Система бесперебойного электропитания телекоммуникационного узла

МинистерствоРоссийскойФедерации посвязи и информатизации

Сибирскийгосударственныйуниверситеттелекоммуникацийи информатики

Курсоваяработа на тему:

“Системабесперебойногоэлектропитаниятелекоммуникационногоузла”

Выполнил:студент группыС-08 ХХХ

Проверил:Козляев Ю.Д

Новосибирск2003г

Оглавление.

1. Анализисходных данных,представлениефункциональнойсхемы ЭПУ сотображениемна ней данныхзадания иобозначенийнедостающихпараметров.

2. Расчетпараметроваккумуляторнойбатареи.

3. Вычислениепараметровтока и мощностивсех категорийпотребителейи суммарныхзначениймаксимальнойи усредненноймощности. Выбортипа ДГУ.

4. Выборпреобразователейэлектрическойэнергии дляЭПУ и шкафногооборудования.Вычислениезначений рабочеготока всех типовпотребителейи соответствующийвыбор автоматическихвыключателей.Заполнениекарты заказана коммутационноеоборудование.

5. Вычислениеусредненногозначения годовогопотребленияэлектрическойэнергии и ожидаемойстоимостиэнергопотребления.

6. Укрупненныйрасчет блокаили модулявыпрямительногоустройства.

Задача.

Разработатьв соответствиис техническимзаданиемфункциональнуюсхему электропитающейустановки,рассчитатьмаксимальныеи усредненныезначения токаи мощности ЭПУ,определитьрабочие характеристикипреобразователейэлектрическойэнергии, выбратьнеобходимоераспределительноеи преобразующееоборудование.Индивидуальнойчастью работыявляется укрупненныйрасчет инверторанапряженияс элементамиуправления(ИН).

Электропитающаяустановкаявляется однойиз базовыхинфраструктуртелекоммуникационногоузла, предназначеннойдля получениянапряжения(или ряда напряжений)питания, адаптированногок требованиямтелекоммуникационногооборудованиянезависимоот качествавнешнегоэлектроснабжения.Статистикапоказывает,что суммарноевремя отказовгородской сетипеременноготока составляетоколо 4-х часовв год, при этомдо 90% времениприходится на кратковременные(до 0.5 сек) перебои.Ущерб от «потерисвязи» в зависимостиот сферы обслуживанияисчисляетсясуммами от 10до 800 тыс. долл.в час

Данные:

Тип узла– удалённыйдоступ. Параметрыпервичногоэлектроснабжения:номинальноенапряжениесети (U₁=380/220В), число фаз(m=3), число вводовсети (n=1), нестабильностьнапряженияв % (N₁=- 20% +10%) и частотой50Гц.

U₀=48В;

I₀=20А;

=кВт;

S_хоз=1.2кВА;

cosφ_хоз=0.7;

cosφ_выпр=0.95;

Р_{убп,перем. тока}=0.4кВт;

_пр=0.85

Числогрупп аккумуляторныхбатарей (N_AB=1).

Времяаварийнойработы отаккумуляторныхбатарей Т_АВ=8часов.

Номинальнаятемператураокружающейсреды и еёотклонения.

Т_мин=-9˚С.

Среднегодовоезначениекоэффициентовспроса:

К_с(техн+ зар.бат)=0.9К_с(осв)=0.6К_с(ав.осв)=0.7К_с(хоз)=0.8

Тариф за потребляемуюэнергию одноставочный,С=0.8 руб/кВт час.

1. Функциональнаясхема.

Первичноенапряжениесети подводитсячетырех проводнойлинией (трифазных проводаА, В, С и нейтральныйпровод N илиPEN); выпрямительныймодуль (4) содержитгруппу однофазныхвыпрямителей,включенныхпо входу к одномуиз фазных инейтральномупроводу сети,а по выходу-параллельно,с заземлениемположительноговывода источниковпитания аккумуляторныймодуль содержитдве группыбатарей (АБ1,АБ2) и батарейныйблок контроляи защиты; выходыЭПУ разделеныпо возможнымкатегориямпотребителей;в щите распределенияэнергии переменноготока могут бытьустановленыизмерительныеприборы (амперметр,вольтметр,ваттметр); напряжениеаварийногоосвещениявнутреннихпомещений узлаформируетсяиз напряженияаккумуляторнойбатареи икоммутируетсяконтакторомв автоматизированном,вводно-распределительномшкафу. Схемадает наглядноепредставлениео составеоборудованияи взаимодействииэлементов, хотяне определяетструктуру инеобходимоечисло отдельныхблоков.

