Система электропитания устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи (АТС)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Система электропитания устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи (АТС)

ВВЕДЕНИЕ

Электропитающие устройства играют важную роль в обеспечении надежной и бесперебойной работы системы железнодорожного транспорта. Они обеспечивают оборудование электрической энергией постоянного и переменного тока необходимых номиналов и с требуемыми характеристиками.

Все устройства автоматики, телемеханики и связи и входящие в их комплекс другие потребители энергии (электроприемники) по надежности функционирования и требованиям к электроснабжению подразделяются на три категории.

К I категории относятся потребители, нарушение электроснабжения которых может привести к возникновению аварийной ситуации или нарушить выполнение технологического процесса. Такими потребителями являются устройства ЭЦ стрелок и сигналов на промежуточных станциях (с числом стрелок до 30), устройства АБ и АПС, устройства связи, поездной и станционной радиосвязи, сети гарантированного освещения, вентиляция и освещение аккумуляторных помещений и др.

Ряд устройств выделен в особую группу I категории: посты ЭЦ станций с числом стрелок более 30, дома связи, центральные посты ДЦ, радиорелейные станции, приемные и передающие центры КВ радиосвязи.

К потребителям электроэнергии II категории относятся устройства станционной блокировки на малодеятельных линиях, пункты списывания вагонов на сортировочных станциях, аппаратура громкоговорящей связи (оповещения), аппаратура передачи данных.

К потребителям электроэнергии III категории относятся освещение необслуживаемых усилительных пунктов, сети общего освещения всех служебно-технических зданий, контрольно-испытательные пункты, электрооборудование мастерских, гаражей и других административных зданий.

К приемникам I категории электроэнергия должна подаваться от двух независимых источников. Перерыв в электроснабжении может быть допущен только на время автоматического ввода резервного питания (АВР) - не более 1,3 с.

К приемникам особой группы I категории электроэнергия должна подводиться от трех независимых источников. Для некоторых потребителей (релейные схемы ЭЦ, электронные АТС и др.) перерыв в питании недопустим.

Электропитание приемников II категории должно осуществляться от двух независимых источников. Перерывы в питании допустимы только на время включения резервного источника или на время устранения повреждений.

Электропитание приемников III категории может осуществляться от одного источника, если перерывы в питании не превышают одних суток.

Электроснабжение потребителей I и II категорий должно осуществляться от подстанций или ЛЭП, входящих в централизованную энергосистему. ЛЭП разбиваются на отдельные участки - плечи питания длиной не более 50 км, которые обеспечиваются двусторонней подачей электроэнергии. Для резервирования электроснабжения устройств СЦБ и связи в качестве местных электростанций применяют автоматизированные дизель-генераторные установки (АДГА).

Целью данного проекта являются: изучение системы электропитания устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи (АТС); ознакомление с требованиями, которые к ним предъявляются, и организацией эксплуатации, и правилами техники безопасности, соблюдаемыми при обслуживании устройств электропитания.

1. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ЧАСТЬ

1.1 Характеристика технической оснащенности станции

В данном курсовом проекте представлена станция с двухпутным участком железной дороги, расположенная в сухой климатической зоне, по обеспечению движения поездов на постоянном токе, и имеющая 5 подходов к ней. При этом внешнее электроснабжение осуществляется от двух независимых источников. Управление на станции ведется с помощью системы ЭЦ - БМРЦ с типом поста Сз-57, под контролем которой находятся 67 централизованных стрелок, 3 из которых имеют возможность перевода на местное управление. Перевод стрелок обеспечивают электроприводы СП-6 с электродвигателями типа МСТ-0,25. Число одновременно переводимых стрелок в маршруте наибольшей длины составляет: одиночных - 2, спаренных - 3. Р-50 - тип рельсов, проложенных на станции. А применяемые рельсовые цепи являются фазочувствительными с частотой 25 Гц и путевым реле типа ДСШ, кодируемые токами АЛСН частоты 50 Гц. Также на станции установлены маршрутные указатели направления и пути отправления.

1.2 Выбор системы электропитания станционных устройств

Структурно-функциональный состав ЭПУ поста ЭЦ

Для питания устройств ЭЦ могут применяться два вида систем ЭПУ: батарейная и безбатарейная. Первая из них используется на промежуточных станциях, где число стрелок не превышает 30. Поэтому ее организация в нашем случае является нецелесообразной. Чтобы запитать крупную станцию с 67 стрелками, нам понадобится именно безбатарейная система, подача энергии в которой будет обеспечиваться от двух независимых источников и от местной электростанции (АДГА) с автозапуском при выключении обоих внешних источников. При этом питание основных объектов ЭЦ (светофоров, стрелок, рельсовых цепей) осуществляется только переменным током 220 В непосредственно от сети или через выпрямители (преобразователи частоты). Для исключения кратковременных перерывов в работе устройств ЭЦ будем использовать контрольную батарею напряжением 24 В.

При безбатарейной системе электропитания устройств ЭЦ используют щитовые электропитающие установки (ЭПУ), устанавливаемые на посту ЭЦ и комплектуемые типовыми панелями питания. Применяются панели серии ЭЦК следующих типов: ПВ-ЭЦК - вводная; ПР-ЭЦК - распределительная; ПВП-ЭЦК - выпрямительно-преобразовательная; ПСП-ЭЦК - стрелочная; ПП25-ЭЦК - преобразовательная рельсовых цепей.

