Проектирование электропитающих устройств маршрутно-релейной централизации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Кафедра: “Автоматика и телемеханика”

Курсовой проект

«Проектирование электропитающих устройств маршрутно-релейной централизации»

Хабаровск

1. Выбор и характеристика системы электропитания МРЦ

Устройства железнодорожной автоматики отнесены к особой группе электроприёмников первой категории. Приёмники этой группы должны иметь двойное резервирование электропитания, то есть их электроснабжение должно осуществляться от трёх независимых источников электроэнергии.

Так как на заданной станции число стрелок более 30, электроснабжение устройств МРЦ обеспечивается по двум раздельным линиям от двух независимых источников внешних сетей переменного тока. В качестве третьего независимого источника питания предусматривается установка автоматического дизель-генератора ДГА, и электропитание устройств МРЦ осуществляется по безбатарейной системе. Установленный на посту ЭЦ ДГА должен запускаться при отключении обоих источников питания и работать до восстановления одного из них.

Безбатарейная система питания характеризуется питанием основных объектов централизации: светофоров, рельсовых цепей, стрелок - только переменным током 220 В непосредственно от сети или через выпрямители (преобразователи частоты).

2. Расчет преобразователя ППВ-1

Для расчёта нагрузок преобразователя ППВ-1 составим таблицу:

Таблица 1

Наименование нагрузок	Измеритель	Мощность нагрузок на измеритель	Кол-во ед. изм.	Максимальная мощность нагрузок	Средне суточный коэфф., К	Средняя мощность нагрузок
		Р, Вт	Q, вар		Рм, Вт	Qм, вар		Рср, Вт	Qср, вар
Схема смены направления и контроля перегона (блок ДСНП-2)	Подход	12,7	6,0	3	38,1	18	1	38,1	18
Схема ДСН на станции	Пост ЭЦ	36,5	5,0	1	36,5	5,0	1	36,5	5
Станционные дешифраторы автоблокировки	Подход	16,6	16,8	3	49,8	50,4	1	49,8	50,4
Схема ДСН на прилегающем перегоне(блок ДСНП-2)	То же	12,7	6,0	3	38,1	18	1	38,1	18,0
итого				--	162,5	91,4	--	162,5	91,4

Преобразователь настраивается на Р_ном = 300 Вт. Максимальная мощность нагрузок рассчитывается по формуле:

^.

Нагрузочная способность преобразователя существенно зависит от коэффициента мощности нагрузки, который для пиковой мощности определяется по формуле:

.

Так как < 0,9, а преобразователь рассчитан на Р_ном = 300 Вт при =0,9, поэтому нагрузку преобразователя необходимо уменьшить.

Допустимая нагрузка определяется по формуле:

.

Расчёт средней мощности преобразователя производится для определения тока, потребляемого преобразователем от аккумуляторной батареи.

Средний коэффициент мощности нагрузок преобразователя:

,

где Р_н и Q_н - средние активная и реактивная мощности, потребляемые от преобразователя (Р_н = Р_ср,Q_н =Q_ср).

Коэффициент загрузки преобразователя:

.

КПД преобразователя рассчитывается по формуле:

где и - частные значения КПД, определяемые по графику (прил.1.):

=0,7857, =0,78.

.

Ток, потребляемый преобразователем от аккумуляторной батареи, можно рассчитать по формуле:

,

где U_б =24 В - номинальное напряжение аккумуляторной батареи.

.

3. Расчет аккумуляторной батареи 24 В

Расчёт батареи заключается в определении емкости и выборе типа аккумуляторов СК по индексу.

Разрядный ток батареи в режиме основного резервирования:

, где

I _a - ток, потребляемый одной стрелкой (I_a= 0,262 А);

I _лс - ток, потребляемый контрольными лампочками повторителей входных светофоров на табло (I_лс= 0,09 А);

I _рn - ток, потребляемый приборами питающей установки (I_рn= 0,432 А);

I _лn - ток, потребляемый контрольными лампочками на табло и панелях питания контроля фидеров, работы преобразователя и т.д. (I_лn= 0,175 А);

I _n - ток, потребляемый преобразователем ППВ-1;

n_вх - число подходов к станции;

n_c - число стрелок ЭЦ.

I_бо = 0,262*50+0,09*2+0,432+0,175+8,83=22,72 (А)

Ёмкость батареи:

,

где t_ро - время основного резервирования для устранения неисправностей ДГА (t_ро= 2 ч.);

Емкость аккумуляторов, гарантируемая заводом, характеризуется номинальным значением Q_н.Однако, с повышением интенсивности разряда и понижением температуры электролита ёмкость, отдаваемая аккумуляторами, уменьшается. Поэтому фактическая емкость Q_ф, требуемая от аккумуляторов, пересчитывается к номинальным условиям. Такой пересчёт ведется по формуле:

,

где Q_р - расчетная номинальная емкость батареи; К_с - коэффициент снижения емкости аккумуляторов от старения (для устройств СЦБ применяется равным 0,85); р- коэффициент интенсивности разряда (коэффициент отбора емкости); К_t - температурный коэффициент емкости (для аккумуляторов СК составляющий 0,008); t^o - температура электролита во время разряда батареи (принимается равной температуре аккумуляторного помещения, которая на постах ЭЦ составляет +15 ^о С).

