МПС РФ
ДВГУПС
Кафедра: Автоматика и телемеханика.
КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ
На тему: ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ  АВТОМАТИКИ ТЕЛЕМЕХАНИКИ И СВЯЗИ.
К. П.  2107 – 02 – 01 – 237
Выполнил: Воронков С.В.
Проверил: Иваненко Ю. М.
Хабаровск
2003

Содержание
1 Исходные данные
2 Краткая характеристика аппаратуры связи и общие требования к электроустановке
3 Выбор системы электропитания дома связи по способу резервирования, построения и эксплуатации ЭПУ.
4 Выбор вида выпрямительных устройств и способа поддержания напряжения на входе питаемой аппаратуры в заданных пределах.
5 Расчёт основного электрооборудования ЭПУ.
6 Расчёт нагрузки электроустановки на внешние сети и выбор ДГА.
7 Структурная схема электроустановок.

1.1 Исходные данные
Проектируемый дом связи представляет собой одноэтажное с подвалом здание, размещаемое на двухкабельной магистральной линии связи, и являющееся обслуживаемым усилительным пунктом (ОУП). Место расположения дома связи – промежуточная станция.  Здание II типа. Характеристика внешнего электроснабжения: круглосуточное, но с перебоями аварийного характера по одной линии от одного пункта распределительной подстанции, электросетей общего назначения. Номинальное напряжение переменного тока на выводах ЭПУ дома связи  220 В, его колебания находятся в пределах 187-242 В. Отклонения частоты переменного тока не превышают плюс-минус 5%, не синусоидальность формы кривой напряжения составляет не более 10%
1.2 В линейно аппаратном зале (ЛАЗ) дома связи размещаются обслуживаемые усилительные станции транзитных и каналообразующая аппаратура конечных пунктов высокочастотных систем передачи К-60п, аппаратура уплотнения ВЛС и КЛС примыкающих направлений, а также аппаратура оперативно-технологической связи. В доме связи размещаются АТС местной связи, коммутаторы междугородной (МТС) и узлы автокоммукации (УАК), дальней автоматической ТЛФ связи ДАТС.
1.3 Состав и кол-во оборудования в доме связи:
- Системы передачи по линиям связи:
К-60п (промежуточная станция ПК-60п с ДП) - 2 системы.
- Аппаратура выделения и ВЧ транзита первичных групп:
СВПГ – 1ПГ   -   2 стойки
Аппаратура  К – 24т «Астра» (оконечная станция) – 2 стойки.
- Оборудование служебной связи и телемеханики:
ССС-7     1 стойка
ТМ-ОУП 1 комплект
- Аппаратура оперативно-технологической связи:
МСС-2-1-60  -1 стойка
- Аппаратура междугородной и местной телефонной связи:
АТСК 50/200 -100 номеров.
УАК ДАТС - 3 канала (комплекта ДАТС)
М-60   -1 коммутатор
1.4 Дополнительные нагрузки дома связи  табл. 1

Наименование нагрузок	Установленная мощность, кВт	Коэффициент мощности,  cos ф	Коэффициент одновременного включения нагрузки
Силовое электрооборудование	4,3	0,8	0,78
Освещение	7,3	0,95	0,78
Аварийное освещение = 24 В	0,17	1	1

