Разработка технических данных ЭПУ

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I

В. П. Багуц, Е. В. Казакевич, Н.П. Ковалев

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПИТАЮЩЕЙ

УСТАНОВКИ ПОСТОВ ЭЦ КРУПНЫХ СТАНЦИЙ

Учебное пособие

к курсовому проектированию для студентов заочной формы обучения

специальности "Системы обеспечения движения поездов"

по специализации

"Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте "

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

Изложены основные вопросы организации и проектирования электропитающих устройств для аппаратуры автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте в соответствии с учебной программой курса по дисциплине «Электропитание и электроснабжение нетяговых потребителей».

Предназначено студентам заочной формы обучения специальности «Системы обеспечения движения поездов» специализации "Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте " для оказания методической помощи при выполнении курсовых и дипломных проектов.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

В современных системах железнодорожной автоматики к устройствам электропитания предъявляют жесткие требования в отношении надежности, стабильности напряжения и величины пульсации. Несоблюдение этих требований может привести к нарушению работы средств управления на транспорте и отразиться на безопасности движения поездов. Поэтому роль установок электропитания в обеспечении четкой и безаварийной работы железнодорожного транспорта весьма велика.

Целью данного проекта является выработка у студентов навыков решения задач по организации и проектированию электропитающих установок для постов электрической централизации (ЭЦ).

Требования к выполнению проекта. Согласно исходным данным задания и нормативов, с помощью методических указаний, изложенных в данном пособии, следует разработать оптимальный вариант электропитающей установки (ЭПУ) для поста ЭЦ и рассчитать ее основные элементы.

Выполненную работу представить в виде структурной и функциональной схем ЭПУ поста ЭЦ и пояснительной записки объемом 15-20 страниц. Графический материал обозначается как рисунки, и размещаются после ссылки в тексте. Оформление производится в соответствии с общими правилами выполнения курсовых и дипломных проектов.

При разработке ЭПУ следует указывать возможные варианты решений, их оценку и характеристику принятого варианта. Пояснительная записка должна составляться предельно кратко, с обоснованием принятых решений.

Все расчеты должны сопровождаться примерами с расчетными величинами. Каждый этап расчетов в разделе рекомендуется нумеровать и выделять группой ключевых слов. Для применяемых в проекте устройств необходимо приводить основные технические данные. При использовании различного справочного материала следует указывать источник.

РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ ДАННЫХ ЭПУ

1.1. Объект электропитания и требования к ЭПУ. Современная система ЭЦ характеризуется централизованным питанием всех объектов: светофоров, стрелочных электроприводов, рельсовых цепей и сооружаемых в комплексе с ЭЦ устройств станционной оперативно-технологической связи, поездной радиосвязи, устройств пневматической системы очистки стрелок от снега и др.

Аппаратура ЭЦ (пульты управления, табло, релейные стативы и др.) устанавливается в отдельных зданиях, выполняемых по типовым проектам, которые называют постами ЭЦ. На постах ЭЦ кроме аппаратуры автоматики и станционной связи часто устанавливают аппаратуру дорожной, а иногда и магистральной связи. Такие здания называют постами ЭЦ и связи. В зависимости от числа централизованных стрелок станции подразделяют на малые (до 30 стрелок), средние (от 30 до 100 стрелок) и большие (более 100 стрелок).

Для нормального функционирования объектов ЭЦ, аппаратуры связи и других устройств, расположенных на постах ЭЦ, требуется электрическая энергия, которая обеспечивается (ЭУ). Основными элементами ЭУ являются следующие.

Устройства электроснабжения, которые включают электростанции, линии электропередачи, трансформаторные подстанции и др.

Собственные электрические станции, осуществляющие резервное электроснабжение.

Сети электросилового оборудования и освещения, которые обеспечивают энергией системы вентиляции, отопления, оборудования мастерских и рабочее освещение производственных помещений.

Электропитающие установки (ЭПУ), которые являются основной частью ЭУ предприятия. Они предназначены для преобразования, регулирования, распределения и обеспечения бесперебойности подачи различных напряжений переменного и постоянного тока, необходимых для нормальной работы устройств автоматики и связи, ЭПУ включают в себя следующие элементы: выпрямительные и преобразовательные устройства, аккумуляторные батареи, устройства стабилизации напряжения и тока, распределительно-коммутационные устройства, распределительные сети, устройства защиты сигнализации и др.

ЭПУ должны удовлетворять следующим основным требованиям: обеспечивать надежное, бесперебойное (а в некоторых случаях и беспрерывное) электропитание аппаратуры напряжением необходимой стабильности, с допустимой величиной пульсации; быть экономичными при строительстве и эксплуатации; обладать достаточно высокими значениями КПД и коэффициента мощности; быть максимально автоматизированными; допускать возможность развития поста ЭЦ без замены основного силового оборудования.

