Электропитание устройств и систем телекоммуникаций.
Федеральное
агентство связи
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики»
А.М. Сажнев, Л.Г. Рогулина
ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ
И СИСТЕМ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ
Методические указания и варианты контрольных заданий
Новосибирск
УДК 621.314.2
ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ.
Доц. А.М. Сажнёв, доц. Л.Г. Рогулина. Приводятся варианты заданий по дисциплине «Электропитание устройств и систем телекоммуникаций» и методические указания по выполнению контрольной работы. Излагается порядок расчета и выбора основного оборудования электропитающей установки, приводятся таблицы типового оборудования, расчетные соотношения и необходимые справочные данные по оборудованию. Методические указания могут быть использованы студентами всех форм обучения по специальностям 210404, 210401, 210406 и 2210405.
Каф. РПУ
Илл. 22 , табл. 5 , список лит. - 15 назв.
Рецензент
Для специальности 210404, 210401, 210406 и 2210405.
Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ в качестве методических указаний
Сибирский государственный
университет телекоммуникаций
и информатики , 2008 г.
Содержание
Cтр.
ВВЕДЕНИЕ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1 ЗАДАНИЕ И ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ
РАБОТЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
2 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ
РАБОТЫ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.1 Структурная схема энергоснабжения предприятия связи. Схемы
бесперебойного электроснабжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 6
2.2 Шкафы вводно - распределительные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
2.3 Силовые кабели и шинопроводы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
2.4 Аккумуляторные батареи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.5 Системы заземления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.6 Устройства автоматической защиты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.7 Требования к электропитающим установкам . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.8 Характеристика промышленных электропитающих установок . . . . . . . 33
3 Расчет и выбор оборудования электропитающей установки . . . . . . . . . . . . 34
4 Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40
Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
- 3 –
ВВЕДЕНИЕ
Целью настоящей работы является закрепление студентами теоретических знаний, полученных при изучении основных разделов курса «Электропитание устройств и систем телекоммуникаций».
При выполнении контрольной работы (задания) студент должен произвести выбор основного оборудования электропитающей установки (ЭПУ) и провести расчет качественных и количественных показателей отдельных устройств.
Выполнение контрольного задания предусматривает большой объем работы со справочной литературой по типовому промышленному оборудованию.
Методические указания предусматривают сто вариантов заданий. Номер варианта задания, выполняемого студентом, должен соответствовать двум последним цифрам номера зачётной книжки.
Контрольная работа с заданием, решенным не по своему варианту, не проверяется преподавателем и возвращается студенту без зачёта.
ЗАДАНИЕ И ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ
КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
В контрольной работе необходимо выполнить следующее:
- рассчитать количество и емкость элементов аккумуляторных батарей и выбрать их тип; найти ток выпрямителя и мощность, потребляемую ЭПУ от внешней сети; выбрать типовое выпрямительное устройство; выбрать вводный шкаф; рассчитать заземляющее устройство и выбрать автомат защиты.
- составить функциональную схему системы электропитания (см. рис. П1) и перечень элементов с указанием всех типов выбранного оборудования (рис. П2).
Исходные данные к расчету выбираются из таблиц 1 и 2 в соответствии с номером зачётной книжки.
Контрольная работа выполняется в обычной ученической тетради (или на листах формата А4). Она должна быть аккуратно оформлена, разборчиво написана на одной стороне каждого листа, т.е. на правой странице развернутой тетради. Левая страница должна быть оставлена чистой, так как она предназначена для внесения студентами исправлений и дополнений по результатам рецензии.
Для замечаний преподавателя на каждой странице тетради необходимо оставлять поля шириной 3…4 см. Все страницы нумеруются.
На обложке тетради следует наклеить заполненный адресный бланк, а на первой странице тетради должен быть титульный лист с указанием номера варианта.
