Расчет аккумуляторной батареи

Примерный расчет аккумуляторной батареи для автономных систем электроснабжения

При расчете системы автономного электроснабжения очень важно правильно выбрать емкость аккумуляторной батареи (АКБ).

Для предварительного расчета Вы можете руководствоваться следующими простыми правилами.

емкость, которую должна выдавать АКБ, рассчитывается исходя из количества электроэнергии в Вт*ч, потребляемого от АКБ в режиме разряда.

Допустим емкость 1 АКБ 100 АЧ, и вольтаж 12 В. Соответственно полная емкость составит 100 АЧ *12 В=1200 Вт*ч. Беда в том, что если разрядить такой АКБ на 100% он выйдет из строя. Поэтому нужно оставлять 30% емкости. Соответствено 100 АЧ * 12 В * 0.7=840 Вт*ч

Если батарей несколько - то количество энергии в них складывается.

в общем случае нужно руководствоваться следующими параметрами: допустимая глубина разряда не должна превышать 30-40% для герметичных необслуживаемых батарей, и не более 50% для стартерных батарей. При циклических режимах работы аккумулятора нужно применять гелевые аккумуляторы или специальные аккумуляторы с жидким электролитом. При буферном режиме работы (т.е. если основное время аккумуляторы находятся в заряженном состоянии и иногда, при пропадании электрической сети, отдают свою энергию) можно применять аккумуляторы AGM. Необходимо учитывать, что степень заряда аккумулятора не зависит жестко от его напряжения. При быстром разряде большими токами допускается более низкое конечное напряжение батарей (до 9,8В), а если аккумулятор разряжается малым током длительное время, то он может быть разряжен на 100% даже при напряжении на нем более 11,5В.

емкость АБ понижается с понижением температуры Гелевые аккумуляторы меньше теряют емкость при понижении температуры, AGM и стартерные обычно имеют емкость в 2 раза ниже номинальной уже при 0°C и при дальнейшем понижении температуры их полезная емкость резко падает.

срок службы АБ понижается при увеличении температуры окружающей среды выше 25 °C.

Иногда, информация о том до какого напряжения проседает АКБ при разряде разными токами указывает производитель в пасспорте на аккумулятор.

Предположим, что нам нужно обеспечить работу прибора мощностью 2000 Вт в течении 5 часов - т.е. его потребление будет 10000Вт*ч. и для этого мы хотим использовать аккумуляторы на рабочее напряжение 12В и емкостью 100 АЧ.

Давайте рассчитаем сколько таких АКБ нам потребуется.

Количество запасенной энергии у заряженного аккумулятора будет равно:

Такое количество энергии можно получить при полном разряде полностью заряженного аккумулятора. Но, аккумуляторы могут быть и не полностью заряженными. Кроме того, глубокий полный разряд после небольшого количества циклов заряд-разряд, быстро выведет аккумуляторы из строя. Например, обычный хороший аккумулятор при разряде на 30 % его емкости и последующей сразу после разряда зарядке способен выдержать 1000 таких циклов. Если при разряде отобрать 70% емкости, то количество циклов уменьшится примерно до 200. Поэтому, при расчетах нужно вводить коэффициент, который учитывает глубину разряда.

Извлекаемое количество энергии в АКБ равно

Соответственно, для определения емкости нужно количество потребляемой энергии разделить на напряжение аккумулятора умноженное на коэффициент емкости.

Тогда формула определения необходимой емкости будет иметь такой вид:

Где Е - необходимая общая емкость аккумуляторов в Ач;

Q- количество энергии, которую нужно получить от аккумуляторов в Вт.ч;

V-напряжение каждого из аккумуляторов;

k-коэффициент использования емкости, учитывающий, какую часть энергии всех используемых аккумуляторов можно реально использовать потребителям.

Разобравшись с теорией, можно определить необходимую емкость аккумуляторов по заданным параметрам.

Для того чтобы определить, какую емкость можно отобрать от аккумуляторов, чтобы получить электрическую энергию в количестве 10000 Вт. ч, делим это количество энергии на рабочее напряжение каждого аккумулятора равное 12В. В результате получаем, что надо отобрать 833 А.ч от имеющейся емкости аккумуляторов. Если применить коэффициент емкости равный 0, 7. учитывающий то обстоятельство. что недопустимо часто полностью разряжать кислотные аккумуляторы, то получаем значение необходимой установленной емкости аккумуляторов равное 1190 Ач.

Поскольку мы в нашем примере хотели использовать АКБ 100 Ач, то в этом случае необходимо будет 12 АКБ такой емкости.

Приходько Валентин Иванович. Copyright © 2016-2016 г. E-mail: [email protected] Украина.
Перепечатка материалов с обязательной ссылкой на авторство и сайт - ПРИВЕТСТВУЕТСЯ.
Все материалы на сайте предоставлены исключительно в ознакомительных и образовательных целях,
администрация сайта не претендует на их авторство и не несёт ответственности за их содержание.