1.2. Исходные данные для проектирования ЭПУ. По определенным в табл. П9.1 (прил. 9) вариантам исходных данных для проектирования ЭПУ поста ЭЦ, из таблиц П9.2, П9.3 и П9.4 выписать конкретные значения по основным пунктам (род тяги поездов, внешнее электроснабжение, характеристика станции) в табл. П9.5.

Все электроприемники, получающие питание от внешних источников, подразделяются на две группы гарантированного и негарантированного электроснабжения.

Устройства СЦБ и связи, вентиляция аккумуляторной и освещение помещений, где расположена основная аппаратура поста ЭЦ, относятся к группе гарантированного электроснабжения. Эта группа обеспечивается питанием от основного и дополнительного внешнего источника и от ДГА.

Остальные потребители относятся к группе негарантированного электроснабжения и при выходе из строя основного и резервного источников выключаются.

На каждом посту ЭЦ кроме гарантированного освещения должно быть предусмотрено аварийное освещение, обеспечивающее выполнение технологического процесса работы станции и обслуживание аппаратуры СЦБ и связи при аварии всех источников переменного тока. Оно обеспечивается электроэнергией от аккумуляторных батарей.

1.3. Характеристика электроснабжения. Все устройства автоматики и связи и другие потребители электрической энергии, размещаемые на постах ЭЦ, по надежности функционирования и требованиям к электроснабжению в соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) подразделяются на три категории [1].

К I категории относятся электроприемники, нарушение электроснабжений которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, расстройство сложного технологического процесса и др. К этой категории относятся: устройства электрической централизации промежуточных станций с числом стрелок до 30, устройства автоблокировки, сети гарантированного освещения, вентиляции и отопления аккумуляторных помещений.

Ряд устройств автоматики и связи, предъявляющих еще более высокие требования к надежности электроснабжения, выделены в особую группу первой категории.

К этой группе относятся: устройства электрической централизации участковых, узловых и сортировочных станций с числом стрелок более 30, дома связи и обслуживаемые усилительные пункты, центральные посты диспетчерской централизации и др.

К электроприемникам II категории относятся: устройствеа компрессорных станций для очистки стрелок от снега, громкоговорящая парковая связь и др.

К электроприемникам III категории относятся: сети общего освещения и устройства вентиляции служебно-технологических помещений, электрооборудование мастерских, гаражей и др.

Электрическая энергия к приемникам I категории должна подаваться от двух независимых источников. Перерыв в электроснабжении может быть допущен только на время автоматического ввода резервного питания (АВР). Это время должно быть не более 1,3 с. Независимыми источниками энергии называют такие, когда прекращение действия одного не вызывает прекращения действия другого.

Электроэнергия к приемникам особой группы I категории должна подводиться от трех независимых источников. Перерыв в электроснабжении не должен превысить 1,3 с. Некоторые устройства (релейные схемы ЭЦ, электронные автоматические телефонные станции и др.) не допускают даже кратковременных перерывов.

Электроэнергию к приемникам II категории рекомендуется подводить от двух, а электропитание приемников III категории может осуществляться от одного источника. Перерывы в электроснабжении приемников этих категорий допустимы, но не более чем на одни сутки.

Объем, мощность, а следовательно, и стоимость ЭПУ связаны с условиями внешнего электроснабжения. Чем надежнее электроснабжение, тем проще и экономичнее будет ЭПУ.

Наибольшая надежность электроснабжения обеспечивается от государственных энергосистем, наименьшая – от местных электростанций прмышленных предприятий.

1.4. Системы электропитания и характеристика питаемых устройств. По способу построения аппаратуры системы электропитания общепринято подразделять на автономную, буферную, безаккумуляторную и комбинированную [1].

Для питания устройств электрической централизации применяются две системы электропитания, получившие название безбатарейная и батарейная.

В случае электроснабжения от двух внешних независимых надежных источников электрической энергии применяется безбатарейная система питания. В случае питания от одного источника или от двух ненадежных источников электрической энергии применяется батарейная система электропитания.

Все устройства автоматики на станциях ЭЦ по типу питания можно разбить на четыре группы.

I группа – устройства, для работы которых требуется источник постоянного тока с напряжением 24 В. К этой группе относятся: релейные схемы, осуществляющие зависимости по установке маршрутов; часть ламп панелей питания, табло и пульта.

Некоторые устройства этой группы, в частности реле, имеющие устройства самоблокировки, не допускают даже кратковременных перерывов в снабжении электрической энергией. Поэтому для питания этих устройств, как при батарейной, так и при безбатарейной системе электропитания используется ЭПУ с буферной (контрольной) батареей аккумуляторов напряжением 24 В. Батарея обеспечивает безобрывность цепей питания на время переключения с основного фидера на резервный или на время ремонта ДГА и, кроме того, сглаживает пульсацию в нормальном режиме.