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ДОЛЖНА ОБЯЗАТЕЛЬНО СОДЕРЖАТЬ:
- исходные данные к расчету;
- 4 -
Таблица 1 - Варианты задания
| Предпоследняя цифра номера зачетной книжки | ||||||||||
| Напряжение питания основного канала цепи постоянного тока, U0, В | ||||||||||
| Максимальный ток нагрузки, I0, А | ||||||||||
| Ток аварийного освещения, IОСВ, А | 4,5 | 3,5 | 2,8 | 1,9 | 2,7 | 3,2 | 4,7 | |||
| Полная мощность потребления на хозяйственные нужды, SХОЗ , кВА | 3,5 | |||||||||
| Коэффициент мощности нагрузки на хоз. нужды, cos jхн , отн.ед. | 0,97 | 0,93 | 0,9 | 0,95 | 0,98 | 0,94 | 0,92 | 0,91 | 0,96 | 0,89 |
| Время разряда аккумуляторных батарей, tр , час | ||||||||||
| Рабочая температура окр. среды, tср, ˚ С | +20 | +18 | +10 | +12 | +25 | +20 | +18 | +15 | +10 | +12 |
Таблица 2 - Варианты задания
| Последняя цифра номера зачетной книжки | ||||||||||
| Удельное сопротивление грунта, r0, Ом×м /7,14/ | ||||||||||
| Длина шинопровода (кабеля) l ф, км | 1,0 | 1,9 | 2,0 | 1,5 | 0,9 | 2,1 | 3,0 | 1,7 | 1,6 | 2,6 |
| Место прокладки шинопровода (кабеля) | земля | воздух | земля | воздух | земля | воздух | земля | воздух | земля | воздух |
| Первичная сеть трехфазная, четырехпроводная, UФ=220В, fС=50Гц по ГОСТ 13.109 - 97 |
- описание буферной системы электропитания, которая будет рассчитываться;
- расчетные формулы привести в общем виде и с подставленными в системе СИ численными значениями величин;
- схемы и графики должны соответствовать требованиям ЕСКД (чертежи могут быть выполнены карандашом);
- все рисунки, графики, чертежи и таблицы должны быть пронумерованы;
- в конце контрольной работы привести перечень элементов схемы, выполненный в соответствии с требованиями ЕСКД;
- список литературы;
- работа должна быть подписана и указана дата.
Допускается выполнение контрольной работы с помощью средств вычислительной техники.
Получив контрольную работу с рецензией преподавателя, студент должен ознакомиться со всеми замечаниями, исправить отмеченные ошибки и письменно ответить на все поставленные преподавателем вопросы.
В том случае, если контрольная работа выполнена неудовлетворительно и возвращена студенту, необходимо внести в неё исправления или выполнить задание заново в соответствии с указаниями преподавателя, после чего её следует снова выслать для повторной проверки вместе с незачтённой ранее работой.
КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Условное обозначение ШВР
Размеры типовых конструктивов указаны в табл. 3.
Таблица 3 – Конструктивные размеры ШВР
| Конструктивное исполнение | Высота (Н), мм | Ширина (L), мм | Глубина (В), мм |
| Настенное | 280 или 530 | ||
| 280 или 530 | |||
| Напольное | 1650, 1950, 2250 | ||
| 1650, 1950, 2250 | |||
| 1650, 1950, 2250 | |||
| 1650, 1950, 2250 |
Конструктивом предусматривается обслуживание шкафа с лицевой стороны.
Корпуса шкафов настенного и напольного исполнения выполнены из стали с покрытием порошковой краской.
В шкафу предусматриваются все необходимые приспособления для подключения подводимых кабелей с учетом их сечения и места подвода.
В зависимости от условий эксплуатации и конструктивных требований могут быть использованы специальные шкафы, предназначенные для установки вне помеще -
- 12 -
ний, а также (при небольшом наборе автоматических выключателей) пластиковые боксы на 4…36 модулей.
Рассмотрим наиболее характерные примеры использования ШВРА в системах электроснабжения.
На рис. 8 представлена схема электроснабжения потребителей с несколькими шкафами ввода.