*****

Об аккумуляторах.

Как сосчитать емкость аккумулятора UPS?
Простая формула для 12-вольтового аккумулятора:

Н апример, к UPS (ИБП) для насоса мощностью 100 Вт=0.1 кВт с временем работы от аккумулятора 8 часов нужен 12-вольтовый аккумулятор емкостью:

0.1 * 8 * 100 = 80 А*час

или 2 аккумулятора по 40 А*час или 4 аккумулятора по 20 А*час.

В нимание: формула верна для больших времен работы от аккумулятора (8 часов и больше). Для малых времен работы - читайте страницу до конца.

Д ля любознательных ниже следуют объяснения.

1. Условия задачи

Д опустим, мы Расчет аккумуляторной батареи собираемся подключать к UPS (ИБП) с напряжением батареи V вольт несколько 12-вольтовых аккумуляторов, чтобы UPS мог проработать от батареи H часов при нагрузке W кВт. Как узнать, сколько аккумуляторов нам нужно и какой емкости.

2. Расчет емкости аккумулятора

З а время H, UPS передаст нагрузке электрическую энергию:

П олностью заряженный аккумулятор с номинальным напряжением 12 В и емкостью E А*час, может через инвертор с КПД 0.83 передать в UPS энергию:

P = 12*0.83*E/1000 = E/100 [кВт*час]

П риравняв правые части двух предыдущих формул, мы можем рассчитать суммарную емкость 12-вольтовых аккумуляторов, которые обеспечат нужное время работы ИБП от батареи:

Eс = W * H * 100 [А*час]

К оличество необходимых нам аккумуляторов зависит от напряжения батареи ИБП и емкости 12-вольтовых аккумуляторов, которые мы можем приобрести. Если нам доступны аккумуляторы любой емкости, то количество аккумуляторов легко сосчитать:

П ри малых временах разряда, аккумулятор отдает только часть емкости. Поэтому при H = 6 часов, рассчитанную емкость аккумулятора E нужно увеличить на 20%, при H = 4 часа - на 30 %, при H = 2 часа - на 40%, а при требуемом времени 30 минут - удвоить рассчитанную емкость аккумулятора E.

2. Пример расчета емкости

Определить емкость и количество 12-вольтовых аккумуляторной батареи UPS (ИБП), нагрузкой которого является отопительный котел.
Электрическая мощность котла W = 0.2 кВт; напряжение батареи UPS V = 24 В; требуемое время работы UPS от батареи H = 6 часов

С уммарная емкость аккумуляторов:

Eс = W*H = 0.2*6*100 = 120 А*час

К оличество аккумуляторов:

N = V/12 = 24/12 = 2

Е мкость каждого аккумулятора:

Е = Ес/N = 120/2 = 60 А*час

П оскольку требуемое время работы равно 6 часам, нужно увеличить рассчитанную емкость на 20%. Получим: емкость каждого из двух аккумуляторов равна 72 А*час.

Берегите природу. Не выбрасывайте вышедшие из строя аккумуляторы - сдавайте их для утилизации в специализированную фирму.

*****

Расчет и подбор аккумуляторных батарей

Расчет аккумуляторной батареи

При выборе аккумуляторов для домашних электростанций возникает вопрос, как рассчитать нужную емкость аккумуляторов и выбрать необходимые аккумуляторные батареи.

Видов аккумуляторов существует множество, но есть основные, которые используются в домашних электростанциях – свинцово-кислотные (SLA), гелиевые (GEL), и литиевые (Li-ion) аккумуляторы. Стоимость последних уже на порядок ниже, чем была несколько лет назад, а примуществ гораздо больше, чем у остальных моделей.

Что такое свинцово-кислотный аккумулятор?

Аккумулятор это короб, который разделен на отсеки сепараторами (перегородками из микропористого пластика). В эти отсеки заливается жидкий электролит, в который погружаются положительные и отрицательные пластины. Между этими пластинами возникает напряжение и протекает ток. Электролит из таких аккумуляторов может испаряться. Такие аккумуляторы необходимо обслуживать (доливать электролит) и не допускать закипания.

Что такое аккумулятор GEL?

Технология GEL состоит в том, что заполнитель отсеков пропитан не жидким электролитом, а желеобразным гелем. Это добавляет устойчивости к вибрациям, увеличивает срок жизни аккумуляторов при систематическом перемещении их с места на место. В целом срок службы у GEL намного выше, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов.

Литий - ионный аккумулятор (Li-ion) — тип электрического аккумулятора. который широко распространён в современной бытовой электронной технике и находит своё применение в качестве источника энергии в электромобилях и накопителях энергии в энергетических системах. Это самый популярный тип аккумуляторов в таких устройствах как с отовые телефоны. ноутбуки. цифровые фотоаппараты. видеокамеры и электромобили.