При определении количества панелей руководствуются, как правило, необходимостью в установке дополнительной панели в следующих случаях: для ПВ-ЭЦК при числе стрелок более 100, ПВП-ЭЦК - более 80, ПР-ЭЦК - более 150. Количество панелей ПП25-ЭЦК - 1 панель на 60 стрелок при автономной тяге постоянного тока. Как видно, в первом приближении для нашей системы понадобятся одиночные панели всех типов, за исключением панели ПП25-ЭЦК (их нужно две). Однако выбранное количество панелей еще будет уточнено в результате выполнения расчетов питающих панелей.

Функциональная схема ЭПУ поста ЭЦ показана в однониточном изображении, за исключением цепей питания преобразователей частоты на панели ПП25-ЭЦК. Число фаз цепей межпанельных соединений и нагрузок обозначается на схеме количеством штрихов на ней.

При разработке функциональной схемы учитывается, что на участках с электротягой постоянного тока во избежание подмагничивания блуждающими токами преобразователей частоты типа ПЧ50/25 панели ПП25-ЭЦК изолируются от сетей переменного тока трансформатором типа ТС3. Трансформатор ТС3 подключается к вводной панели взамен нагрузки устройств связи, которые в этом случае также включаются через трансформатор ТС3 с использованием отдельного автоматического выключателя АВ.

На панелях ПП25-ЭЦК указаны схемы включения путевых и местных преобразователей с учетом их фазировки.

Для нормальной работы фазочувствительных рельсовых цепей необходимо, чтобы путевые и местные преобразователи частоты были жестко сфазированы между собой.

На участках с электротягой постоянного тока фазочувствительные рельсовые цепи рассчитаны на синфазное питание их путевых трансформаторов и местных элементов путевых реле. Поэтому путевые и местные преобразователи в этих случаях должны быть включены в сеть переменного тока синфазно.

Напряжения местных элементов путевых реле являются опорными по отношению к напряжениям путевых элементов. Поэтому выходные напряжения местных преобразователей должны совпадать между собой по фазе, для чего на каждой панели они включаются синфазно.

Первый местный преобразователь на панели принимается в качестве ведущего, по отношению к которому фазируются все остальные местные и путевые преобразователи.

Преобразователи частоты типа ПЧ50/25 работают с использованием лишь одного полупериода переменного тока частотой 50 Гц, второй полупериод запирается вентилем (полупроводниковым диодом). Поэтому по вторичной обмотке силового трансформатора, от которого питаются преобразователи, протекает постоянная составляющая выпрямленного тока, которая подмагничивает сердечник и вызывает дополнительные потери энергии.

Ток подмагничивания не превышает допустимого значения (12 А), если местные и путевые преобразователи включены противофазно. При синфазном же включении преобразователей для обеспечения допустимого значения тока подмагничивания необходимо настроить местные преобразователи на работу лишь с четырьмя путевыми преобразователями. Два неиспользованных преобразователя работают в холостом режиме, включаются в сеть противофазно с местными преобразователями и используются для уменьшения тока подмагничивания.

В случае установки на станции двух панелей для уменьшения подмагничивания сердечников преобразователей они включаются противофазно.

При противофазном включении панелей рельсовые цепи, питаемые от них, не защищены от опасного влияния друг на друга на границе раздела при сходе изолирующих стыков. В связи с этим предусматривается стыкование рельсовых цепей на границе районов питания только питающими трансформаторами.

При использовании трех панелей в составе ЭПУ третья панель подключается синфазно к любой из двух первых, включенных противофазно.

Напряжение внешних источников переменного тока подается на вводную панель при помощи Фидеров 1 и 2. Напряжение каждого фидера контролируется фидерными реле 1Ф и 2Ф. При снижении напряжения в фазе основного фидера до 183 В реле 1Ф переключает нагрузку на резервный фидер. Реле 3Ф контролирует работу ДГА: пуск при пропадании напряжения в обоих фидерах и выключение при появлении напряжения в одном из фидеров. Схема подачи питания в нагрузку исключает одновременную подачу питания от двух источников. Подключение нагрузок производится через автоматический выключатель 1АВ. При недостаточной мощности ДГА предусмотрена возможность отключения контактором ОН негарантированного освещения и силовой нагрузки во время работы ДГА.

Основными элементами панели ПР-ЭЦК являются два трехфазных трансформатора ТС1 и ТС2 мощностью по 4,5 кВА каждый, вторичные обмотки которых разделены и используются индивидуально. Каждая обмотка рассчитана на максимальную фазовую нагрузку 1,5 кВА. Вторичные обмотки ТС1 и ТС2 рассчитаны на различное напряжение: обмотка "а" ТС1 - на напряжение 24 В - для питания ламп табло, остальные обмотки ТС1 и ТС2 - на напряжения 110/180/220 В - для питания светофоров, маршрутных указателей, рельсовых цепей 50 Гц и других нагрузок. Включение и защита трансформаторов ТС1 и ТС2 производится через автоматические выключатели 1АВ и 2АВ.

Для питания ряда дополнительных нагрузок служат трансформаторы: Т5 - реле местного управления стрелками, Т6 - трансмиттерных реле, Т7 - дешифраторных ячеек, Т8 и Т9 - ламп пультов ограждения.

При выключении питания в сети переменного тока, что контролируется аварийным реле СА, в панели предусмотрена возможность резервирования ряда цепей (гарантированного и импульсного питания ламп входных светофоров, контроля стрелок, реле местного управления, дешифраторных ячеек, импульсного питания ламп табло) от преобразователя ППВ-1, расположенного на панели ПВП-ЭЦК.