Значение расчетного коэффициента интенсивности разряда р определяется по режиму разряда батареи током I_бо как наиболее неблагоприятным батареи.

В таком случае возможная длительность разряда батареи t_рр током основного режима I_бо составит:

Коэффициент интенсивности разряда аккумулятора определим по данным [1, с.22]: р = 0,61.

Тип аккумулятора определим исходя из номинальной расчётной ёмкости Q_р и данных [1, табл. 3, с.26]. В целях сокращения разнотипности аккумуляторных сосудов на постах ЭЦ взят СК - 3.

4. Расчёт нагрузок панелей ПР-ЭЦК

Цель расчета нагрузок состоит в недопущении перегрузок вторичных обмоток трансформаторов ТС1 и ТС2, а также обеспечения примерно одинаковой нагрузки.

Лампочки табло и питающих панелей

Общая нагрузка от всей светосхемы станции на трансформатор ТС1 определяется соотношениями:

,

где Р_ЛТС и Q_ЛТС - активная и реактивная мощности лампочек табло и питающих панелей (Р_ЛТС = 6 Вт и Q_ЛТС = 0,9 вар); n_с - количество стрелок ЭЦ.

;

;

.

Светофоры

Общая мощность нагрузки от всех светофоров на станции определяется по формуле:

,

где S_св - полная мощность светофора (по усредненным данным составляет 22 ВА при ); n_св - количество светофоров на станции (при числе стрелок более 30 количество светофоров превышает число стрелок в 1,3 раза). Таким образом:

;

;

;

.

Полная мощность цепей контроля стрелок:

,

где S_ксс - мощность цепей контроля в расчете на одну стрелку; (Р_ксс =1,1 Вт,

Q_ксс = 5, 3 вар); n_с - количество стрелок ЭЦ.

.

Дешифрирующие устройства автоблокировки

Мощность дешифраторов автоблокировки определяется по формуле:

,

где S_дап - мощность дешифрирующих устройств в расчёте на один подход;

(Р_дап = 16,6 Вт, Q_дап = 16,8 вар); n_вх - число подходов к станции.

;

;

.

Трансмиттерные реле и трансформаторы

Мощность трансмиттерного реле и кодового трансмиттера принята в расчёте на пост ЭЦ равной:

.

;

.

Мощность внепостовых цепей определим по данным расчёта нагрузок преобразователя ППВ-1: Р_Н =162,5 (Вт); Q_Н = 91,4 (вар):

_.

Кодирующие трансформаторы 50 Гц

Мощность кодирующих трансформаторов определяется по формуле:

,

где S_крц - мощность одной рельсовой цепи при кодировании её частотой 50 Гц;

(в среднем ); n_рц - количество кодируемых рельсовых цепей (n_рц =2 на каждый из подходов к станции).

_.

Для более равномерной загрузки трансформаторов распределим число светофоров по фазам в следующем порядке: ТС1: «с» -20.; ТС2: «а» - 10, «в» - 15, «с» - 20.

Таблица 1. Расчёт нагрузок распределительной панели ПР-ЭЦК

Наименование нагрузок	Измеритель	Мощность единицы измерения	Распределение нагрузок по вторичным обмоткам трансформаторов
		Р, Вт	Q, вар	S, ВА	ТС1	ТС2
					«а»	«в»	«с»	«а»	«в»	«с»
					Р,Вт	Q,вар	S, В*А	Р,Вт	Q, вар	S, В*А	Р,Вт	Q, вар	S, В*А	Р,Вт	Q, вар	S, В*А	Р,Вт	Q, вар	S, В*А	Р,Вт	Q, вар	S, В*А
Лампочки табло		6	0,9	6,07	300	45	303,5
Светофоры		20,9	6,9	22	0	0	0	0	0	0	418	138	440	209	69	220	313,5	103,5	330	418	138	440
Цепи контроля стрелок		1,1	5,3	5,41				55	265	270,5
Дешифрирующ. устр-ва автоблокировки		16,6	16,8	23,6										33,2	33,6	47,2
Трансмиттерные реле и трансформаторы																	88	66	110
Внепостовые цепи														162,5	91,4	186,4
Кодирующие трансформаторы 50 Гц		11	38	39,6										44	152	158,4

5. Расчет нагрузки выпрямителей панели ПВП-ЭЦК

Ток I_н, потребляемый релейными схемами ЭЦ и панелями питания, можно вычислить по формуле:

,

где I_an - среднесуточный ток, потребляемый реле поста ЭЦ в нормальном режиме в расчете на одну стрелку (при безбатарейной схеме питания I_an = 0,445 А).