GEL и Li-ion технологии существенно выигрывают у классических свинцово-кислотных аккумуляторов по следующим причинам:

- они не требуют обслуживания

- конструкция герметична и безопасна, не выделяет вредных веществ в атмосферу

- существенно больший срок службы при правильной эксплуатации

- вероятность сульфатации (окисления и кристаллизации) пластин АКБ существенно меньше

А теперь, закончив экскурс в википедию, приступим к главному:

Расчет мощности аккумуляторов:

Количество потребленной электроэнергии измеряется в единицах кВт*ч.

Рассчитать эту единицу очень просто – нужно Емкость умножить на номинальное напряжение

Максимальное количество запасенной электроэнергии для аккумулятора с номинальным напряжением 12В и емкостью 120Ач будет равно 12В*120Ач=1440Вт*ч=1,44кВт*ч

Эта цифра показывает, какое количество электроэнергии отдает полностью заряженный аккумулятор. Он например сможет в течении 14 часов питать обычную лампочку 100Вт (100Вт*14часов=1400Вт*ч) или энергосберегающую лампочку 5Вт в течении 288 часов (5Вт*288часов=1440Вт*ч).

Расчет емкости аккумуляторов:

Здесь все еще проще: для того чтобы рассчитать емкость аккумуляторов, всего-навсего нужно определиться для чего будет использоваться аккумулятор:

1) Если аккумуляторы нам нужны для резервной электроэнергии при отключении электричества, то берем среднее потреь=бление электричетва в час и усножаем на колоичество часов, прогнозируемых без жлектричества. Таким обрахом мы получим емкость аккумуляторов, которая нам необходима. Единственный нюанс, должен все-таки оставаться запас примерно 20-30% - чтобы не допустить полного разряда аккумуляторов.

В доме периодически бывает отключение электричества не более чем на 5 часов. В это время в доме необходимо, чтобы работало: холодильник (средней мощностью 250Вт), светодиодных лампочек в количестве 10 штук (мощностью 5Вт каждая) и телевизора (10Вт). Можно в рассчет добавить и электрический чайник, но так как средняя пощность чайника 1-1,5 киловатт, а пусковой ток в 8-10 раз превышет мощность электроприбора, то мы чайник в рассчет брать не будем.

Холодильник – 250Вт х 5часов=1250 Вт/ч

Лампочки – 10шт х 5Вт х 5часов =250 Вт/ч

Телевизор – 100Вт х 5часов =500 Вт/ч

В сумме получается: 2000Вт/ч + запас в 20%. = 2200 Вт/ч.

Если мы рассматриваем стандартные аккумуляторы номинальным напряжением 12В, то легко рассчитываем нужную емкость – 2200Вт/ч / 12В = 184 Ач

2) Если аккумуляторы нужны для полностью автономного электроснабжения (например, с использованием солнечных батарей или ветрогенератора ) - при отсутствии электричества вообще, то необходимо учесть электропотребление в период отсутствия напряжения от источника (в отсутствии солнца или ветра). При этом также нужно учесть запас емкости аккумулятора.

При использовании солнечных батарей, в зависимости от места расположения и времени года, доля потребленной суточной электроэнергии в отсутствии солнца варьируется от 30% летом до 90% при полном отсутствии солнечного света зимой.

Исходя из того в какой период времени вы планируете использовать автономную систему, нужно рассчитывать запас емкости аккумуляторов.

Семья начинает дачный сезон с весны, когда солнечный день составляет 7-8 часов. Часть этого дня они проводят вне дома, не используя большое количество приборов (в это время идет зарядка аккумуляторов), а в отсутствии солнца – ночью, утром и вечером необходимо чтобы работали: холодильник (круглосуточно) + чайник, свет, телевизор, насос.

Холодильник – 250Вт

Лампочки – 10шт х 5Вт = 50Вт

Телевизор – 100Вт

В сумме за сутки получается: 400 Вт х 24 часа = 9600 Вт/ч

Днем аккумуляторы зараяжаются, а за вечернее, ночное и утреннее время, в среднем уходит около 70% от суточного потребления.

Следовательно, рассчитываем нужную емкость:

9600 Вт/ч * 70% = 6700 Вт/ч – это необходимое количество энергии.

Исходя из этого нужная емкость аккумуляторов будет равна:

6700 Вт/ч / 12В = 558 Ач, а если учесть, что аккумуляторы не должны разряжаться полностью, и им необходим запас мощности хотя бы 20%, получаем около 700Ач емкости аккумуляторов.

Данный рассчет является примерным и укрупненным, потому как лампочки круглые сутки гореть не будут, телевизор тоже не будет работать круглосуточно, а вот на холодильник необходимо оставить запас мощности.

