Проектирование электропитающих устройств маршрутно-релейной централизации

СОДЕРЖАНИЕ

Задание………………………………………………………………….2

Исходныеданные………………………………………………………3

1. Выбор ихарактеристикасистемы электропитанияМРЦ……..4

2. Комплектациящитовой установкиМРЦ панелямипитания…5

3. Расчет блокаППВ-1 в режимеинвертора……………………...6

4. Расчетаккумуляторной(контрольной)батареи 24 В…………8

5. Расчет ираспределениенагрузок панелиПР-ЭЦК……………10

6. Расчет нагрузкивыпрямителейпанели ПВП-ЭЦК……………13

7. Расчет стрелочнойпанели………………………………………14

8. Расчет мощностирельсовых цепейи преобразовательных панелейПП25-ЭЦК……………………………………………..15

9. Расчет вводнойпанели ПВ-ЭЦК,нагрузки навнешние сетипеременноготока и выборДГА………………………………..18

ЗАДАНИЕ

Для заданнойстанции, накоторой производитсяреконструкцияэлектрическойцентрализации,требуетсяразработатьэлектропитающуюустановку (ЭПУ)и рассчитатьеё основныеэлементы, включаяполупроводниковыйпреобразователь-выпрямитель.

Исходныеданные дляпроектированиявыбираем изтабл. 1, 2 методичкипо КП в соответствиис двумя последнимицифрами учебногошифра. Еслишифр заканчиваетсяодной цифрой,то предпоследнейсчитается 0.

ИСХОДНЫЕДАННЫЕ

1. Родтяги поездовна участкежелезной дороги(из табл.1 м-кипо КП):

Электрическаяпеременноготока;

2. Условиявнешнегоэлектроснабженияпоста МРЦ –два независимыхисточникаэлектроэнергиигосударственныхэлектросетей.Источникиэлектроэнергиииспользуютсядля питаниянароднохозяйственныхпотребителей,категориякоторых:

Фидер 1 ––категория 1;

Фидер 2 ––категория1.

Номинальноенапряжениена вводах впост ЭЦ составляет380 В, его колебаниянаходятся впределах от342 до 399 В.

Отклонениячастоты переменноготока не превышают+1 Гц.

3. Данные,характеризующиестанцию:

Расчетноечисло стрелок:80;

Число стрелок,передаваемыхна местноеуправление:4;

Маршрутныеуказатели путиотправленияпоезда: удалённые;

Число подходовк станции: 2;

Подверженностьснежным заносам:Да;

Климатическаязона: Влажная.

На станциисооружаетсяпост ЭЦ типа:Сз-57.

Подходы(перегоны) кзаданной станции– двухпутные,оборудованныечисловой кодовойавтоблокировкой25 Гц.

Тип рельсовна станции –Р65, маркикрестовинстрелочныхпереводов –1/11.

Стрелочныеэлектроприводы– постоянноготока типа СП-6с электродвигателямиМСП-0,25, 160 В.

Тип проектируемыхна станциирельсовых цепей– фазочувствительные25 Гц с путевымиреле ДСШ.

1. ВЫБОР ИХАРАКТЕРИСТИКАСИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯМРЦ

В соответствиис ОСТ 32.14-80, по которомувсе электроприемникижелезнодорожноготранспортав отношениинадежностиснабжения ихэлектроэнергиейразделены натри категории,устройстваЭЦ крупныхстанций (свыше30 стрелок) отнесенык особой группеприемников1-й категории.Приемники этойгруппы должныобеспечиватьсядвойным резервированиемэлектропитания,т. е. их электроснабжениедолжно осуществлятьсяот трех независимыхисточниковэлектроэнергии.

Так как наобслуживаемойстанции имеетсявозможностьобеспечитьэлектроснабжениеустройств МРЦпо двум раздельнымлиниям от двухнезависимыхисточниковвнешних сетейпеременноготока, то в качестветретьего независимогоисточникапитания предусматриваетсяустановкаавтоматизированногодизель-генератораДГА и электропитаниеустройств МРЦосуществляетсяпо безбатарейнойсистеме.

