4 курс (заочка) / Контрольная работа / !Контрольная работа (задание)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ Ордена Трудового Красного Знамени

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики» Кафедра экологии, безопасности жизнедеятельности и электропитания.

Контрольная работа для заочной формы обучения

Расчет устройств электропитающих установок систем телекоммуникаций

Рецензент:

Рассмотрены и утверждены на заседании кафедры ЭБЖиЭ

Москва 2019

2

Рассматриваются методики расчета и выбора оборудования электропитания для устройств и систем телекоммуникаций. Приведены справочные данные устройств и материалов, необходимые для расчетов. Методические указания включают варианты заданий для выполнения контрольных работ и решения задач по дисциплинам «Электропитание устройств и систем телекоммуникаций» и «Электропитание компьютерных сетей и вычислительных комплексов».

Авторы: Яблочников С.Л., профессор Шакиров К.Ф., ассистент

3

Содержание

3.3Расчет и выбор устройств системы бесперебойного электропита21 ния постоянного тока

3.4Расчет общей мощности потребления системы электропитания и 22 емкости косинусных конденсаторов

4

Введение

Цель настоящей работы – закрепление студентами теоретических знаний, полученных при изучении основных разделов курсов «Электропитание устройств и систем телекоммуникаций» и «Электропитание компьютерных сетей и вычислительных комплексов» [1].

Для выполнения контрольного задания необходимо изучить теоретический материал и воспользоваться справочными данными, приведенными в настоящем пособии [1, 2, 3, 4, 15]. Подготовка к выполнению контрольного задания производится самостоятельно путем изучения приведенных в пособии примеров решения типовых задач и самостоятельного решения подобных задач с исходными данными, указанными в таблицах. Методические указания предусматривают 100 вариантов заданий для каждой задачи.

1 Общие указания по выполнению контрольного задания

В контрольном задании нужно решить задачи следующего содержания:

-расчет (и выбор) типового источника бесперебойного питания (ИБП) с выходом на переменном токе;

-расчет количества элементов и емкости аккумуляторных батарей;

-определение тока и мощности, потребляемых электропитающей установкой (ЭПУ) от внешней электросети;

-расчет (и выбор) типового оборудования бесперебойного питания постоянного тока (выпрямительного устройства);

-расчет емкости косинусных конденсаторов;

-расчет заземляющего устройства;

-расчет (и выбор) автомата защиты;

-расчет элементов токораспределительной сети;

-расчет мощности автономной дизельной генераторной электроустанов-

ки.

Методика решения задач изложена в разделе 3, примеры решения – в разделе 2.

На первой странице контрольного задания необходимо указать, название задания, фамилию и инициалы студента, факультет, группу. Затем следует выполнение варианта задачи в соответствии с примером, приведенным в данных методических указаниях.

5

2 Задачи для самостоятельной работы и примеры их решения

Задача №1 Расчет мощности и выбор источника бесперебойного питания переменного тока

Исходные данные.

Нагрузкой системы бесперебойного питания переменного тока напряжением ~220 В 50 Гц является локальная информационно – вычислительная сеть общей мощностью РЛВС= 2500 Вт и коэффициент мощности ψЛВС= 0,7. Одновременно от системы питается сервер мощностью РС=800 Вт и коэффициентом мощности ψС= 0,95. Коэффициент увеличения пускового тока локальной информационно – вычислительной сети можно считать равным k ЛВС 1, а сервера k С 2,5. Определить количество модулей источника бесперебойного питания, если мощность одного модуля равна РМ= 1000 Вт, а коэффициент мощности источника ψС≥ 0,95. При этом с целью увеличения надежности ИБП следует добавить один модуль в качестве резервного. Коэффициент учета параллельного включения модулей равен kПМ= 0,95.

Решение.

Полная выходная мощность ИБП должна быть больше мощности потребления нагрузки с учетом поправочных коэффициентов:

SВыхИБП=k ЛВС kЗЛВС РЛВС/ ЛВС+ k С kЗС РС/ С=1 1 2500/0,7+

2,5 1 800/0,95= 3571+ 2105= 5676 ВА,

где: kЗЛВС=1 - коэффициент загрузки (то есть одновременной работы) компьютеров ЛВС среднестатистический, kЗС - коэффициент загрузки сервера (он всегда включен).

