Электропитание устройств и систем телекоммуникаций. Вариант № 03

1. Рассчитать количество и емкость элементов аккумуляторных батарей и выбрать их тип; найти ток выпрямителя и мощность, потребляемую ЭПУ от внешней сети; выбрать типовое выпрямительное устройство; выбрать вводный шкаф; рассчитать заземляющее устройство и выбрать автомат защиты.
- составить функциональную схему системы электропитания и перечень элементов с указанием всех типов выбранного оборудования
Исходные данные к расчету
Предпоследняя цифра пароля 0 Последняя цифра пароля 3
Напряжение питания основного канала цепи постоянного тока, U0, В 60 Удельное сопротивление грунта,
r0, Ом×м /7,14/ 6
Максимальный ток нагрузки, I0, А 400 Длина шинопровода (кабеля) lф, км
 1,5
Ток аварийного освещения, IОСВ, А 5 Место прокладки шинопровода (кабеля) воздух
Полная мощность потребления на хозяйственные нужды, SХОЗ , кВА 5 Первичная сеть трехфазная, четырехпроводная, UФ=220В, fС=50Гц по ГОСТ 13.109 - 97
Коэффициент мощности нагрузки на хоз. нужды, cosjхн , отн.ед. 0,97 
Время разряда аккумуляторных батарей,
tр , час 3 
Рабочая температура окр. среды, tср, ̊ С +20 

3. Рассчитать количество и емкость элементов аккумуляторных батарей и выбрать их тип

4. Найти ток выпрямителя и мощность, потребляемую ЭПУ от внешней сети; выбрать типовое выпрямительное устройство

5. Расчет заземляющего устройства

6. Выбор автомата защиты

7. Выбор дизель-генераторной установки.

8. Составляем функциональную схему ЭПУ и перечень элементов с указанием типов всех, используемых устройств.
______________________________
1 ЗАДАНИЕ И ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ
КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

В контрольной работе необходимо выполнить следующее:
- рассчитать количество и емкость элементов аккумуляторных батарей и выбрать их тип; найти ток выпрямителя и мощность, потребляемую ЭПУ от внешней сети; выбрать типовое выпрямительное устройство; выбрать вводный шкаф; рассчитать заземляющее устройство и выбрать автомат защиты.
- составить функциональную схему системы электропитания (см. рис. П1) и перечень элементов с указанием всех типов выбранного оборудования (рис. П2).
Исходные данные к расчету выбираются из таблиц 1 и 2 в соответствии с номером зачётной книжки.
Контрольная работа выполняется в обычной ученической тетради (или на листах формата А4). Она должна быть аккуратно оформлена, разборчиво написана на одной стороне каждого листа, т.е. на правой странице развернутой тетради. Левая страница должна быть оставлена чистой, так как она предназначена для внесения студентами исправлений и дополнений по результатам рецензии.
Для замечаний преподавателя на каждой странице тетради необходимо оставлять поля шириной 3...4 см. Все страницы нумеруются.
На обложке тетради следует наклеить заполненный адресный бланк, а на первой странице тетради должен быть титульный лист с указанием номера варианта.
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ДОЛЖНА ОБЯЗАТЕЛЬНО СОДЕРЖАТЬ:
- исходные данные к расчету;
- 4 -


Таблица 1 - Варианты задания
Предпоследняя цифра номера зачетной книжки 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Напряжение питания основного канала цепи по-стоянного тока, U0, В 60 48 24 48 60 24 60 48 24 48
Максимальный ток нагрузки, I0, А 400 500 700 300 1000 450 750 450 550 650
Ток аварийного освещения, IОСВ, А 5 3 4 4,5 3,5 2,8 1,9 2,7 3,2 4,7
Полная мощность потребления на хозяйственные нужды, SХОЗ , кВА 5 6 7 8 10 3 4 3,5 5 4
Коэффициент мощности нагрузки на хоз. нужды, cos хн , отн.ед. 0,97 0,93 0,9 0,95 0,98 0,94 0,92 0,91 0,96 0,89
Время разряда аккумуляторных батарей,
tр , час 3 5 1 3 5 1 3 5 1 3
Рабочая температура окр. среды, tср, ̊ С +20 +18 +10 +12 +25 +20 +18 +15 +10 +12

Таблица 2 - Варианты задания

Последняя цифра номера зачетной книжки 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Удельное сопротивление грунта,
0, Омм /7,14/ 20 30 10 6 40 30 20 80 50 40
Длина шинопровода (кабеля) l ф, км
 1,0 1,9 2,0 1,5 0,9 2,1 3,0 1,7 1,6 2,6
Место прокладки шинопровода
(кабеля) земля воздух земля воздух земля воздух земля воздух земля воздух
Первичная сеть трехфазная, четырехпроводная, UФ=220В, fС=50Гц по ГОСТ 13.109 - 97

-  описание буферной системы электропитания, которая будет рассчитываться;
- расчетные формулы привести в общем виде и с подставленными в системе СИ численными значениями величин;
- схемы и графики должны соответствовать требованиям ЕСКД (чертежи могут быть выполнены карандашом);
- все рисунки, графики, чертежи и таблицы должны быть пронумерованы;
- в конце контрольной работы привести перечень элементов схемы, выполненный в соответствии с требованиями ЕСКД;
- список литературы;
- работа должна быть подписана и указана дата.
Допускается выполнение контрольной работы с помощью средств вычисли-тельной техники.
Получив контрольную работу с рецензией преподавателя, студент должен ознакомиться со всеми замечаниями, исправить отмеченные ошибки и письменно ответить на все поставленные преподавателем вопросы.
В том случае, если контрольная работа выполнена неудовлетворительно и возвращена студенту, необходимо внести в неё исправления или выполнить задание заново в соответствии с указаниями преподавателя, после чего её следует снова выслать для повторной проверки вместе с незачтённой ранее работой.