Так как используемыедля устройствЭЦ источникивнешнегоэлектроснабженияпитают потребителей1-й или 2-й категорий,то дизель-генераторна посту ЭЦдолжен автоматическивключатьсяв работу лишьпри исчезновениинапряженияна обоих внешнихисточниках.Если же электроснабжениеЭЦ осуществляетсяот двух внешнихисточников,один из которых(основной) питаетприемники нениже 2-й категории,а второй (резервный)питает приемники3-й категории,то установленныйна посту ЭЦ ДГАдолжен запускатьсясразу же приотключенииосновногоисточникапитания и работатьдо его восстановления.

В системепитания предусматриваетсяконтрольнаяаккумуляторнаябатарея. Аккумуляторыэтой батареивыполняютследующиефункции:

а) являютсяисточникомпитания (фактическичетвертым всистеме питания,именуемойформальнобезбатарейной)для ряда цепейпостоянноготока и черезинвертор длянекоторых цепейпеременноготока;

б) исключаютперерывы впитании чувствительныхреле;

в) выполняютв буферномрежиме работыбатареи рольэлементасглаживающегофильтра.

2. КОМПЛЕКТАЦИЯЩИТОВОЙ УСТАНОВКИМРЦ ПАНЕЛЯМИПИТАНИЯ

Сооружаемаяна посту МРЦщитовая установкакомплектуетсятиповыми панелямипитания в зависимостиот количествацентрализованныхстрелок, родатяги и системпитания МРЦ.

При безбатарейнойсистеме питанияна крупныхстанциях внастоящее времянаходят применениепанели питаниясерии ЭЦК следующихтипов: ПВ-ЭЦК– вводная; ПР-ЭЦК– распределительная;ПВП-ЭЦК –выпрямительно-преобразовательная;ПСП-ЭЦК, ПСТ-ЭЦК– стрелочные;ПП25-ЭЦК – преобразовательнаядля питаниярельсовыхцепей.

Вводнаяпанель ПВ-ЭЦКпредназначенадля вводаэлектрическойэнергии отнезависимыхисточниковэлектроэнергии(фидер 1, фидер2, ДГА), контроляза наличиемнапряженияна этих источниках,начальногораспределенияпитания поосновным видамнагрузок: устройствамСЦБ, связи,маневровымпостам, гарантированномуи негарантированномуосвещению исиловой нагрузке.

Распределительнаяпанель ПР-ЭЦКслужит дляраспределенияпитания переменноготока по отдельнымнагрузкам ЭЦ,изолированиянагрузок отзаземленнойсети переменноготока, а такжепереключениясветофоров,маршрутныхуказателейи табло на различныережимы питания.

Выпрямительно-преобразовательнаяпанель ПВП-ЭЦКслужит длявыпрямлениятрехфазногопеременноготока в постоянныйток, автоматическогозаряда и содержанияв буферномрежиме аккумуляторнойбатареи 24 В,преобразованияпостоянноготока батареив переменныйток 50 Гц, 220 В в случаеотключениявнешних сетейдля гарантированногопитания определенныхнагрузок МРЦпо переменномутоку, а такжепитания аппаратурыпостоянноготока 24 В и 220 В.

Стрелочныепанели ПСП-ЭЦК,ПСТ-ЭЦКпредназначеныдля питаниярабочих цепейстрелочныхэлектроприводовпостоянноготока (тип панелейПСПН-ЭЦК) и приводовтрехфазногопеременноготока (тип панелейПСТН-ЭЦК), а такжеэлектрообогреваконтактов ихавтопереключателей.

Преобразовательнаяпанель ПП25-ЭЦКпредназначенадля питанияфазочувствительныхрельсовых цепейс путевым релеДСШ переменнымтоком 25 Гц.

Щит выключенияпитания ЩВПустанавливаетсяна посту ЭЦ вцелях противопожарнойбезопасностии предназначендля быстрогои надежногоодновременногоотключениявсех источниковпитания МРЦ.

Намечаемпредварительноколичествопанелей дляЭПУ:

ПВ-ЭЦК–– 1 панель;

ПВП-ЭЦК ––1 панель;

ПР-ЭЦК ––1 панель;

ПП25-ЭЦК ––2 панели.