Рисунок 8 – Пример схемы электроснабжения потребителей с несколькими ШВР
Одной из самых распространенных схем ШВРА является схема с двумя вводами от сети. Эта схема реализуется в шкафах типа ШВРА 380 / Iн – 20П (С), где Iн – номинальный ток вводных автоматов и приведена на рисунке 9.
Рисунок 9 а – вариант питания потребителей от одного ввода сети, когда другой ввод находится в резерве.
Рисунок 9 б – вариант питания двух групп потребителей, каждой – от своего ввода сети. При пропадании напряжения на одном из вводов обе группы потребителей переключаются на другой ввод с помощью контакторов.
Рисунок 9 в то же, что и рисунок 9 б, но переключение обеспечивается автоматами с моторными приводами.
Шкаф ШВРА 380/Iн – 20П (С) также обеспечивает:
- местную световую и дистанционную сигнализацию о включении контактора первого или второго сетевого ввода и наличии напряжения на вводах;
- 13 -
 |
Рисунок 9 – Варианты схемы ШВРА с двумя вводами от сети
- возможность индикации наличия напряжения в каждой фазе сети;
- возможность индикации наличия тока в каждой фазе сети;
- стрелочные индикаторы и счетчик учета электроэнергии.
Для электроснабжения электроприемников особой группы первой категории предназначаются шкафы типа ШВРА 380/Iн – 21П (С), где Iн – номинальный ток вводных автоматов. Они предусматривают возможность подключения дизельной электростанции к потребителям и имеют два ввода от сети и один ввод от ДГУ. На рис. 10 представлены различные варианты схемы ШВРА 380/Iн –21П (С).
Рисунок 10 а – ДГУ подключается к потребителям вручную. Блокировка рубильников Q4 и Q5 исключает возможность одновременного присутствия напряжения на шинах питания нагрузки.
Рисунок 10 б – автоматическое подключение ДГУ, для чего предусматривается второй АВР.
Рисунок 10 в – вводы внешней сети (СЕТЬ 1 и СЕТЬ 2) подключаются к потребителям через устройство автоматического ввода резерва (АВР) ШВРА и АВР ДГУ. ДГУ подключается к потребителям через собственное устройство АВР.
ШВРА 380/Iн – 21П(С) также обеспечивает:
- местную световую и дистанционную сигнализацию о включении контактора первого или второго сетевого ввода и наличии напряжения на вводах;
- возможность индикации наличия напряжения в каждой фазе сети;
- возможность индикации наличия тока в каждой фазе сети;
- ручное или автоматическое переключение на ДГУ;
- стрелочные индикаторы и счетчик учета электроэнергии.
Для надежного электроснабжения необслуживаемых регенерационных пунктов выпускаются шкафы вводно-распределительные типа ШВРА 380/Iн-21 С и ШВРА 220/Iн-21 С. Эти шкафы предназначены для эксплуатации в закрытых помещениях с температурой окружающего воздуха от минус 40ºС до + 40ºС и обеспечивают:
- электропитание технологической нагрузки;
- освещение наземных и подземных коммуникаций напряжением 36В;
- включение термостата – антиконденсационной пластины;
- сигнализацию местную световую и дистанционную о включении контактора основного или резервного ввода и о наличии напряжения на вводах;
- возможность индикации наличия напряжения на каждом из вводов сети;
- учет потребляемой электроэнергии на вводах СЕТЬ 1 и СЕТЬ 2;
- ручное переключение СЕТЬ – ДГУ.
Рисунок 11 – Сечение четырехжильного кабеля
Буквенные обозначения в маркировке кабелей с медными жилами приведены ниже. Они определяются конструкцией брони, изоляцией и защитными покровами.
Б – броня из двух спальных лент с антикоррозионным защитным покровом;
БН – тоже с негорючим защитным покровом;
Г – отсутствие защитных покровов поверх брони или оболочки;
Л(2Л) – в подушке под бронёй имеется слой (два слоя) из пластмассовых лент;
В(П) – в подушке под бронёй имеется шланг из поливинилхлорида (полиэтилена);
ШВ (Шп) – защитный покров в виде шланга (оболочки) из поливинилхлорида (полиэтилена);
К – броня из круглых оцинкованных стальных проволок, поверх которых наложен защитный покров;
Н – не горючий покров;
П – броня из оцинкованных плоских проволок, поверх которых наложен защитный покров;
C – свинцовая оболочка;
В – изоляция или оболочка из поливинилхлорида;
П – изоляция или оболочка из полиэтилена;
Бб – броня из профилированной стальной ленты;
Р – резиновая изоляция.