Основными элементами панели ПВП-ЭЦК являются зарядное устройство типа УЗАТ-24-30, служащее для заряда аккумуляторной батареи, и преобразователь-выпрямитель типа ППВ-1. Питание на УЗАТ-24-30 подается через автоматический выключатель АВ.

Для питания внепостовых схем ЭЦ изолированно от батареи установлен трансформатор Т1, питание на который подается с панели ПР-ЭЦК, а при выключении сети - от ППВ-1. Цепи питания Т1 переключаются контактами аварийного реле СА. Питание в схемы поступает через выпрямительный блок В и контролируется посредством реле БПК (при необходимости реле БПК производит переключение внепостовых схем ЭЦ на питание от батареи). Питание цепей электрообогрева стрелочных электроприводов осуществляется от трансформатора Т2 через выпрямительный блок ВП2.

Рабочие цепи стрелочных электроприводов разбиваются на две группы, которые получают питание от трехфазных трансформаторов ТС1 и ТС2 соответственно через выпрямительные блоки БД1 и БД2, включенные по трехфазной мостовой схеме выпрямления. Для контроля исправности выпрямителей служат контрольные реле 1ВВ и 2ВВ. При неисправности одного из выпрямителей питание обеих групп рабочих цепей стрелок автоматически переключается на другой при помощи реле 1ВВ и 2ВВ. Для отключения питания рабочих цепей стрелок с пульта управления служит реле ВСФ.

В панелях ПСПН-ЭЦК2, ПСПН-ЭЦК3 дополнительно к трансформаторам ТС1, ТС2 установлены 1 или 2 трансформатора мощностью 4,5 кВА каждый (ТС3 и ТС4), предназначенные для изоляции от "земли" источников питания электрообогрева стрелочных электроприводов.

Для снятия напряжения с оборудования и защиты силовых трансформаторов панели установлены автоматические выключатели АВ1-АВ4.

На одной панели ПП25-ЭЦК установлены 8 преобразователей ПЧ50/25-300. Из них "местные" преобразователи 1П и 2П (общей мощностью 600 ВА) предназначены для питания местных элементов реле ДСШ, а "путевые" преобразователи 11П-13П, 21П-23П (общей мощностью 1800 ВА) - для питания путевых трансформаторов рельсовых цепей.

Выходы каждого путевого преобразователя разделены на два луча питания. Напряжение в каждом луче при максимальной нагрузке 0,75 А составляет 200-230 В. Выходы каждого из местных преобразователей разделены на две группы питания местных элементов. В каждой группе допускается ток нагрузки 1,4 А, при котором напряжение составляет 110-115 В. Лучи питания рельсовых цепей могут отключаться индивидуальными выключателями 11В1(В2)-23В1(В2).

На щите ЩВП-73 показаны выключатели соответствующих источников питания (В1-В4).

2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА

2.1 Расчет и выбор элементов ЭПУ поста ЭЦ

2.1.1 Расчет преобразователя ППВ-1

От полупроводникового преобразователя типа ППВ-1, входящего в состав панели ПВП-ЭЦК, получают питание в случае отключения всех источников переменного тока следующие нагрузки гарантированного питания: станционные блоки дешифраторов кодовой АБ прилегающих к станции блок-участков; схемы смены направления движения и контроля прилегающих перегонов (при организации двустороннего движения поездов); схемы ДСН на станции и прилегающих перегонах; схемы ограждения составов.

Номинальные (максимальные) мощности этих нагрузок приведены в таблице 2.1.1. В ней количеством единиц измерителя являются число подходов к станции (в данной работе 5 подходов) и число постов ЭЦ (на станцию предусмотрен один пост). Активная (реактивная) максимальная мощность нагрузок находится, как произведение активной (реактивной) мощности нагрузок на количество единиц измерителя. А средняя мощность (активная и реактивная) равна произведению максимальной мощности (активной и реактивной) и среднесуточного коэффициента включения.

Среднесуточные коэффициенты включения К_н характеризуют, какую часть времени суток включена нагрузка (для постоянных нагрузок К_н = 1, для кратковременных нагрузок К_н = 0).

КПД ППВ-1 зависит от степени его загрузки. Поэтому в целях повышения КПД предусмотрена возможность настройки преобразователя на номинальные мощности 0,3/0,6/1,0 кВт. Такая настройка производится по результатам расчета максимальной (пиковой) мощности нагрузок S_м, ВА:



где - суммарная максимальная активная мощность нагрузок, Вт;

- суммарная максимальная реактивная мощность нагрузок, вар.

Соответственно, настраиваем преобразователь на номинальную мощность 0,6 кВт.

Нагрузочная способность ППВ-1 существенно зависит от коэффициента мощности нагрузки cos, который для пиковой мощности определяется как:

Так как реальный cos 0,9, то допустимая нагрузка на ППВ-1 может превышать номинальную. Эту мощность можно рассчитать по формуле:



Для определения тока, потребляемого преобразователем от аккумуляторной батареи, производим расчет средней мощности с учетом коэффициента нагрузки К_н:

, .

Средний коэффициент мощности нагрузок ППВ-1:

Коэффициент нагрузки преобразователя:

где Р_ном - номинальная мощность преобразователя с учетом его настройки на пиковую мощность нагрузки, Вт.