Количество модулей будет равно N≈ (SВыхИБП/PM)/kПМ +1= (5676/1000)/ 0,95+1= 7

Таблица 2.1 Варианты задания для решения первой задачи

(при ψЛВС=0,7, ψС=0,95, ψС= 0,95, kЗЛВС=1, kЗС=1, kПМ=0,95, k ЛВС 1, k С 2,5).

6

Задача №2 Расчет максимальной мощности потребления источника бесперебойного питания переменного тока

Исходные данные.

Найдите максимальную мощность потребления источника бесперебойного питания, если его выходная максимальная мощность равна PВыхИБП= 1000 Вт, а коэффициент мощности составляет ИБП = 0,85. Коэффициент полезного действия источника бесперебойного питания равенИБП= 0,89, а максимальный ток заряда аккумуляторных батарей IЗmax=5 А при напряжении заряда UЗ=25,8 В.

Решение.

Найдем максимальную мощность заряда аккумуляторных батарей:

РЗАБ= IЗmax·UЗ= 5·25,8= 129 Вт

Далее нужно оценить полную входную мощность SВхИБП, ВА потребления ИБП с учетом максимальной нагрузки и одновременного заряда аккумуляторных батарей:

SВхИБП (PВыхИБП+РЗАБ)/( ИБП ИБП)= (1000+129)/0,85·0,89= 1492 ВА.

Активную PВхИБП, Вт и реактивную QВхИБП, ВАР составляющие мощности потребления ИБП можно подсчитать следующим образом:

PВхИБП= (PВыхИБП+РЗАБ)/ ИБП= (1000+129)/0,89= 1268 Вт,

QВхИБП= [(SВхИБП)2– (PВхИБП)2]0,5= (14922-12682)0,5= 786 ВАР.

Таблица 2.2 Варианты задания при ИБП = 0,85, ИБП= 0,89

7

Задача №3 Расчет емкости аккумуляторных батарей источника бесперебойного питания переменного тока

Исходные данные.

Произвести упрощенный расчет емкости аккумуляторных батарей ИБП без учета падения напряжения в кабелях токораспределительной сети (ТРС) и ограничения напряжения разряда аккумуляторов. Для нагрузки общей мощностью PН= 650 Вт, с коэффициентом мощности Н= 0,85 и коэффициентом полезного действия источника бесперебойного питанияИБП=0,9 определить емкость свинцово – кислотных аккумуляторных батарей, если время аварийного питания нагрузки равно tр= 0,5 часа. Напряжение аккумуляторной батареи, используемой в ИБП составляет UАБ= 24 В, а номинальное рабочее напряжение свинцово – кислотного аккумулятора (элемента) равно UA=2 В.

Решение.

Количество аккумуляторных элементов в батарее свинцово – кислотного типа составляет величину:

nА= UАБ/UA= 24/2= 12 элементов.

Выходной ток ИБП равен:

IН= PН/( Н··UВыхИБП)= 650/(0,85·220)= 3,48 А, где выходное напряжение

ИБП UВыхИБП= 220 В.

Этому току соответствует ток разряда IР аккумуляторных батарей (во время аварийного разряда):

IР= IН··UВыхИБП/UАБ· ИБП= 3,48·220/24·0,9= 35,4 А.

Емкость аккумуляторных батарей С10 равна:

С10= IР·tр / Q[1+0,008(tСр-20оС)]= 35,4·0,5/0,51[1+0,008(25-20)]=

17,7/0,53= 33,4 А·ч, здесь Q =0,51 –коэффициент отдачи заряда аккумулятора; tСр=25ºС - температура окружающей среды.

Таблица 2.3 Варианты задания при ИБП=0,9, UАБ= 24 В

8

Задача №4 Расчет и выбор устройств бесперебойного электропитания постоянного тока

Исходные данные.

Найти количество выпрямительных модулей (с избыточным резервированием N+1) установки бесперебойного питания с выходным напряжением – UВых= -24 В, если мощность одного модуля равна РМ= 1000 Вт, а коэффициент учета параллельного включения модулей равен kПМ=0,95. Максимальный ток нагрузки (ток часа наибольшей нагрузки) составляет величину IЧНН= 45 А, а максимальный ток заряда аккумуляторных батарей

IЗАБ= 10 А.

Решение.

Суммарный максимальный ток I∑ системы бесперебойного электропитания постоянного тока (выпрямительного устройства ВУ) находится с помощью соотношения:

I∑=IЧНН+ IЗАБ= 45+ 10= 55 А.

