности. Выбор
типа ДГУ.
Двигатель-
генераторные
установки
(ДГУ) являются
автономными
источниками
электрической
энергии, применяемые
для резервирования
электроснабжения
узлов связи
на случай отказов
сети переменного
тока.
Конструктивно
ДГУ состоит
из двигателя
внутреннего
сгорания, механически
соединенного
с электрическим
генератором.
В маломощных
установках
используются
бензиновые
двигатели, в
установках
с мощностью
6.0 и более кВт
используются
дизельные
двигатели, в
которых в качестве
топлива используется
керосин
Определяем
активную и
реактивную
составляющие
мощности потребления
от сети переменного
тока.
А. Выпрямительные
устройства:
Б. Хозяйственные
нагрузки:
В. Суммарные
показатели
потребления:
Вт,
В·Ар,
ВАр
.
Заметим, что
полученная
величина Sсум
определяет
максимальную,
т.н. «заявляемую»
мощность. На
эту величину
заключается
договор с
энергоснабжающей
организацией,
дающей разрешение
на присоединение
к ближайшей
трансформаторной
подстанции.
С учетом этой
мощности вычисляется
максимальный
ток ввода и
выбирается
автоматический
выключатель
вводного щита.
Г. Рассчитаем
заявочный ток
и мощность
одной фазы.
Д. Усредненное
значение активной
мощности нагрузок
с учетом коэффициентов
одновременности
и загрузки
Е. Ориентировочное
значение усредненной
величины полной
мощности.
ВА.
По данным подходящим
типом ДГУ является
бензиновый
G5000H(б),
с показателями
мощности – 5
кВА/4 кВт, поставщик
Elteco.
4.Выбор преобразователей
электрической
энергии для
ЭПУ и шкафного
оборудования.
Вычисление
значений рабочего
тока всех типов
потребителей
и соответствующий
выбор автоматических
выключателей.
Заполнение
карты заказа
на коммутационное
оборудование.
а) Шкафы вводно-распределительные
ШВР производства
ОАО Юрьв-Польского
завода “Промсвязь”,
далее ЮПЗ
“Промсвязь”.
Шкафы ШВР
предназначены
для ввода и
распределени
электрической
энергии трехфазного
или однофазного
переменного
тока с номинальным
напряжением
380/220В. Щиты обеспечивают
защиту сети
и потребителей
энергии от
перегрузок,
коротких замыканий,
от перенапряжения.
Первый ШВР:
ШВР А У 380/10 1 1 П -
Второй ШВР:
ШВР А - 380/10 - - П -
б) Выбор ЭПУ:
Устройства
электропитания
представляют
шкафную конструкцию,
объединяющую
ряд функциональных
элементов ЭПУ,
выпрямительных
модулей, блок
контроля и
коммутации
аккумуляторных
батарей, устройств
контроля сети,
измерения тока
и коммутации
нагрузки, элементов
местной и
дистанционной
сигнализации.
Шкаф допускает
размещение
в нём аккумуляторов
герметичного
типа. При большой
емкости аккумуляторов
их размещение
предусматривается
в дополнительных
шкафах
U
УЭПС-2 48/90 8-4 ЮПЗ
«Промсвязь».
Io=85.05 А
Я взял ИБП 1 –
48/160 с 4 выпрямителями
типа ВБВ 48/30 – 2
(выходным током
30 А). Три выпрямителя
дают 90 А > 85.05 А и
один выпрямитель
запасной.
в) Преобразователи
постоянного
напряжения
отсутствует.
г) Инверторы.
Инверторы
напряжения
(ИН) предназначены
для обеспечения
бесперебойного
питания ответственных
потребителей
напряжением
переменного
тока. Как правило,
к ним относятся
серверы, компьютеры
обеспечения
технологического
процесса, мониторинга
телекоммуникационных
систем. В ряде
случаев инверторы
применяют для
организации
аварийного
освещения
«наружных»
объектов (например,
антенных мачт)
осветительными
приборами,
рассчитанными
на стандартное
напряжение
переменного
тока 220В. Инвертор
преобразует
опорное напряжение
ЭПУ в переменное
напряжение
гарантированного
качества.
Поскольку нам
задана мощность
Рубп=0.4 кВт, то
выбор падет
на инвертор:
S 034.
Заполнение
опросного
листа.
Опросная карта
(лист), для оформления
заказа на шкаф
ШВР1.
Номинальное
напряжение
вводов сети
380 В.
Номинальный
ток вводного
автомата (А):
10, 10.
Количество
вводов: а) от
сети: 1.
б) от
дизельной
электростанции:
1.
Тип дизельной
электростанции:
стационарная.
Необходимость
предусматривать
АВР для включения
АДЭС: да.
Необходимость
контролирующих
приборов:
А. Амперметры:
да, на каждом
вводе.
Б. Вольтметры:
да, на каждом
вводе.
В. Счетчики
электроэнергии:
да, на каждом
вводе.