2 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

2.1 Структурная схема энергоснабжения предприятия связи.
Схемы бесперебойного электроснабжения

Предприятия электросвязи относятся к потребителям первой категории и их энергоснабжение должно обеспечиваться от трех независимых источников. Два внешних ввода должны быть от отдельных электростанций, а третий – от собст-венной дизельной электростанции.
Система электроснабжения – это комплекс сооружений на территории предприятия связи и в производственных помещениях, обеспечивающий функ-ционирование предприятия связи, как в нормальных, так и в аварийных режимах его работы. Структурная схема электроснабжения предприятия связи приведена на рисунке 1. 
Схема включает в себя такие устройства:
- трансформаторные подстанции (ТП1 и ТП2);
- дизель – генераторную установку (ДГУ);
- автомат ввода резерва (АВР);
- шкаф вводный распределительный переменного тока (ШВР);
- электропитающую установку (ЭПУ);
- систему вентиляции и кондиционирования (СВ и К);
- электросети освещения;
- систему мониторинга и управления (СМ и У).

- 6 -
Рисунок 1 – Структурная схема электроснабжения предприятия связи

Трансформаторная подстанция обеспечивает понижение напряжения от (6...10) кВ до 220/380 В трехфазного переменного тока промышленной частоты 50 Гц. Вторичные цепи трансформаторов подстанций должны быть включены по схеме звезда с нулевым проводом и иметь систему заземления.
АВР - автомат ввода резерва, осуществляет переключение на резервный ввод 2 (фидер) в случае пропадания напряжения на основном вводе 1 (фидере). При пропадании напряжения на обоих фидерах осуществляется подключение дизель- генераторной установки (ДГУ). Ее запуск выполняется автоматически сжатым воздухом или с помощью электрического стартера. Запуск дизеля должен произойти за (1...3) минуты. Разрешается запускать его с помощью стартера до 3-х раз (по 5...6 с). Это обусловлено возможностью выхода из строя стартерных аккумуляторов. Мощность ДГУ лежит в пределах от 8 до 1500 кВт. В системах электроснабжения чаще всего используется два ДГУ, один – основной, другой – резервный.
 ШВР – шкаф вводный распределительный обеспечивает ввод и распределение энергии по потребителям с помощью различных токоведущих шин, а также защиту потребителей от перегрузок по напряжению и токов короткого замыкания. На передней панели ШВР расположены измерительные приборы для контроля коэффициента мощности (cosj) и полной потребляемой мощности (S), а также автоматы защиты. Иногда в ШВР монтируют и АВР.
Система вентиляции и кондиционирования воздуха (СВ и К) обеспечивает нормальное функционирование (что также повышает надежность системы) ЭПУ,
ДГУ, аккумуляторных батарей. СВ и К регулирует температурный режим отдельных устройств. При зарядке аккумуляторной батареи происходит выделение газов в окружающую среду, поэтому необходимо производить очистку воздуха для обеспечения нормальной жизнедеятельности персонала. СВ и К обеспечивает циркуляцию воздуха и его очистку от вредных примесей.

- 7 -
 Система мониторинга и управления осуществляет контроль состояния всех основных узлов и передачу этой информации в сервисный центр. Для этого используется контроллер (устройство логического управления) и модем для передачи информации по телефонным каналам.
Электропитающая установка – это комплекс устройств, предназначенных для распределения электрической энергии, её регулирования, резервирования, стабилизации и контроля качества питающих напряжений. Она включает в себя основное и резервное выпрямительные устройства (ВУ), инверторы (И) и конверторы (К) напряжения, аккумуляторную батарею (АБ), токораспределительную сеть (ТРС) и систему заземления.
ВУ – выпрямительное устройство - преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока и может состоять из нескольких параллельно включенных выпрямителей для увеличения тока нагрузки. ВУ могут работать в двух режимах: в режиме стабилизации напряжения для питания аппаратуры связи и подзарядки АБ (нормальный режим); в режиме стабилизации тока заряда АБ после их разряда на нагрузку в условиях отсутствия напряжения переменного тока (аварийный режим).
И - инвертор напряжения - преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока заданной частоты прямоугольной или синусоидальной формы и обеспечивает его стабилизацию.
К - конвертор напряжения – преобразует постоянное напряжение одного уровня в постоянное напряжение другого уровня. Конвертор напряжения включает в себя инвертор напряжения и выпрямитель. Промежуточным звеном является высокочастотный трансформатор. Конвертор напряжения может выполнять одну из двух функций в системе электропитания:
- формировать дополнительные градации (уровни) напряжения;
- обеспечивать вольтодобавку к аккумуляторной батарее при ее разряде в аварийном режиме работы.
АБ - аккумуляторная батарея – химический источник постоянного тока. Используется в качестве резервного источника энергии в аварийном режиме до момента запуска ДГУ. После аварии происходит восстановление элементов АБ в режиме стабилизации тока от одного из источников переменного тока.
Получение бесперебойного энергоснабжения на стороне постоянного тока может быть обеспечено различными способами.
На предприятиях связи используются пять модификаций системы: буферная система электропитания; буферная система электропитания с вольтодобавочным конвертором (ВДК); буферная система с конвертором; система с отделенной от нагрузки АБ; безаккумуляторная система. Они представлены на рисунках 2...6.

В буферной системе электропитания АБ постоянно подключена к нагрузке (рис. 2).

Рисунок 2 – Буферная система электропитания

Преимуществом буферных систем электропитания является использование сглаживающих свойств АБ, что значительно уменьшает габаритные размеры сглаживающих фильтров, установленных на выходе ВУ. Недостатком данной системы является воздействие импульсной нагрузки на АБ, что снижает срок службы, особенно герметичных аккумуляторов в нормальном режиме работы. При повышенных требованиях к качественным показателям напряжения питания и длительной работе от АБ в аварийных режимах используется буферная система питания с вольтодобавочным конвертором – ВДК (рис.3).