Например, марка СРБ – 4x70 – кабель с резиновой изоляцией, свинцовой оболочкой, с бронёй из стальных лент и защитными покровами, четырехжильный, каждая жила имеет сечение 70 мм2.
В зависимости от условий эксплуатации, места прокладки, охлаждения, величины протекающего тока предпочтительны определённые типы кабелей. Некоторые из них с допустимыми токовыми нагрузками приведены в таблице 4.
Магистральные шинопроводы марки ШМА собраны из прямоугольных алюминиевых шин, изолированных друг от друга, расположенных вертикально и зажатых между специальными изоляторами внутри перфорированного корпуса.
- 17-
Таблица 4 – Допустимые токовые нагрузки медных четырехжильных кабелей на напряжение до 1 кВ
| Сечение основной жилы, мм2 | Сопротивление одной жилы постоянному току, Ом/км | Допустимый ток, А | |
| Кабели в свинцовой или аллюминиевой оболочке, прокладываемые в земле ВБбШВ ; ВБбШП СБВ | Кабели в свинцовой оболочке, прокладываемые на воздухе СБШВ ; СБГ СБ2Л;СРБГ | ||
| 4,7 | |||
| 3,11 | |||
| 1,84 | |||
| 1,16 | |||
| 0,734 | |||
| 0,529 | |||
| 0,391 | |||
| 0,27 | |||
| 0,195 | |||
| 0,154 | |||
| 0,126 | |||
| 0,100 |
Число шин – 3,4 или 6. Шинопроводы марки ШМА предназначены для четырехпроводных сетей с глухозаземленной нейтралью. Распределительные шинопроводы марок ШРА и ШРМ используются для передачи и распределения электроэнергии с возможностью непосредсвенного присоединения к ним электроприемников в системах с глухозаземленной нейтралью при напряжении 220/380 В. Шинопровод типа ШРМ выполнен медными шинами /15/. Некоторые типовые шинопроводы приведены в таблице 5.
Таблица 5 – Типовые шинопроводы
| Тип шинопровода | Номинальный ток, А | Сопротивление на фазу, Ом/км | Тип шинопровода | Номинальный ток, А | Сопротивление на фазу, Ом/км |
| ШМА 73 | 0,031 | ШРА У | 0,085 | ||
| ШМА 68Н | 0,027 | ШРА 73 | 0,2 | ||
| 0,013 | ШРМ 75 | 100/250 | 0,75 | ||
| ШРА 74 | 0,15 | ШЗМ 16 | 0,018 | ||
| 0,14 |
- 18-
Аккумуляторные батареи
Аккумулятор – это химический источник тока многократного действия. Он способен накапливать, длительно сохранять и отдавать по мере надобности электрическую энергию, полученную от внешнего источника постоянного тока.
Системы заземления
В задаче энергоснабжения предприятия связи системы заземления играют важную роль и как рабочий элемент энергораспределения, и как гарант защиты персонала от поражения электрическим током.
Заземление в электропитающих установках может выполняться на стороне переменного и на стороне постоянного тока.
Устройство заземлений
Заземляющие устройства делят на защитное и рабочее. Рабочее заземление предназначено для создания нормальных условий работы электроустановки. За
щитное заземление – электрическое соединение части электроустановки, нормально не находящейся под напряжением с заземляющим устройством, обеспечивающим электробезопасность персонала. Для выполнения заземлений различных назначений и разных напряжений рекомендуется применять одно общее заземляющее устройство, удовлетворяющее требованиям к заземлению этих установок /5/.
Заземляющее устройство состоит из заземлителя и заземляющих проводников.