3. РАСЧЕТ БЛОКАППВ-1 В РЕЖИМЕИНВЕРТОРА

При безбатарейнойсистеме питанияМРЦ от полупроводниковогопреобразователяППВ-1, установленногона панели ПВП-ЭЦК,получают питаниев случае отключениявсех источниковснабженияпеременнымтоком следующиенагрузки:

1. станционныеблоки дешифраторовкодовой автоблокировкиприлегающихк станцииблок-участков;

2. схемысмены направлениядвижения иконтроля прилегающихперегонов (приорганизациидвустороннегодвижения поездов);

3. схемыДСН на прилегающихперегонах;

4. схемыДСН на станции;

5. схемыограждениясоставов.

Рассчитываемнагрузки ППВ-1в режиме инвертора(см. табл.1).

Известно,что КПД преобразователя(инвертора)ППВ-1 зависитот степени егозагрузки. Поэтомув целях повышенияКПД предусмотренавозможностьнастройкипреобразователяна номинальныемощности 0,3; 0,6 и1,0 кВт. Такаянастройкапроизводитсяпо результатамрасчета максимальноймощности S_м,ВА:

(1)

Нагрузочнаяспособностьпреобразователязависит откоэффициентамощности:

(2)

Так как реальный

(3)

Так как приварианте кВт оказалось,что ,то именно вариантнастройки скВт и реализуемв ППВ-1.

Производимрасчет среднеймощностипреобразователятока, потребляемогопреобразователемот аккумуляторнойбатареи.

С учетомкоэффициентанагрузки К_mтребуемая отпреобразователясредняя мощностьможет бытьопределенана основе следующихвыражений:

Вт(4)

Вт(5)

Среднийкоэффициентмощности нагрузокпреобразователя:

(6)

Коэффициентзагрузкипреобразователя:

(7)

где P_ном– номинальнаямощностьпреобразователяс учетом вариантаего настройки.

Коэффициентмощности оказываетвлияние нетолько наиспользованиеустановленноймощностипреобразователя,но также и наего КПД. ПоэтомуКПД преобразователяопределяемс учетом cosφ_ни К_н.

Для этогопо графику изприложения1, методички поКП, определимчастные значенияКПД η_φ,η_нв зависимостиот cosφ_ни К_н:

η_φ=0,79;

η_н=0,75.

Рассчитаемобщий КПДпреобразователяпо формуле:

(8)

С учетомвеличин Р_Ни η_Пток I_П,А, потребляемыйблоком ППВ-1 врежиме инвертораот батареи,составляет:

(9)

где U_б=24В – номинальноенапряжениеаккумуляторнойбатареи.

РасчетнагрузокпреобразователяППВ-1

Таблица 1

4. РАСЧЕТАККУМУЛЯТОРНОЙ(КОНТРОЛЬНОЙ)БАТАРЕИ 24 В

Расчет батареизаключаетсяв определенииеё емкости ивыборе типааккумуляторовСК по индексу.

Разрядныйток батареив режиме основногорезервирования,А, составляет:

(10)

где n_c– числострелок ЭЦ;

n_вх– числоподходов кстанции;

I_a=0,262 А – расходтока в расчетена одну стрелку;

I_РП=0,432А – потребляемыйприборами ток,независящийот числа стрелок;

I_ЛП=0,175А – потребляемыйлампочкамиток в расчетена пост ЭЦ;

I_ЛС=0,090А – потребляемыйток в расчетена один подход;

I_П– потребляемыйот батареипреобразователемток (из формулы9).

