Контрольная ЭКСиВК

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО СВЯЗИ

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский технический университет связи и информатики

(МТУСИ)

Кафедра «экологии, безопасности жизнедеятельности и электропитания»

Контрольная работа

«Расчет устройств электропитающих установок систем телекоммуникаций»

Вариант № 70

Выполнил студент группы БСТ1851 Кондратьев Иван Васильевич № студ. билета 1БИБ18070

Москва 2021

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 = 2800 Вт и коэффициент мощности ψЛВС = 0,7. Одновременно от системы питается сервер мощностью РС = 500Вт и коэффициентом мощности ψС= 0,95. Коэффициент увеличения пускового тока локальной информационно – вычислительной сети можно считать равным kαЛВС ≈ 1, а сервера kαС ≈ 2,5. Определить количество модулей источника бесперебойного питания, если мощность одного модуля равна РМ = 600 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=( kαЛВС ∙kЗЛВС∙РЛВС/ ψЛВС)+( kαС ∙kЗС∙РС/ ψС) =

= (1∙1∙2800/0,7) + (2,5∙1∙500/0,95)= 4000 + 1316 = 5316 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 = (5316/600)/0,95 + 1 = 10.

2

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 = 1200 Вт, а коэффициент мощности составляет ψИБП = 0,85.

Коэффициент полезного действия источника бесперебойного питания равен ηИБП = 0,89, а максимальный ток заряда аккумуляторных батарей

IЗmax= 4,5А при напряжении заряда UЗ = 25,8 В.

Решение.

Найдем максимальную мощность заряда аккумуляторных батарей:

РЗАБ= IЗmax·UЗ = 4,5·25,8 = 116,1 Вт

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

SВхИБП ≈ (PВыхИБП+РЗАБ)/( ψИБП∙ηИБП) = (1200+116,1)/(0,85·0,89) = 1739 ВА.

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

PВхИБП = (PВыхИБП+РЗАБ)/ηИБП = (1200+116,1)/0,89 = 1478,8 Вт, QВхИБП = [(SВхИБП)2– (PВхИБП)2]0,5 = (17392-1478,82)0,5 = 915 ВАР.

3

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 = 1200 Вт, с коэффициентом мощности ψН = 0,75 и

коэффициентом полезного действия источника бесперебойного питания

ηИБП = 0,9 определить емкость свинцово – кислотных аккумуляторных батарей,

если время аварийного питания нагрузки равно tр = 2,8 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/(ψН·UВыхИБП) = 1200/(0,75·220) = 7,2 А,

где выходное напряжение ИБП UВыхИБП = 220 В.

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

IР =( IН·UВыхИБП)/(UАБ·ηИБП) = (7,2·220)/(24·0,9) = 59,4 А.

Емкость аккумуляторных батарей С10 равна:

С10 = IР·tр /(ηQ[1+0,008(tСр-20оС)]) = 59,4·2,8/(0,51[1+0,008(25-20)]) = =166,3/0,53 = 313,8 А·ч,

здесь ηQ =0,51 –коэффициент отдачи заряда аккумулятора; tСр=25оС - температура окружающей среды.

4

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 = 1200Вт,

а коэффициент учета параллельного включения модулей равен kПМ = 0,9.

Максимальный ток нагрузки (ток часа наибольшей нагрузки) составляет величину IЧНН = 40 А, а максимальный ток заряда аккумуляторных батарей

IЗАБ = 8 А.

Решение.

Суммарный максимальный ток I∑ системы бесперебойного электропитания постоянного тока (выпрямительного устройства ВУ)

находится с помощью соотношения:

I∑ = IЧНН+ IЗАБ = 40+ 8 = 48 А.

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

IВыхМ = kПМ·РМ/UВых = 0,9·1200/24 = 45 А.

Число модулей NВУ равно:

NВУ ≥ (I∑/IВыхМ)+1 = (48/45)+1 = 2,06 ≈ 2.

5

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

Исходные данные.

Система бесперебойного питания постоянного тока используется для питания нагрузки общей мощностью РН = 1800 Вт. Система включает две свинцово – кислотных аккумуляторных батареи (горячий резерв) каждая емкостью САБ = 140 А·ч, напряжением UН = 48 В. Определить максимальную мощность потребления РВ системы бесперебойного питания от трехфазной электросети UЭC = 380 В, fC = 50 Гц переменного тока, если КПД системы бесперебойного электропитания ηВ = 0,9, а максимальный ток заряда

IПлЗ = 25А.

Решение.

Ток нагрузки системы бесперебойного электропитания равен:

IН = РН/UН =1800/48 = 37,5 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 = 48/2 = 24,

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/ηВ = (37,5+25)·24·2,28/0,9 = 3800 Вт.

6

Задача №6 Расчет аккумуляторной батареи электропитающей установки (ЭПУ) постоянного тока.

Исходные данные.