В качестве заземлителей используются в первую очередь естественные заземлители: проложенные в земле стальные водопроводные трубы, стальная броня и свинцовые оболочки силовых кабелей, проложенных в земле, металлические конструкции зданий и сооружений, имеющие надежный контакт с землей.
Если естественных заземлителей недостаточно, то применяют искусственные заземлители.
Конструктивно искусственный заземлитель выполняется в виде одного – двух рядов горизонтальных и вертикальных электродов. Для электродов искусственных заземлителей применяются забиваемые в землю отрезки труб диаметром 50...75 мм, стержни. Электроды должны иметь длину 2,5…5 м. Верхний конец каждого электрода должен находиться на глубине не менее 0,5…0,8 м от поверхности почвы. Электроды располагаются друг от друга на расстоянии не менее
2,5…3 м и соединяются между собой горизонтальными полосами /6/.
В открытых распределительных устройствах с напряжением выше 1 кВ вокруг площади, занятой оборудованием, прокладывается замкнутый контур из горизонтальных заземлителей, к которому присоединяется оборудование.
Заземляемые части соединяются с заземлителем проводниками. В качестве заземляющих проводников могут использоваться специально предусмотренные для этой цели проводники, сечения которых не менее установленных в /5/, или металлические конструкции зданий, подкрановые пути, каркасы распределительных устройств, стальные трубы электропроводок, алюминиевые оболочки кабелей, металлические кожухи шинопроводов, короба, лотки, открыто проложенные трубопроводы, кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных веществ, канализации и центрального отопления. В электроустановках выше 1 кВ с эффективно заземленной нейтралью сечение заземляющих проводников проверяется по термической стойкости.
Расчет заземляющего устройства сводится к выбору числа и диаметра заземляющих стержней в зависимости от типа грунтов и формы электродов. Для определения сопротивления заземляющего устройства сначала рассчитывается величину сопротивления одиночного заземлителя RВ. В качестве заземлителя можно
– 25 –
принять стальную трубу, забитую вертикально в грунт на некоторую глубину h (рис 17, а). Сопротивление RВ зависит от удельного сопротивления грунта r
Ом×см (сопротивление образца грунта объемом 1 см3), длина трубы 
см, находя
а) вертикальный электрод; б) горизонтальный электрод
Рисунок 17 – Расположение заземлителей в грунте
щейся в грунте, наружного диаметра трубы d см и определяется по формуле /14/:
Ом,
где t –расстояние от поверхности земли до середины трубы (электрода), см.
Большое влияние на сопротивление RВ оказывает сезонное колебание прово-
димости верхних слоев грунта в зависимости от влажности и температуры воздуха. Чтобы уменьшить это влияние, необходимо трубу забивать в землю на глубину h=0,5…1,5 м от поверхности грунта до верхнего конца трубы (рис. 17, а).
Сопротивление заземлителя из стальной полосы прямоугольного сечения, уложенной горизонтально (рис.13, б.), определяется по формуле
Ом,
где 
– длина полосы, см; b – ширина полосы, см (b=4…6 см); h – глубина заложения полосы, см (h=40…60 см).
Наиболее важным фактором, влияющим на сопротивление растекания тока в земле, является удельное сопротивление грунта 
Ом×см. При проек-
тировании заземления величину r0 определяют опытным путем для того грунта,
где будет сооружено заземляющее устройство, а коэффициент сезонности hС
- 26 -
выбирают по таблицам. Наименьшее значение hС =1 – для марта, наибольшее значение hС =1,75…2,2 – для июля.
Согласно /5/ в электроустановках напряжением до 1 кВ и выше с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства в любое время года допускается 
, но не более 4 Ом, где I3 – расчетный ток замыкания на землю, в амперах. Если в нейтраль включен заземляющий резистор, то за расчетный ток принимают ток, равный 125% его номинального тока (1,25I0)
В установках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью применяется защитное зануление - металлическая связь защищаемых частей электроустановки с нейтралью источника. Заземление нейтрали источника является рабочим, и сопротивление его не должно превышать 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 380 и 220 В источника трехфазного тока. Соединение нейтрали трансформатора или генератора с заземлителем осуществляется специальным проводником, сечение которого не меньше допустимого по /5/. Заземлитель нейтрали должен рас-
полагаться вблизи трансформатора (генератора), а для внутрицеховых подстанций около стены здания.
