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 приходитсяна 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;

eq f (Р_осв;Р_авосв)=eq f (0.3;0.3) кВт;

S_хоз=1.2 кВА;

cosφ_хоз=0.7;

cosφ_выпр=0.95;

Р_{убп, перем. тока}=0.4 кВт;

h_пр=0.85

Число групп аккумуляторных батарей (N_AB=1).

Время аварийной работы от аккумуляторных батарей Т_АВ=8 часов.

Номинальная температура окружающей среды и её отклонения.

Т_мин=-9˚С.

Среднегодовое значение коэффициентов спроса:

К_с(техн + зар.бат)=0.9К_с(осв)=0.6К_с(ав.осв)=0.7К_с(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 числоотдельных блоков.

ДГУ

Ввод 1

осв

Хоз.нагр

I_{0
ав.осв}

I_{0
апп}=20 A

I_{0
ин}

3

I_{0
сум}

I_{0
техн}

U₀=48 B

9

4

7

1

2

5

6

I_{0
зар}

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

2. Расчет аккумуляторной батареи.

Определить номинальную емкость С_н при условиях: U₀=48B, T_разр=8 часов, I_разр=36.05 A, Т=-9˚C.

Число элементов в батареи: N_эл=U_{Б ном}/U_{эл ном}.=48/2.0=24

Ёмкостью определяют количество электричества, запасаемое илиотдаваемое аккумулятором, измеряемое в А.час. (С= I х Т). Различают номинальную емкость (С_н, как полученную от аккумулятора при нормальной температуре 200С в режиме 10 часового разряда током равным величине I_разр=0.1С и рабочую (С_р=_{IразрТразр}), полученную при других условиях. Названные емкости связаны соотношением:

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

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

С_выб=1.2·С_н=455.37 А·час.

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

Рассчитаем ток разряда:

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:

cosj

Б. Хозяйственные нагрузки:

В. Суммарные показатели потребления:

Вт,

В·Ар,

ВАр

Заметим, что полученная величина S_сум 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.

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

УЭПС-2 48/90 8-4 ЮПЗ «Промсвязь».

IoS=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 Р_убп=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

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

Вт

рублей.

6.Укрупненный расчет блока или модуля выпрямительного устройства.

(инвертор напряжения).

Блок-схема современного выпрямителя.

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

Cy2

Выпрямитель содержит:

А.Блок сетевыхвыпрямителей (БСВ), коммутируемый по входу автоматическим выключателем Q1. Диодное звено В1 выполняет первичное преобразование напряжения сети в пульсирующее напряжение U_d1. Вспомогательный маломощный выпрямитель В_доп обеспечивает стабилизированным напряжением питания элементы систем управления.

Б. Корректор коэффициента мощности (ККМ), выполняющий функции активного фильтра тока сети, повышения, фильтрации и стабилизации напряженияU₀₁ на выходе ККМ.

В. Инвертор напряжения (И), преобразующий постоянное напряжение U₀₁ в знакопеременное напряжение высокой частоты U₁с 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:

T_u

U₀₁

На выходе трансформатора:

На выходе В2:

U₀ выделяет фильтр

Т_и

Расчитаем максимальные амплиудные показатели по току и напряжению:

Т_и

Io ин выделяет фильтр

Io max

Найдем амплитуду первой гармоники на входе по напряжению:

Поскольку нам известна U_m(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)

Возвращение реактивной мощности к источнику

U,I

1 2

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. КозляевЮ.Д.СИСТЕМА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОГО УЗЛА

Задания и методические указания для курсовой работы для студентов, обучающихся по направлению «Телекоммуникации»Новосибирск 2003г.

2. Лекции

Система бесперебойного электропитания телекоммуникационного узла

Проверил: Козляев Ю.Д

Новосибирск 2003г

Данные:

U0=48 В;

I0=20 А;

eq f (Росв;Равосв)=eq f (0.3;0.3) кВт;

Sхоз=1.2 кВА;

cosφхоз=0.7;

cosφвыпр=0.95;

Рубп, перем. тока=0.4 кВт;

hпр=0.85

Число групп аккумуляторных батарей (NAB=1).

Время аварийной работы от аккумуляторных батарей ТАВ=8 часов.