Рисунок 3 – Буферная система электропитания с ВДК

В нормальном режиме контактор К1 разомкнут, элементы АБ поддерживаются в нормальном состоянии от ВУ. Одновременно обеспечивается питание основного оборудования от выпрямителя. В аварийном режиме замыкается контактор К1 и выход ВДК соединяется последовательно с АБ, вход ВДК при этом подключается к АБ. При разряде АБ ВДК добавляет недостающую долю напряжения для обеспечения постоянства напряжения на нагрузке. Это иллюстрируется графиком на рисунке 4.
Диод VD необходим для обеспечения непрерывного протекания тока в мо-мент срабатывания контактора К1. Он приводит к дополнительным потерям мощности и снижению к.п.д. устройства. Существуют схемы подключения конвертора напряжения и с двумя контакторами без использования диода. В такой схеме имеет место более высокий КПД, но при этом снижается надежность системы.

– 9 –
Рисунок 4 – Изменение напряжения ВДК от времени

Буферная система электропитания с конвертором (рис.5).


Рисунок 5 – Буферная система электропитания с конвертором

Конвертор предназначен для стабилизации выходного напряжения U0 и компенсации изменения напряжения на аккумуляторной батарее. Однако, конвертор должен быть рассчитан на полную мощность нагрузки, что не всегда предпочтительно по сравнению с буферной системой с ВДК.
В системе с отделенной от нагрузки АБ (рис. 6) в нормальном режиме работы питание аппаратуры обеспечивается за счет ВУ. АБ подзаряжается от дополнительного выпрямителя содержания (ВС). Устройство управления (УУК) кон-


Рисунок 6 – Система электропитания с отделенной от нагрузки АБ


- 10 -
тролирует напряжение на нагрузке. При его снижении ниже допустимой нормы срабатывает электронный ключ ЭК (тиристорный или транзисторный), а затем контактор К1. Преимуществом этой системы является отсутствие влияния им-пульсной нагрузки на работу АБ. К недостаткам можно отнести: низкий КПД основного выпрямителя (ВУ) за счет больших габаритных размеров сглаживающих фильтров и дополнительного выпрямителя - ВС.
Безаккумуляторная система электропитания (рис. 7) требует наличие не
Рисунок 7 – Безаккумуляторная система электропитания

менее трех независимых источников энергии, один из которых дизель- генератор. В этой системе всегда работает парное число выпрямителей, при этом улучшается форма потребляемого тока и они должны быть загружены не более чем на 50%. При пропадании напряжения на одном из фидеров замыкается К2 и выпрямители подключаются к другому фидеру. Преимуществом этой системы является простота схемы построения, дешевизна системы. Но по ряду, в основном организационных причин, схема не нашла широкого применения.

2.2 Шкафы вводно-распределительные
Шкафы вводно – распределительные (ШВР) предназначены для ввода и распределения по потребителям электрической энергии трехфазного (однофазного) переменного тока, номинального напряжения 380 В (220 В), а также для защиты вводов сети и нагрузок потребителей от перегрузок и токов короткого замыкания, от перенапряжений, для контроля изоляции и т.п. Шкафы ШВР изготавливаются рядом предприятий в т. ч. ОАО Юрьев – Польским заводом “Промсвязь”.
Шкафы выпускаются с ручным подключением вводов (ШВРР), с автомати-ческим переключением вводов (ШВРА) и без автоматического выключателя для включения вводов (ШВРО). Предусмотрена возможность подключения к ШВР одного и более питающих вводов от сети общего назначения, а также дизель-генераторной установки . Номинальный ток шкафов – от 16 до 1000 А.
При необходимости в шкаф устанавливается панель коммутации аварийного освещения, которая обеспечивает автоматическое подключение сети аварийного освещения к аккумуляторной батарее при попадании напряжения переменного тока и

- 11 -

автоматическое отключение сети аварийного освещения от аккумуляторной батареи при восстановлении напряжения переменного тока. Максимальный ток сети аварийного освещения напряжением аккумуляторной батареи 60, 48 или 24 В составляет 100 А.

Условное обозначение ШВР


Размеры типовых конструктивов указаны в табл. 3.

Таблица 3 – Конструктивные размеры ШВР

Конструктивное
исполнение Высота (Н), мм Ширина (L), мм Глубина (В), мм


Настенное
 480 280 или 530 215
 630 280 или 530 215
 1080 530 215
 1230 530 215
 1380 530 215

Напольное
 1650, 1950, 2250 600 400
 1650, 1950, 2250 800 400
 1650, 1950, 2250 600 600
 1650, 1950, 2250 800 600

Конструктивом предусматривается обслуживание шкафа с лицевой стороны.
Корпуса шкафов настенного и напольного исполнения выполнены из стали с по-крытием порошковой краской.
В шкафу предусматриваются все необходимые приспособления для подключения подводимых кабелей с учетом их сечения и места подвода.
В зависимости от условий эксплуатации и конструктивных требований могут быть использованы специальные шкафы, предназначенные для установки вне помеще -

- 12 -
ний, а также (при небольшом наборе автоматических выключателей) пластиковые боксы на 4...36 модулей.
Рассмотрим наиболее характерные примеры использования ШВРА в системах электроснабжения.
На рис. 8 представлена схема электроснабжения потребителей с несколькими шкафами ввода.


