1 Характеристика вибраної системи електроживлення

Відповідно до завдання на станції кількість стрілок дорівнює 52, що більше 30, а отже ЕЦ (електрична централізація) даної станції відноситься до особливої групи першої категорії споживачів електроенергії.

Таким чином, станція повинна бути забезпечена трьома незалежними зовнішніми джерелами живлення. У якості першого зовнішнього незалежного джерела виступає фідер (основний) другої категорії, а у якості другого джерела – фідер (резервний) другої категорії. Так як електропостачання пристроїв ЕЦ варто проектувати по безбатарейній системі живлення, то в якості третього джерела служить дизель – генераторний агрегат (ДГА) , що включається при зникненні номінальної напруги на обох фідерах живлення і вимикається при появі напруги хоча б на одному із джерел живлення. Дані умови включення та відключення ДГА зумовлені категоріями джерел живлення.

При такій системі електропостачання живлення основних об’єктів централізації (стрілки, світлофори, рейкові кола) забезпечуються змінним струмом через трансформатори від мережі і постійним струмом від випрямлячів та контрольної батареї. Дана батарея використовується в аварійному режимі з метою резервування електропостачання гарантованих навантажень.

2 Комплектація щитової установки панелями живлення

Живлення заводиться через щит ЩВП. Він призначений для відключення електроживлення вручну при пожежах та проведеннях ремонтних робіт.

Установка має ввідну, розподільну, випрямно-перетворювальну та стрілочну панелі.

Ввідна панель ПВ-ЭЦК призначена для введення, контролю і первісного розподілу по основних видах навантажень. Вона необхідна для підключення двох фідерів трифазного струму від зовнішніх джерел і одного фідера від резервної електростанції ДГА, автоматичного перемикання навантаження з одного фідера на інший при зниженні напруги нижче допустимого рівня або її зникненні, автоматичний запуск ДГА при порушенні живлення фідерів, підключення основних видів навантаження, здійснення оптичної й акустичної сигналізації відсутності напруги на фідерах, рахунок числа відключень фідерів.

Для розподілу живлення змінного струму по окремих навантаженнях ЕЦ, ізолювання навантажень від заземленої мережі змінного струму, а також для перемикання світлофорів, маршрутних покажчиків і табло на різні режими живлення (неперервний, мигаючий, день-ніч, подвійне зниження напруги) варто використовувати розподільну панель ПР-ЭЦК.

Для забезпечення автоматичного заряду акумуляторної батареї напругою 24 В, випрямлення трифазного змінного струму в постійний струм, перетворення в аварійному режимі постійного струму акумуляторної батареї в змінний струм частотою 50 Гц для живлення гарантованих навантажень потрібно використовувати випрямно-перетворювальну панель ПВП-ЭЦК.

Для живлення робочих ланцюгів стрілочних електроприводів та електрообогріву автоперемикачів потрібно використовувати стрілочну панель типу ПСПН-ЭЦК3, так як на станції проводиться реконструкція, тобто залишаються стрілочні електроприводи з двигунами постійного струму.

3 Розрахунок стрілочної панелі пспн(пстн)-ецк

Розрахунок полягає в перевірці відповідності струму Iспmax, що споживається стрілками при переводі з допустимим струмом панелі (30 А при використанні панелі ПСПН-ЕЦК). Для цього обирається маршрут, що містить найбільшу кількість стрілок. Враховуючи, що половина стрілок в маршруті не переводиться,а знаходяться за встановленим маршрутом, то максимальний струм Iсп_мах може бути визначений за формулою:

Iсп_мах = Iеп · Nсо/2, (1)

де Iеп – струм, що споживається одним електроприводом стрілочного переводу, що має однакові характеристики;

Nсо – кількість стрілок, що одночасно переводяться і мають однакові характеристики (беруться з розрахунку 50% від стрілок, що входять до маршруту, з округленням до більшого цілого).

Для даної станції, що має 52 стрілок, найбільший маршрут містить:

• 4 одиночних Р65 1/11;

• 3 одиничних Р65 1/18;

• 1 перехресна Р65 1/9.

Так як розрахунок ведеться для реконструкції, то в електроприводах встановлюються електродвигуни постійного струму.

Струм, що споживається одним двигуном для даного типу стрілок:

• одиночна Р65 1/11 – 2,8А;

• одиночна Р65 1/18 – 3,6А;

• перехресна Р65 1/9 – 3,6А.

