Расчет и распределение нагрузок панели ПР-ЭЦК

Целью расчетов при проектировании ЭПУ постов ЭЦ является выбор типов и величин нагрузок, необходимых для работы станции с заданными исходными данными, распределение этих нагрузок между элементами электропитающей аппаратуры (панели питания, выпрямители, преобразователи, трансформаторы и др.) и определение необходимого количества этих устройств.

Особенностью расчетов при проектировании ЭПУ постов ЭЦ является широкое использование опытных данных, полученных на основе предшествующего проектирования и эксплуатации устройств СЦБ.

Рис. 1.

Институтом Гипротранссигалсвязь были определены функциональные зависимости, связывающие усредненные величины нагрузок устройств СЦБ с общими показателями станций (числом централизованных стрелок, числом подходов и др.).

Расчет нагрузок на источники электропитания производится с использованием ряда соотношений.

При расчете результирующей активной (P_i)и реактивной (Q_i) мощностей однотипных устройств с использованием усредненных значений мощности, отнесенной к единице оборудования, используют формулы:

P_i = P_ij ∙ n_j; Q_i = Q_ij ∙ n_j,

где P_ij, Q_ij – средняя активная и реактивная мощность, приходящаяся на единицу измерения (на стрелку, пост ЭЦ и др.);

n_j – количество единиц измерения.

Результирующая активная и реактивная мощности, потребляемые различными устройствами, определяются по формулам:

P = ∑ P_i; Q = ∑ Q_i,

где P_i,Q_i - активная и реактивная мощности различных устройств.

Полная (кажущаяся) мощность S, коэффициент мощности Cos φ, соотношение между мощностями и потребляемая мощность с учетом КПД устройства определяются на основании выражений:

S = √(P ²+ Q ²); Cos φ = P ⁄ S;

Q = P (√(1-Cos² φ)) ⁄ Cos φ = P tg φ; P _вх = P _{н ⁄}⁄ η.

В процессе расчета панели ПР-ЭЦК (см. прил. 1, рис. П1.3) необходимо определить мощности различных нагрузок переменного тока, распределить их между элементами панелей и цепями питания, обеспечить равномерную нагрузку вторичных фазных обмоток трансформаторов ТС1 и ТС2, исключив возможность их перегрузки.

Номинальное напряжение и максимально допустимые мощности и токи нагрузок для различных цепей питания приведены в табл. П1.2 (прил. 1).

Одновременно с расчетом и распределением нагрузок панели ПР-ЭЦК рекомендуется составлять сводную таблицу мощностей нагрузок вторичных обмоток трансформаторов ТС1 и ТС2 (табл. 2).

3.1. Лампы табло, пульта и питающих панелей. Пульт и табло служат для управления ДСП устройствами ЭЦ станции. Табло обеспечивает контроль изолированных участков (свободны, заняты или замкнуты в маршруте), а также контроль за положением стрелок и покозаниями сигналов.

Для индикации используются коммутаторные лампы мощностью P _л = 2,5 Вт на номинальное напряжение 24 В.

Наибольшее число индикаторных ламп находится на табло, часть ламп находится на пульте и панелях питания. В дальнейшем эту нагрузку называют кратко – лампы табло или индикаторные лампы. Расчет ламп накаливания проводится по активной мощности. Установлено, что в нормальном режиме работы станции включено в среднем 3.5 лампы на стрелку [3].

Большая часть ламп табло в нормальном режиме работы станции (около 80%) получает непрерывное питание.

Таблица 2

Примечания: *Максимально допустимая мощность нагрузки определяется по данным I_max и U_max, приведенным в табл. П1.2.

** Максимально допустимая мощность нагрузки определяется с учетом мощности других нагрузок в данной группе (табл. П1.2).

М о щ н о с т ь л а м п т а б л о н е п р е р ы в н о г о п и т а н и я может быть определена по следующей формуле:

P _лн= P _лнс ∙ n _с,

где P _лнс – мощность ламп табло непрерывного питания в расчете на одну стрелку может быть определена как

P _лнс = 2,5 ∙ 3,5 ∙ 0,8 = 7 Вт;

n _с – число централизованных стрелок на станции (см. исходные данные разд.1).

Все индикаторные лампы получают питание напряжением 24В от обмотки “a” ТС1. Регулятор РНТ позволяет изменять напряжение на нагрузке в пределах 24-16В.

Основная часть ламп табло непрерывного питания подключается к цепи C. Резервное питание эта нагрузка получает от аккумуляторной батареи по цепи П.