Нулевой рабочий проводник от трансформатора до распределительного шкафа выполняется шиной, жилой кабеля, алюминиевой оболочкой кабеля, проводимость которых, должна составлять не менее 50% проводимости фазных проводов.
В качестве нулевых защитных проводников используются изолированные и неизолированные проводники, нулевые жилы кабелей и проводов, полосовая и угловая сталь, а также металлические конструкции зданий, подкрановые пути, стальные трубы электропроводок, металлические кожухи шинопроводов и др. На
воздушных линиях зануление осуществляется специальным проводом, проложен-ным на тех же опорах, что и фазные провода. Нулевой рабочий провод должен повторно заземляться: на концах воздушных линий длиной более 200 м; на от
ветвлениях от воздушной линии; на вводах от воздушной линии к электроустановке.
Сопротивление каждого повторного заземлителя не должно превышать 30, 60 Ом, а общее сопротивление всех повторных заземлителей – не более 10, 20 Ом для электроустановок 380, 220 В, соответственно. При выполнении повторных заземлений в первую очередь используются естественные заземлители (подземные части опор, грозозащитные заземления).
При повреждении изоляции в установке с глухозаземленной нейтралью возникает однофазное короткое замыкание (КЗ), ток которого равен
(1)
где UФ – фазное напряжение сети; 
- полное сопротивление петли фаза – нулевой провод; ZТ – полное сопротивление трансформатора при за
- 27-
мыкании на корпус, значение которого приведены в таблице 6.
Таблица 6 – Полное сопротивление КЗ трансформатора
| Мощность трансформатора, кВ×А | ||||||||
| Расчетное сопротивление, ZT, Ом | 0,65 | 0,413 | 0,26 | 0,162 | 0,104 | 0,065 | 0,043 | 0,027 |
С допустимой для практики точностью принята алгебраическая сумма ZП и ZТ вместо геометрической. Ток IК , протекающий по петле фаза – нулевой проводник, должен привести к немедленному отключению поврежденного участка, для этого кратность тока КЗ к току уставки автоматического выключателя (номинальному току расцепителя IНР) или номинальному току плавкого элемента ближайшего предохранителя IН.ВСТ должна иметь нормируемую величину , которая приведена в таблице 7.
Таблица 7 - Кратность тока КЗ в сетях зануления
| Вид защитного аппарата | Кратность k в помещениях | |
| с нормальной средой | с взрывоопасной средой | |
| Плавкие предохранители | 3 IН.ВСТ | 4 IН.ВСТ |
| Автоматические выключатели с обратнозависимой характеристикой | 3 IН.Р | 6 IН.Р |
| Автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем | 1,4 IН.Р при IНОМ £ 100 А 1,25 IН.Р при IНОМ > 100 А | 1,4 IН.Р при IНОМ £ 100 А 1,25 IН.Р при IНОМ > 100 А |
В качестве нулевых защитных проводников применяются те же элементы, что и для заземляющих проводников, но к ним предъявляются дополнительные требования.
Расчет зануления заключается в определении сопротивления фазных и нулевых проводников по схеме сети, подсчете тока КЗ по (1) и сравнении кратности тока КЗ с нормируемой величиной. Сопротивления петли фаза – нуль шинопроводов, кабелей, стальных труб, полос и других проводников, применяемых для зануления, можно определить и найти в /6,7/.