Коэффициент мощности оказывает влияние не только на использование установленной мощности преобразователя, но и на его КПД. Поэтому КПД ППВ-1 определяется с учетом cos_н и К_н. Для этого сначала (по специальным графикам на рисунке 1) определяются частные значения КПД з_ф и з_н в зависимости от cos_н и К_н, а затем рассчитывается общий КПД ППВ-1 з_п по формуле:

Рисунок 1 - График зависимости КПД от К_н и cosц

С учетом величин Р_н и з_п ток I_п, А, потребляемый преобразователем от батареи, составляет:

где U_б - номинальное напряжение аккумуляторной батареи, U_б = 24 В.

2.1.2 Расчет аккумуляторной батареи 24 В

Расчет аккумуляторной батареи 24 В заключается в определении ее емкости и выборе типа аккумуляторов СН (СК) по рассчитанному индексному номеру.

При определении емкости аккумуляторов следует исходить из условий эксплуатации батареи в основном и дополнительном режимах резервирования.

Основной режим резервирования соответствует питанию в течение двух часов от батареи всех гарантированных нагрузок ЭЦ в аварийных условиях при отключении всех источников переменного тока, включая ДГА. Разрядный ток батареи в режиме основного резервирования, I_бо, А:

где I_а - ток, потребляемый релейной аппаратурой ЭЦ (расход тока в расчете на одну стрелку составляет I_а = 0,262 А);

I_лс - ток, потребляемый контрольными лампочками повторителей входных светофоров на табло (потребляемый лампочками ток в расчете на один подход равен I_лс = 0,175 А);

I_пр - ток, потребляемый приборами ЭПУ (реле, блоки, сигнализаторы заземлений и др.) (потребляемый приборами ток не зависит от числа стрелок и в целом на пост ЭЦ составляет I_пр = 0,432 А);

I_лп - ток, потребляемый контрольными лампочками (контроля фидеров, работы преобразователей) на табло и панелях питания (потребляемый лампочками ток в расчете на пост ЭЦ равен I_лп = 0,175 А);

I_п - ток, потребляемый преобразователем ППВ-1 по гарантированному питанию цепей переменного тока;

n_с - число стрелок на станции;

n_вх - количество входных светофоров равное числу подходов к станции.

Расчетное время основного резервирования t_ро = 2 часа выбрано с учетом времени устранения возможной неисправности ДГА. Если в течение двух часов неисправность ДГА не устранена, батарея переводится с основного режима резервирования на дополнительный. Это достигается отключением от батареи релейных устройств ЭЦ (путем изъятия предохранителей на стативах).

Разрядный ток батареи в дополнительном режиме резервирования:

При установленной продолжительности местного аккумуляторного резерва красных огней входных светофоров в 12 часов продолжительность дополнительного режима контрольной батареи 24 В принята равной t_рд = 10 час.

В условиях рассматриваемого режима эксплуатации аккумуляторной батареи фактическая ее разрядная емкость Q_ф, А·ч, составит:

Емкость аккумуляторов, гарантируемая заводом-изготовителем, характеризуется номинальным значением Q_ном. Однако с повышением интенсивности разряда и понижением температуры электролита емкость, отдаваемая аккумуляторами, уменьшается. Поэтому фактическая емкость Q_ф, требуемая от аккумуляторов, пересчитывается (приводится) к номинальным условиям по формуле:

железнодорожный автоматика электропитание

где Q_р - расчетная номинальная емкость батареи, А·ч;

К_с - коэффициент снижения емкости аккумуляторов от старения, К_с = 0,85;

- коэффициент интенсивности разряда (коэффициент отбора емкости);

К_t - температурный коэффициент емкости, для аккумуляторов типа СК и СН К_t = 0,008;

t° - температура электролита во время разряда батареи (принимаем равной температуре воздуха в аккумуляторном помещении +15 °С).

Значение расчетного коэффициента интенсивности разряда определяем по режиму разряда батареи током I_бо как наиболее неблагоприятному для батареи (I_бо > I_бд).

В таком случае расчетная (возможная) длительность разряда батареи током основного режима I_бо составит:

По полученному значению t_рр определяем, что коэффициент интенсивности разряда аккумуляторов = 0,825.

По номинальной расчетной емкости Q_р определяется тип аккумуляторов СН (СК) - их индексный номер и паспортная номинальная емкость Q_ном. Индекс аккумуляторов можно определить по следующему соотношению:

где Q₁ - номинальная емкость аккумулятора типа СК (СН) с индексом 1, Q_1ск = 36 А•ч, Q_1сн = 40 А•ч.

Величина номинальной емкости аккумуляторной батареи будет определена по формуле:

Количество аккумуляторов в контрольной батарее определяется исходя из следующего соотношения:

где U_к - напряжение контрольной батареи в конце разряда источника;

U_б - номинальное напряжение контрольной аккумуляторной батареи,

U_б = 24 В.

В результате расчета был выбран аккумулятор типа СН с индексом 8 номинальной мощностью 320 А·ч с учетом того, что аккумуляторы типа СН по сравнению с аккумуляторами С и СК имеют следующие преимущества:

1. СН собирают на заводе-изготовителе, а не на месте установки;

2. их отличает больший срок службы;

3. меньшая масса (это объясняется тем, что для их работы требуется на 40 % меньше свинца);

4. СН обладают лучшей разрядной характеристикой;

5. при одноминутном разряде СН обеспечивают большие токи чем С и СК;

6. в процессе эксплуатации требуют меньшего ухода.

2.1.3 Расчет и распределение нагрузок панели ПР-ЭЦК

При расчете мощности нагрузок панели ПР-ЭЦК необходимо учитывать следующие ограничения: а) мощность каждой обмотки трансформаторов ТС1 и ТС2 не должна превышать 1,5 кВА; б) вторичные обмотки трансформаторов ТС1 и ТС2 (кроме обмотки «а» ТС1) должны быть загружены как можно более равномерно; в) если общая мощность S_пр превысит 9 кВА, то требуется установить вторую панель ПР-ЭЦК.