На работу одного только холодильника необходимо:

250Вт х 24 часа = 6000 Вт/ч,

следовательно, 6000 / 12 = 500Ач - это емкость аккумуляторов для одного только холодильника.

В общем - больше всего емкости необходимо для холодильника, если все-же без него можно обойтись (хотя сомневаюсь), то затраты на аккумуляторы будут гораздо ниже.

О том как подобрать контроллер заряда для солнечных батарей, вы можете прочитать здесь.

Предыдущая запись

Расчет аккумуляторной батареи

*****

Расчет ёмкости аккумуляторной батареи для ИБП

Аккумуляторные батареи для ИПБ - это аккумулятор, обеспечивающий постоянное питание и подачу напряжения, когда отключается питающая сеть. Емкость аккумуляторной батареи - это одна из ее самых важных технических особенностей. То есть возможное число электроэнергии, которое скапливается АКБ за цикл подзарядки. Далее рассмотрим способ расчета нужной емкости.

Как все знают, потребленная мощность рассчитывается в Вт, а аккумуляторная батарея для ибп с емкостью в А•ч. Чтобы выяснить емкость аккумуляторов для питания оборудования нужно осуществить определенный расчет. Нагрузка в 500 Вт нуждается в резервировании примерно за 3 ч. Для обыкновенного 12В аккумулятора, величина нужной емкости батареи рассчитывается по следующей формуле:

  • Q= (P• t) / V• k
  • Тут Q – это нужная емкость аккумулятора;
  • P – нынешняя нагрузка;
  • V – напряжение любой из аккумуляторных батарей;
  • t – период резервирования.
  • k – коэффициент применения емкости аккумулятора.

Коэффициент k вводится, потому что АКБ не полностью заряжается. Кроме того, сильное понижение заряда устройства, который следует после нескольких рабочих циклов зарядки и разрядки, становится причиной быстрой порчи батареи. Например, если только приобретенный аккумулятор разряжается на 30% от его всей емкости, затем сразу же осуществлять его зарядку, он может выдержать приблизительно 1000 таких циклов. В случаи уменьшения разряди до 70%, то число этих циклов понизится приблизительно в 200. В результате, выходит, что для питания этой нагрузки за указанный период необходимо:

Данное значение считается минимальной емкостью аккумулятора для конкретного варианта. В идеальном состоянии рекомендуется взять источник энергии с маленьким запасом. Это необходимо для того, чтобы из раза в раз не разряжать его. Таким образом, удастся сохранить рабочие данные батареи за более длительный промежуток времени.

Q= 178,6•1,2 = 214,3 А•ч.

То есть для того, чтобы решить поставленную задачу нужно купить аккумулятор емкостью не меньше 215 А•ч. Если использовать ИБП и вместе с ним генератор, то размер этого коэффициента лучше понизить до 0,4, так как в подобной связке батареи в основном используются для того, чтобы поддержать питание электроэнергии без перебоя, пока не заработает электростанция.

*****

Расчет емкости и числа элементов аккумуляторных батарей

Записка содержит 22 страниц, 2 рисунок, 4 источника, 2 чертежа.

БУФЕРНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ, ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ, АККУМУЛЯТОР, ФИДЕР, ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОР, АВТОКОММУТАЦИЯ, ЩИТ КОММУТАЦИИ, УСТРОЙСТВО ГАРАНТИРОВАННОГО ПИТАНИЯ, РАЗРЯДНАЯ ЕМКОСТЬ БАТАРЕИ, АВАРИЙНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ, ТОКОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ СЕТЬ.

В проекте рассчитывается электропитающая установка для устройств автоматики, телемеханики и связи, обеспечивающая электроснабжение переменным током, бесперебойное питание нагрузок 24 В и 48 В постоянного тока. А так же аварийное освещение и гарантированное питание постоянным током напряжения 48 В II категории надежности электроснабжения.

Выполнение работы преследует цель спроектировать электропитающую установку при заданных нагрузках и времени работы относительно категории внешнего энергоснабжения, стабильности выходного напряжения и выбрать рабочую аппаратуру. Так же необходимо спроектировать размещение оборудования в помещениях: щитовая, аккумуляторная, автозал.

Альбом чертежей, прилагаемый к работе, содержит структурную и функциональную схему установки, а также план помещения с размещением выбранного оборудования.