После полной загрузки цепи C (см. табл. П2.1), дополнительно используют цепь CX. В случае полной загрузки обеих цепей C и CX (при выполнении курсового проекта) ограничивают мощность индикаторных ламп непрерывного питания допустимой мощностью этих цепей.

Часть ламп табло в нормальном режиме работы станции (около 15%) получает импульсное питание (40 имп/мин) через блок БСК2 по цепи PCXM.

М о щ н о с т ь л а м п т а б л о с и м п у л ь с н ы м п и т а н и е м 4 0 и м п / м и н может быть определена по формуле:

P_л40 = P_л40с ∙ n_с,

где P_л40с – мощность ламп табло с импульсным питанием 40 имп/мин в расчете на одну стрелку (может быть принята P_л40с = 2.5 ∙ 3.5 ∙ 0.15 = 1,31 Вт)

Небольшая часть ламп табло в нормальном режиме (около 5%) получает импульсное питание (60 имп/мин) через блок БСК3 по цепи СМ. Резервное питание эта нагрузка получает от преобразователя ППВ-1 на панели ПВП-ЭЦК по цепи ПХГКС.

М о щ н о с т ь л а м п т а б л о с и м п у л ь с н ы м п и т а н и е м 6 0 и м п / м и н может быть определена по формуле:

P_л60 = P_л60c ∙ n_с,

где P_л60с – мощность ламп табло с импульсным питанием 60имп/мин в расчете на одну стрелку (может быть принята P_л60с = 2,5 ∙ 3,5 ∙ 0,05 = 0,43 Вт).

После полной загрузки цепи СМ дополнительно используют цепь СХМ.

Наибольшая нагрузка от ламп табло будет, когда ДСП проверяет положение стрелок. В этом случае он дополнительно включает подсветку стрелочных участков на табло.

Мощность ламп подсветки стрелочных участков:

P_лп =P_лпс ∙ n_с,

где P_лпс – мощность ламп подсветки табло отнесенная на одну стрелку.

Установлено, что общая средняя мощность всех ламп табло при подсветке всех стрелочных участков составляет 14 Вт на стрелку [3]. В этом случае:

P_лпс = (14 ⁄ 2,5 – 3,5) ∙ 2,5 = 5,25 Вт.

Лампы подсветки стрелочных участков подключают к цепи 1НКСХ.

Если мощность P_лп превышает допустимую для данной цепи, то лампы подсветки разбивают на группы, которые включаются ДСП раздельно с помощью реле 1НКС, 2НКС, 1ЧКС, 2ЧКС. Распределение мощностей ламп подсветки между цепями 1НКСХ, 2НКСХ, 1ЧКСХ, 2ЧКСХ производится проектировщиком, исходя из условий работы станции и допустимой мощности нагрузки цепей.

Общая мощность ламп табло при нормольном режиме и подсветке не должна превышать допустимую P_{л max} для обмотки “a”ТС1:

P_л = P_лн + P_л40 + P _л60 + P_лп ≤ P_{л max}.

Если общая мощность (P_л) превышает допустимую (P_{л max}), необходимо увеличить число панелей ПР-ЭЦК.

3.2. Устройства гарантированного питания. В качестве таких нагрузок могут быть приняты различные устройства, для которых необходимо обеспечить надежное питание переменным током.

Мощность устройств гарантированного питания приведена в исходных данных (раздел 1) в расчете на пост ЭЦ.

Нагрузки получают питание от обмотки “b”ТС1 по цепи ПХР1.

Резервное питание эта нагрузка получает от преобразователя ППВ-1 по цепи ПХГКС.

3.3. Стрелки двойного управления. Часть стрелок станции может быть передана на местное управление. Полная мощность устройств передачи стрелок на местное управление определяется:

S_мс=S_мсс ∙ n_мс,

где S_мсс – мощность устройств передачи на местное управление одной стрелки (составляет 10 ВА при сos φ = 0,8);

n_мс – число стрелок передаваемых на местное управление(см. исходные данные разд.1).

Нагрузка получает питание от обмотки “b”ТС1 через трансформатор Т5, понижающий напряжение до 110 В, по цепи ПХМУ.

Резервное питание нагрузка получает от преобразователя ППВ-1 по цепи ПХГКС.