Рисунок 8 – Пример схемы электроснабжения потребителей с несколькими ШВР

Одной из самых распространенных схем ШВРА является схема с двумя вводами от сети. Эта схема реализуется в шкафах типа ШВРА 380 / Iн – 20П (С), где Iн – номинальный ток вводных автоматов и приведена на рисунке 9.
Рисунок 9 а – вариант питания потребителей от одного ввода сети, когда другой ввод находится в резерве.
Рисунок 9 б – вариант питания двух групп потребителей, каждой – от своего ввода сети. При пропадании напряжения на одном из вводов обе группы потребителей переключаются на другой ввод с помощью контакторов.
Рисунок 9 в то же, что и рисунок 9 б, но переключение обеспечивается автоматами с моторными приводами.
Шкаф ШВРА 380/Iн – 20П (С) также обеспечивает:
- местную световую и дистанционную сигнализацию о включении кон-тактора первого или второго сетевого ввода и наличии напряжения на вводах;

- 13 -



Рисунок 9 – Варианты схемы ШВРА с двумя вводами от сети

- возможность индикации наличия напряжения в каждой фазе сети;
- возможность индикации наличия тока в каждой фазе сети;
- стрелочные индикаторы и счетчик учета электроэнергии.
 Для электроснабжения электроприемников особой группы первой категории предназначаются шкафы типа ШВРА 380/Iн – 21П (С), где Iн – номинальный ток вводных автоматов. Они предусматривают возможность подключения дизельной электростанции к потребителям и имеют два ввода от сети и один ввод от ДГУ. На рис. 10 представлены различные варианты схемы ШВРА 380/Iн –21П (С).
Рисунок 10 а – ДГУ подключается к потребителям вручную. Блокировка ру-бильников Q4 и Q5 исключает возможность одновременного присутствия напряжения на шинах питания нагрузки.
Рисунок 10 б – автоматическое подключение ДГУ, для чего предусматривается второй АВР.
Рисунок 10 в – вводы внешней сети (СЕТЬ 1 и СЕТЬ 2) подключаются к потребителям через устройство автоматического ввода резерва (АВР) ШВРА и АВР ДГУ. ДГУ подключается к потребителям через собственное устройство АВР.
ШВРА 380/Iн – 21П(С) также обеспечивает:
- местную световую и дистанционную сигнализацию о включении контак-тора первого или второго сетевого ввода и наличии напряжения на вво-дах;
- возможность индикации наличия напряжения в каждой фазе сети;
- возможность индикации наличия тока в каждой фазе сети;
- ручное или автоматическое переключение на ДГУ;
- стрелочные индикаторы и счетчик учета электроэнергии.
Для надежного электроснабжения необслуживаемых регенерационных пунктов выпускаются шкафы вводно-распределительные типа ШВРА 380/Iн-21 С и ШВРА 220/Iн-21 С. Эти шкафы предназначены для эксплуатации в закрытых помещениях с температурой окружающего воздуха от минус 40oС до + 40oС и обеспечивают:
- электропитание технологической нагрузки;
- освещение наземных и подземных коммуникаций напряжением 36В;
- включение термостата – антиконденсационной пластины;
- сигнализацию местную световую и дистанционную о включении контактора основного или резервного ввода и о наличии напряжения на вводах;
- возможность индикации наличия напряжения на каждом из вводов сети;
- учет потребляемой электроэнергии на вводах СЕТЬ 1 и СЕТЬ 2;
- ручное переключение СЕТЬ – ДГУ.

2.3 Силовые кабели и шинопроводы

Широкое применение в системах электроснабжения находят четырехжильные силовые кабели, которые имеют сечение токопроводящих жил от 4 до 185 мм2 и изготавливаются на напряжения до 1 кВ /15/. Четвертая жила является заземляющей или зануляющей. Она может иметь одинаковые с фазным жилами сечение для кабелей сечением до 120мм2 или уменьшенное сечение.


- 15 -



Рисунок 10 – Варианты схемы ШВРА 380/In-21П (С)
 На рис. 11 изображено сечение четырехжильного кабеля с секторными жилами.

Рисунок 11 – Сечение четырехжильного кабеля

Буквенные обозначения в маркировке кабелей с медными жилами приведены ниже. Они определяются конструкцией брони, изоляцией и защитными покровами.
 Б – броня из двух спальных лент с антикоррозионным защитным покровом;
 БН – тоже с негорючим защитным покровом;
 Г – отсутствие защитных покровов поверх брони или оболочки;
 Л(2Л) – в подушке под бронёй имеется слой (два слоя) из пластмассовых лент;
 В(П) – в подушке под бронёй имеется шланг из поливинилхлорида (полиэтилена);
ШВ (Шп) – защитный покров в виде шланга (оболочки) из поливинилхлорида (полиэтилена);
 К – броня из круглых оцинкованных стальных проволок, поверх которых наложен защитный покров;
 Н – не горючий покров;
 П – броня из оцинкованных плоских проволок, поверх которых наложен защитный покров;
 C – свинцовая оболочка;
 В – изоляция или оболочка из поливинилхлорида;
 П – изоляция или оболочка из полиэтилена;
 Бб – броня из профилированной стальной ленты;
 Р – резиновая изоляция.
 
 Например, марка СРБ – 4x70 – кабель с резиновой изоляцией, свинцовой оболочкой, с бронёй из стальных лент и защитными покровами, четырехжильный, каждая жила имеет сечение 70 мм2.
В зависимости от условий эксплуатации, места прокладки, охлаждения, величины протекающего тока предпочтительны определённые типы кабелей. Некоторые из них с допустимыми токовыми нагрузками приведены в таблице 4.
Магистральные шинопроводы марки ШМА собраны из прямоугольных алюминиевых шин, изолированных друг от друга, расположенных вертикально и зажатых между специальными изоляторами внутри перфорированного корпуса.

