2. Расчет электропитающей установки поста электрической

централизации

2.2.1.Расчет преобразователя ппв-1

От полупроводникового преобразователя типа ППВ-1, входящего в состав панели ПВП-ЭЦК, получают питание в случае отключения всех источников переменного тока следующие нагрузки гарантированного питания: станционные блоки дешифраторов кодовой АБ прилегающих к станции блок-участков; схемы смены направления движения и контроля прилегающих перегонов (при организации двустороннего движения поездов); схемы ДСН на станции и прилегающих перегонах; схемы ограждения составов.

Номинальные (максимальные) мощности этих нагрузок приведены в табл.2.9.

Среднесуточные коэффициенты включения К_н характеризуют, какую часть времени суток включена нагрузка (для постоянных нагрузок К_н=1, для кратковременных нагрузок К_н=0).

КПД ППВ-1 зависит от степени его загрузки. Поэтому в целях повышения КПД предусмотрена возможность настройки преобразователя на номинальные мощности 0,3, 0,6, 1,0 кВт. Такая настройка производится по результатам расчета максимальной (пиковой) мощности нагрузок S_м, ВА:

(5)

где – суммарная максимальная активная мощность нагрузок, Вт (см. табл. 2.9),

– суммарная максимальная реактивная мощность нагрузок, вар (см. табл. 2.9).

Нагрузочная способность ППВ-1 существенно зависит от коэффициента мощности нагрузки cos , который для пиковой мощности определяется как:

. (6)

Преобразователь рассчитан на номинальную нагрузку (Рном = 0,3; 0,6; 1кВт) при cos0,9. Если реальный cos  0,9, то нагрузка на преобразователь должна быть уменьшена. Допустимая в этом случае нагрузка определяется по формуле:

(7)

Если реальный cos  0,9, то допустимая нагрузка на ППВ-1 Р_доп может превышать номинальную. Эту мощность можно рассчитать по формуле:

. (8)

Для определения тока, потребляемого преобразователем от аккумуляторной батареи, производим расчет средней мощности с учетом коэффициента нагрузки К_н:

. (9)

Средний коэффициент мощности нагрузок ППВ-1:

. (10)

Коэффициент загрузки преобразователя:

, (11)

где Р_ном – номинальная мощность преобразователя с учетом его настройки на пиковую мощность нагрузки, Вт.

К оэффициент мощности оказывает влияние не только на использование установленной мощности преобразователя, но и на его КПД. Поэтому КПД ППВ-1 определяется с учетом cos _Н и К_н. Для этого сначала (по специальным графикам на рис. 1) определяются частные значения КПД и в зависимости от cos _Н и К_н,

Рис. 1. График зависимости

а затем рассчитывается общий КПД ППВ-1 по формуле:

, (12)

С учетом величин Р_н и ток I_п, А, потребляемый преобразователем от батареи, составляет:

, (13)

где U_б – номинальное напряжение аккумуляторной батареи, U_б=24 В.

2.2.2. Расчет аккумуляторной батареи 24 В

Расчет аккумуляторной батареи 24 В заключается в определении ее емкости и выборе типа аккумуляторов СН (СК) по рассчитанному индексному номеру.

При определении емкости аккумуляторов следует исходить из условий эксплуатации батареи в основном и дополнительном режимах резервирования.

Основной режим резервирования соответствует питанию в течение двух часов от батареи всех гарантированных нагрузок ЭЦ в аварийных условиях при отключении всех источников переменного тока, включая ДГА. Разрядный ток батареи в режиме основного резервирования, I_бо, А:

, (14)

где I_а - ток, потребляемый релейной аппаратурой ЭЦ (расход тока в расчете на одну стрелку составляет I_а =0,262 А);

I_лс – ток, потребляемый контрольными лампочками повторителей входных светофоров на табло (потребляемый лампочками ток в расчете на один подход равен I_лс =0,175 А);

I_пр – ток, потребляемый приборами ЭПУ (реле, блоки, сигнализаторы заземлений и др.) (потребляемый приборами ток не зависит от числа стрелок и в целом на пост ЭЦ составляет I_пр=0,432 А);

I_лп – ток, потребляемый контрольными лампочками (контроля фидеров, работы преобразователей) на табло и панелях питания (потребляемый лампочками ток в расчете на пост ЭЦ равен I_лп =0,175 А);

I_п – ток, потребляемый преобразователем ППВ-1 по гарантированному питанию цепей переменного тока (потребляемый от батареи преобразователем ток определяется в п.2.2.1);

n_с - число стрелок на станции;

n_вх - количество входных светофоров равное числу подходов к станции.