Таблица 8 – Классификация защитных устройств
| Класс и назначение защитного устройства | Место установки | Функция | Импульсный ток, А/мкС 8/20 | Уровень защиты | |
| А | Для использования на низковольтных воздушных линиях | Провод ЛЭП 220/380 В. На столбах, на вводах | Защита от коммутационных перенапряжений, наводок от ударов молний | Максимальный 30 кА Номинальный 15 кА | 2 кВ |
| В | Для защиты от прямых ударов молнии в здание, мачту, ЛЭП | Главный распределительный щит, на вводе в здание | Защита от импульсных перенапряжений с высокой энергией между проводником и землей | Максимальный 150 кА (10/350 мкС – 15 кА) Номинальный 15 кА | 2 кВ |
| С | Для защиты токораспределительной сети от коммутационных помех, как вторая ступень защиты при ударе молнии | Распределительные щиты, шкафы выпрямителей | Защита от синфазных перенапряжений (между фазой и землей, нейтралью и землей) | Максимальный 30 кА Номинальный 10 кА | 1,6 кВ |
| D | Для защиты потребителей от остаточных бросков, фильтрация помех | Розетки, оконечные защитные устройства (фильтры, ИБП) | Защита от дифференциальных перенапряжений (фазанейтраль), может содержать защиту от синфазных помех | Максимальный 15 кА Номинальный 1,5 кА | 1 кВ |
Требования к электропитающим установкам
К электропитающим установкам предъявляется ряд требований, которые необходимо учитывать при проектировании ЭПУ /8/.
1. ЭПУ должны быть надежными и обеспечивать бесперебойное (или –гарантированное) электропитание основного оборудования аппаратуры электросвязи, а также необходимые хозяйственные нужды.
2. ЭПУ должна быть экономична как при монтаже, так и при эксплуатации. Выбор архитектуры системы электропитания и оборудования должен обосновываться технико-экономическими показателями.
3. Электроснабжение ЭПУ осуществляется от электрической сети общего назначения и резервных источников электроэнергии трехфазного или однофазного переменного тока с частотой 50 Гц с номинальным напряжением 220/380 В, при этом выходное напряжение установок может быть 24 В, 48 В, 60 В постоянного тока.
4. Система электропитания должна предусматривать постоянный местный и дистанционный технический контроль – мониторинг ЭПУ. Все неисправности и аварийные состояния фиксируются в хронологическом порядке, диагностируются и передаются сервисной службе пользователя.
5. Применяемое типовое оборудование должно быть надежным в действии и комплектоваться по блочному принципу, позволяющему наращивать мощности в перспективе. Блочный принцип позволяет обеспечивать равномерное распределение нагрузки при ее изменении и осуществлять селективное отключение неисправного оборудования при авариях. Для повышения надежности системы вводится резервное оборудование, устройства защиты от перегрузок по току, от “бросковых” напряжений и. т.д..
6. В качестве резервного источника постоянного тока должны применяться АБ с закрытыми или герметичными аккумуляторами. Для обслуживания АБ ЭПУ должна обеспечивать следующие режимы работы: заряд батареи; буферный режим работы батареи; режим непрерывного подзаряда; разряд батареи. Установившееся отклонение напряжения ЭПУ на выходных выводах для подключения аккумуляторной батареи должно быть не более 
1% от требуемого значения.
7. Сеть аварийного освещения должна получать электропитание от одной из
АБ и соответствовать фазному напряжению сети рабочего освещения. Емкость АБ, используемой для электропитания сети аварийного освещения, должна обеспечивать возможность работы аварийного освещения в течение расчетного времени разряда.
8. Токораспределительные сети ЭПУ должны проектироваться таким образом, чтобы расход проводниковых материалов был минимальным. Потери напряжения в ТРС на участке от выводов ЭПУ до стоек аппаратуры связи, включая потери в устройствах защиты и коммутации не должны превышать 4% от номинального значения выходного напряжения ЭПУ. При проектировании ТРС постоянного тока индуктивное и омическое сопротивления проводников цепи питания
- 31-
должны выбираться из условия ограничения величины импульсного напряжения на выходе ЭПУ при коротком замыкании в ТРС, при этом расчетные величины тока и индуктивности цепи КЗ не должны превышать, соответственно, 1000 А и 10-4 Гн.
