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.

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 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

U
УЭПС-2 48/90 8-4 ЮПЗ «Промсвязь».
o=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.

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.