3.4. Контрольные цепи стрелок. Полная мощность цепей контроля стрелок S_кс определяется из соотношения:

S_кс=S_ксс ∙ n_c,

где S_ксс – мощность цепей контроля в расчете на одну стрелку (составляет P_ксс = 7,7 Вт, Q_ксс = 5,3 вар [5])

Нагрузка получает питание то обмотки “b”ТС1 по цепи ПХКС.

3.5. Дешифраторные ячейки. Полная мощность дешифрирующих устройств на станции S_да зависит от числа подходов к станции и может быть определена по формуле:

S_д=S_дп ∙ n_п

где S_дп – мощность дешифрирующих устройств в расчете на один подход (составляет P_дп = 16,6 Вт, Q_дп = 16,8 вар);

n_п- число подходов к стонции (смотри исходные данные разд.1)

Нагрузки получают питание от обмотки “a”ТС2 через трансформатор Т7 (СОБС-2А), понижающий напряжение до 12 В или 16 В по цепям ПХ12 и ПХ16.

Мощность нагрузок между цепями может быть распределена поровну. Резервное питание нагрузки получают от преобразователя ППВ-1 по цепи ПХГКС.

3.6. Внепостовые цепи. В качестве нагрузок этого вида к панелям могут быть подключены устройства контроля перегонов, прилегающих к станции, устройства смены направлений и др.

Мощность этих нагрузок в среднем в расчете на пост ЭЦ, при числе стрелок до 130 может быть принята равной:

P_вц= 80 Вт; Q_вц = 26,3 вар.

Нагрузка получает питание от обмотки “a” ТС2 по цепи ПХ220, далее на панель ПВП-ЭЦК, через Т1 и выпрямитель В. Постоянный ток напряжением 28…30 В поступает к нагрузкам по цепи ПП.

Резервное питание нагрузки получают от преобразователя ППВ-1 по цепи 220 В, на панели ПВП-ЭЦК.

3.7. Электропневматаческие клапаны (ЭПК) используются для пневматической очистки стрелок от снега, на станциях, подверженных снежным заносам (см. исходные данные разд.1).

Мощность нагрузки при обдуве одновременно двух стрелок в разных районах станции определяется по усредненным данным в целом на пост ЭЦ и может быть принята равной:

P_эпк = 26 Вт; Q_эпк = 94 вар.

Нагрузка получает питание от обмотки “a” ТС2 по цепи ПХ220, далее на панель ПВП-ЭЦК через Т2, выпрямитель ВП2, постоянный ток напряжением 220 В поступает к нагрузкам по цепи ПБ ЭПК.

3.8. Лампы пульта ограждения составов. Мощность ламп пультов ограждения составов на путях их осмотра и ремонта, определяется по усредненными данными в целом на пост ЭЦ и может быть принята равной:

P_по = 90 Вт; Q_по = 20 вар.

Нагрузка получает питание от обмотки “a” ТС2 через трансформатор Т8, понижающий напряжение до 24-36 В по цепям: непрерывное – через цепь ОПХ, импульсное – через БСК4 по цепи ОПХМ.

3.9. Трансмиттерные реле и трансмиттеры. Мощность нагрузки, создаваемой трансмиттерными реле и кодовыми трансмиттерами, определяется по усредненным данным в целом на пост ЭЦ и может быть принята равной S_тр = 110 ВА, при сosφ = 0,8.

Нагрузка получает питание от обмотки “b” ТС2 через трансформатор Т6, понижающий напряжение до 110 В, по цепи ПХТР.

3.10. Кодирующие трансформаторы 50Гц. Кодирование стационарных рельсовых цепей 25 Гц токами 50 Гц используется на участках с автономной и электротягой постоянного тока.

Мощность нагрузки от кодирующих трансформаторов, определяется из соотношения:

S_к=S_кп ∙ n_п,

где S_кп – мощность кодирующих трансформаторов, отнесенная на один подход
(P_кп = 22 Вт, Q_кп = 76 вар); n_п – число подходов к станции.

Нагрузка может получать питание от обмоток ”a” и “b” ТС2 по цепям ПХ2 и ПХ1 (вместо рельсовых цепей 50Гц).

3.11. Маршрутные указатели. Лампы маршрутных указателей рассчитаны на ток напряжением 220 В. Поэтому для них трансформаторы не устанавливают и коэффициент мощности примерно равен единице.

Мощность маршрутных указателей P_м определяется по усредненным данным, в целом на пост ЭЦ, и составляет на станциях с числом стрелок до 140 составляет 700 Вт, а на станциях с большим числом стрелок – 1400 Вт [3].