II группа – устройства, для работы которых требуется источник постоянного тока с напряжением 220 В.

К этой группе относятся: электродвигатели постоянного тока для стрелочных приводов, комплекты выдержки времени и др.

Питание этих устройств при безбатарейной системе электропитания осуществляется непосредственно от выпрямителей, а при батарейной системе ранее осуществлялось от выпрямителей с буферной (рабочей) батареей на напряжение 220 В. В настоящее время эту батарею ввиду ее громоздкости не применяют, повысив надежность резервирования переменного тока за счет использования преобразователей постоянного тока в переменный. При отключении источников переменного тока (внешних сетей и дизель-генератора) к контрольной батарее аккумуляторов 24 В подключаются статические преобразователи – инверторы, обеспечивая питание основных устройств переменным током, в том числе и выпрямителей для питания двигателей стрелочных приводов.

Таким образом, термины "батарейная" и "безбатарейная" системы электропитания утратили свой первоначальный смысл, хотя и продолжают использоваться для классификации систем электропитания в устройствах автоматики.

III группа – устройства, для которых требуются источники переменного тока промышленной частоты (50 Гц) с различными напряжениями.

К этой группе относятся: лампы табло (24 В), лампы светофоров (220 В), контрольные цепи стрелок (220 В), маршрутные указатели, рельсовые цепи 50 Гц при автономной (тепловозной) тяге (220В). Питание этих устройств осуществляется от сети переменного тока, а при аварии последней - от ДГА или инверторов, через трансформаторы, изменяющие напряжение до необходимой величины.

IV группа – устройства, для питания которых требуются источники переменного тока с частотой, отличной от 50 Гц. К этой группе относятся рельсовые цепи. При электротяге переменного и постоянного тока питание рельсовых цепей чаще всего осуществляется током с частотой 25 Гц (220 В). Основное и аварийное питание цепи получают от статических преобразователей частоты.

1.5. Требования к качеству электрической энергии. Необходимые для нормальной работы устройств автоматики и связи требования к качеству электрической энергии сформулированы в технических данных аппаратуры, где указывают тип тока (переменный, постоянный), номинальное напряжение, допустимые пределы изменения напряжения, допустимое изменение частоты и величину нелинейных искажений (для переменного тока), допустимую величину пульсации (для постоянного тока).

Данные о допустимых пределах изменения напряжения приводятся в виде абсолютных значений предельных напряжений или как относительные изменения напряжения в процентах (точность стабилизации), определяемые по формуле:

k =(±∆Uн 100). / Uн nom

где ±∆U_н – максимальное отклонение напряжения нагрузке от номинального, В;

+∆U = U_{н max} – U_{н nom}; –∆U = U_{н nom} – U_{н min}.

Для устройств СЦБ стабильность напряжения переменного тока должна быть не хуже k = (–10 ÷ +5)%, допустимое изменение частоты – не более ±2%, величина коэффициента нелинейных искажений не выше 10%. Относительное изменение напряжения постоянного тока k должно быть не более ±10%. Величина пульсации не нормируется, но должна быть как можно меньше.

1.6. Аккумуляторная батарея в ЭПУ постов ЭЦ выполняет следующие функции.

1. Является источником резервного питания наиболее ответственных устройств поста ЭЦ, при отключении источников переменного тока.

2. Обеспечивает безобрывность цепей питания при переключении фидеров питания и запуска ДГА.

3. Обеспечивает дополнительное сглаживание пульсации напряжения на выходе выпрямителей.

Для аварийного питания стационарной аппаратуры автоматики и связи на постах ЭЦ наиболее часто используют кислотно-свинцовые аккумуляторы. Щелочные аккумуляторы для питания стационарной аппаратуры используют редко, ввиду сильного изменения напряжения при разряде.

Время работы контрольной аккумуляторной батареи при безбатарейной системе питания устанавливается равным 12 часам.

Два часа отводятся на основной режим, когда питание получают наиболее важные устройства автоматики на станции и десять часов – на дополнительный, когда часть этих устройств выключается,

В данном разделе необходимо выполнить следующее. 1.Охарактеризовать объект электропитания и привести основные требования к ЭПУ. 2. Привести исходные данные согласно заданию в виде табл. П9.5 (прил. 9). 3. Характеристики электроснабжения привести в виде табл.1. В качестве дополнительных могут быть взяты источники электроснабжения, приведенные в табл. П9.3 (прил. 9) вариантов задания. 4. Привести данные, характеризующие требования к качеству электроэнергии, наметить и охарактеризовать систему электропитания. 5. Охарактеризовать назначение аккумуляторных батарей.

Таблица 1