1 Преобразователи напряжения. 6

2 Расчет емкости и числа элементов аккумуляторных батарей. 6

3 Выбор выпрямителей. 9

4 Расчет мощности ДГУ и выбор его типа. 9

5 Расчет потребления электроэнергии от внешней сети. 10

6 Выбор способа электроснабжения. 12

7 Расчет и выбор предохранителей, автоматических выключателей, выбор ограничителей перенапряжения. 12

8 Расчет токораспределительной сети. 13

9 Расчёт сопротивления защитного контура заземления и измерительных электродов токам растекания. 15

10 Размещение оборудования и защитного контура. 16

11 Расчет надежности электропитающей установки. 17

Библиографический список. 22

Постоянная безаварийная и бесперебойная работа аппаратуры автоматики, телемеханики и связи зависит от надежности работы устройств электропитания и точного соблюдения заданных режимов работы источников тока. Для питания современных устройств автоматики, телемеханики и связи созданы специальные электропитающие установки, обеспечивающие указанные устройства электроэнергией при заданных напряжениях и токах. Исторически развитие и совершенствование электропитающих установок проходило параллельно с развитием самих питаемых устройств.

Современные электроустановки на предприятиях проводной связи являются одними из наиболее ответственных и сложных их частей. Их стоимость составляет от 10 до 40% стоимости всех станционных сооружений, а стоимость эксплуатации, например, таких видов электросвязи, как сетевые узлы и обслуживаемые усилительные пункты кабельных магистралей, составляет около половины стоимости всей эксплуатации этих сооружений. Отсюда следует то, что проектирование устройств электропитания – одна из главнейших проблем при проектирования предприятий в целом.

Целью данного проекта является расчет электропитающей установки для устройств автоматики, телемеханики и связи, обеспечивающая электроснабжение переменным током по группе IIБ, бесперебойное питание нагрузок 24 В и 48 В постоянного тока. А так же аварийное освещение и гарантированное питание постоянным током напряжения 48 В II категории надежности электроснабжения.

Соответственно, в связи с крайней пространностью данная цель разбивается на множество сопутствующих подцелей, таких как выбор способов электропитания и регулирования постоянного напряжения, расчет и разработка батарей на каждую из нагрузок, выбор аккумуляторов. Также предусматривается расчет и выбор сопутствующих устройств, таких как устройство гарантированного питания, резервная электростанция (дизель-генератор), а также выбор устройств коммутации между выбранными приборами.

В завершение предполагается проектирование помещения под разработанную электропитающую установку и размещение выбранного оборудование в нем. Также подразумевается разработка альбома чертежей, содержащего структурную и функциональную схемы электропитающей установки и план размещения оборудования.

1 Преобразователи напряжения

Нагрузкой выпрямителей также будут являться: стабилизаторы постоянного напряжения типа СПН, стойки ССПН, а также инверторы.

В данном проекте мощность переменного напряжения равна 12.1 кВт. С учетом запаса мы выбираем 3 штуки ИС–4500 на 13.5 кВт. Данный инвертор может быть установлен в шкаф с габаритами 962´600´600 мм

Для преобразования одного постоянного напряжения в другое применяют стабилизаторы, которые помещают в специальные стойки. В проекте нам необходимо 2 стойки:

Стойка стабилизатора ССПН–5 60–48/80

Стойка стабилизатора ССПН–6 60–24/80

Габариты стойки стабилизаторов в мм – 2250´600´700.

Расчет емкости и числа элементов аккумуляторных батарей

Расчет ведется при аварийном режиме ЭПУ, когда основная нагрузка, ее преобразователи получают электроэнергию только от АБ.

В данном курсовом проекте рассматривается II группа надежности электропитания. Напряжение 2 вольта на элемент. Время разряда 10-24 часа. Поэтому минимальное допустимое напряжение на элементах и блоках «A600-OPzV» равно 1,8 вольта. Максимальное, зарядное напряжение составляет Uэлmax = 2,35 В. Буферное напряжение Uэл буф = 2,25 В

Число последовательно соединенных элементов находим по следующей формуле:

Расчет аккумуляторной батареи

Так как у нас ток не превышает 60 ампер, то за номинальное напряжение мы берем 60 В. Подставив значения в формулу (1) мы получаем

Расчет аккумуляторной батареи

Напряжение всей батареи будет меняться в пределах:

Расчет аккумуляторной батареи

Расчет аккумуляторной батареи

Буферное напряжение батареи:

Расчет аккумуляторной батареи

Подставив значения в формулы (2)–(4) найдем:

Расчет аккумуляторной батареи

Расчет аккумуляторной батареи

Расчет аккумуляторной батареи

Найдем ток, потребляемый от батареи в аварийном режиме преобразователями ССПН и ИТ по формулам:

Расчет аккумуляторной батареи

Расчет аккумуляторной батареи

Где КПД стойки ССПН ηспн = 0,92; КПД инвертора ИТ примем ηит = 0,8. Расчет аккумуляторной батареи –допустимое падение напряжение в токораспределительной сети. По заданию они составляют Расчет аккумуляторной батареи .

Формула (5) применяется 2 раза для 1 и 2 тока и напряжений. Подстановка идет своих значений.