- 17-
Таблица 4 – Допустимые токовые нагрузки медных четырехжильных кабелей на напряжение до 1 кВ

Сечение основ-ной жи-лы,
мм2 Сопротивление одной жилы по-стоянному току, Ом/км Допустимый ток, А
  Кабели в свинцовой или аллюминиевой оболочке, прокладываемые в земле
ВБбШВ ; ВБбШП
СБВ Кабели в свинцовой оболочке, прокладываемые на воздухе
СБШВ ; СБГ
СБ2Л;СРБГ
4 4,7 35 35
6 3,11 45 45
10 1,84 60 60
16 1,16 80 80
25 0,734 100 100
35 0,529 120 120
50 0,391 145 145
70 0,27 185 185
95 0,195 215 215
120 0,154 350 260
150 0,126 395 300
185 0,100 450 340

Число шин – 3,4 или 6. Шинопроводы марки ШМА предназначены для четырехпроводных сетей с глухозаземленной нейтралью. Распределительные шинопроводы марок ШРА и ШРМ используются для передачи и распределения электроэнергии с возможностью непосредсвенного присоединения к ним электроприемников в системах с глухозаземленной нейтралью при напряжении 220/380 В. Шинопровод типа ШРМ выполнен медными шинами /15/. Некоторые типовые шинопроводы приведены в таблице 5.

Таблица 5 – Типовые шинопроводы

Тип
шинопро-вода Номи-нальный ток, А Сопротивле-ние на
фазу, Ом/км Тип
шинопро-вода Номи-нальный ток, А Сопротив-ление на
фазу, Ом/км
ШМА 73 1600 0,031 ШРА У 630 0,085

ШМА 68Н 2500 0,027 ШРА 73 250 0,2
 4000 0,013 ШРМ 75 100/250 0,75

ШРА 74 400 0,15 ШЗМ 16 1600 0,018
 630 0,14   

- 18-
2.4 Аккумуляторные батареи
Аккумулятор – это химический источник тока многократного действия. Он способен накапливать, длительно сохранять и отдавать по мере надобности электрическую энергию, полученную от внешнего источника постоянного тока.
2.4.1 Современные типы аккумуляторов

В настоящее время на предприятиях связи используются закрытые и герметичные аккумуляторы. Наиболее широкое распространение получили свинцовые аккумуляторы (никель- кадмиевые АБ применяются только в особых случаях при жестких требованиях по температуре). Это связано с высокими технико-экономическими показателями кислотных АБ – большой удельной энергоемкостью и малым значением стоимости на единицу количества электричества. К достоинствам свинцовых аккумуляторов относится также их высокая надежность
и относительно низкие эксплуатационные затраты. Срок службы стационарных аккумуляторов может достигать 12...15 лет, стартерных – 4...5 лет. По конструктивным особенностям аккумуляторы делятся на две большие группы – закрытого типа и герметичные. Закрытые негерметичные аккумуляторы (ЗНА) выпускают в настоящее время ряд зарубежных фирм. Основными представителями рынка не
герметичных аккумуляторов для электросвязи являются корпорация COSLIGHT в
Китае (серия GF), Северо – америнканское предприятие Телеком (Nort American Telecom (серии OPzS, OPzL, Ogi, UPS, OpzS, Ogi), OLDHAM France (серии OPzS, LIC, UTC, NTC и др.) и т.д./1,2/. Все ЗНА можно условно разделить на два типа: конструкция с избыточным объёмом электролита и конструкция с возможностью долива воды. Корпус выполняется из прозрачной пластмассы.
Герметичные аккумуляторы изготавливаются из непрозрачной пластмассы. На верхней крышке расположены выходные клеммы и регулирующий клапан. Часто регулирующий клапан скрыт декоративно-защитной панелью и обнаружить его трудно. Регулирующий клапан имеет принципиальное отличие от пробки ЗНА, хотя в некоторых моделях выглядит как заливная пробка. Он осуществляет одностороннее пропускание газов из бака аккумулятора наружу, снимает избыточное давление, но препятствует проникновению газообразных примесей внутрь бака. Герметичные аккумуляторы в зависимости от способа связи электролита делят на два типа:
- аккумуляторы с микропористым сепаратором, который пропитывается сернокислотным электролитом. Капиллярная структура сепаратора предотвращает вытекание электролита. По такому принципу строятся аккумуляторы фирм OLDHAM France (АБ типа OPzS, TC, EG, ESPACE и др.), YUASA и CHLORIDE.
- аккумуляторы с желеобразным силиконовым электролитом нетекучей, вязкой консистенции. Сепаратор в этом случае изготавливается аналогично “классическим” аккумуляторам. По такому принципу строятся аккумуляторы VARTA и HAGEN /3,4/.

- 19-
Во время эксплуатации закрытых и герметичных аккумуляторов должны обязательно соблюдаться следующие условия:
1. Содержание в режиме “плавающего заряда”, то есть превышение напряжения выпрямителя содержания над ЭДС АБ при любых изменениях этой ЭДС должно быть равно 0,14 В/элемент. Последнее равно напряжению поляризации кислотного аккумулятора. Величина ЭДС ЗНА и герметичных аккумуляторов различна. У герметичных она выше за счет более высокой концентрации электролита. Поэтому напряжение “плавающего” заряда в нормальных условиях равно ЭДС + напряжение поляризации = 2.14+ 0.14 = 2.28В/элемент. Динамика заряда приведена на рис.12. На рисунке обозначено: 1 – кривая напряжения, 2 – кривая тока (величина тока принята условно).