1

- шкаф вводно–распределительныйс одним вводомгородской сетии резервнымвводом ДГУ. 2 -шкаф вводно–распределительный.3– установкабесперебойногопитания постоянноготока. 4 – модуливыпрямителей.5 – устройствокоммутациии защиты аккумуляторныхбатарей. 6 - аккумуляторнаябатарея. 7 – инверторнапряжения.9 – двигатель– генераторнаяустановка.

Обозначениетоков: I0 – постоянныесоставляющиетока, аппаратуры(апп), аварийногоосвещения(ав.осв), инвертора(ин), технологическихпотребителей(техн), зарядабатарей (зар),суммарный(сум).

Рассчитаемтоки, приведенныена схеме:

А

А

А

А

2. Расчет аккумуляторнойбатареи.

Определитьноминальнуюемкость С_нпри условиях:U₀=48B, T_разр=8 часов,I_разр=36.05A, Т=-9˚C.

Число элементовв батареи: N_эл=U_Бном /U_{эл ном}.=48/2.0=24

Ёмкостью определяютколичествоэлектричества,запасаемоеили отдаваемоеаккумулятором,измеряемоев А.час. (С= I х Т).Различаютноминальнуюемкость (С_н,как полученнуюот аккумуляторапри нормальнойтемпературе200С в режиме 10часового разрядатоком равнымвеличине I_разр=0.1Си рабочую(С_р=_{IразрТразр}),полученнуюпри другихусловиях. Названныеемкости связанысоотношением:

А·час,

где К_i=0.92 – коэффициентотдачи емкостив зависимостиот величиныразрядноготока, t - средняятемператураэлемента вград. по Цельсию.

А·час,

Теперь учтем,что аккумуляторза 10 лет теряет20% своей емкости.

С_выб=1.2·С_н=455.37А·час.

Так как по заданию1 аккумуляторнаябатарея, то еёемкость будет490 А·час.

Рассчитаемток разряда:

А;

Аккумуляторыгерметичногоисполнения,с регулирующимклапаном OPZv– 490, Hawker Oldham, Франция.

3. Вычислениепараметровтока и мощностивсех категорийпотребителейи суммарныхзначений максимальнойи усредненноймощности. Выбортипа ДГУ.

Двигатель-генераторныеустановки (ДГУ) являютсяавтономнымиисточникамиэлектрическойэнергии, применяемыедля резервированияэлектроснабженияузлов связина случай отказовсети переменноготока.

КонструктивноДГУ состоитиз двигателявнутреннегосгорания, механическисоединенногос электрическимгенератором.В маломощныхустановкахиспользуютсябензиновыедвигатели, вустановкахс мощностью6.0 и более кВтиспользуютсядизельныедвигатели, вкоторых в качестветоплива используетсякеросин

Определяемактивную иреактивнуюсоставляющиемощности потребленияот сети переменноготока.

А. Выпрямительныеустройства:

Б. Хозяйственныенагрузки:

В. Суммарныепоказателипотребления:

Вт,

В·Ар,

ВАр

.

Заметим, чтополученнаявеличина S_сумопределяетмаксимальную,т.н. «заявляемую»мощность. Наэту величинузаключаетсядоговор сэнергоснабжающейорганизацией,дающей разрешениена присоединениек ближайшейтрансформаторнойподстанции.С учетом этоймощности вычисляетсямаксимальныйток ввода ивыбираетсяавтоматическийвыключательвводного щита.

Г. Рассчитаемзаявочный токи мощностьодной фазы.

Д. Усредненноезначение активноймощности нагрузокс учетом коэффициентоводновременностии загрузки

Е. Ориентировочноезначение усредненнойвеличины полноймощности.

ВА.