Суммарная мощность панели ПР-ЭЦК зависит от следующих видов нагрузки:

1. Лампочки табло и питающих панелей. Этой нагрузкой определяется мощность вторичной обмотки «а» ТС1.

Нагрузка, создаваемая лампочками табло и питающих панелей, в среднем на одну стрелку составляет: Р_лтс = 6 Вт, Q_лтс = 0,9 вар. В этом случае общая нагрузка от всей светосхемы станции S_лт на трансформатор ТС1 определяется:

где n_с - количество стрелок на станции.

2. Светофоры. Для равномерного распределения нагрузки светофоров на питающие устройства в панели ПР-ЭЦК предусмотрена возможность разделения светофоров на 4 группы, которые подключаются к обмоткам «а», «b» и «с» ТС2, а также к обмотке «с» ТС1.

Общая мощность нагрузки от всех светофоров станции определяется:

где S_свп - полная мощность светофора (Р_св = 25 Вт, Q_св = 19 вар);

n_св - количество светофоров на станции:

Следовательно, в эксплуатации находятся 88 светофоров. Разделим их на группы. Пусть, к обмотке «с» ТС1 подключаются 29 стрелок, к обмотке «а» ТС2 - 11, к обмотке «b» ТС2 - 19 и к обмотке «с» ТС2 - 29 стрелок. Тогда, полные мощности отдельных групп светофоров соответственно составят:

3. Маршрутные указатели. Для питания маршрутных указателей используются обмотки «b» трансформаторов ТС1 и ТС2.

Так как число стрелок меньше 140 (их 67 на станции) и присутствуют оба вида маршрутных указателей, принимаем мощность маршрутных указателей Р_му = 700 Вт. В виду наличия только активной составляющей мощности маршрутных указателей их полная мощность составит Р_муп = 700 ВА.

4. Контрольные цепи стрелок. Для питания контрольных цепей стрелок используется напряжение 220 В, получаемое от обмотки «b» ТС1.

Полная мощность цепей контроля стрелок, ВА:

где S_ксс - мощность цепей контроля в расчете на одну стрелку (P_ксс = 7,7 Вт; Q_ксс = 5,3 вар).

5. Стрелки местного управления. Цепи передачи стрелок на местное управление питаются от обмотки «b» ТС1.

Полная мощность устройств передачи стрелок на местное управление S_мс, ВА:

где S_мсс - мощность устройств передачи на местное управление одной стрелки,

S_мсс = 10 ВА;

n_мс - число стрелок, передаваемых на местное управление.

6. Дешифрирующие устройства АБ. Мощность дешифраторов АБ, питаемых от обмотки «а» ТС2, S_да, ВА, определяется:

где S_дап - мощность дешифрирующих устройств в расчете на один подход, (Р_дап = 16,6 Вт, Q_дап = 16,8 вар);

n_вх - количество входных светофоров равное количеству подходов к станции.

7. Лампочки пультов ограждения составов. Питание ламп пультов ограждения составов осуществляется от обмотки «а» ТС2. Мощность ламп пультов ограждения S_оп (непрерывного и импульсного питания) в целом на пост ЭЦ находится с учетом того, что Р_оп = 90 Вт, Q_оп = 20 вар.

8. Трансмиттерные реле и трансмиттеры. Нагрузка S_тр, создаваемая трансмиттерными реле и кодовыми трансмиттерами на обмотку «b» ТС2, принимаем на пост ЭЦ равной 110 ВА.

9. Внепостовые цепи. Мощность внепостовых цепей (ДСН, контроля перегона, смены направления и др.) по переменному току 220 В, питаемых от обмотки «а» ТС2 через панель ПВП-ЭЦК, определяется по данным расчета нагрузок ППВ-1. Следовательно, S_вн.сх = 80,5 ВА.

10. ЭПК пневмоочистки стрелок. Питание ЭПК пневмоочистки стрелок от снега производится напряжением 220 В от обмотки «а» ТС2 через панель ПВП-ЭЦК. Нагрузка от очистки, учитывая одновременную очистку двух стрелок в разных районах станции, принимаем в целом на пост ЭЦ равной Р_эпк = 26 Вт, Q_эпк = 94 вар.

11. Кодирующие трансформаторы 50 Гц. Питание кодирующих трансформаторов 50 Гц производится от обмоток «а» и «b» ТС2.

Их полная мощность S_крц, ВА, определяется по формуле:

где S_крц - мощность одной рельсовой цепи при кодировании ее токами 50 Гц, (Р_крц = 11 Вт, Q_крц = 38 вар);

n_рц - число кодируемых рельсовых цепей (по две рельсовые цепи на один подход к станции).

Распределим нагрузку. Подключим к обмоткам «а» и «b» ТС2 по 5 рельсовых цепей. Тогда,

Результаты выполненных расчетов представлены в виде табл. 2.1.2.

Общая мощность нагрузок панели ПР-ЭЦК определяется в соответствие с табл.2.1.2:

где S_ТС1, S_ТС2 - соответственно полные мощности трансформаторов ТС1 и ТС2;

з_тр - КПД трансформаторов ТС1 и ТС2, з_тр = 0,96.