Максимальный выходной ток модуля IВыхМ системы бесперебойного питания с учетом дальнейшего параллельного включения равен:

IВыхМ= kПМ·РМ/UВых = 0,95·1000/24= 39,6 А.

Число модулей NВУ равно:

NВУ≥ (I∑/IВыхМ)+1= 55/39,6+1= 2,3≈ 3.

Таблица 2.4 Варианты задания при kПМ=0,9, UАБ= -24 В

9

Задача №5 Расчет мощности, потребляемой установкой бесперебойного электропитания постоянного тока

Исходные данные.

Система бесперебойного питания постоянного тока используется для питания нагрузки общей мощностью РН= 2400 Вт. Система включает две свинцово – кислотных аккумуляторных батареи (горячий резерв) каждая емкостью САБ= 120 А·ч, напряжением UН= -24 В. Определить максимальную мощность потребления РВ системы бесперебойного питания от трехфазной электросети UЭC= 380 В, fЭC= 50 Гц переменного тока, если КПД системы бесперебойного электропитания В=0,94, а максимальный ток заряда IПлЗ= 25

А.

Решение.

Ток нагрузки системы бесперебойного электропитания равен:

IН= РН/UН=2400/24= 100 A.

Напряжение заряда UПлЗ≈ 2,14+ 0,14= 2,28 В, где напряжение свинцово – кислотного аккумуляторного элемента равна 2,14 В (холостой ход), избыточное напряжение 0,14 В, обеспечивающее заданный ток заряда.

Количество аккумуляторных элементов в батарее nА= UН/ UА= 24/2= 12, где UА= 2 В – номинальное рабочее напряжение свинцово – кислотного аккумуляторного элемента (при токе разряда 10 А).

Максимальное значение активной мощности, потребляемой системой бесперебойного электропитания постоянного тока в условиях нормального электроснабжения находится с помощью соотношения:

РВ=(IН+IПЗ)·nА·UПлЗ/ В= (100+25)·12·2,28/0,94= 3638 Вт.

Таблица 2.5 Варианты задания при UC=380 В, fC=50 Гц, В=0,9, UН= 24 В

10

Задача 6 Расчет аккумуляторной батареи электропитающей установки (ЭПУ) постоянного тока.

Исходные данные.

Для ЭПУ постоянного тока с выходным напряжением UН= -48 В определить емкость аккумуляторных свинцово – кислотных элементов и их число в батарее, если ток разряда часа наибольшей нагрузки IЧНН=35 А, а максимальное время разряда tРmax= 2 часа, при температуре в аккумуляторном контейнере tСр=22o C. Считать, что потери в токо – распределительной сети установки постоянного тока составляют UТРС≈ 0,04UН, а коэффициент отдачи аккумуляторных элементов Q= 0,85. Допустимое отклонение выходного напряжения ЭПУ (аккумуляторной батареи) принять равным UН= 0,15 UН (в нашем случае 7,5 В).

Решение.

Определяем число элементов nА в аккумуляторной батарее с учетом падения напряжения в ТРС:

nА=(UН+ UТРС)/UА= (48+0,04 48)/2= 24,96≈ 25, где номинальное напряжение на элементе принимается равным UА=2 В. Число nА округляется до целого числа в бóльшую сторону.

Далее проверяется минимально допустимый уровень напряжения нагрузки при разряде аккумуляторной батареи с учетом минимального допустимого напряжения на одном элементе, которое для свинцово – кислотных аккумуляторов равно UАКр= 1,75 В.

Минимальное напряжение нагрузки равно:

UНmin= UАКр nА= 1,75 25= 43,75 В.

Заданное минимально допустимое напряжение (с учетом потерь в электросети) составляет:

UНДоп= UН– UН= 48–7,5= 40,5, В, в результате имеем:

UНmin>UНДоп= 40,5

Находим необходимую расчетную емкость СI10 аккумуляторов ЭПУ постоянного тока

СI10= IРtР/[ Q(1+0,008{tCp-20ºС})]= 35 2/[0,85(1+0,008{2220})]= 70/0,86= 81 Ач.

Значение рассчитанной емкости получено для двухгруппной аккумулторной батареи. Емкость каждого аккумуляторного элемента (в одной

группе СI10/2) выбираем 45 Ач, напряжение - 2В. Двухгруппная аккумуляторная

11