Для ЭПУ постоянного тока с выходным напряжением UН = -24 В

определить емкость аккумуляторных свинцово – кислотных элементов и их число в батарее, если ток разряда часа наибольшей нагрузки IЧНН = 40 А, а

максимальное время разряда tРmax = 0,75 часа, при температуре в аккумуляторном контейнере tСр = 22oC. Считать, что потери в токораспределительной сети установки постоянного тока составляют

ΔUТРС≈0,04UН, а коэффициент отдачи аккумуляторных элементов ηQ = 0,85.

Допустимое отклонение выходного напряжения ЭПУ (аккумуляторной батареи) принять равным ΔUН = 0,15UН (в нашем случае 3,6 В).

Решение.

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

nА = (UН+ΔUТРС)/UА = (24+0,04∙24)/2 = 12,48 ≈ 13,

где номинальное напряжение на элементе принимается равным UА = 2 В.

Число nА округляется до целого числа в большую 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∙13 = 22,75 В.

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

UНДоп = UН–ΔUН = 24–3,6 = 20,4 В,

в результате имеем:

UНmin>UНДоп = 20,4 В

7

Находим необходимую расчетную емкость СI10 аккумуляторов ЭПУ постоянного тока

СI10 = IРtР/[ηQ(1+0,008{tCp-20оС})] = 40∙0,75/[0,85(1+0,008{22-20})] = = 30/0,86 = 34,8 Ач.

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

одной группе СI10/2) выбираем 152 Ач, напряжение - 2В. Двухгруппная аккумуляторная батарея состоит из двух групп (линеек) аккумуляторов по 13

штук каждая. По таблице П3, П4 выбираем соответствующий 10-часовому режиму разряда аккумулятор по ближайшему большему значению номинальной емкости С10≥СI10 и номинальному напряжению.

Последовательно можно включать только элементы или блоки одинакового типа и емкости.

Выбираем аккумулятор ESPACE HI, типа 2HI120 с номинальным напряжением 2В и емкостью С10=121Ач.

8

Задача №11 Расчет сечения кабеля токораспределительной сети

вычислительной сети от общего источника бесперебойного питания Р = 2,8кВт при напряжении UЭС = 220 В. Допустимое падение напряжения ΔU = 0,5В в кабеле электропитания длиной l = 50 м. Найти сечение кабеля по допустимой потере напряжения.

Решение.

В процентном отношении допустимое падение напряжения составляет

ΔU%= 100·ΔU/UЭС= 100·0,5/220= 0,23%

Сечение кабеля для однофазной сети с сосредоточенной нагрузкой в

конце линии рассчитываем по формуле:

SР=Pl·105/[σ(UЭC)2·ΔU%]=2,8·50·105/(34,5·2202·0,23)=1,4·107/0,38·106=36,8мм2

где: σ - удельная проводимость алюминия 34,5 м/(Ом·мм2).

Выбираем сечение двухжильного кабеля алюминиевого АВВГ по таблице П9 S=70 мм2 (должно быть S> SР).

Определим толщину проводника SЭ, из условия допустимой экономически оптимальной плотности тока δЭ = 2,1 А/мм2. Для этого найдем значение расчетного тока:

IP = P/UЭС = 2800/220 = 12,7 A.

SЭ =IP/ δЭ = 12,7/2,1= 6,04 мм2,

где: δЭ = 2,1 А/мм2экономическая плотность тока при использовании провода на расчетной нагрузке 3000 – 5000 часов в год. При этом условии принимаем толщину проводника равной SЭ1 = 16 мм2.

При использовании провода в течение времени более 5000 часов в год рекомендуется принять IЭ1 = 1,1 А/мм2. При этом условии принимаем толщину проводника равной SЭ1= 25 мм2.

9

Задача №12 Приближенный расчет мощности дизельной

электрической станции

Исходные данные.

Устройства – потребители электроэнергии, вырабатываемой автономной дизельной электростанцией, имеют следующие характеристики.

Выходная (номинальная) мощность ИБП РИБП = 12000 Вт, коэффициент мощности ψИБП = 0,9; коэффициент полезного действия ηИБП = 0,94.

Номинальная мощность заряда аккумуляторных батарей ИБП РЗА = 1500 Вт,

коэффициент мощности устройств заряда аккумуляторных батарей ψЗА = 0,9,

коэффициент полезного действия устройств заряда аккумуляторных батарей

ηЗА = 0,94. Мощность других потребителей РДП = 28000 Вт, коэффициент мощности ψДП = 0,7; коэффициент запаса по мощности m = 1,2, коэффициент режима работы (резервный) q = 100.

Расчет.

Приближенное значение мощности дизельной электростанции:

РДЭС = (100m/q)·(РИБП/(ψИБПηИБП)+ РЗА/(ψЗАηЗА)+ РДП/ψДП) =

=(100·1,2/100)·(12000/(0,9·0,94)+1500/(0,9·0,94)+28000/0,7) =

=1,2·(14184+ 1773+ 40000)= 67,1 кВт.

10