Разрядныйток батареив дополнительномрежиме резервированияравен:

А(11)

В условияхрассматриваемогорежима эксплуатацииаккумуляторнойбатареи еефактическаяразряднаяемкость, Ач,составляет:

(12)

Емкостьаккумуляторов,гарантируемаязаводом, характеризуетсяноминальнымзначением Q_Н.однако с повышениеминтенсивностиразряда и понижениемтемпературыэлектролитаемкость, отдаваемаяаккумуляторами,уменьшается.Поэтому дляполученияфактическойемкости Q_фтребуетсяпредусмотретьопределенныйзапас по емкости.Такой пересчет,Ач,ведется поформуле:

(13)

где Q_p– расчетнаяемкость батареи;

К_с=0,85– коэффициентснижения емкостиаккумуляторовот старения;

ρ – коэффициентинтенсивностиразряда, определяемыйпо полученномузначению длительностиразряда t_pp(см. табл. [1], с. 22);

К_t=0,008– температурныйкоэффициентемкости;

t⁰=+15⁰– температураэлектролитаво время разрядабатареи.

Расчетнаядлительностьразряда батареиt_ppтоком основногорежима I_босоставляет:

ч(14)

Индекс аккумуляторовопределяетсясоотношением:

(15)

Выбранныйтип аккумулятора:СК-6,с номинальнойемкостью А∙ч.

5. РАСЧЕТ ИРАСПРЕДЕЛЕНИЕНАГРУЗОК ПАНЕЛИПР-ЭЦК

В итоге расчетараспределительнойпанели ПР-ЭЦКследует обеспечитьприближенноравномернуюзагрузку каждогоиз силовыхтрансформаторовТС1 и ТС2, а такжеотсутствиеих перегрузки.

Лампочкитабло и питающихпанелей.Этой нагрузкойопределяетсямощность вторичнойобмотки «а»ТС1.

Вт(16)

вар(17)

ВА(18)

Контрольныецепи стрелок.Для питанияконтрольныхцепей используетсянапряжение220 В, получаемоеот обмотки «в»ТС1.

ВА(19)

Вт(20)

вар(21)

ВА(22)

где –мощность цепейконтроля врасчете на однустрелку (=7,7Вт, =5,3вар).

Стрелкиместного управления.Цепи передачистрелок наместное управлениепитаются отобмотки «в»ТС1 через трансформаторТ5 (ПТ-25А) при напряжении110 В.

В∙А(23)

Вт(24)

вар(25)

где –полная мощностьустройствпередачи наместное управлениеодной стрелки(составляет10 В∙А при cosφ=0.8).

Дешифрирующиеустройстваавтоблокировки.Мощность дешифраторовавтоблокировки,питаемых черезтрансформаторТ7 (СОБС-2А) отобмотки «а»ТС2, зависит отчисла подходовк станции.

ВА(26)

ВА(27)

Вт(28)

вар(29)

где –мощностьдешифрирующихустройств врасчете на одинподход (составляет=16,6Вт, =16,8вар).

Лампочкипультов ограждениясоставов.Питание ламппультов ограждениясоставов напутях их осмотраи ремонтаосуществляетсянапряжением(24-36) В, получаемымчерез трансформаторТ8 (СОБС-2А) отобмотки «а»ТС2. На станцияхдо 130 стрелокмощность ламппультов ограждения(непрерывногои импульсногопитания) в целомна пост ЭЦ можетбыть принятаравной: Вт, вар.

В∙А(30)

Трансмиттерныереле и трансмиттеры.Нагрузка ,создаваемаятрансмиттернымиреле и трансмиттерамина обмотку «в»ТС2, может бытьпринята в расчетена пост ЭЦ равной110 В∙А при cosφ=0,8.

Вт(31)

вар(32)

Внепостовыецепи. Мощностьвнепостовыхцепей (ДСН, контроляперегона, сменынаправленияи др.) по переменномунапряжению220 В, питаемыхот обмотки «а»ТС2 через панельПВП-ЭЦК, определимпо данным расчетанагрузок ППВ-1(Вт, вар).

В∙А(33)

ЭПК пневмоочисткистрелок.Питание ЭПКпневмообдувкистрелок отснега производитсянапряжением220 В от обмотки«а» ТС2 черезпанель ПВП-ЭЦК.Нагрузка отобдувки, учитываяодновременныйобдув двухстрелок в разныхрайонах станции,может бытьпринята в целомна пост ЭЦ равнойВт, вар.