2. Краткая характеристика аппаратуры связи и общие требования к электроустановке.
2.1 Промежуточная 60 канальная обслуживаемая станция ПК-60п
служит для организации 60 телефонных каналов по симметричным непупинизированным двухкабельным линиям связи. Выполнена полностью на полупроводниковых приборах с использованием печатного монтажа . ПК-60п состоит из одной стойки линейных усилителей и корректорв СЛУК-ОУП-2, имеющей двухчастотную плоско-наклонную автоматическую регулировку уровня (АРУ) или СЛУК-ОУП-3 с трёхчастотной плоско-наклонной криволинейной АРХ. Кроме того, в состав обслуживаемой промежуточной станции входят: вводно-кабельное оборудование (2 стойки СВКО К-60п), две стойки дистанционного питания СДК-К-60п, унифицированная коммутационно-вызывная аппаратура служебной связи УКВСС  (ССС-8), оборудование телемеханики ТМ-ОУП, телеконтроля (один прибор на все системы), прибор для настройки косинусных корректоров (один прибор на все системы).
На ОУП можно выделить до двух 12-канальных групп для использования каналов ТЧ в данном пункте или передачи по ВЧ транзиту на другую систему. Для выделения и введения 12-канальных групп служит аппаратура СВПГ.
Электропитание аппаратуры К-60п осуществляется от источника постоянного тока: основные цепи – 21,2 В; цепи сигнализации – 24 В.
Оконечная станция ОК – 12+12 позволяет получить 12 типовых каналов по одной паре жил. 1 стойка содержит 1 систему. Стойка содержит усилительные устройства, 2 блока передачи дистанционного питания и оборудование выделяемых каналов – диспетчерского и служебного. Имеет вид металлического каркаса с размещёнными в нем кассетами оборудования. Электропитание аппаратуры К-12+12 осуществляется от источника постоянного тока: основные цепи – 21,2 В; цепи сигнализации – 24 В.
СВПГ – 1ПГ предназначена для выделения и введения на обслуживаемых промежуточных усилительных стонциях ПК-60п одной или двух нижних 12- канальных групп занимающих полосу частот 12,3-59,4 или 12,3-107,7 кГц и транзита выделенных каналов. Стойка выделения одной 12-канальной группы с преобразованием и генераторным оборудованием. Электропитание аппаратуры выделения, введения и ВЧ транзита групп каналов производят от стабилизированных источников постоянного тока напряжением 21,2 В и нестабилизированных 24 В(цепи сигнализации).
СВПГ рассчитана на работу в сухих отапливаемых помещениях при температуре от 10 до 40 С и относительной влажности воздуха 75%. Конструкция стоек базовая , заполнение стоек одностороннее.
К – 24т  «Астра» служит для получения 24 каналов и работает на полосе частот 12-108 кГц. Электропитание аппаратуры К-24т осуществляется от источника постоянного тока: основные цепи – 21,2 В; цепи сигнализации – 24 В. Конструкция аналогична К 60п.
ССС-7   предназначена для организации служебной связи на КЛС, уплотнённых системой передачи   К – 60п. В состав оборудования входят стойки для оконечных и промежуточных усилительных пунктов, комплекты МСС, ПСС-1  и  ПСС-2  предназначены для ОП и ОУП, конструктивно и схемно комплекты одинаковы. Каждый даёт возможность индивидуального и циркулярного вызова и выхода на аппарат электромеханика. Комплект имеет блок переходного устройства для включения в сквозную цепь. Два входа для переходного устройства используют для подключения к переходному каналу, а третий для подключения разговорных и вызывных приборов. Каждый комплект имеет приёмник индивидуального вызова (ПИВ), настроенный на соответствующую частоту. Блоком для циркулярного вызова снабжён ПСС-1. Электропитание аппаратуры ССС-7 осуществляется от источника постоянного тока: основные цепи – 21,2 В; цепи сигнализации – 24 В. ССС-7 рассчитана на работу в сухих отапливаемых помещениях при температуре от 10 до 40 С и относительной влажности воздуха 75%.
Аппаратура МСС 2-1-60  предназначена для подключения студий небольших узлов связи к сети к магистральной и дорожной связи совещаний. Аппаратура работает в качестве оконечного усилителя четырёхпроводной связи и узловой трансляции связи совещаний, позволяя включать два высокочастотных канала (распорядительное и исполнительное направления) по четырёхпроводной системе и одну физическую двухпроводную цепь. В качестве двухпроводных физических цепей можно использовать ВЛС и КЛС.
Аппаратура состоит из распределителя на четыре направления, студийных усилителей приема и передачи, усилителей двухпроводных линий Л1 и Л2, преобразователя напряжения для питания цепей прямого и обратного управления от источника постоянного тока напряжением 24В, приёмника обратного управления для приёма и транслирования обратного управления от распорядительной станции при включении по четырёхпроводному каналу или для приёма и транслирования прямого управления от исполнительного направления, включенного по четырёхпроводному каналу при включении распорядительного направления по двухпроводной физической цепи; переговорно-вызывного устройства, которое позволяет контролировать качество связи совещаний и вести переговоры по четырёх и двухпроводным каналам, а также по служебной линии со студией. Электропитание установки осуществляется от источника постоянного тока напряжением 24 В.
Автоматическая координатная телефонная станция  АТС К-50/200    предназначена для организации телефонной связи между абонентами предприятий или учереждений и внешней связи этих абонентов с городскими и ведомственными АТС. Электропитание станции осуществляется от источника постоянного тока напряжением 60 В. Допускаются колебания от 54 до 72 В. Станция собрана на реле и полупроводниковых приборах. Оборудование станции размещено в однотипных двухсторонних пыленепроницаемых шкафах массой 290 кг. Аппаратура АТСК-50/200 рассчитана на работу в сухих отапливаемых помещениях при температуре от 15 до 35 С и относительной влажности воздуха 45-80%. Оконечные станции рассчитаны на работу без постоянного присутствия технического персонала. В состав их оборудования входят сигнальные комплекты (СК), обеспечивающие передачу по свободным соединительным линиям на обслуживаемую станцию сигналов о повреждениях.
Система дальней автоматической телефонной связи ДАТС с четырёхпроводным транзитом  разработана с целью дальнейшего совершенствования автоматической телефонной связи на железных дорогах. Комплекты дальнего набора применяют в УАК магистральной и дорожной сетях ДАТС. Электропитание установки осуществляется от стационарной батареи напряжением 60 В с допустимыми отклонениями напряжения от 52 до 66 В и источника постоянного тока напряжением 24 В +2 -2 В. Аппаратура  рассчитана на работу в сухих отапливаемых помещениях при температуре от 15 до 35 С и относительной влажности воздуха 45-75%.
Междугородный коммутатор М-60  предназначен для индивидуальной установки и комплектации междугородных станций до 60 каналов. Коммутатор имеет 2 рабочих места и 10 шнуровых пар. Оформлен в деревянном двухпанельном корпусе и содержит комплекты линий: междугоролных-6, соединительных – 8, прямых абонентов – 5, заказных – 2, служебных – 2, служебных передаточных (двусторонних) – два. Электропитание коммутатора осуществляется от источника постоянного тока напряжением 24 В.
2.2 Требования, предъявляемые аппаратурой связи к устройствам электропитания.
Так как у нас электроснабжение проектируемого дома связи имеет возможность использовать лишь один внешний источник электроэнергии, то для повышения надёжности электроснабжения прокладываем две питающих линии, подключенных к различным точкам электросети. В доме связи устанавливаем два ДГА. Параметры электропитания аппаратуры связи представлены в табл. 2