Расчетное время основного резервирования t_ро= 2 часа выбрано с учетом времени устранения возможной неисправности ДГА. Если в течение двух часов неисправность ДГА не устранена, батарея переводится с основного режима резервирования на дополнительный. Это достигается отключением от батареи релейных устройств ЭЦ (путем изъятия предохранителей на стативах).

Разрядный ток батареи в дополнительном режиме резервирования:

. (15)

При установленной продолжительности местного аккумуляторного резерва красных огней входных светофоров в 12 часов продолжительность дополнительного режима контрольной батареи 24 В принята равной t_рд =10 час.

В условиях рассматриваемого режима эксплуатации аккумуляторной батареи фактическая ее разрядная емкость Q_ф, Ач, составит:

, (16)

Емкость аккумуляторов, гарантируемая заводом-изготовителем, характеризуется номинальным значением Q_ном Однако с повышением интенсивности разряда и понижением температуры электролита емкость, отдаваемая аккумуляторами, уменьшается. Поэтому фактическая емкость Q_ф, требуемая от аккумуляторов, пересчитывается (приводится) к номинальным условиям по формуле:

, (16)

где Q_р – расчетная номинальная емкость батареи;

К_с – коэффициент снижения емкости аккумуляторов от старения, К_с=0,85;

 - коэффициент интенсивности разряда (коэффициент отбора емкости);

К_t – температурный коэффициент емкости, для аккумуляторов типа СК и СН К_t=0,008;

t⁰- температура электролита во время разряда батареи (принимаем равной температуре воздуха в аккумуляторном помещении +15С).

Значение расчетного коэффициента интенсивности разряда  определяем по режиму разряда батареи током I_бо как наиболее неблагоприятном для батареи (I_бо>I_бд).

В таком случае расчетная (возможная) длительность разряда батареи током основного режима I_бо составит:

. (17)

По полученному значению t_рр определяется коэффициент интенсивности разряда аккумуляторов  по данным табл.2.10.

По номинальной расчетной емкости Q_р определяется тип аккумуляторов СН (СК) – их индексный номер и паспортная номинальная емкость Q_ном. Индекс аккумуляторов можно определить по следующему соотношению:

, (18)

где Q₁ – номинальная емкость аккумулятора типа СК (СН) с индексом 1, Q_1ск=36А∙ч, Q_1сн=40А∙ч.

Величина номинальной емкости аккумуляторной батареи будет определена по формуле:

. (19)

Количество аккумуляторов в контрольной батарее определяется исходя из следующего соотношения:

, (20)

где U_к – напряжение контрольной батареи в конце разряда источника (определяется по табл. 2.10 в зависимости от t_рр);

U_б – номинальное напряжение контрольной аккумуляторной батареи,

U_б =24В.

Аккумуляторы типа СН по сравнению с аккумуляторами С и СК имеют следующие преимущества:

1. СН собирают на заводе-изготовителе, а не на месте установки;

2. их отличает больший срок службы;

3. меньшая масса (это объясняется тем, что для их работы требуется на 40% меньше свинца);

4. СН обладают лучшей разрядной характеристикой;

5. при одноминутном разряде СН обеспечивают большие токи. Чем С и СК;

6. в процессе эксплуатации требуют меньшего ухода.

3. Расчет и распределение нагрузок панели ПР-ЭЦК

При расчете мощности нагрузок панели ПР-ЭЦК необходимо учитывать следующие ограничения: а) мощность каждой обмотки трансформаторов ТС1 и ТС2 не должна превышать 1,5кВА; б) вторичные обмотки трансформаторов ТС1 и ТС2 (кроме обмотки “а” ТС1) должны быть загружены как можно более равномерно; в) если общая мощность S_пр превысит 9кВА, то требуется установить вторую панель ПР-ЭЦК.

Суммарная мощность панели ПР-ЭЦК зависит от следующих видов нагрузки:

1. Лампочки табло и питающих панелей. Этой нагрузкой определяется мощность вторичной обмотки «а» ТС1.