Підставляючи ці дані до формули 3, отримуємо :

Iспмах = 2 · 2.8 + 1 · 3.6 + 1 · 3.6 = 12.8 А.

_{Розрахуємо потужність, що споживається пристроями електрообігріву за формулою:}

Sэ = Sэс · Nс, (2)

_{де Sэс – потужність кіл електрообігріву, з врахуванням втрат, що відноситься на одну стрілку (Pэс=25Вт, Qэс=22Вар)}

Nс – кількість стрілок на станції:

, (3)

Підставляючи ці дані до формули 2, отримуємо :

Sэ = 33.3 · 52 = 1731.6 ВА.

Виходячи з розрахунків обираємо одну стрілочну панель типу ПСПН-ЕЦК3 (так як Iспmax= 12,8 А < 30 А та Sе =1731,6 ВА).

4 Розрахунок потужності рейкових кіл

Потужність колійних трансформаторів Sпе визначається за формулою:

Sпэ = Sпэс · Nс, (4)

де Nс – кількість стрілок на станції;

Sпес – повна потужність колійних трансформаторів та у розрахунку на одну стрілку (Pпэс=15 Вт та Qпэс=14 Вар):

Sпэс=, (5)

Підставляючи ці дані до формули 4, отримуємо :

Sпэ = 20.5 · 52 = 1066 ВА.

Потужність місцевих елементів реле Sмэ визначається за формулою:

Sмэ = Sмэс · Nс, (6)

де Nс – кількість стрілок на станції;

Sмэс – повна потужність колійних трансформаторів в розрахунку на одну стрілку (Pмэс=4.1 Вт та Qмэс=4.4 Вар):

Sмэс=_, (7)

_.

Підставляючи ці дані до формули 7, отримуємо :

Sмэ = 6.01 · 52 = 312,52 ВА.

При автономній тязі, коли частота сигнального струму РК дорівнює 50 Гц, повна потужність визначається, як сума потужностей на колійних та місцевих елементах реле :

Sрц = Sпэ + Sмэ, (8)

Sрц = 1066 + 312,52 = 1378,52 ВА.

Отримана сумарна потужність визначається при виборі кількості трансформаторів ТС панелі ПСПН-ЭЦК3 та уточненні її модифікації. Виходячи з того, що Sрц = 1378,52 ВА та Sэ =1731,6 ВА, то обігрів автоперемикачів буде підключатись до ТС3, а рейкові кола до ТС4.

5 Розрахунок та розподіл навантажень по виходах розподільної панелі ПР-ЕЦК

Метою розрахунку є виключення перевантажень вторинних обмоток силових трансформаторів ТС1 та ТС2, а також рівномірного розподілу навантажень по фазах.

Навантаження від усієї світлосхеми станції Рлт визначаємо за формулою:

Рлт = Рлс · Nс + Рлп, (9)

де Рлс – потужність ламп на одну стрілку з врахуванням маршрутів, що встановлюються (Рлс = 14 Вт);

Рлп – потужність ламп індикації на панелях живлячої установки (Рлп = 25 Вт).

Підставляючи ці дані до формули 9, отримуємо:

=14 · 52 + 25 = 753 Вт.

Потужність ламп табло не перевищує 1.5 кВт, тому обмеження підсвічування не потрібно. Для включення ламп табло використовується одне реле КС, а для включення ламп комутаторів одне реле ПК.

Навантаження від вхідних світлофорів Sвхп визначається за формулою:

Sвхп = Sвх · Nвх, (10)

де Nвх – кількість вхідних світлофорів (Nвх=5);

Sвх – потужність одного вхідного світлофора (Pвх=68 Вт та Qвх=19 Вар):

_, (11)

Sвх =.

Підставляючи ці дані до формули 10, отримуємо :

Sвхп = 70.6 · 5 = 353 ВА.

Навантаження від вихідних світлофорів Sвх визначається за формулою:

Sсв = Sсв · Nс, (12)

де Sсв – потужність одного вихідного світлофора у розрахунку на одну стрілку (Pсв=28 Вт та Qсв=9 Вар);

Nс – кількість стрілок на станції (Nс=67):

(13)

Sсв =.

Підставляючи ці дані до формули 12, отримуємо:

Sсв = 29.4 · 52 = 1528.8 ВА.

Потужність маршрутних покажчиків Рму на пост ЕЦ складає Рму =700 Вт.