В итоге, мощность каждой обмотки трансформаторов ТС1 и ТС2 не превысила 1,5 кВА, а вторичные обмотки трансформаторов ТС1 и ТС2 (кроме обмотки «а» ТС1) загружены вполне равномерно. Делаем вывод, что задача распределения нагрузок успешно выполнена. Кроме того, как видно из расчета, нет необходимости в установке дополнительной панели ПР-ЭЦК, так как общая мощность нагрузок меньше 9 кВА.

2.1.4 Расчет нагрузки выпрямителей панели ПВП-ЭЦК

На основании расчета нагрузки выпрямителей устанавливается режим эксплуатации зарядного устройства ВП1 (типа УЗАТ-24-30) и преобразователя-выпрямителя ПП (типа ППВ-1). При наличии напряжения переменного тока УЗАТ-24-30 и ППВ-1, работающий в этом случае в режиме выпрямления, используются для питания нагрузок постоянного тока 24 В.

Такими нагрузками являются релейные схемы поста ЭЦ и аккумуляторная батарея 24 В.

Максимальный ток, отдаваемый выпрямителями панели, составляет 50 А, в том числе: ВП1 - 30 А, ПП - 20 А.

Ток, потребляемый релейными схемами ЭЦ, А, составляет:

где I_ап - среднесуточный ток, потребляемый релейными схемами поста ЭЦ в нормальном режиме в расчете на одну стрелку, I_ап = 0,445 А.

Ток, потребляемый аккумуляторной батареей от выпрямительных устройств, зависит от режима ее работы.

В режиме постоянного (непрерывного) подзаряда (батарея находится в заряженном состоянии) потребляемый ею ток подзаряда, I_пз, А, составляет:

где Q_ном - номинальная емкость аккумуляторной батареи.

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

где t_вв - максимальное время восстановления (заряда) батареи, t_вв = 72 ч;

_а - КПД аккумуляторов, _а = 0,8.

Ток выпрямителей в режиме постоянного подзаряда батареи, I_вп, А:

Ток выпрямителей в режиме форсированного заряда батареи, I_фз, А:

Поскольку ток I_вп превышает 25 А, используем ВП1 и преобразователь-выпрямитель ПП.

В режиме форсированного заряда так же будем использовать оба выпрямительных устройства.

2.1.5 Расчет стрелочной панели

Максимальный суммарный ток обеих групп рабочих цепей стрелок стрелочной панели равен 30 А. Таким образом, расчет стрелочной панели заключается в проверке соответствия тока, потребляемого стрелками при их переводе, с допустимым током панели. Если на станции используется электрообогрев автопереключателей стрелочных приводов, необходимо также рассчитать мощность цепей обогрева, по значению которой выбирается тип стрелочной панели.

Максимальный (пусковой) ток I_{сп max}, А, потребляемый от выпрямителей стрелочной панели, зависит от типа рельсов, марок крестовин стрелочных переводов, числа одновременно переводимых в маршруте стрелок и определяется:

где I_эп - ток, потребляемый одним электроприводом стрелочного перевода данного типа (расчетный ток электроприводов типа СП-6 на стрелочных переводах марки 1/11 при типе рельсов Р65 принимаем

равным I_эп = 2,8 А, при типе рельсов Р50 - I_эп = 2,0 А); n_со - количество одновременно переводимых стрелок в маршруте:

где n_од - количество одиночных стрелок;

n_сп - количество спаренных стрелок.

Мощность цепей электрообогрева стрелочных приводов рассчитываем по формуле:

где S_эс - мощность цепи электрообогрева, отнесенная на одну стрелку (Р_эс = 15 Вт, Q_эс = 22 вар).

В целях экономии и ввиду применения электрообогрева будем использовать стрелочную панель типа ПСТН-ЭЦК2, в которой не предусмотрен изолирующий трансформатор.

2.1.6 Расчет мощности рельсовых цепей и преобразовательных панелей ПП25-ЭЦК

Расчет панелей ПП25-ЭЦК заключается в определении их количества, исходя из мощности нагрузки, создаваемой фазочувствительными рельсовыми цепями. В этом случае необходимо наличие двух цепей, питание которых осуществляется от путевых и местных преобразователей частоты.

Мощности, потребляемые путевыми трансформаторами рельсовых цепей S_пт, ВА, и местными элементами путевых реле S_мэ, ВА, определяются:

где S_птс, S_мэс - полные мощности соответственно путевых трансформаторов и

местных элементов путевых реле в расчете на одну стрелку;

значения их составляющих приведены в табл. 2.1.6.

Таблица 2.1.6 - Активные и реактивные мощности, потребляемые путевыми трансформаторами и местными элементами путевых реле в расчете на одну стрелку

Род тяги, используемой на участке	Мощности, потребляемые путевыми трансформаторами	Мощности, потребляемые местными элементами путевых реле
	Pптс, Вт	Qптс, вар	Pмэс, Вт	Qмэс, вар
Электрическая постоянного тока	16,8	7,85	4,1	4,4

На основании полученных значений мощности рельсовых цепей рассчитывается требуемое количество местных и путевых преобразователей, входящих в состав панели ПП25-ЭЦК:

где S_ппэ, S_мпэ - расчетные мощности соответственно путевого и местного преобразователей, S_ппэ = 290 ВА, S_мпэ = 300 ВА.

В соответствии с числом преобразователей определяется число панелей. На участках с электротягой постоянного тока одна панель устанавливается, если требуемое число путевых преобразователей не превышает 4 (иначе - 2 панели). Так как понадобится 5 путевых преобразователей, будем применять две панели ПП25-ЭЦК.