Нагрузка, создаваемая лампочками табло и питающих панелей, в среднем на одну стрелку составляет: Р_лтс=6 Вт, Q_лтс=0,9 вар. В этом случае общая нагрузка от всей светосхемы станции S_лт на трансформатор ТС1 определяется:

, (21)

2. Светофоры. Для равномерного распределения нагрузки светофоров на питающие устройства в панели ПР-ЭЦК предусмотрена возможность разделения светофоров на 4 группы, которые подключаются к обмоткам «а», «b» и «с» ТС2, а также к обмотке «с» ТС1.

Общая мощность нагрузки от всех светофоров станции определяется:

, (22)

где S_свn - полная мощность светофора (Р_св=25Вт, Q_св=19Вар);

n_св – количество светофоров на станции:

n_св= 1,3·n_св. (23)

3. Маршрутные указатели. Для питания маршрутных указателей используются обмотки «b» трансформаторов ТС1 и ТС2.

Мощность маршрутных указателей принимается при числе стрелок до 140 – Р_му=700 Вт, при числе стрелок более 140 – Р_му =1400 Вт. При отсутствии маршрутных указателей одного из типов принимается половина указанной мощности, реактивная мощность Q_му =0.

4. Контрольные цепи стрелок. Для питания контрольных цепей стрелок используется напряжение 220В, получаемое от обмотки «b» ТС1.

Полная мощность цепей контроля стрелок, ВА:

, (24)

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

5. Стрелки местного управления. Цепи передачи стрелок на местное управление питаются от обмотки «b» ТС1.

Полная мощность устройств передачи стрелок на местное управление S_мс, ВА:

, (25)

где S_мсс – мощность устройств передачи на местное управление одной стрелки, S_мсс =10 ВА;

n_мс - число стрелок, передаваемых на местное управление.

6. Дешифрирующие устройства АБ. Мощность дешифраторов АБ, питаемых от обмотки «а» ТС2, S_да, ВА, определяется:

, (26)

где S_дап - мощность дешифрирующих устройств в расчете на один подход, (Р_дап =16,6 Вт, Q_дап =16,8 вар);

n_вх – количество входных светофоров равное количеству подходов к станции.

7. Лампочки пультов ограждения составов. Питание ламп пультов ограждения составов осуществляется от обмотки «а» ТС2. На станциях, число стрелок на которых не превышает 130, мощность ламп пультов ограждения S_оп (непрерывного и импульсного питания) в целом на пост ЭЦ находится с учетом того, что Р_оп=90Вт, Q_оп =20 вар.

8. Трансмиттерные реле и трансмиттеры. Нагрузка S_тр, создаваемая трансмиттерными реле и кодовыми трансмиттерами на обмотку «b» ТС2, может быть принята на пост ЭЦ равной 110 ВА.

9. Внепостовые цепи. Мощность внепостовых цепей (ДСН, контроля перегона, смены направления и др.) по переменному току 220В, питаемых от обмотки «а» ТС2 через панель ПВП-ЭЦК, определяется по данным расчета нагрузок ППВ-1.

10. ЭПК пневмоочистки стрелок. Питание ЭПК пневмоочистки стрелок от снега производится напряжением 220В от обмотки «а» ТС2 через панель ПВП-ЭЦК. Нагрузка от очистки, учитывая одновременную очистку двух стрелок в разных районах станции, может быть принята в целом на пост ЭЦ равной Р_эпк=26 Вт, Q_эпк =94 вар.

11. Кодирующие трансформаторы 50 Гц. Мощность кодирующих трансформаторов 50 Гц S_крц, ВА, определяется по формуле:

, (27)

где S_крц - мощность одной рельсовой цепи при кодировании ее токами 50 Гц, (Р_крц =11 Вт, Q_крц =38 вар);

n_рц – число кодируемых рельсовых цепей – по две рельсовые цепи на один подход к станции.

Питание кодирующих трансформаторов 50 Гц производится от обмоток «а» и «b» ТС2.

Результаты выполненных расчетов представляются в виде табл. 2.11.

Общая мощность нагрузок панели ПР-ЭЦК определяется в соответствие с табл.2.11:

, (28)

где S_ТС1, S_ТС2 - соответственно полные мощности трансформаторов ТС1 и ТС2;

η_тр – КПД трансформаторов ТС1 и ТС2, η_тр=0,95÷0,98.