Повна потужність контрольних кіл стрілок Sкс дорівнює:

(14)

де Nс – кількість стрілок на станції;

Sксс – потужність контрольних кіл стрілок з розрахунку на одну стрілку (Pксс=5.4 Вт та Qксс=4 Вар):

_, (15)

Підставляючи ці дані до формули 14, отримуємо :

S_kc=6.72·52= 349.44 BA

Потужність пристроїв передачі стрілок на місцеве управління Sмсс дорівнює:

(16)

де Sмсс – потужність пристроїв передачі на місцеве управління однієї стрілки (Sмсс =10 ВА при cos φ = 0.8);

Nмс – кількість стрілок подвійного управління (Nмс=8).

Підставляючи ці дані до формули 16, отримуємо :

= 10 · 8 = 80 ВА.

Потужність дешифраторів АБ визначається за формулою:

(17)

де Nвх – кількість підходів до станції (Nвх=5);

Sдап – потужність дешифруючих пристроїв з розрахунку на один підхід (Pдап=15 Вт та Qдап=2 Вар):

(18)

Підставляючи ці дані до формули 17, отримуємо :

=15.1 · 5 = 75,5 ВА.

Так як на станції кількість стрілок менше 130, то потужність ламп пультів огородження Sоп на пост ЕЦ визначається (Pоп = 90 Вт, Qоп =20 Вар):

_{, (19)}

Навантаження від трансмітерних реле і трансмітерів Sтр на пост ЕЦ складає (Pтр = 50 Вт, Qтр =5 Вар):

, ₍₂₀₎

Потужність позапостових кіл Sвц на пост ЕЦ визначається ( Pвц = 80 Вт, Qвц =9 Вар):

(21)

Потужність кодуючих трансформаторів частотою 50 Гц визначається:

(22)

Потужність одного рейкового кола при кодуванні її частотою 50 Гц визначається за формулою ( Pкрц =11 Вт, Qкрц =38 Вар), - кількість рейкових кіл:

_{, (23)}

= ВА.

Підставляючи ці дані до формули 22, отримуємо :

Потужність ЕПК можна прийняти Pэпк =150 Вт, Qэпк =46 Вар:

₍₂₄₎

ВА.

За результатами розрахунків проведено розподіл навантажень розподільної панелі ПР-ЕЦК (таблиця 1).

Таблиця 1 - Розрахунок навантажень розподільної панелі ПР-ЕЦК

Найменування навантажень	Розподіл навантажень по вторинним обмоткам трансформатора ТС
	ТС1				ТС2
	“а”	“в”	“с”	“а”		“в”	“с”
	S, ВА	S, ВА	S, ВА	S, ВА		S, ВА	S, ВА
Лампи табло	753
Вхідні світлофори			353
Маршрутні вказівники		450				250
Кола контролю стрілок		349,44
Стрілки МУ	80
Вихідні світлофори			500	700		100	228
Дешифруючі пристрої						75,5
Лампи пультів огородження							92,195
Трансмітерні реле і трансм-ри						50,25
Позапостові кола							80,5
ЕПК пневмоочистка стрілок						156,9
Кодуючі трансформатори 50 Гц							237,36
РАЗОМ	833	799,44	853	700		632,65	638,055

6 Розрахунок напівпровідникових перетворювачів ППВ-1 панелі ПВП-ЕЦК

Панель ПВП-ЕЦК призначена для живлення електроприймачів постійного струму напругою 24 В, та заряду акумуляторної батареї в форсованому режимі і в режимі постійного підзаряду при нормальному режимі роботи живлячої установки. В таблиці 2 приведений розрахунок навантажень на перетворювач ППВ-1 панелі ПВП-ЕЦК.

Таблиця 2 – Розрахунок навантаження перетворювача ППВ-1
Назва	Вимір.	Потуж.		Кількість.	Макс.		Середн.	Середня
Навантажень		навантаження. на вимір.		одиниць	потужність		добов	потужність
					навантажень		коеф.	навантажень
		Р,Вт	Q,вар	вимір.	Рm,Вm	Qт,вар		Рn,Вn	Qn,вар
Кола червоних ламп	Підх.	37	13	5	185	65	1	185	65
вх. світлофорів
Позапостові	Пост	80	9	4	320	36	1	320	36
Кола ЕЦ
	Підх.	36	2	1	36	2
Станційні							1	36	2
дешифр. АБ
Кола запрошувальних	Св-р	37	13	3	111	39	0,1	11,1	3,9
вогнів св.
Блок імпульсн.	Пост	9,8	1,2	1	9,8	1,2	0,3	2,94	0,36
жив. ламп табло
и жив. панелей
Контр. кола стр.	Стр.	5,4	4	52	280,8	208	1	280,8	208
Результат :					942,6	351,2		835,84	315,26

Для визначення номінальної потужності перетворювача визначаємо максимальну потужність навантажень Smax :

, (25)

S_max=,

де Pmax, Qmax – відповідно активна і реактивна складові потужності, які беруться з таблиці 2.