По данным подходящимтипом ДГУ являетсябензиновыйG5000H(б),с показателямимощности – 5кВА/4 кВт, поставщикElteco.

4.Выбор преобразователейэлектрическойэнергии дляЭПУ и шкафногооборудования.Вычислениезначений рабочеготока всех типовпотребителейи соответствующийвыбор автоматическихвыключателей.Заполнениекарты заказана коммутационноеоборудование.

а) Шкафы вводно-распределительныеШВР производстваОАО Юрьв-Польскогозавода “Промсвязь”,далее ЮПЗ“Промсвязь”.

Шкафы ШВРпредназначеныдля ввода ираспределенияэлектрическойэнергии трехфазногоили однофазногопеременноготока с номинальнымнапряжением380/220В. Щиты обеспечиваютзащиту сетии потребителейэнергии отперегрузок,коротких замыканий,от перенапряжения.

Первый ШВР:

ШВР А У 380/10 1 1 П -

Второй ШВР:

ШВР А - 380/10 - - П -

б) Выбор ЭПУ:

Устройстваэлектропитанияпредставляютшкафную конструкцию,объединяющуюряд функциональныхэлементов ЭПУ,выпрямительныхмодулей, блокконтроля икоммутацииаккумуляторныхбатарей, устройствконтроля сети,измерения токаи коммутациинагрузки, элементовместной идистанционнойсигнализации.Шкаф допускаетразмещениев нём аккумуляторовгерметичноготипа. При большойемкости аккумуляторових размещениепредусматриваетсяв дополнительныхшкафах

U

УЭПС-2 48/90 8-4 ЮПЗ«Промсвязь».

o=48 B

Io=85.05 А

Я взял ИБП 1 –48/160 с 4 выпрямителямитипа ВБВ 48/30 – 2(выходным током30 А). Три выпрямителядают 90 А > 85.05 А иодин выпрямительзапасной.

в) Преобразователипостоянногонапряженияотсутствует.

г) Инверторы.

Инверторынапряжения (ИН) предназначеныдля обеспечениябесперебойногопитания ответственныхпотребителейнапряжениемпеременноготока. Как правило,к ним относятсясерверы, компьютерыобеспечениятехнологическогопроцесса, мониторингателекоммуникационныхсистем. В рядеслучаев инверторыприменяют дляорганизацииаварийногоосвещения«наружных»объектов (например,антенных мачт)осветительнымиприборами,рассчитаннымина стандартноенапряжениепеременноготока 220В. Инверторпреобразуетопорное напряжениеЭПУ в переменноенапряжениегарантированногокачества.

Поскольку намзадана мощностьР_убп=0.4 кВт, товыбор падетна инвертор:

S 034.

Заполнениеопросноголиста.

Опросная карта(лист), для оформлениязаказа на шкафШВР1.

1. Номинальноенапряжениевводов сети380 В.

2. Номинальныйток вводногоавтомата (А):10, 10.

3. Количествовводов: а) отсети: 1.

б) отдизельнойэлектростанции:1.

4. Тип дизельнойэлектростанции:стационарная.

5. НеобходимостьпредусматриватьАВР для включенияАДЭС: да.

6. Необходимостьконтролирующихприборов:

А. Амперметры:да, на каждомвводе.

Б. Вольтметры:да, на каждомвводе.

В. Счетчикиэлектроэнергии:да, на каждомвводе.

7. Количествоавтоматическихвыключателейпотребителей:

   Ток, А	10	10
   1ф
   3ф	1	1
   	От вводногоавтомата	От ДГУ

8. УсловиепереключенияАВР: при отклонениянапряженияболее допустимыхпо ОСТ пределов.

Опросная карта(лист), для оформлениязаказа на шкафШВР2.

1. номинальноенапряжениевводов сети380В.

2. Номинальныйток вводногоавтомата (А):6, 6, 10.

3. Количествовводов: а) отсети: - .

б) отдизельнойэлектростанции:- .

4. Тип дизельнойэлектростанции:- .

5. НеобходимостьпредусматриватьАВР для включенияАДЭС: - .

6. Необходимостьконтролирующихприборов:

А. Амперметры:да, на каждомвводе.