Рисунок 12 - Динамика заряда аккумуляторов

2. Нестабильность напряжения “плавающего заряда” должна быть не более 1%, поскольку рекомбинация газа наиболее эффективна при малом газовыделении. При большом газовыделении избыток не рекомбинированного газа сбрасывается через клапан, что отрицательно сказывается на долго-вечности АБ.
3. Требуется температурная компенсация напряжения “плавающего заряда”. Понижение напряжения “плавающего заряда”, как и понижение температуры, ведут к саморазряду и уменьшению гарантированного времени разряда до конечного напряжения. На рисунке 13 приведена типичная зависимость напряжения “плавающего заряда” от температуры, поддерживаемая выпрямителем содержания.
4. Конечное напряжение разряда закрытых аккумуляторов может быть ниже, чем у открытых, благодаря лучшей диффузии активных веществ. Кроме того, эти аккумуляторы допускают разряд при низких температурах (рис. 14), хотя отдают при этом меньшую ёмкость.
Несоблюдение перечисленных условий приводит к значительному сокращению

- 20-

Рисунок 13 - Зависимость напряжения “плавающего заряда” от температуры


Рисунок 14 - Конечное напряжение в зависимости от температуры

срока службы АБ. Так, например, повышение температуры на 100С сокращает срок службы герметичных АБ в два раза, если номинальные параметры рассчитаны на температуру +200С. На закрытые батареи температура оказывает меньшее влияние, но оно тоже существенно.

2.4.2 Электрические характеристики аккумуляторов
 
1. Емкость аккумулятора – это количество электричества, которое можно получить от аккумулятора в определенных условиях разряда.
Номинальная емкость аккумулятора, приведенная к условному 10-часовому режиму разряда при температуре среды 20оС, зависит от ряда факторов: тока разряда Iр, времени разряда tр и соответствующего ему коэффициента отдачи по ем-

- 21 –
кости hQ, температуры окружающей среды tср :

 ,   (Aч)

где hQ находится в пределах от 0,51...1,0 ( см. далее таблицу 10 ).
2. Номинальное напряжение аккумулятора – это напряжение на выводах полностью заряженного аккумулятора в течение первого часа разряда током 10 – часового режима разряда при температуре электролита 20°С (UЭЛ..НОМ = 2 В).
3. Напряжение в конце разряда равно UЭЛ.КР = (1,75...1,8) В. При разряде аккумулятора токами, превышающими ток 10 – часового режима разряда, напряжение в процессе разряда будет понижаться быстрее, чем в 10 – часовом режиме и достигнет уровня 1,8 В, когда с аккумулятора еще не снята номинальная емкость. В таких случаях, показателем окончания разряда является величина напряжения на одном элементе.
4. Величина напряжения для заряда должна быть больше ЭДС (E), так как зарядному току приходится преодолевать внутреннее сопротивление аккумулятора (напряжение поляризации, равное IЗ×RВН): UЗАР=E+IЗ×RВН= (2,14+0,14)В.
5. Внутреннее сопротивление аккумулятора RВН складывается из сопротивления аккумуляторных пластин, сепаратора и электролита. Внутреннее сопротив-
ление увеличивается по мере разряда в силу уменьшения плотности электро-лита,
а также в связи с образованием сульфата свинца. Омическое сопротивление одно
го, полностью заряженного, элемента составляет примерно 0,0036 Ом, а в состоя
нии полного разряда – 0,007 Ом.
6. Плотность электролита заряженного аккумулятора составляет (1,25...1,3) г/см3 , в состоянии разряда – 1,05 г/см3.
2.5 Системы заземления

В задаче энергоснабжения предприятия связи системы заземления играют важную роль и как рабочий элемент энергораспределения, и как гарант защиты персонала от поражения электрическим током.
Заземление в электропитающих установках может выполняться на стороне переменного и на стороне постоянного тока.


2.5.1 Заземление на стороне переменного тока

В системах канализации электрической энергии находят применение четы-рех- и пятипроводные линии (трехпроводные линии используют крайне редко). Некоторые варианты систем заземления приведены на рисунке 15.


- 22-


а) система TN-S; б) система TN-C; в) система TT; г) система IT.

Рисунок 15 – Заземление на стороне переменного тока

На рисунке применяются следующие обозначения:
Первая буква - характер заземления источника питания:
Т - непосредственное присоединение одной точки токоведущих частей ис-
точника питания к земле;
I - все токоведущие части изолированы от земли или одна точка заземлена через сопротивление.
Вторая буква - характер заземления открытых проводящих частей электроустановки:
Т - непосредственная связь открытых проводящих частей с землей, незави-симо от характера связи источника питания с землей;
N - непосредственная связь открытых проводящих частей с точкой заземления источника питания (в системах переменного тока обычно заземляется нейтраль).
Последующие буквы - устройство нулевого рабочего и нулевого защитного проводников:
S - функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников обеспечиваются раздельными проводниками.
С - функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников объединены в одном проводнике.


нулевой рабочий проводник (N)

нулевой защитный проводник (РЕ)

совмещенный нулевой рабочий и защитный проводник (PEN)

- 23-

1 – заземление источника энергии;
2 – открытые проводящие части;
3 – заземление корпуса оборудования;
4 – заземляющий резистор;
L1, L2, L3 – фазы сети.
В системе ТN-S нулевой рабочий и нулевой защитный проводники работают раздельно; в системе TN-С нулевой рабочий и нулевой защитный проводники объединены по всей сети; в системе TT корпуса оборудования заземляются отдельно; в системе IT заземление нейтрали проводится через сопротивление.
Практические схемы заземления могут иметь и другие конфигурации.

2.5.2 Заземление на стороне постоянного тока


Решение о заземлении положительного или отрицательного полюса должно основываться на полярности питания аппаратуры и учитываться электрохимическая коррозия заземлителя. Существующие системы заземления цепей постоянного тока показаны на рисунке 16. Условные обозначения соответствуют схеме рис. 15.
Возможны и другие варианты заземления.