Для питания маршрутных указателей используют фазные обмотки ”b” ТС1 и ТС2. При этом для питания маршрутных указателей направления (см. исходные данные разд.1) используют цепи ПХУ1, ПХУ2 и ПХУ3; из них ПХУ2 напряжением 232 В для удаленных объектов. Для питания маршрутных указателей пути отправления – цепи ПХУС1 и ПХУС2, из них ПХУС2 напряжением 232 В для удаленных объектов.

В режиме ДСН (двойное снижение напряжения) маршрутные указатели пути отправления получают питание напряжением 50 В от трансфарматора Т3.

При наличии на станциях разнотипных указателей их мощности распределяются между цепями питания по усмотрению проектировщика.

3.12. Светофоры. Лампы станционных светофоров являются одной из основных нагрузок панелей питания. Их питание осуществляется током напряжением 12 В через индивидуальные понижающие трансформаторы, установленные около светофоров. На эти трансформаторы от панелей питания подается ток напряжением 220 В.

Установленно, что средняя мощность, необходимая для питания светофоров в расчете на одну централизованную стрелку, равна 28,6 ВА при сosφ = 0.95 [5].

Часть светофоров (около10%) работает с импульсным питанием мигающих огней.

М о щ н о с т ь с в е т о ф о р о в с и м п у л ь с н ы м п и т а н и е м мигающих огней может быть определена по формуле:

S_си = S_сис ∙ n_с,

где S_сис – мощность светофоров с импульсным питанием в расчете на одну стрелку (может быть принята S_снс = 28,6 ∙ 0,1= 2,86 ВА при сos φ = 0,95).

Эти светофоры получают питание от обмотки “c”ТС1 через БСК1 по цепи ПХСМ.

Резервное питание осуществляется от преобразователя ППВ-1 по цепи ПХГС.

Большая часть светофоров (около 90%) получает непрерывное питание.

М о щ н о с т ь с в е т о ф о р о в н е п р е р ы в н о г о п и т а н и я может быть определена по формуле:

S_сн= S_снс ∙ n_с,

где S_снс – мощность светофоров с непрерывным питания в расчете на одну стрелку (может быть принята равной S_снс = 28,6 ∙ 0.9 = 25,74 ВА при сos φ = 0,95).

Для обеспечения более равномерной загрузки обмоток трансформаторов ТС1 и ТС2 мощность светофоров непрерывного питания можно распределить между обмотками: "c" ТС1(цепь ПХС1); "a", "b", "c" ТС2 (цепи ПХС2, ПХС3 и ПХС4).

Цепь гарантированного питания (ПХР) в настоящее время не используется для питания входных светофоров, в связи с переводом их красных и пригласительных огней на местное резервирование. Эта цепь может быть использована для питания других нагрузок.

Результаты расчетов мощностей нагрузок различных цепей питания должны быть занесены в сводную таблицу (табл. 2). В этой же таблице приводят: обозначение цепей питания, максимально допустимые мощности согласно табл. П1.2 и другие данные.

Мощности нагрузок не должны превышать допустимые мощности цепей питания панелей.

Мощность нагрузки каждой фазной обмотки трансформаторов ТС1 и ТС2 не должна превышать 1,5 кВА.

В этой же таблице приводят общие мощности нагрузок трансформаторов ТС1 и ТС2, которые не должны превышать 4,5 кВА. Если общая мощность нагрузки трансформаторов ТС1 и ТС2 без учета потерь превышает 9 кВА, устанавливают две панели ПР-ЭЦК и проводят перераспределение нагрузок.

Мощность потерь в трансформаторах ТС1 и ТС2 определяют на основании полных мощностей нагрузок S_тс1 и S_тс2 по графикам (см. прил. 2, рис. П2.1).

Наконец, в таблице приводят значение мощности нагрузки от панели ПР-ЭЦК на вводную панель ПВ-ЭЦК.

В данном разделе необходимо выполнить следующее. 1. Определить мощности переменного тока, потребляемые различными нагрузками. 2. Проследить цепи питания нагрузок в нормальном режиме и режиме резервирования. 3. Равномерно распределить нагрузки по фазным обмоткам трансформаторов ТС1 и ТС2. 4. Определить мощность нагрузок на трансформаторах и определить число панелей ПР-ЭЦК. 5. Определить потери в трансформаторах ТС1 и ТС2 и мощность нагрузки на вводную панель ПВ-ЭЦК.