Система бесперебойного электропитания телекоммуникационного узла

Министерство Российской Федерации по связи и информатизации

Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики

Курсовая работа на тему:

тАЬСистема бесперебойного электропитания телекоммуникационного узлатАЭ

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 Влпотери связиВ» в зависимости от сферы обслуживания исчисляется суммами от 10 до 800 тыс. долл. в час

Данные: Тип узла тАУ 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; cosПЖхоз=0.7; cosПЖвыпр=0.95; Рубп, перем. тока=0.4 кВт; ηпр=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=-9ЛЪС. 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 вводнотАУраспределительный с одним вводом городской сети и резервным вводом ДГУ. 2 - шкаф вводнотАУраспределительный.3 тАУ установка бесперебойного питания постоянного тока. 4 тАУ модули выпрямителей. 5 тАУ устройство коммутации и защиты аккумуляторных батарей. 6 - аккумуляторная батарея. 7 тАУ инвертор напряжения. 9 тАУ двигатель тАУ генераторная установка. Обозначение токов: I0 тАУ 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=-9ЛЪC.

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:

АВ·час,

где Кi=0.92 тАУ коэффициент отдачи емкости в зависимости от величины разрядного тока, t - средняя температура элемента в град. по Цельсию.

АВ·час,

Теперь учтем, что аккумулятор за 10 лет теряет 20% своей емкости.

Свыб=1.2В·Сн=455.37 АВ·час.

Так как по заданию 1 аккумуляторная батарея, то её емкость будет 490 АВ·час.

Рассчитаем ток разряда:

А;

Аккумуляторы герметичного исполнения, с регулирующим клапаном OPZv тАУ 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,

ВВ·Ар,

ВАр

Заметим, что полученная величина Sсум определяет максимальную, т.н. ВлзаявляемуюВ» 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 тАУ 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 тАЬПромсвязьтАЭ, далее ЮПЗ тАЬПромсвязьтАЭ.

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

IoΣ=85.05 А

Я взял ИБП 1 тАУ 48/160 с 4 выпрямителями типа ВБВ 48/30 тАУ 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 ВлнаружныхВ» 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.

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:

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 тАУ 4 формируют положительную полуволну, а отрицательную 1 тАУ 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 ВлТелекоммуникацииВ» Новосибирск 2003г.

2. Лекции

Вместе с этим смотрят:

Система сжатия и уплотнения каналов
Системы подвижной спутниковой связи на основе низкоорбитальных ИСЗ
Системы связи
Случайные процессы