Фактическая загрузка преобразователей оценивается следующим образом:

2.1.7 Расчет вводной панели ПВ-ЭЦК, нагрузки на внешние сети переменного тока и выбор ДГА

Максимальная мощность одной панели ПВ-ЭЦК составляет 80кВА. Мощность вводной панели определяется суммой отдельных видов нагрузок: устройств СЦБ, связи, освещения и вентиляции, мастерских, маневровых постов.

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

Нагрузка на ПВ-ЭЦК от панели ПВП-ЭЦК создается во время наиболее неблагоприятного (послеаварийного) периода ее работы в режиме восстановления емкости контрольной батареи 24 В. Активная составляющая этой нагрузки рассчитывается по формуле:

где U_зб - напряжение батареи при форсированном заряде, U_зб = 31 В;

з_вз - КПД выпрямительных (зарядных) устройств, з_вз = 0,6.

Реактивная составляющая этого вида нагрузки зависит от количества централизованных стрелок на станции и при числе стрелок до 100 принимается равной Q_ПВП = 1180 вар.

Нагрузка на ПВ-ЭЦК от стрелочной панели определяется мощностью питания рабочих цепей стрелок P_псп, Q_псп при их переводе, а также мощностью электрообогрева (220 В) стрелочных приводов. Мощность цепей перевода стрелок зависит от числа одновременно переводимых стрелок и с учетом потерь может быть принята в целом на пост ЭЦ при числе стрелок от 60 до 100 P_псп = 3,0 кВт, Q_псп = 0,9 квар.

Нагрузка на ПВ-ЭЦК от панелей ПП25-ЭЦК определяется количеством панелей, схемой их включения и родом тяги, используемой на участке.

Так как на станции применяется тяга на постоянном токе, и устанавливаются две панели ПП25-ЭЦК, при этом на 1 местный ПЧ приходится не более 4-ех путевых, применим синфазное включение панелей между собой. Тогда, общая мощность панели S_ппч равна:

где S_пчм, S_пчп - расчетные мощности ПЧ на частоте 50 Гц.

Заметим, что на участках с электротягой постоянного тока панели ПП25-ЭЦК включаются через трансформатор ТСЗ. Поэтому мощность нагрузки ПП25-ЭЦК на вводную панель определяем с учетом потерь в ТСЗ.

Однако через ТСЗ при электротяге постоянного тока получают питание также и устройства связи. Поэтому первоначально рассчитываем суммарную мощность нагрузки трансформатора ТСЗ:

где S_св - полная мощность устройств связи.

По полученному значению S_ТС3 определяем мощность активных ДP и реактивных ДQ потерь в трансформаторе ТСЗ (рисунок 2), которую затем учитываем при определении нагрузки, создаваемой устройствами СЦБ на вводную панель. При этом используем трансформатор ТСЗ-16, рассчитанный на нагрузку до 16 кВА.

Рисунок 2 - График потерь мощности в ТС3

Потери в трансформаторе составляют:

В расчетах мощности ПВ-ЭЦК необходимо предусматривать 10 % резерв мощности по нагрузке СЦБ.

Мощности нагрузок неосновного назначения зависят от типа поста ЭЦ и приведены в табл. 2.1.7.

Таблица 2.1.7 - Нагрузка устройств связи, осветительной и силовой нагрузок на постах ЭЦ

Наименование нагрузок	Тип поста ЭЦ
	Сз-57
	Потребляемая мощность
	Р, Вт	Q, вар
1. Устройства связи	5200	4426
2. Гарантированное освещение	6385	1066
3. Негарантированное освещение	8519	1422
4. Гарантированная силовая нагрузка	2120	1590
5. Негарантированная силовая нагрузка	13920	10440

Представим результаты расчета мощности вводной панели в виде сводной таблицы 2.1.8.

Таблица 2.1.8 - Расчетная таблица мощности вводной панели

Наименование нагрузок	Полная мощность отдельных нагрузок, ВА
Панель ПР-ЭЦК Нагрузка панели	5645,75
Панель ПВП-ЭЦК Нагрузка в режиме восстановления батареи	2175,53
Панель ПСТП-ЭЦК2 Перевод стрелок Электрообогрев приводов (220В)	3132,09
	1784
Панель ПП25-ЭЦК Нагрузка панели Потери в трансформаторе ТС3 (при электротяге постоянного тока)	4410
	1761,48
Итого СЦБ	18908,85
Резерв СЦБ - 10 %	1890,89
Всего СЦБ с резервом	20799,74
Устройства связи	6828,58
Освещение: гарантированное негарантированное	6473,38
	8636,87
Гарантированная вентиляция	2650
Негарантированная вентиляция и мастерские	17400
Всего на вводную панель	62788,57

Одновременно с расчетом мощности панели ПВ-ЭЦК производится расчет нагрузки ДГА (при этом мощность потребителей негарантированного питания не учитывается). Таким образом, мощность нагрузок ДГА определяется по формуле:

где S_нсн, S_но - полные мощности соответственно негарантированных силовой нагрузки (вентиляция и мастерские) и освещения.

Итак, устанавливаем автоматизированный дизель-генераторный агрегат типа ДГА-48. Мощность вводной панели определяет собой нагрузку, создаваемую постом ЭЦ на сети внешнего электроснабжения.

Поскольку в реальных условиях мощность нагрузок ЭЦ может быть различной, то для селективности защиты устройств ЭПУ необходимо установить предохранители в цепях фидеров питания с плавкими вставками.

Расчет плавких вставок производится с учетом реальной загрузки фаз питания. Принимая загрузку фаз питания равномерной, расчетный ток в каждой фазе определяем по формуле:

где U_ф - фазное напряжение, U_ф = 220 В.