Вид аппаратуры	Напряжение источника тока, В		Доп. пульсация источника тока при измерении,   В
	Номинальное	Допустимые пределы изменения	Ламповым вольтметром со среднеквадратичной шкалой	Псофометром
Аппаратура дальней связи на транзисторах ПК-60п,  К-12+12,  ССС-7,  МСС-2-1-60	21,2	20,6-21,8	250 для f=<300 Гц 15 для f>300 Гц
СВПГ-1ПГ	24	21,6-26,4	240
Коммутатор М-60	24	21,6-26,4		2,4
УАК ДАТС	60	52-66		5
АТСК-50/200	60	58-66		5
К-24т «Астра»	24	21,6-26,4	240

Расчётные данные потребления тока  аппаратурой  связи в  аварийном режиме  приведены в табл.3

Потребители	Единица измерения	Количество	Потребление тока в час наибольшей нагрузки, А , при напряжении, В,
			ЛАЗ				АТС и МТС
			Стабил. - 21,2		Нестабил. - 24		60		24
			На Ед.	Общ.	На Ед.	Общ.	На Ед.	Общ.	На Ед.	Общ.
ПК-60п	Система	2		17,2		7,5
К-12+12	Система	2				12,9
СВПГ-1ПГ	Стойка	2		3,7		2,8
К-24т	Стойка	2				11,4
ССС-7	Стойка	1		0,15		0,65
ТМ ОУП	Комплект	1		1,4		0,3
МСС-2-1-60	Стойка	1				0,9
АТСК-50/200	Номер	100						6
УАК ДАТС	Канал	3					1	3	0,2	0,6
М-60	Коммутатор	1							2	2
Итого			22,45		36,45		9		2,6
Резерв 20%			4,49		7,29		1,8		0,52
Всего			26,94		43,74		10,8		3,12
Всего с учётом коэффициента спроса			20,205		32,805		8,64		2,496