9. Качество электроэнергии на выходных выводах ЭПУ должно соответствовать установленным нормам качества электроэнергии на входах цепей питания аппаратуры связи /8/, а именно:
- установившееся отклонение напряжения на выходных выводах ЭПУ постоянного тока для подключения цепей питания аппаратуры связи должно быть не более +4/-3,6 В для номинального напряжения 24 В, не более +9/-7,5 В для номинального напряжения 48 В и не более 12 В для номинального напряжения 60 В;
- уровень напряжения гармонической составляющей должен быть не более 50 мВ в диапазоне частот до 300 Гц включительно, не более 7 мВ на частотах выше 300 Гц до 150 кГц;
- пульсации напряжения по действующему значению суммы гармонических составляющих в диапазоне частот от 25 Гц до 150 кГц не более 50 мВ;
- пульсации напряжения по псофометрическому значению не более 2 мВ.
10. Заземление ЭПУ для электробезопасности персонала должно удовлетворять определённым требованиям /9/. Корпус оборудования ЭПУ должен иметь
болт (винт, шпильку) для подключения защитного проводника, при этом для четырехпроводной внешней сети переменного тока должно быть выполнено заземление и зануление оборудования ЭПУ, а при пятипроводной сети - только заземление.
11. Заземление нейтрали в трехфазных сетях переменного тока является рабочим, и сопротивление его не должно превышать 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 380 и 220 В источника трехфазного тока /5/. Это сопротивление должно быть обеспечено с учетом использования естественных и искусственных заземлителей. Заземлитель должен располагаться вблизи трансформатора (генератора), а для внутрицеховых подстанций около стены здания. Соединение нейтрали трансформатора или генератора с заземлителем осуществляется специальным проводом достаточного сечения.
12. Устройства автоматической защиты должны выполнять свои функции при следующих входных воздействиях /10,11/: при воздействии одиночных им
пульсов тока 10/350 мкс с амплитудой 50 кА - для устройств первичной защиты; при воздействии одиночных импульсов напряжения 1/50 мкс с амплитудой 4 кВ - для устройств вторичной защиты; при отклонениях питающего напряжения на ±40% от номинального значения длительностью до 3 с, а также при импульсных
перенапряжениях по каждой из фаз до ±1000 В длительностью импульсов до 10 мкс - для остальных устройств.
13. В устройствах автоматической защиты амплитуда импульсов перенапряжения обеих полярностей на выходах устройств при входных воздействиях должна быть /12/ не более 4,0 кВ (длительность импульсов 1/50 мкс) для устройств первичной; для устройств вторичной защиты -1,0 (длительность импульсов до
- 32-
10 мкс); для других устройств -1,0 (длительность импульсов до 10 мкс).
14. В устройствах автоматической защиты токи утечки варисторов, входящих в состав устройств, не должны превышать 1 мА.
Всем этим требованиям отвечают ЭПУ, выпускаемые промышленностью специально для использования на предприятиях электросвязи.
Рисунок 19 – Структурная схема системы бесперебойного питания
На схеме датчиками тока являются RS1, RS2, nВУ – число параллельно работающих ВУ, KM1 – размыкатель АБ, обеспечивающий её защиту от глубокого разряда.
При выполнении контрольной работы выбираем буферную систему электропитания.
В процессе проектирования необходимо рассчитать и выбрать следующее
оборудование:
- количество элементов, тип и емкость аккумуляторных батарей;
- количество и тип (модель) выпрямительного устройства;
- мощность, потребляемую ЭПУ от внешней сети;
- рассчитать заземляющее устройство;
- выбрать автомат защиты;
- выбрать кабель (шинопровод) и вводный шкаф.
Расчёт ведётся в следующем порядке.
Таблица 9 – Параметры ВДК
| тип конвертора | Номинальное напряжение на нагрузке, В | Выходное напряжние, В | Входное напряжние, В | Выхоной ток, А | Максимальная выходная мощность, Вт | кпд |
| КУВ 6/100 | 0,5…6,0 | 19,2…29 | 10…100 | 0,5 |