Подставив соответствующие значения в формулу (5) получим:

Расчет аккумуляторной батареи

Расчет аккумуляторной батареи

В формуле (6), чтобы не получать большой ток, примем напряжение 3 равное 60 вольтам. Тогда получим:

Расчет аккумуляторной батареи

Общий ток разряда батареи находится по формуле:

Расчет аккумуляторной батареи

Подставив значения в формулу (7) найдем:

Расчет аккумуляторной батареи

Необходимая номинальная емкость батареи Сприв. приведенная к 24 часовому режиму разряда и температуре среды 30 о С, находится по формуле:

Расчет аккумуляторной батареи

Где коэффициент отдачи по емкости ηG, определяется по времени разряда и для моего варианта равен 1, α=0,0008–температурный коэффициент изменения емкости аккумулятора. Подставим все значения в формулу (8):

Расчет аккумуляторной батареи

При наличии 2-х групп АБ, включенных параллельно и имеющих большую, близкую к предельной емкость, емкость элементов каждой группы находим:

Из всего многообразия выберем для АБ ЭПУ стационарные герметизированные по AGM-технологии аккумуляторы марки «A600-OPzV», производимые по зарубежным лицензиям. Срок службы таких аккумуляторов – более 10 лет. Основные характеристики:

Емкость 3090 Ач

Для размещения АБ, мы выбираем шкафы типа УЭПС–А1. В них помещаются 4 АБ, следовательно для размещения оборудования нам необходимо 15 шкафов УЭПС–А1.

3 Выбор выпрямителей.

Расчет аккумуляторной батареи

Сила тока заряда батареи вычисляется по формуле:

Расчет аккумуляторной батареи

Подставив значения в формулу (10), получим

Расчет аккумуляторной батареи

Максимальный ток на выходе выпрямителей, с учетом 75% загрузки вычисляется по формуле:

Расчет аккумуляторной батареи

Подставив значения в формулу (11), получим

Расчет аккумуляторной батареи

Выбираем выпрямитель ВБВ 60/25-2К, который наилучше подходит для нашего проекта. Его максимальная сила тока равна 25 А. Отсюда число таких выпрямителей равно:

Расчет аккумуляторной батареи

Также 13% мы добавляем, как резерв. Это будет 6 резервных выпрямителей.

Мы выбрали стойку УЭПС-2 60/200-88–5 штук

УЭПС-2 60/200-84–1 штука.

УЭПС-2 60/200-86–1 штука резерв.

4 Расчет мощности ДГУ и выбор его типа

Максимальная нагрузка ДГУ при аварийном отключении питающих фидеров переменного тока:

РДГУ = Расчет аккумуляторной батареи РУЭПС + РАО + РК + РСН. (12)

Мощность, потребляемая выпрямителями ВБВ УЭПСа:

где ηУЭПС = 0.9 – КПД выпрямителей.

Расчет аккумуляторной батареи

Расчет аккумуляторной батареи

Расчет аккумуляторной батареи

Расчет аккумуляторной батареи

Расчет аккумуляторной батареи

Так как в задании нет дизель генераторной, то выбор ДГУ не производится.

5 Расчет потребления электроэнергии от внешней сети

Максимальная активная мощность Рmax. потребляемая от сети, больше мощности РДГУ на величину дополнительных негарантированных нагрузок: мастерских РМ. нормального общего освещения РОСВ. общей вентиляции помещений узла связи и автоматики РВЕНТ :

Рmax = Расчет аккумуляторной батареи РДГУ + РМ + РОСВ + РВЕНТ. (14)

Рmax =91450 +5600 +4300+4000=105400 Вт.

Годовая стоимость электроэнергии без учета реактивной составляющей мощности Qmax при стоимости одного кВт-часа Z руб. составляет:

Расчет аккумуляторной батареи

Возьмем Z=1.8 руб.

Расчет аккумуляторной батареи

Реактивная мощность, потребляемая от сети, может быть вычислена через активную для отдельных групп нагрузок, имеющих одинаковый коэффициент мощности соsφ (для освещения соsφ = 1, для моторной и вентиляторной нагрузки соsφ = 0.7):

Расчет аккумуляторной батареи

Для моторной нагрузки: Расчет аккумуляторной батареи

Для вентиляционной нагрузки: Расчет аккумуляторной батареи

Полная мощность, потребляемая от сети:

где Расчет аккумуляторной батареи – сумма всех активных мощностей;

Расчет аккумуляторной батареи – сумма реактивных мощностей групп нагрузок.

Расчет аккумуляторной батареи

Максимальный ток по одной фазе, потребляемый из 3-х фазной сети переменного тока при равномерном распределении нагрузки по фазам:

Расчет аккумуляторной батареи

Полную мощность и максимальный ток фазы используем для выбора шкафов и щитов коммутации на стороне переменного тока, для выбора предохранителей ПН-2 и автоматических выключателей.

Автоматический выключатель вводных фидеров Ф1 и Ф2 выбираем по IФ типа ВА 51-39.