а) Система TN- S ; б) Система TN-C; в) Система TT; г) Система IT

Рисунок 16 – Заземление на стороне постоянного тока
 
- 24 -

2.5.3 Устройство заземлений

Заземляющие устройства делят на защитное и рабочее. Рабочее заземление предназначено для создания нормальных условий работы электроустановки. За

щитное заземление – электрическое соединение части электроустановки, нор-мально не находящейся под напряжением с заземляющим устройством, обеспечивающим электробезопасность персонала. Для выполнения заземлений различных назначений и разных напряжений рекомендуется применять одно общее заземляющее устройство, удовлетворяющее требованиям к заземлению этих установок /5/.
Заземляющее устройство состоит из заземлителя и заземляющих проводников.
В качестве заземлителей используются в первую очередь естественные за-землители: проложенные в земле стальные водопроводные трубы, стальная броня и свинцовые оболочки силовых кабелей, проложенных в земле, металлические конструкции зданий и сооружений, имеющие надежный контакт с землей.
Если естественных заземлителей недостаточно, то применяют искусственные заземлители.
Конструктивно искусственный заземлитель выполняется в виде одного – двух рядов горизонтальных и вертикальных электродов. Для электродов искусственных заземлителей применяются забиваемые в землю отрезки труб диаметром 50...75 мм, стержни. Электроды должны иметь длину 2,5...5 м. Верхний конец каждого электрода должен находиться на глубине не менее 0,5...0,8 м от поверхности почвы. Электроды располагаются друг от друга на расстоянии не менее
2,5...3 м и соединяются между собой горизонтальными полосами /6/.
В открытых распределительных устройствах с напряжением выше 1 кВ вокруг площади, занятой оборудованием, прокладывается замкнутый контур из горизонтальных заземлителей, к которому присоединяется оборудование.
Заземляемые части соединяются с заземлителем проводниками. В качестве заземляющих проводников могут использоваться специально предусмотренные для этой цели проводники, сечения которых не менее установленных в /5/, или металлические конструкции зданий, подкрановые пути, каркасы распределительных устройств, стальные трубы электропроводок, алюминиевые оболочки кабелей, металлические кожухи шинопроводов, короба, лотки, открыто проложенные трубопроводы, кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных веществ, канализации и центрального отопления. В электроустановках выше 1 кВ с эффективно заземленной нейтралью сечение заземляющих проводников проверяется по термической стойкости.
Расчет заземляющего устройства сводится к выбору числа и диаметра заземляющих стержней в зависимости от типа грунтов и формы электродов. Для определения сопротивления заземляющего устройства сначала рассчитывается величину сопротивления одиночного заземлителя RВ. В качестве заземлителя можно

– 25 –
принять стальную трубу, забитую вертикально в грунт на некоторую глубину h (рис 17, а). Сопротивление RВ зависит от удельного сопротивления грунта
Омсм (сопротивление образца грунта объемом 1 см3), длина трубы см, находя




а) вертикальный электрод; б) горизонтальный электрод
Рисунок 17 – Расположение заземлителей в грунте

щейся в грунте, наружного диаметра трубы d см и определяется по формуле /14/:

Ом,

где t –расстояние от поверхности земли до середины трубы (электрода), см.
Большое влияние на сопротивление RВ оказывает сезонное колебание прово-
димости верхних слоев грунта в зависимости от влажности и температуры воздуха. Чтобы уменьшить это влияние, необходимо трубу забивать в землю на глубину h=0,5...1,5 м от поверхности грунта до верхнего конца трубы (рис. 17, а).
Сопротивление заземлителя из стальной полосы прямоугольного сечения, уложенной горизонтально (рис.13, б.), определяется по формуле

Ом,  
где – длина полосы, см; b – ширина полосы, см (b=4...6 см); h – глубина заложения полосы, см (h=40...60 см).
Наиболее важным фактором, влияющим на сопротивление растекания тока в земле, является удельное сопротивление грунта Омсм. При проек-
тировании заземления величину 0 определяют опытным путем для того грун-та,
где будет сооружено заземляющее устройство, а коэффициент сезонности С

- 26 -
выбирают по таблицам. Наименьшее значение С =1 – для марта, наибольшее значение С =1,75...2,2 – для июля.
Согласно /5/ в электроустановках напряжением до 1 кВ и выше с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства в любое время года допускается , но не более 4 Ом, где I3 – расчетный ток замыкания на землю, в амперах. Если в нейтраль включен заземляющий резистор, то за расчетный ток принимают ток, равный 125% его номинального тока (1,25I0)
В установках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью применяется защитное зануление - металлическая связь защищаемых частей электроустановки с нейтралью источника. Заземление нейтрали источника является рабочим, и сопротивление его не должно превышать 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 380 и 220 В источника трехфазного тока. Соединение нейтрали трансформатора или генератора с заземлителем осуществляется специальным проводником, сечение которого не меньше допустимого по /5/. Заземлитель нейтрали должен рас-
полагаться вблизи трансформатора (генератора), а для внутрицеховых подстанций около стены здания.
Нулевой рабочий проводник от трансформатора до распределительного шкафа выполняется шиной, жилой кабеля, алюминиевой оболочкой кабеля, проводимость которых, должна составлять не менее 50% проводимости фазных проводов.
В качестве нулевых защитных проводников используются изолированные и неизолированные проводники, нулевые жилы кабелей и проводов, полосовая и угловая сталь, а также металлические конструкции зданий, подкрановые пути, стальные трубы электропроводок, металлические кожухи шинопроводов и др. На
воздушных линиях зануление осуществляется специальным проводом, проложен-ным на тех же опорах, что и фазные провода. Нулевой рабочий провод должен повторно заземляться: на концах воздушных линий длиной более 200 м; на от
ветвлениях от воздушной линии; на вводах от воздушной линии к электроуста-новке.
Сопротивление каждого повторного заземлителя не должно превышать 30, 60 Ом, а общее сопротивление всех повторных заземлителей – не более 10, 20 Ом для электроустановок 380, 220 В, соответственно. При выполнении повторных заземлений в первую очередь используются естественные заземлители (подземные части опор, грозозащитные заземления).
При повреждении изоляции в установке с глухозаземленной нейтралью возникает однофазное короткое замыкание (КЗ), ток которого равен

 (1) 
где UФ – фазное напряжение сети; - полное сопротивление петли фаза – нулевой провод; ZТ – полное сопротивление трансформатора при за

- 27-
мыкании на корпус, значение которого приведены в таблице 6.