Аккумуляторная батарея потребляет от выпрямительных устройств ток различных значений в зависимости от режима её работы. В режиме постоянного подзаряда (батарея находится в заряженном состоянии) потребляемый ею ток составляет:

,

где Q_Н - номинальная емкость аккумуляторной батареи, (Ач).

.

В режиме форсированного заряда (батарея находится в разряженном состоянии) зарядный ток батареи:

,

где - максимальное время восстановления (заряда батареи) 72 ч.;

- КПД аккумуляторов (в расчетах принимается равным 0,8).

,

Ток выпрямителей в режиме постоянного подзаряда батареи:

,

Ток выпрямителей в режиме форсированного заряда батареи:

.

Вывод: Ток нагрузки в режиме постоянного подзаряда = 22,412 А, что не превышает 25 А, поэтому используем одно зарядное устройство ВП-1. В режиме форсированного заряда используются оба выпрямительных устройства ПВ-1 и ПП.

6. Расчёт стрелочной панели ПСП-ЭЦК

Стрелочная панель используется для питания рабочих цепей стрелочных электроприводов и обогрева автопереключателей этих приводов.

Максимальный (пусковой) ток:

,

где - ток, потребляемый одним электроприводом стрелочного перевода; для привода СП-6 на стрелочных приводах 1/11 при типе рельсов Р65 ;

- количество одновременно переводимых стрелок; на станциях, с числом стрелок до 60, .

.

Станция находится в сухой климатической зоне, поэтому нет необходимости в обогреве стрелочных приводов.

Панель рассчитана на максимальный ток рабочих цепей стрелок 30 А, (12,8<30). Используем панель ПСПН-ЭЦК1.

7. Расчет мощности рельсовых цепей и преобразовательных панелей ПП25-ЭЦК

Панель ПП25-ЭЦК используется для питания фазочувствительных рельсовых цепей с реле ДСШ переменным током 25 Гц.

Мощность путевых трансформаторов рельсовых цепей и местных элементов путевых реле определяются по формулам:

,

,

где - полные мощности путевых трансформаторов и местных элементов соответственно в расчете на одну стрелку, составляющие: .

,

,

,

.

Требуемое число местных и путевых преобразователей:

, ,

где - расчетные мощности соответственно путевого и местного преобразователей, составляющие: , .

, .

Требуется один местный и четыре путевых преобразователя, поэтому устанавливается одна панель ПП25-ЭЦК.

Фактическая загрузка преобразователей:

,

.

8. Расчёт вводной панели ПВ-ЭЦК, нагрузки на внешние сети переменного тока и выбор ДГА

Мощность вводной панели определяется суммой отдельных видов нагрузок: устройств СЦБ, связи, освещения и вентиляции, мастерских, а также маневровых постов (при их наличии).

Мощность нагрузок СЦБ определяется нагрузками панелей ПР-ЭЦК, ПВП-ЭЦК, ПСПН-ЭЦК и ПП25-ЭЦК.

Создаваемая панелью ПР-ЭЦК нагрузка на ПВ-ЭЦК состоит из общей мощности нагрузок ПР-ЭЦК и мощности потерь в трансформаторах ТС1 и ТС2. Мощность потерь .

.

Нагрузка на ПВ-ЭЦК от панели ПВП-ЭЦК создаётся во время наиболее неблагоприятного послеаварийного периода её работы в режиме восстановления ёмкости контрольной батареи 24 В. Активная составляющая этой нагрузки:

,

где = 31 В - напряжение батареи при форсированном заряде; = 0,6 - КПД выпрямительных (зарядных) устройств.

Реактивная составляющая нагрузки: .

.

Нагрузка на ПВ-ЭЦК от стрелочной панели ПСПН-ЭЦК:

мощность цепей перевода стрелок в целом на пост ЭЦ на станциях с числом стрелок до 60: .

.

Нагрузка на ПВ-ЭЦК от панели ПП25-ЭЦК:

на данном участке используется автономная тяга, поэтому путевые трансформаторы и местные элементы реле фазочувствительных рельсовых цепей получают противофазное питание. Расчётная мощность ПП25-ЭЦК:

,

где - расчётная мощность преобразователя на частоте 50 Гц, определенная по приложению 3 по данным его загрузки со стороны 25 Гц

- количество задействованных преобразователей в панели.

.

Результаты расчета мощности вводной панели представлены в виде сводной таблицы на следующей странице.

