Система бесперебойного электропитания телекоммуникационного узла

Система бесперебойного электропитания телекоммуникационного узла

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.Д

Новосибирск 2003г

Оглавление.

1. Анализ исходных данных, представление функциональной схемы ЭПУ с

отображением на ней данных задания и обозначений недостающих

параметров.

2. Расчет параметров аккумуляторной батареи.

3. Вычисление параметров тока и мощности всех категорий потребителей и

суммарных значений максимальной и усредненной мощности. Выбор типа

ДГУ.

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.

5. Вычисление усредненного значения годового потребления электрической

энергии и ожидаемой стоимости энергопотребления.

6. 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;

cos?хоз=0.7;

cos?выпр=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:

[pic]А

[pic]А

[pic]А

[pic]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:

[pic]А·час,

где Кi=0.92 – коэффициент отдачи емкости в зависимости от величины

разрядного тока, t - средняя температура элемента в град. по Цельсию.

[pic]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:

[pic]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:

[pic]

Б. Хозяйственные нагрузки:

[pic]

В. Суммарные показатели потребления:

[pic] Вт,

[pic] В·Ар,

[pic] ВАр

[pic].

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.

[pic]

Д. Усредненное значение активной мощности нагрузок с учетом

коэффициентов одновременности и загрузки

[pic]

Е. Ориентировочное значение усредненной величины полной мощности.

[pic] 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 распределения 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

Uo=48 B

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.

1. Номинальное напряжение вводов сети 380 В.

2. Номинальный ток вводного автомата (А): 10, 10.

3. Количество вводов: а) от сети: 1.

б) от дизельной электростанции: 1.

4. Тип дизельной электростанции: стационарная.

5. Необходимость предусматривать АВР для включения АДЭС: да.

6. Необходимость контролирующих приборов:

А. Амперметры: да, на каждом вводе.

Б. Вольтметры: да, на каждом вводе.

В. Счетчики электроэнергии: да, на каждом вводе.

7. Количество автоматических выключателей потребителей:

|Ток, А |10 |10 |

|1ф | | |

|3ф |1 |1 |

| |От вводного автомата |От ДГУ |

8. Условие переключения АВР: при отклонения напряжения более допустимых по

ОСТ пределов.

Опросная карта (лист), для оформления заказа на шкаф ШВР2.

1. номинальное напряжение вводов сети 380В.

2. Номинальный ток вводного автомата (А): 6, 6, 10.

3. Количество вводов: а) от сети: - .

б) от дизельной

электростанции: - .

4. Тип дизельной электростанции: - .

5. Необходимость предусматривать АВР для включения АДЭС: - .

6. Необходимость контролирующих приборов:

А. Амперметры: да, на каждом вводе.

Б. Вольтметры: да, на каждом вводе.

7. Количество автоматических выключателей потребителей:

|Ток,А |Хоз: 6 А |Осв: 6 А |Вх.выпр: 10 А |

|1ф | |3 | |

|3ф |1 | |1 |

8. Условие переключения АВР: при отклонения напряжения более допустимых

по ОСТ пределов.

5.Вычисление усредненного значения годового потребления электрической

энергии и ожидаемой стоимости энергопотребления.

[pic] Вт

[pic] рублей.

6.Укрупненный расчет блока или модуля выпрямительного устройства.

(инвертор напряжения).

Блок-схема современного выпрямителя.

Выпрямитель 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:

[pic]

[pic]

Найдем амплитуду первой гармоники на входе по напряжению:

[pic]

Поскольку нам известна Um(1)вых=5 мВ, то найдем [pic]

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

-----------------------

ДГУ

Ввод 1

осв

Хоз.нагр

3

2

4

I0 ав.осв

I0 апп=20 A

I0 ин

3

I0 сум

I0 техн

U0=48 B

9

4

7

1

1

2

5

6

Возвращение реактивной мощности к источнику

I0 зар

S

Q

P

cos(

УЭПС-2 48/90 8-4 ЮПЗ «Промсвязь».

Cy2

Функциональная схема выпрямителя с бестрансформаторным входом.

Cу1, Су2- схемы управления корректором коэффициента мощности и инвертора,

соответственно, Др- драйверы мощных транзисторов инвертора.

Q1

B1

KKM

И

T

B2

F

ДР

Cy2

OC(I)

OC(U)

Bдоп

Cy1

сеть

Rs

OC(U)

Рег I/U

Tu

U01

t

U

t

U

t

U

U0 выделяет фильтр

Т

Ти

E

t

I

Io ин выделяет фильтр

Io max

Ти

Т

U,I

t

1 2

0???????????????????????

3