В∙А(34)

Маршрутныеуказатели.Для питаниямаршрутныхуказателейиспользуетсяфазовая обмотки«в» ТС1 (Вт, вар, В∙А).

Светофоры.Для равномерногораспределениянагрузки светофоровна питающиеустройствапанели ПР-ЭЦКпредусмотренавозможностьразделениясветофоровна четыре группы,которые подключаютсяк обмоткам «а»,«в» и «с» ТС2,а также к обмотке«с» ТС1.

Общую мощностьнагрузки отвсех светофоровстанции определимпо формуле:

В∙А(39)

Вт(40)

вар(41)

где –полнаямощность светофора(по усредненнымданным составляющая22 В∙А при cosφ=0,95); –количествосветофоровна станции.

Общую мощностьнагрузок панелиПР-ЭЦК P_пр,Q_пр,S_пропределяемпо формулам:

Вт(42)

вар(43)

В·А(44)

Так как общаямощность непревышает 9кВ·А, то вторуюпанель ПР-ЭЦКнет необходимостиустанавливать.

Таблица 2

6. РАСЧЕТНАГРУЗКИ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙПАНЕЛИ ПВП-ЭЦК

Ток I_н, потребляемыйрелейнымисхемами ЭЦ ипанелями питания,составляет:

А(45)

где I_ап=0,445 А – среднесуточныйток, потребляемыйреле поста ЭЦв нормальномрежиме в расчетена одну стрелку.

В буферномрежиме (батареянаходится взаряженномсостоянии)потребляемыйею ток подзарядасоставляет,А:

А(46)

В режимефорсированногозаряда (батареянаходится вразряженномсостоянии)зарядный токбатареи, А,выражаетсясоотношением:

А(47)

где t_вв=72ч – максимальноевремя восстановления(заряда) батареи;

η_а=0,8– КПД аккумуляторов.

Ток выпрямителейв режиме постоянногоподзарядабатареи определимпо формуле, А:

А(48)

В режимефорсированногозаряда батареиток выпрямителейравен, А:

А(49)

Так как токI_вппревышает 25 А,то дополнительнок ВП1 используемпреобразователь-выпрямительПП.

7. РАСЧЕТСТРЕЛОЧНОЙПАНЕЛИ

Максимальный(пусковой) токI_спmax, потребляемыйот выпрямителейпанели ПСПН-ЭЦК,А:

А(50)

где i_эп=3,2А – ток,потребляемыйодним электроприводомстрелочногоперевода данноготипа;

n_со=4– количествоодновременнопереводимыхстрелок данноготипа.

Расчетныйток электроприводовСП-6 на стрелочныхпереводах 1/11при типе рельсовсоставляет3,2 А.

Мощность цепей электрообогревастрелочныхприводов определимвыражением,В∙А:

В∙А(51)

где – мощность цепиэлектрообогрева,отнесеннаяна одну стрелку(Вт, вар).

8. РАСЧЕТМОЩНОСТИ РЕЛЬСОВЫХЦЕПЕЙ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХПАНЕЛЕЙ ПП25-ЭЦК

Рассчитаеммощность путевыхтрансформатороврельсовых цепей S_ПТ,В·А, иместных элементовпутевых релеS_МЭ,В·А (P_ПТС=31,5Вт, Q_ПТС=14,8вар, P_МЭС=2,8Вт, Q_МЭС=4,7вар):

В·А(52)

В·А(53)

В·А(54)

В·А(55)

Рассчитаемтребуемое числоместных n_мпи путевых n_пппреобразователей:

(56)

(57)

Оценим фактическуюзагрузкупреобразователей:

В·А(58)

В·А(59)

Рассчитаеммощность,потребляемуюпанелями ПП25-ЭЦКот сети 50 Гц.

