Система бесперебойного электропитания телекоммуникационного узла

Работа из раздела: «Радиоэлектроника»

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

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

I0 ав.осв

I0 апп=20 A

I0 ин

I0 сум

I0 техн

U0=48 B

Возвращение реактивной мощности к источнику

I0 зар

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.

KKM

ДР

Cy2

OC(I)

OC(U)

Bдоп

Cy1

сеть

OC(U)

Рег I/U

U01

U0 выделяет фильтр

Ти

Io ин выделяет фильтр

Io max

Ти

U,I

1 2

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