3.                Выбор системы электропитания дома связи по способу резервирования, построения и эксплуатации ЭПУ.
Выбираем выпрямительно-аккумуляторную систему питания  по способу резервирования. При частых отключениях сети переменного тока, автоматизированные ЭПУ не применяются, поэтому по способу эксплуатации выбираем неавтоматизированные (обслуживаемые) ЭПУ. Так как ток при 24 В соответствует 32,805 А, то разрешено, в соответствии с рекомендациями ГТСС использование одногруппных аккумуляторных батарей.
4.                Выбор вида выпрямительных устройств и способа поддержания напряжения на входе питаемой аппаратуры в заданных пределах.
Так как ток в цепи 24 В больше 30 А и система неавтоматизированная – в качестве выпрямительного устройства (ВУ) выбираем ВУТ(Т-тиристорное)
В настоящее время метод гасящих нелинейных сопротивлений в ЭПУ 24 В почти не используется. Диапазон регулирования напряжений современных САРН 24В является достаточным для цепей 21,2 и 24 В. Поэтому при установке в неавтоматизированных ЭПУ 24В  ВУ типа ВУТ аккумуляторные батареи не секционируются, а нагрузки цепей  21,2 и 24 В включаются через отдельные САРН (Стойка автоматического регулирования напряжения).
Так как у нас система неавтоматизированная – выбираем САРН в качестве регулятора напряжения.
5.                Расчёт основного электрооборудования ЭПУ.
                        Расчёт аккумуляторных батарей 24В.
Расчёт аккумуляторных батарей (АБ) заключается в определении их ёмкости, индексного номера аккумуляторов; а также их количества в батареях.
Необходимые данные:
1)  Аварийный ток нагрузки    Iав,   на  который должна быть рассчитана аккумуляторная батарея. Ток Iао  А, потребляемый лампами аварийного освещения,

Рсв – мощность ламп аварийного освещения, Uн – номинальное напряжение рассчитываемой цепи,
Ток Iав = Iапс + Iап + Iао = 20,205 + 32,805 +7,1 = 60,11 А
Где  Iапс , Iап  соответственно ток требующей и нетребующей стабилизации напряжения с точностью 3%.
2) Продолжительность питания аварийной нагрузки tав для железнодорожных узлов связи устанавливается равной 2 часа.
3)  На основании подготовленных данных рассчитывается ёмкость АБ.
Qр=  А ч
р – коэффициент интенсивности разряда
Кt – температурный коэффициент ёмкости
t - фактич. Температура электролита во время разряда АБ.
По рассчитанной ёмкости Qp определяем индексный номер N аккумулятора и его паспортную номинальную ёмкость Qн.

При рассчитанной ёмкости 214,3 А ч выбираем АБ    СК-10. Qн =220 А ч., ток 60,11 соответствует 3,6 часовому разряду. При таком режиме разряда, напряжение на каждом аккумуляторе в конце разряда будет составлять 1,85 В, при 13 аккумуляторах в конце аварийного режима разряда напряжение будет составлять 13 · 1,85 = 24,05 В
Расчёт аккумуляторных батарей 60 В.
Расчёт аккумуляторных батарей (АБ) заключается в определении их ёмкости, индексного номера аккумуляторов; а также их количества в батареях.
Необходимые данные:
1)  Аварийный ток нагрузки    Iав,   на  который должна быть рассчитана аккумуляторная батарея.
Ток Iав = I60 + I24  = 8,64 + 2,496 = 11,136 А
Где  I60 ,    I24 соответственно ток потребляемый аппаратурой связи по напряжению 60 и 24 В .
2) Продолжительность питания аварийной нагрузки tав для железнодорожных узлов связи устанавливается равной 2 часа.
3)  На основании подготовленных данных рассчитывается ёмкость АБ.
Qр=  А ч
р – коэффициент интенсивности разряда
Кt – температурный коэффициент ёмкости
t - фактич. Температура электролита во время разряда АБ.
По рассчитанной ёмкости Qp определяем индексный номер N аккумулятора и его паспортную номинальную ёмкость Qн.
При рассчитанной ёмкости 39,62 А ч выбираем АБ    СК-3. Qн =66 А ч., ток 11,136 соответствует 6 часовому разряду. При таком режиме разряда, напряжение на каждом аккумуляторе в конце разряда будет составлять 1,995 В, при 30 аккумуляторах в конце аварийного режима разряда напряжение будет составлять 30 · 1,995 = 59,85 В
Данные по расчёту АБ приведены в табл. 4

Напряжение АБ	Число групп батареи	Ток одной группы батареи, А	коэффициент интенсивности разряда	Расчётная ёмкость батареи, А ч	Тип аккумуляторов	Число аккумуляторов в батарее	Паспортная номинальная  ёмкость аккумуляторов, А ч
24	1	60,11	61,1	214,3	СК-10	13	220
60	1	11,136	61,1	39,62	СК-3	30	66