Выбираем типовую плавкую вставку, рассчитанную на 100 А.

3. ОРГАНИЗАЦИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ И БЕЗОПАСНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Электроустановки автоматики, телемеханики и связи должны удовлетворять следующим основным требованиям: обеспечивать надежность и бесперебойность питания аппаратуры связи с напряжением необходимой стабильности и допустимой пульсацией; строиться на базе использования типового промышленного оборудования и быть экономичными в эксплуатации и строительстве; обладать достаточно высокими значениями КПД и cos; быть максимально автоматизированными (необслуживаемыми или требовать минимального ухода). Последнее достигается за счет автоматизации: управления переключением вводов электроснабжения, работы резервных электростанций, работы выпрямительно-аккумуляторных подстанций.

Выпрямительное и различное распределительно-коммутационное оборудование в настоящее время выпускается одностороннего обслуживания. Поэтому в ряде случаев оно может устанавливаться непосредственно у стены или задними сторонами друг к другу в рядах. При этом расстояния между лицевыми сторонами щитового и шкафного оборудования должно быть не менее 1,5 м, между лицевой стороной одного ряда и задней стороной другого ряда - 1,2 м и между задними сторонами двух рядов - 0,05 м. Проход между торцом ряда с выпрямителями и стеной должен быть не менее 0,5 м. Рекомендуется также размещать ряды щитового и шкафного оборудования амфитеатром, обращенным лицевой стороной к окнам. Длина щитового ряда не должна быть более 7 м. При длине ряда более 7 м необходимо устраивать между оборудованием проход шириной 0,8 м. Каждый из оборудованных таким образом рядов должен закрываться с боку перфорированной листовой сталью.

Настенное оборудование блочной системы электропитания, требующее ручного обслуживания, как правило, размещается на высоте 1,2-1,3 м от пола так, чтобы высота рукояток рубильников над полом была не более 1,75 м. Автоматическое настенное оборудование может устанавливаться на стене одно над другим. Измерительные приборы, вмонтированные в это оборудование, должны быть на высоте не менее 0,7 и не более 2,1 м от пола.

В целях обеспечения безопасности при работе и обслуживании устройств электропитания предусмотрены такие формы обучения работников, как: вводный, первичный, периодический и внеочередной инструктаж; стажировка и подготовка непосредственно на производстве; первичная и периодическая проверка знаний и периодические занятия по охране труда.

Вводный инструктаж проводят с лицами, вновь поступающими на работу (за исключением работников, переводимых на другую должность внутри станции), в период оформления (обучения, практики), до издания приказа о назначении, с целью ознакомления с общими положениями по охране труда, условиями работы и правилами внутреннего распорядка.

Первичный инструктаж на рабочем месте проводят с вновь принимаемыми на работу лицами и при переводе с одной должности на другую с целью ознакомления их с конкретной производственной обстановкой на данном рабочем месте и безопасным приемам труда. Периодические занятия по охране труда проводят с целью изучения вопросов техники безопасности и производственной санитарии в связи с внедрением новой техники и технологий, введением новых правил, инструкций, а также повторного изучения вопросов охраны труда. Изучение вопросов охраны труда входит в общую систему технической учебы на станции по общему плану. Периодический инструктаж на рабочем месте, проводят с работающими с целью разъяснения мер безопасности при выполнении работ и ознакомления с приказами и указаниями по охране труда. Периодический инструктаж проводится в рабочее время по мере необходимости (изменение условий труда, особые требования в связи с изменением метеорологических условий и т.п.), но не реже одного раза в квартал. Внеочередной инструктаж проводят в связи с имевшими место производственными травмами или нарушениями требований техники безопасности, которые могли бы привести к несчастному случаю. Внеочередной инструктаж проводят не позднее трех дней после совершившегося нарушения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данный курсовой проект дает возможность приобрести навыки в сфере энергообеспечения устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи, знакомит с системами их электропитания, позволяет изучить требования, которые к ним предъявляются, а также освоить организацию эксплуатации и правила техники безопасности при обслуживании устройств электропитания.

В ходе проектирования был рассмотрен ряд вопросов, связанных с общими принципами организации электропитания устройств СЦБ, с выбором типа системы питания устройств ЭЦ и структурно-функционального состава электропитающей установки, а в последующем и ее расчета, на основании которого была составлена функциональная схема ЭПУ поста ЭЦ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Багуц, В.П. Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта / В.П. Багуц, Н.П. Ковалев, А.М. Костроминов. - М.: Транспорт, 2011. - 286 с.

2 Коган, Д.А. Аппаратура электропитания железнодорожной автоматики: учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта / Д.А. Коган, З.А. Эткин. - М.: Транспорт, 1987. - 256 с.

3 Михайлов, А.Ф. Электропитающие устройства и линейные сооружения автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте: учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта / А.Ф. Михайлов, Л.А. Частоедов. - М.: Транспорт, 1987. - 383 с.

4 Грумбина, А.Б. Электрические машины и источники питания радиоэлектронных устройств / А.Б. Грумбина. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 368 с.

5 Сергеев, Б.С. Источники электропитания электронной аппаратуры железнодорожного транспорта / Б.С. Сергеев, А.Н. Чечулина. - М.: Транспорт, 2014. - 211 с.

6 Шепилова, Е.Г. Электрические машины и электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: методические указания к курсовому проектированию / Е.Г. Шепилова. - Ростов н/Д: РГУПС, 1998. - 43 с.

Размещено на Allbest.ru