Таблица 6 – Полное сопротивление КЗ трансформатора

Мощность транс-форматора, кВ×А 
40 
63 
100 
160 
250 
400 
630 
1000
Расчетное сопротив-ление, ZT, Ом 0,65 0,413 0,26 0,162 0,104 0,065 0,043 0,027

С допустимой для практики точностью принята алгебраическая сумма ZП и ZТ вместо геометрической. Ток IК , протекающий по петле фаза – нулевой проводник, должен привести к немедленному отключению поврежденного участка, для этого кратность тока КЗ к току уставки автоматического выключателя (номинальному току расцепителя IНР) или номинальному току плавкого элемента ближайшего предохранителя IН.ВСТ должна иметь нормируемую величину , которая приведена в таблице 7.

Таблица 7 - Кратность тока КЗ в сетях зануления

Вид защитного
аппарата Кратность k в помещениях
 с нормальной средой с взрывоопасной средой
Плавкие предохраните-ли 3 IН.ВСТ 4 IН.ВСТ
Автоматические выклю-чатели с обратнозависи-мой характеристикой  
3 IН.Р 
6 IН.Р
Автоматические выклю-чатели с электромагнит-ным расцепителем 1,4 IН.Р при IНОМ £ 100 А
1,25 IН.Р при IНОМ > 100 А 1,4 IН.Р при IНОМ £ 100 А
1,25 IН.Р при IНОМ > 100 А

В качестве нулевых защитных проводников применяются те же элементы, что и для заземляющих проводников, но к ним предъявляются дополнительные требования.  
Расчет зануления заключается в определении сопротивления фазных и нулевых проводников по схеме сети, подсчете тока КЗ по (1) и сравнении кратности тока КЗ с нормируемой величиной. Сопротивления петли фаза – нуль шинопроводов, кабелей, стальных труб, полос и других проводников, применяемых для зануления, можно определить и найти в /6,7/.

2.6 Устройства автоматической защиты

В системах электропитания такие факторы, как молния, коммутационные помехи при коротких замыканиях, обрывах, резком изменении нагрузки, могут вызвать перенапряжения или появление сверхтоков. Для избежания опасности

- 28-
повреждения в ЭПУ используются автоматические устройства защиты.
Устройства защиты цепи переменного тока должны обеспечивать защиту цепей питания аппаратуры от всплесков напряжения и тока, возникающих в питающей сети. Схема включения защитных устройств, расположенных в ШВР приведена на рис.18.

Рисунок 18 – Функциональная схема установки защитных устройств в ШВР

В состав оборудования защиты входят:
- устройства первичной защиты, содержащие разрядники (FV) для защиты цепей от ударов молнии и импульсов напряжения в питающей сети; устройства вторичной защиты, содержащие ограничители напряжения (варисторы VS) или элементы фильтрации (L), предназначенные для защиты цепей от всплесков и искажения формы напряжения питающей сети, устанавливаемые после устройств первичной защиты; устройства ввода и токовой защиты входных цепей переменного тока, устанавливаемые на вводном щите переменного тока;
- устройства распределения и защиты цепей переменного тока потребителей, измерительные приборы (Wh, А), устанавливаемые в распределительном щите;
- устройства регулирования напряжения на выходах к потребителям, запасные блоки, детали и защитные устройства, установленные на щите потребителей.
Перечисленные выше устройства могут быть выполнены как в виде отдельных блоков, так и в виде блоков, объединяющих несколько устройств.
Традиционно защита от перегрузок по току в аппаратуре решается путем включения механических и электронных реле в низкопотенциальные цепи.
Все защитные устройства делят на четыре класса А, В, С и D. Разделение по классам приведены в таблице 8.
Защитные устройства класса D представляют собой автоматы защиты с двумя расцепителями – тепловым и электромагнитным. Некоторые модели автоматов имеют электронные расцепители (например DPX – 630 и DPX – 1600). Основные
характеристики автоматических выключателей приведены в таблице П4.

- 29-

 Таблица 8 – Классификация защитных устройств
 

Класс и назначение защит-ного устройства Место
установки Функция Импульсный ток, А/мкС
8/20 Уровень
защиты


А Для использования на низковольтных воздушных линиях
 Провод ЛЭП 220/380 В. На столбах, на вводах Защита от коммутационных перенапряжений, наводок от ударов мол-ний Максимальный 30 кА
Номинальный 15 кА 

2 кВ


В Для защиты от пря-мых ударов молнии в здание, мачту, ЛЭП Главный распределительный щит, на вводе в зда-ние Защита от импульсных перенапряжений с высо-кой энергией между проводником и землей Максимальный 150 кА
(10/350 мкС – 15 кА)
Номинальный 15 кА 

2 кВ



С Для защиты токо-распределительной сети от коммутаци-о

Уважаемый студент дистанционного обучения,
Оценена Ваша работа по предмету: Электропитание устройств и систем телекоммуникаций
Вид работы: Контрольная работа 1
Оценка:Зачет
Дата оценки: хх.05.2020
Рецензия:Уважаемый ххххххххххххх,

Рогулина Лариса Геннадьевна