3. Расчет нагрузки выпрямителей панели ПВП-ЭЦК

На основании расчета нагрузки выпрямителей устанавливается режим эксплуатации зарядного устройства ВП1 (типа УЗАТ-24-30) и преобразователя-выпрямителя ПП (типа ППВ-1). При наличии напряжения переменного тока УЗАТ-24-30 и ППВ-1, работающий в этом случае в режиме выпрямления, используются для питания нагрузок постоянного тока 24 В.

Такими нагрузками являются релейные схемы поста ЭЦ и аккумуляторная батарея 24 В.

Максимальный ток, отдаваемый выпрямителями панели, составляет 50А, в том числе: ВП1 – 30 А, ПП – 20 А.

Ток, потребляемый релейными схемами ЭЦ, А, составляет:

, (29)

где I_ап – среднесуточный ток, потребляемый релейными схемами поста ЭЦ в нормальном режиме в расчете на одну стрелку, I_ап =0,445 А.

Ток, потребляемый аккумуляторной батареей от выпрямительных устройств, зависит от режима ее работы.

В режиме постоянного (непрерывного) подзаряда (батарея находится в заряженном состоянии) потребляемый ею ток подзаряда, I_пз, А, составляет:

, (30)

где Q_ном – номинальная емкость аккумуляторной батареи (см формула (19).

В режиме форсированного заряда (батарея находится в разряженном состоянии) зарядный ток батареи, I_зб, А:

, (31)

где t_вв – максимальное время восстановления (заряда) батареи, t_вв =72 ч;

_а – КПД аккумуляторов, _а =0,8.

Ток выпрямителей в режиме постоянного подзаряда батареи, I_вп, А:

, (32)

Ток выпрямителей в режиме форсированного заряда батареи, I_фз, А:

. (33)

Если ток нагрузки в режиме постоянного подзаряда I_вп не превышает 25А, то используется только одно зарядное устройство ВП1. При токе I_вп, превышающем 25А, используются ВП1 и преобразователь-выпрямитель ПП. В случае превышения током I_вп 42А устанавливаются две панели ПВП-ЭЦК.

В режиме форсированного заряда, как правило, используются оба выпрямительных устройства. При этом, если значение тока I_фз превышает 50А, то ток заряда батареи I_зб ограничивается таким значением, чтобы ток I_фз не превышал 50А.

3. Расчет стрелочной панели

Максимальный суммарный ток обеих групп рабочих цепей стрелок стрелочной панели равен 30А. Таким образом, расчет стрелочной панели заключается в проверке соответствия тока, потребляемого стрелками при их переводе, с допустимым током панели. Если на станции используется электрообогрев автопереключателей стрелочных приводов, необходимо также рассчитать мощность цепей обогрева, по значению которой выбирается тип стрелочной панели.

Максимальный (пусковой) ток , А, потребляемый от выпрямителей стрелочной панели, зависит от типа рельсов, марок крестовин стрелочных переводов, числа одновременно переводимых в маршруте стрелок и определяется:

, (34)

где I_эп – ток, потребляемый одним электроприводом стрелочного перевода данного типа (расчетный ток электроприводов типа СП-6 на стрелочных переводах марки 1/11 при типе рельсов Р65 принимаем равным I_эп=2,8А, при типе рельсов Р50 - I_эп=2,0А);

n_со - количество одновременно переводимых стрелок данного типа, с учетом того, что на перекрестных стрелках устанавливается два стрелочных электропривода.

Мощность цепей электрообогрева стрелочных приводов рассчитываем по формуле:

, (35)

где S_эс – мощность цепи электрообогрева, отнесенная на одну стрелку (Р_эс=15Вт, Q_эс =22 вар).

3. Расчет мощности рельсовых цепей и преобразовательных панелей ПП25-ЭЦК

Расчет панелей ПП25-ЭЦК заключается в определении их количества, исходя из мощности нагрузки, создаваемой фазочувствительными рельсовыми цепями. В этом случае необходимо наличие двух цепей, питание которых осуществляется от путевых и местных преобразователей частоты.

Мощности, потребляемые путевыми трансформаторами рельсовых цепей S_пт, ВА, и местными элементами путевых реле S_мэ, ВА, определяются:

, (36)

где S_птс, S_мэс – полные мощности соответственно путевых трансформаторов и местных элементов путевых реле в расчете на одну стрелку; значения их составляющих приведены в табл. 2.12

Таблица 2.12