Расчетная таблица мощности вводной панели

Таблица 2

Наименование нагрузок	Мощность отдельных нагрузок
	активная, Вт	реактивная, вар	полная, В*А
Панель ПР-ЭЦК Нагрузка панели	2041,2	1101,5	2319,4
Потери в трансформаторах	360	1660	1698,6
Панель ПВП-ЭЦК Нагрузка в режиме восстановления батареи	1246,5	1180	1716,44
Панель ПСПН-ЭЦК Перевод стрелок	2100	900	2284,73
Панель ПП25-ЭЦК Нагрузка панелей	2400	1425	2791,2
Итого СЦБ	8147,7	6266,5	10810,37
Резерв СЦБ-10%	814,77	626,65	1081,037
Всего СЦБ с резервом	8962,47	6893,15	11891,407
Устройства связи Освещение: гарантированное негарантированное Гарантированная вентиляция Негарантированная вентиляция и мастерские Маневровые посты	3622 3864 5888 3120 13200 13200	3419 1646,057 2508,277 2340 9900 9900	4981 4200 6400 3900 16500 16500
Всего на вводную панель	51856,47	36606,484	64372,407

Допустимая мощность одной панели ПВ-ЭЦК составляет 80 кВА, а полученная мощность составляет 64 кВА, поэтому достаточно установить одну панель ПВ-ЭЦК.

Мощность нагрузок ДГА:

,

где - полная мощность соответственно негарантированного освещения и силовой нагрузки. Данные берутся из таблицы.

По активной составляющей мощности выбираем тип ДГА -48.

Для расчёта плавких вставок найдем фазный ток:

, .

.

Выбираем типовую плавкую вставку - 100 (А).

Определим питающей установки:

Значение вполне удовлетворительно.

батарея трансформатор электропитание аккумуляторный

9. Структурная схема электропитающих устройств

Рисунок 1

Назначение панелей питания

ПВ-ЭЦК - вводная панель для ввода, контроля и начального распределения питания 380/220В по основным видам нагрузок: устройствам СЦБ, связи, маневровым постам, гарантированному и негарантированному освещению и силовой нагрузке;

ПР-ЭЦК - распределительная панель для распределения питания переменного тока по отдельным нагрузкам ЭЦ, изолирования нагрузок от заземленной сети переменного тока, а также переключения светофоров, маршрутных указателей и табло на различные режимы питания;

ПВП-ЭЦК - выпрямительно-преобразовательная панель для выпрямления трехфазного переменного тока в постоянный ток, автоматического заряда и содержания в буферном режиме аккумуляторной батареи 24 В, в преобразования постоянного тока батареи в переменный ток 50 Гц, 220 В при отключении внешних сетей для гарантированного питания определенных нагрузок МРЦ по переменному току, а также питания аппаратуры постоянного тока 24 В и 220 В;

ПСПН-ЭЦК1 - стрелочная панель для питания рабочих цепей стрелочных электроприводов постоянного тока, применяемая в районах с сухим климатом;

ПП25-ЭЦК - преобразовательная панель для питания фазочувствительных рельсовых цепей с путевыми реле ДСШ переменным током 25 Гц;

ЩВЦ - щит выключения питания устанавливается на посту ЭЦ в целях противопожарной безопасности и предназначен для быстрого и надежного одновременного отключения всех источников питания МРЦ.

Назначение панелей питания

ПВ-ЭЦК - вводная панель для ввода, контроля и начального распределения питания 380/220В по основным видам нагрузок: устройствам СЦБ, связи, маневровым постам, гарантированному и негарантированному освещению и силовой нагрузке;

ПР-ЭЦК - распределительная панель для распределения питания переменного тока по отдельным нагрузкам ЭЦ, изолирования нагрузок от заземленной сети переменного тока, а также переключения светофоров, маршрутных указателей и табло на различные режимы питания;

ПВП-ЭЦК - выпрямительно-преобразовательная панель для выпрямления трехфазного переменного тока в постоянный ток, автоматического заряда и содержания в буферном режиме аккумуляторной батареи 24 В, в преобразования постоянного тока батареи в переменный ток 50 Гц, 220 В при отключении внешних сетей для гарантированного питания определенных нагрузок МРЦ по переменному току, а также питания аппаратуры постоянного тока 24 В и 220 В;

ПСПН-ЭЦК1 - стрелочная панель для питания рабочих цепей стрелочных электроприводов постоянного тока, применяемая в районах с сухим климатом;

ПП25-ЭЦК - преобразовательная панель для питания фазочувствительных рельсовых цепей с путевыми реле ДСШ переменным током 25 Гц;

ЩВЦ - щит выключения питания устанавливается на посту ЭЦ в целях противопожарной безопасности и предназначен для быстрого и надежного одновременного отключения всех источников питания МРЦ.

Размещено на Allbest.ru