Количество
автоматических
выключателей
потребителей:
| Ток, А | 10 | 10 |
| 1ф | ||
| 3ф | 1 | 1 |
От вводного автомата | От ДГУ |
Условие
переключения
АВР: при отклонения
напряжения
более допустимых
по ОСТ пределов.
Опросная карта
(лист), для оформления
заказа на шкаф
ШВР2.
номинальное
напряжение
вводов сети
380В.
Номинальный
ток вводного
автомата (А):
6, 6, 10.
Количество
вводов: а) от
сети: - .
б) от
дизельной
электростанции:
- .
Тип дизельной
электростанции:
- .
Необходимость
предусматривать
АВР для включения
АДЭС: - .
Необходимость
контролирующих
приборов:
А. Амперметры:
да, на каждом
вводе.
Б. Вольтметры:
да, на каждом
вводе.
Количество
автоматических
выключателей
потребителей:
| Ток,А | Хоз: 6 А | Осв: 6 А | Вх.выпр: 10 А |
| 1ф | 3 | ||
| 3ф | 1 | 1 |
Условие
переключения
АВР: при отклонения
напряжения
более допустимых
по ОСТ пределов.
5.Вычисление
усредненного
значения годового
потребления
электрической
энергии и ожидаемой
стоимости
энергопотребления.
Вт
рублей.
6.Укрупненный
расчет блока
или модуля
выпрямительного
устройства.
(инвертор
напряжения).
Блок-схема
современного
выпрямителя.
В
Cy2
ыпрямитель
содержит:
А. Блок сетевых
выпрямителей
(БСВ), коммутируемый
по входу автоматическим
выключателем
Q1. Диодное звено
В1 выполняет
первичное
преобразование
напряжения
сети в пульсирующее
напряжение
Ud1.
Вспомогательный
маломощный
выпрямитель
Вдоп
обеспечивает
стабилизированным
напряжением
питания элементы
систем управления.
Б. Корректор
коэффициента
мощности (ККМ),
выполняющий
функции активного
фильтра тока
сети, повышения,
фильтрации
и стабилизации
напряжения
U01
на выходе ККМ.
В. Инвертор
напряжения
(И), преобразующий
постоянное
напряжение
U01
в знакопеременное
напряжение
высокой частоты
U1
с управляемой
длительностью
импульсов.
Г. Высокочастотный
понижающий
трансформатор
(Т), обеспечивающий
согласование
уровней напряжения
и гальваническую
развязку цепей
входа и выхода
выпрямителя.
Д. Выходной
выпрямитель
В2 с индуктивно-емкостным
фильтром напряжения
пульсаций.
Е. Управляющие
схемы корректора
мощности (К1)
и инвертора
напряжения
(К2). Схемы содержат
буферные усилители
мощности импульсов
управления
транзисторами
(драйверы) и
элементы обратной
связи по току
и напряжению.
На выходе инвертора
диаграмма будет
иметь следующий
вид:
На выходе
трансформатора:
На
выходе В2:
Расчитаем
максимальные
амплиудные
показатели
по току и напряжению:
Найдем амплитуду
первой гармоники
на входе по
напряжению:
Поскольку
нам известна
Um(1)вых=5 мВ,
то найдем
Отсюда сделаем
вывод:
1.Увеличивая
частоту, мы
уменьшаем
размеры LC.
2.Импульсные
методы передачи
напряжения
и регулирования
(из схемы видно,
что регулирование
осуществляется
в инверторе).
Мостовая
схема инвертора.
Принцип
работы:
Работа
заключается
в парной работе
диодов (ключей),
каждый раз
включается
диагональная
пара диодов
(ключей) и в
зависимости
от полярности
сигнала формируется
либо положптельный
либо отрицательный
импульсы (выходное
напряжение
инвертора
всегда импульсное)
Диоды
2 – 4 формируют
положительную
полуволну, а
отрицательную
1 – 3.
Заключение.
В
данной курсовой
работе самостоятельно
изучили и освоили
принципы построения
ЭПУ телекоммуникационного
узла связи.
Произвели выбор
питающей аппаратуры
в соответствии
с предложенной
документацией.
И предоставили
подробное
описание одного
из блоков (инвертора)
выпрямительного
устройства.
Список литературы:
1.
Козляев
Ю.Д.СИСТЕМА
БЕСПЕРЕБОЙНОГО
ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОГО
УЗЛА
Задания
и методические
указания для
курсовой работы
для студентов,
обучающихся
по направлению
«Телекоммуникации»
Новосибирск
2003г.
2. Лекции
Q1
Q2
Q3
+
Q8
Q9
F3
Rs1
Rs2
Q4
Q5
Q6
Q7
контр.
тока
контр,
напряже
ния
и
сигнали
зация
индикац.
тока
клеммы
дистанц.
сигнализации
F1
F2
+
батарея1
K
I0
ин
ВБВ
ДГУ
Ввод
1
9
Шкаф
вводно-распределительный
осв
Хоз.нагр
I0
апп
I0
ав. осв.