Сначаларассчитаеммощность,потребляемуюот сети 50 Гц паройместных элементов.Для этого определимвыходную мощностьна частоте 25Гц этой пары:

В∙А(60)

Теперь рассчитаеммощность,потребляемуюот сети 50 Гц паройпутевых элементов.Для этого определяемвыходную мощностьэтой пары начастоте 25 Гц:

В∙А(61)

Мощность,потребляемаяот сети 50 Гц двумяпанелями, равна:

Вт(62)

вар(63)

9. РАСЧЕТ ВВОДНОЙПАНЕЛИ ПВ-ЭЦК,НАГРУЗКИ НАВНЕШНИЕ СЕТИПЕРЕМЕННОГОТОКА И ВЫБОРДГА

Создаваемаяпанелью ПР-ЭЦКнагрузка наПВ-ЭЦК состоитиз общей мощностинагрузок ПР-ЭЦКи мощностипотерь в трансформаторахТС1 и ТС2. активнаяи реактивнаясоставляющиемощности потерьв каждом из ТСориентировочноравны: Вт, вар. Тогда:

Вт(64)

вар(65)

В∙А(66)

В∙А(67)

Нагрузкана ПВ-ЭЦК отпанели ПВП-ЭЦКсоздается вовремя наиболеенеблагоприятногопослеаварийногопериода ееработы в режимевосстановленияемкости контрольнойбатареи 24 В.

Вт(68)

вар(69)

В∙А(70)

Нагрузкана ПВ-ЭЦК отстрелочнойпанели ПСПН-ЭЦКопределяетсямощностьюпитания рабочихцепей стрелокпри их переводе,а также мощностьюэлектрообогреваприводов.

кВт(71)

квар(72)

В∙А(73)

Нагрузкаот преобразовательныхпанелей ПП25 навводную панельопределяетсяпо результатамрасчета в разделе8, т.е.:

Вт(74)

вар(75)

В∙А(76)

Мощностьнагрузки СЦБ:

В∙А(77)

Вт(78)

вар(79)

Резерв:

В∙А(80)

Вт(81)

вар(82)

Результатырасчета мощностивводной панелипредставленыв форме своднойтаблицы 3.

Таблица3

Наименованиенагрузок	Мощностьотдельныхнагрузок
	активная,Вт	реактивная,вар	полная,В∙А
ПанельПР-ЭЦК	3633,1	3197,6	5792
Нагрузкапанели
Потерив трансформаторахТС	1080	1500	1848
ПанельПВП-ЭЦК	2033	1180	2350
Нагрузкав режиме восстановлениябатареи
ПанельПСПН-ЭЦК	3000	900	3132
Переводстрелок
Электрообогревприводов (220 В)	3600	1760	4000
ПанелиПП25-ЭЦК	4780	3170	5735,6
Нагрузкапанелей
ИтогоСЦБ	18126,1	11707,6	21934
РезервСЦБ – 10%	1344,61	844,76	1608,56
ВсегоСЦБ с резервом	19470,71	12552,36	23542,56
Устройствасвязи	6384,8	2720	6940
Освещение: гарантированное
негарантированное	8519,2	3629	9260
Силоваянагрузка: гарантированная	2120	1590	2650
негарантированная	13920	10440	17400
Всегона вводнуюпанель	50414,71	30931,36	59792,56

Активнаямощность нагрузокДГА определимпо формуле:

Вт(83)

Выбранныйтип ДГА (дизель-генераторныйагрегат): ДГА-48.

Расчет плавкихвставок производитсяпо наиболеезагруженнойфазе системыэлектропитания.Если предположитьравномерностьзагрузки фаз,то расчетныйток I_Фв каждой фазепри фазномнапряженииU_Ф(220 В) составит:

А(84)

Выбранныйтип плавкойвставки: 100А.

Определимcosφпитающей установки:

(85)

МИНИСТЕРСТВОПУТЕЙ СООБЩЕНИЯРОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ

САМАРСКАЯГОСУДАРСТВЕННАЯАКАДЕМИЯ ПУТЕЙСООБЩЕНИЯ

Кафедратеоретическихоснов электротехники,автоматикии электроники

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине:

«Электропитаниеустройствжелезнодорожнойавтоматики,телемеханикии связи»

На тему:

«Проектированиеэлектропитающихустройствмаршрутно-релейнойцентрализации»

Вариант: №14

Выполнил: ст. 314 группы

ДорошенкоС.Н.

Проверил:

САМАРА 2004 г