6 Выбор способа электроснабжения

Систему электроснабжения переменным током выбираем по системе ТN-S, когда с питающей подстанции напряжение подается по пятипроводной линии (Т − три фазы, N − нейтраль, S − защитный провод, обозначаемый в схемах ЭПУ как РЕ) или по системе ТN-C-S, когда с подстанции на ЭПУ связи и автоматики питание осуществляется по четырехпроводной линии (три фазных провода и объединенный – провод нейтрали и защитный, обозначаемый в схемах ЭПУ как PEN).

Для ЭПУ IIособой группы категории можно выбрать, ШВРАУ 380/Iн 21 ПК, с функциональной схемой, представленной на рисунке 1.

Рисунок 1– Схема защиты системы ТN-S.

На рисунке 1 показана защита по току (предохранители ПН-2, автоматические выключатели c защитными характеристиками типа С), защита по напряжению (разрядники Р и варисторы типа TVR на каждой фазе, а также между проводами N и РЕ при 5-ипроводной схеме TN-S).

7 Расчет и выбор предохранителей, автоматических выключателей, выбор ограничителей перенапряжения

Предохранители ПН-2 выбираем из расчёта Iкз =Iф *3, где Iф – ток фазы, равный 163.093 А, т.е. Iкз =163.093*3=489.279 А, значит выбираем на ток равный 500 А. Время отключения нагрузки до 0.6 с. Выбираем ПН-2 на ток равный 100 А.

Автоматические выключатели типов ВА-5139 с характеристиками типа С, выбираем с учётом тока из токораспределительной сети.

8 Расчет токораспределительной сети

Токораспределительная сеть (ТРС) рассчитывается по заданию для одной из нагрузок при аварийном режиме от АБ до определенного числа нагрузок.

Расчет производим по схеме ТРС, выполняемой согласно заданию, для каждого участка длиной Расчет аккумуляторной батареи с током Расчет аккумуляторной батареи .

Для одного из общих, магистральных участков (от АБ до преобразователя, от преобразователя до распределительного шкафа ПР) сечение проводника находим:

где Расчет аккумуляторной батареи – расчетное значение сечения;

Расчет аккумуляторной батареи. Расчет аккумуляторной батареи - соответственно ток и длина каждого участка;

Расчет аккумуляторной батареи =57 См/м – удельная проводимость меди;

Расчет аккумуляторной батареи =1.4 В- допустимое падение напряжения на участке.

Действительную потерю напряжения на 1-м участке определяем после округления расчетного значения Расчет аккумуляторной батареи до ближайшего стандартного Расчет аккумуляторной батареи из ряда в Расчет аккумуляторной батареи. 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400; 500; 625; 800; 1000; 1200.

где DUФАКТ – фактическое падение напряжения до i-го участка.

qФАКТ – фактическое сечение провода, полученное при округлении расчетного значения до стандартного.

Результаты расчетов ТРС сводим в таблицу для заказа необходимого провода, кабеля или токопроводящей шины.

Составим схему токораспределения. Токораспределительная сеть разрабатывается для напряжения 50 А, включая в себя 7 участков общей длиной 58 метров:

Рисунок 1 – Схема токораспределительной сети.

Рассчитаем сечение провода для первого участка:

Расчет аккумуляторной батареи

Ближайшее значение в ряде 10 Расчет аккумуляторной батареи. но для того, чтобы полученное суммарное напряжение не превышало допустимое значение возьмём сечение равное 16 мм 2

Расчет аккумуляторной батареи

Таблица 1 – Результаты расчета остальных участков токораспределительной сети.

Расчет аккумуляторной батареи

Неравенство верно, значит мы правильно рассчитали токораспределительную сеть

На все ветки, кроме ветки номер 3, мы ставим автоматические выключатели ВА 57Ф35 ВА 57-35типа С. На ветку 3 мы ставим типа В.

9 Расчёт сопротивления защитного контура заземления и измерительных электродов токам растекания.

Для защиты обслуживающего персонала проведем расчет защитного контура заземления.

Сопротивление токам растекания контура нормируется (ГОСТ 464-79) величиной не более 4 Ом при удельном сопротивлении земли до rз = 100 Ом∙м. По заданию rз = 130 Ом∙м.

Контур должен состоять из уложенной в грунт на глубину h = 0.7м горизонтально в виде замкнутого квадрата стальной шины 3 м.

Сопротивление одного вертикального электрода рассчитаем по формуле:

Т.к. величина удельного сопротивления земли по заданию велика, то можно судить о том что это горный грунт, поэтому заземление требует большого количества вертикальных электродов. Принимаем первоначально контур в горизонтальном плане в виде квадрата со стороной 3 м, с 40 вертикальными электродами (n = 40). Тогда сопротивление токам растекания такого горизонтально расположенного контура из стальной шины шириной b = 0.04 м и длиной lгор =201 м без вертикальных электродов:

Общее сопротивление такого контура:

где Ксез = 1.4 – сезонный коэффициент;

n – число вертикальных электродов в контуре;

ηив. ηиг – коэффициенты использования (экранирования) соответственно вертикальных электродов и горизонтальной полосы квадрата, равные ηив =0.4, ηиг =0.2.