5.2           Расчёт элементов схемы поддержания напряжения на входе питаемой аппаратуры в заданных пределах.
Так как у нас питание аппаратуры ЛАЗа осуществляется через стойки САРН, расчёту подлежит количество требуемых полупроводниковых стабилизаторов типа СНП и стоек САРН.
Каждая стойка САРН – П2 укомплектовывается шестью стабилизаторами, которые могут быть использованы для стабилизации напряжения отдельно для цепей 21,2 В и 24 В. Из расчётов – максимальный ток нагрузки составляет 60,11 А , а максимальный ток нагрузки САРН составляет 140 А, то устанавливаем одну стойку САРН с шестью стабилизаторами СНП: 3-стабилизатора подключаются к нагрузке и 3-стабилизатора  остаются в резерве.
5.3           Расчёт выпрямительных устройств.
Для ЭПУ 24 В.
Ток в А резервного ВУ, обеспечивающего заряд стационарных кислотных аккумуляторов определяется по формуле
Iз = iз · N · nг=6 · 10 · 1 = 60 А ,
где iз – зарядный ток на один индексный номер аккумулятора (для неавтоматизированных ЭПУ  -  6 А),  N – индексный номер аккумуляторов, nг – число групп АБ, одновременно заряжающихся от одного выпрямителя.
По известным значениям токов Iб  и  Iз  мощность выпрямительных устройств при буферной работе Рб и при заряде аккумуляторов Рз определяется в кВт как:


где Uб и  Uз напряжения на аккумуляторе в буферном режиме и в конце заряда,
nб и nз – количество аккумуляторов в группе.
Для ЭПУ 24 В выбираем ВУ типа ВУТ 31/125 – два рабочих и один резервный.
Для ЭПУ 60 В.
Ток в А резервного ВУ, обеспечивающего заряд стационарных кислотных аккумуляторов
определяется по формуле
Iз = iз · N · nг=6 · 3 · 1 = 18 А ,
где iз – зарядный ток на один индексный номер аккумулятора (для неавтоматизированных ЭПУ  -  6 А),  N – индексный номер аккумуляторов, nг – число групп АБ, одновременно заряжающихся от одного выпрямителя.
По известным значениям токов Iб  и  Iз  мощность выпрямительных устройств при буферной работе Рб и при заряде аккумуляторов Рз определяется в кВт как:


Для ЭПУ 60 В выбираем ВУ типа ВСП 60/60 – один рабочий и один резервный.
6                   Расчёт нагрузки электроустановки на внешние сети и выбор ДГА.
Мощность резервной электростанции должна быть достаточной для обеспечения электроэнергией аппаратуры связи , питаемой в буферном режиме или непосредственно от сети переменного тока, после аварийного заряда батарей, гарантированного освещения, насосов топлива для ДГА. В этом случае активная и реактивная составляющие мощности ЭПУ в кВт, потребляемые от ДГА, составят:
где  - кпд ВУ, Ро  Qo –активная и реактивная мощности освещения, Рсил  Qсил активная и реактивная мощности силового оборудования.
Полная мощность ДГА в кВ·А
 15,1 +13,74 =20,41
По значению полной мощности выбираем тип ДГА – 24М. Данные расчёта ДГА удобно свести в
Табл. 5

Наименование нагрузок	Мощности  потребителей			Примечание
	Активная, кВт	Реактивная, вар	Полная, В-А
1 ВУ в буферном режиме	2,7	3,65	4
2 ВУ в режиме заряда батарей	2,007	5,23	4,41
3 Освещение	6,953	2,28	7,3
4 Силовое электрооборудование	3,44	2,58	4,3
Всего	15,1	13,74	20,41	ДГА – 24М
Коэффициент мощности ЭПУ

7                   Структурная схема электроустановок.
Для ввода, коммутации и распределения напряжения переменного тока, поступающего от сети внешнего электроснабжения и резервной электростанции, щит переменного тока типа ЩПТА, благодаря которому обеспечивается автоматическое включение автоматизированной резервной электростанции ДГА через щит автоматики ЩДГА, подключение сети аварийного освещения к АБ, защита питающих линий от перегрузок и короткого замыкания. Фидеры питания к щиту ЩПТА подключаются через устройства автоматического ввода резерва (АВР), установленные в шкафу управления ШУ, к которому вводные фидеры подводятся через вводные щитки ЩО.
Коммутация ВУ, АБ и нагрузки производится посредством батарейных щитов ЩБ2 и коммутирующих устройств КУ.
КУ обеспечивают:
Одновременное подключение нагрузки к батарее или ВУ, отключение батареи от нагрузки или ВУ при заряде на нагрузочное сопротивление НС.