Б. Вольтметры:да, на каждомвводе.

7. Количествоавтоматическихвыключателейпотребителей:

   Ток,А	Хоз: 6 А	Осв: 6 А	Вх.выпр: 10 А
   1ф		3
   3ф	1		1

8. УсловиепереключенияАВР: при отклонениянапряженияболее допустимыхпо ОСТ пределов.

5.Вычислениеусредненногозначения годовогопотребленияэлектрическойэнергии и ожидаемойстоимостиэнергопотребления.

Вт

рублей.

6.Укрупненныйрасчет блокаили модулявыпрямительногоустройства.

(инверторнапряжения).

Блок-схемасовременноговыпрямителя.

В

Cy2

ыпрямительсодержит:

А. Блок сетевых выпрямителей(БСВ), коммутируемыйпо входу автоматическимвыключателемQ1. Диодное звеноВ1 выполняетпервичноепреобразованиенапряжениясети в пульсирующеенапряжениеU_d1.ВспомогательныймаломощныйвыпрямительВ_допобеспечиваетстабилизированнымнапряжениемпитания элементысистем управления.

Б. Корректоркоэффициентамощности (ККМ),выполняющийфункции активногофильтра токасети, повышения,фильтрациии стабилизациинапряжения U₀₁на выходе ККМ.

В. Инверторнапряжения(И), преобразующийпостоянноенапряжениеU₀₁в знакопеременноенапряжениевысокой частотыU₁ с управляемойдлительностьюимпульсов.

Г. Высокочастотныйпонижающийтрансформатор(Т), обеспечивающийсогласованиеуровней напряженияи гальваническуюразвязку цепейвхода и выходавыпрямителя.

Д. ВыходнойвыпрямительВ2 с индуктивно-емкостнымфильтром напряженияпульсаций.

Е. Управляющиесхемы корректорамощности (К1)и инверторанапряжения(К2). Схемы содержатбуферные усилителимощности импульсовуправлениятранзисторами(драйверы) иэлементы обратнойсвязи по токуи напряжению.

На выходе инверторадиаграмма будетиметь следующийвид:

На выходетрансформатора:

Н

авыходе В2:

Расчитаеммаксимальныеамплиудныепоказателипо току и напряжению:

Найдем амплитудупервой гармоникина входе понапряжению:

Посколькунам известнаU_m(1)вых=5 мВ,то найдем

Отсюда сделаемвывод:

1.Увеличиваячастоту, мыуменьшаемразмеры LC.

2.Импульсныеметоды передачинапряженияи регулирования(из схемы видно,что регулированиеосуществляетсяв инверторе).

Мостоваясхема инвертора.

П

ринципработы:

Работазаключаетсяв парной работедиодов (ключей),каждый развключаетсядиагональнаяпара диодов(ключей) и взависимостиот полярностисигнала формируетсялибо положптельныйлибо отрицательныйимпульсы (выходноенапряжениеинверторавсегда импульсное)

Д

иоды2 – 4 формируютположительнуюполуволну, аотрицательную1 – 3.

Заключение.

Вданной курсовойработе самостоятельноизучили и освоилипринципы построенияЭПУ телекоммуникационногоузла связи.Произвели выборпитающей аппаратурыв соответствиис предложеннойдокументацией.И предоставилиподробноеописание одногоиз блоков (инвертора)выпрямительногоустройства.

Список литературы:

1.КозляевЮ.Д.СИСТЕМАБЕСПЕРЕБОЙНОГОЭЛЕКТРОПИТАНИЯТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОГОУЗЛА

Заданияи методическиеуказания длякурсовой работыдля студентов,обучающихсяпо направлению«Телекоммуникации»Новосибирск2003г.

2. Лекции

Q1

Q2

Q3

+

Q8

Q9

F3

Rs1

Rs2

Q4

Q5

Q6

Q7

контр.

тока

контр,

напряже

нияи

сигнали

зация

индикац.

тока

клеммы

дистанц.

сигнализации

F1

F2

+

батарея1

K

I_0ин

ВБВ

ДГУ

Ввод1

9

Шкафвводно-распределительный

осв

Хоз.нагр

I_0апп

I_{0ав. осв.}