Так як потужність навантаження не перевищує 1000ВА, то потрібно брати одну панель для розрахунку.

На основі отриманої максимальної потужності настроюємо перетворювач на номінальну потужність Pном = 1000 Вт.

Визначимо коефіцієнт потужності навантаження cos φm за формулою:

cosψm = Pmax / Smax , (26)

cosψm = 942,6 / 1005,9 = 0.937;

Далі, тому що отримане значення cos φm > 0.9, то припустима потужність перетворювача Рдоп визначається :

(27)

Pдоп=(Рном× cosψm)/0.9 ,

Pдоп=1041.1 ВА.

На підставі середньодобових активної і реактивної потужностей (таблиця 2) визначаємо середній коефіцієнт потужності навантажень cos ψн перетворювачів ППВ-1 по такому співвідношенню:

₍₂₈₎

cosΨн=

Після цього обчислимо коефіцієнт завантаження Кн перетворювачів ППВ-1 у такий спосіб:

₍₂₉₎

К_н=835,84/1000=0,835

Використовуючи отримані значення коефіцієнтів cos н і Кн, і відповідно до даних, приведеними в таблиці 4 і таблиці 5 методичних вказівок , вибираємо частки значення КПДп перетворювачівYf і Yн. Отримуємо такі значення Yf=0.85, і Yн=0,84. Потім розраховуємо загальний КПДп перетворювачів ППВ-1:

(30)

КПД_п=0,85*(0,84/0,82)=0,87

Після цього розраховуємо струм, що споживається перетворювачем від батареї по такій формулі:

₍₃₁₎

де Uб – номінальна напруга акумуляторної батареї Uб = 24 В.

І_п=835,84/(0,87*24)= 40,03 А

Виходячи з проведеного розрахунку й отриманих результатів можна зробити висновок, що для живлення всіх гарантованих навантажень по змінному струму

на даній станції варто встановлювати одну панель ПВП-ЭЦК3. При чому ППВ-1 настроєний на номінальну потужність 1000 ВА.

7 Розрахунок акумуляторної батареї 24 В

Метою даного розрахунку є визначення ємності акумуляторної батареї і вибір типу акумуляторів СК по індексу.

Розрядний струм батареї Іб визначається за формулою:

₍₃₂₎

де Іа – струм релейних пристроїв централізації в розрахунку на одну

стрілку, Іа=0.23 А;

Ілп - струм, що споживаються лампами табло (лампи табло об'єктів,

живляться постійним струмом або мають джерела, незалежні від ЭЦ;

лампи контролю блоків-ділянок, що примикають до станції; повторювачі

червоних і запрошувальних вогнів вхідних світлофорів і ін.) у розрахунку

на один підхід, Ілп=0.2 А;

Ілк - струм ламп контролю фідерів живлення і роботи перетворювача

живлячої установки, Ілк=1 А;

Іп - струм, що споживається перетворювачами ППВ-1;

Іб = 0.23 ٠52 + 0.2٠5 + 1 + 40,03= 101,83 А.

Після чого обчислимо фактичну розрядну ємність батареї Qф:

₍₃₃₎

де tр - час основного і додаткового резервного живлення, tр = 6 ч;

Qф = 101,83٠ 6 = 610,98 Ач.

З огляду на те, що ємність акумуляторів з підвищенням інтенсивності розряду і зниженням температури електроліту зменшується, то фактичне значення ємності батареї Qр визначимо так:

₍₃₄₎

де Кс - коефіцієнт зниження ємності акумуляторів від старіння, Кс = 0.85;

Р - коефіцієнт інтенсивності розряду, Р = 0.9;

Кт - температурний коефіцієнт ємності, Кт = 0.008;

t - температура електроліту під час розряду батареї, t = +15 C.

Підставивши ці дані, отримаємо:

Qp=

За результатами проведеного розрахунку можна зробити висновок, що на даній станції необхідно застосовувати акумуляторну батарею типу СКЭ-40 з номінальною ємністю 880 Ач зі струмом розряду 440 А при тривалості розряду 2 години.