Для сорока вертикальных электродов:

Расчет аккумуляторной батареи

Расчет аккумуляторной батареи

Расчет аккумуляторной батареи

Данное значение не превышает норму 4 Ом, следовательно, данное сопротивление удовлетворяет нормам.

10 Размещение оборудования и защитного контура.

Ширина проходов между шкафами, щитами, стенами помещения (при установке напольного оборудования) должна быть не менее 0.7-0.8 м, высота – не менее 1.9 м. Между дизель-электрическим агрегатом (ДГА) со стороны управления и соседним агрегатом и стеной проход должен быть не менее 1м, а между ДГА и фасадом щита – не менее 1.2 м.

При расчете площадей помещений SП допускаем, что SП = 5SОБ. где SОБ – площадь размещаемого оборудования в плане.

Подсоединение защитного контура к главной заземляющей шине (ГЗШ) ЭПУ осуществляется кабелем или стальной шиной сечением 25´4 мм 2 или оцинкованным проводом диаметром более 6 мм. Корпуса оборудования ЭПУ и автозала подключаются к ГЗШ напрямую.

Схема размещения оборудования представлена в альбоме чертежей.

11 Расчет надежности электропитающей установки.

Для расчета надежности ЭПУ на основании функциональной схемы составим расчетную схему, на которой отразим последовательные и параллельные цепи установки. Схема изображена на рисунке 2. Для расчета выбираем самый ненадежный вариант нагрузки – 3.

Рисунок 2 – Схема для расчета надежности

Надежность параллельных цепей производится по формуле:

Надежность последовательно соединенных элементов рассчитывается по формуле:

Условная интенсивность отказов отдельных блоков, узлов ЭПУ представлена в таблице 2.

Таблица 2 - Условная интенсивность отказов отдельных блоков, узлов ЭПУ

Наименование блока, узла

Время наработки на отказ:

Коэффициент готовности тракта:

Где tвi – время восстановления. По заданию tвi =1.5 часа для 1-2 тракта, для последнего 1 час

Аналогично найдем Ктр для остальных трех трактов.

Тогда коэффициент готовности всей ЭПУ c учетом четырех параллельных трактов:

Расчет аккумуляторной батареи

Наработка на отказ всей системы из четырех (k = 3) параллельных трактов:

Пользуясь выше приведенными формулами, производим расчет надежности системы.

Вероятность безотказной работы каждого тракта:

Расчет аккумуляторной батареи

Расчет аккумуляторной батареи

Расчет аккумуляторной батареи

Интенсивность отказа каждого тракта :

Расчет аккумуляторной батареи

Расчет аккумуляторной батареи

Расчет аккумуляторной батареи

Время наработки на отказ:

Расчет аккумуляторной батареи

Расчет аккумуляторной батареи

Расчет аккумуляторной батареи

Коэффициент готовности каждого тракта:

Расчет аккумуляторной батареи

Расчет аккумуляторной батареи

Расчет аккумуляторной батареи

Таким образом, коэффициент готовности всей ЭПУ c учетом 3 параллельных трактов:

Расчет аккумуляторной батареи

Наработка на отказ всей системы из 3 параллельных трактов при нем равна

Расчет аккумуляторной батареи

В данном курсовом проекте была разработана электропитающая установка для устройств автоматики и связи с буферным многобатарейным способом электропитания, обеспечивающая электроснабжение переменным током по группе, бесперебойное питание потребителей: 48 В, 24 В, 220 В, а так же аварийное освещение и гарантированное питание II группы категории с выходным напряжением 48 В. Рассчитана емкость и число элементов щелочной аккумуляторной батареи. Выбраны выпрямительные агрегаты, устройства коммутации постоянного тока. Выполнен расчет источников переменного тока, выбрана резервная электростанция и устройство гарантированного питания. Проведено размещение оборудования и рассчитана токораспределительная сеть для нагрузки 50 А длиною 58 м, разбитая на 7 участков.

1. Багуц В.П. Ковалев Н.П. Костроминов А.М. Электропитание устройств ЖАТС. М.:Транспорт, 1991.

2. Казаринов И.А. Проектирование электропитающих установок предприятий проводной связи. М.:Связь, 1974.

3. Поздняков Л.Г. Карпова Л.А. Митрохин В.Е. Расчет электропитающей установки для устройств автоматики и связи. Омск, 2009.

4. Поздняков Л.Г. Карпова Л.А. Митрохин В.Е. Технические характеристики электро­питающего оборудования устройств связи и автоматики. Омск,1986.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *