Задача №5 Расчет мощности, потребляемой установкой бесперебойного электропитания постоянного тока
Исходные данные.
Система бесперебойного питания постоянного тока используется для питания нагрузки общей мощностью РН= 1700 Вт. Система включает две свинцово – кислотных аккумуляторных батареи (горячий резерв) каждая ем- костью САБ= 135 А·ч, напряжением UН= 48 В. Определить максимальную мощность потребления РВ системы бесперебойного питания от трехфазной электросети UЭC= 380В, fЭC= 50Гц переменного тока, если КПД системы бесперебойного электропитания ηВ=0,94, а максимальный ток заряда IПЗ= 25А.
Решение.
Ток нагрузки системы бесперебойного электропитания равен:
IН= РН/UН=1700/48= 35,4 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= (35,4+25)·24·2,28/0,94= 3516 Вт.
Таблица 2.5 Варианты задания при UC=380 В, fC=50 Гц, ηВ=0,9, UН= 48В
Предпосл. цифра зачет. книжки |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
РН, Вт |
2800 |
2400 |
2550 |
2200 |
2900 |
2500 |
3200 |
1800 |
1700 |
1600 |
Посл. цифра зачет. книжки |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
САБ, Ач |
140 |
150 |
160 |
170 |
125 |
130 |
135 |
180 |
190 |
200 |
UН, В |
48 |
24 |
24 |
24 |
48 |
48 |
48 |
12 |
12 |
12 |
Задача 6 Расчет аккумуляторной батареи электропитающей установки (ЭПУ) постоянного тока.
Исходные данные.
Для ЭПУ постоянного тока с выходным напряжением UН= 48В определить емкость аккумуляторных свинцово-кислотных элементов и их число в батарее, если ток разряда часа наибольшей нагрузки IЧНН=55 А, а максимальное время разряда tРmax= 0,5 часа, при температуре в аккумуляторном контейнере tСр=22oC. Считать, что потери в токо-распределительной сети установки постоянного тока составляют ∆UТРС≈ 0,04UН, а коэффициент отдачи аккумуляторных элементов ηQ= 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= IР∙tР/[ηQ(1+0,008{tCp-20ºС})]= 55∙0,5/[0,85(1+0,008{22- 20})]=
=27,5/0,86= 32 А∙ч.
Значение рассчитанной емкости получено для двухгруппной аккумуляторной батареи. Емкость каждого аккумуляторного элемента (в одной группе СI10/2) выбираем 16 Ач, напряжение - 2В. Двухгруппная аккумуляторная батарея состоит из двух групп (линеек) аккумуляторов по 25 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.
Таблица 2.6 Варианты задания при kПМ=0,9, UАБ= 24 В
Предпосл. цифра зачет. книжки |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
tРmax, час |
4 |
3,5 |
3 |
2,5 |
2 |
1,5 |
1 |
0,75 |
0,5 |
0,25 |
Посл. цифра зачет. книжки |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
IЧНН, А |
40 |
42 |
45 |
48 |
50 |
52 |
55 |
60 |
65 |
70 |
IЗАБ, А |
8 |
8,2 |
8,5 |
8,8 |
8,9 |
9 |
9,2 |
9,7 |
9,3 |
9,4 |
Задача №7 Расчет общей мощности потребления системы электропитания
Исходные данные.
Мощность потребления часа наибольшей нагрузки для потребителей первой категории имеет следующие значения:
-мощность (активная составляющая) источников бесперебойного питания переменного тока РИБП= 1400 кВт, общий коэффициент мощности ψ= 0,85;
-мощность (активная составляющая) выпрямительных устройств РВ= 65 кВт, общий коэффициент мощности ψВ= 0,75;
-мощность (активная составляющая) системы вентиляции и кондиционирования РК= 9 кВт, общий коэффициент мощности cosφK = 0,7 (нагрузка практически линейная);
-мощность (активная составляющая) системы аварийного освещения РОс= 3,9 кВт, общий коэффициент мощности cosφОс = 0,8 (нагрузка практически линейная).
Максимальная мощность потребления нагрузки для потребителей второй категории имеет следующие значения:
-мощность потребления (активная составляющая) зала обслуживания РОб= 9,2 кВт, общий коэффициент мощности ψОб= 0,7.
Мощность потребления нагрузки для потребителей третьей категории имеет следующие значения:
-мощность (активная составляющая) хозяйственных нужд РХН= 16 кВт, общий коэффициент мощности cosφХН= 0,7, максимальный коэффициент загрузки β ≈ 0,9.
Найти общую мощность потребления и коэффициент мощности нагрузки.
Находим значения реактивных составляющих мощностей потребителей
электроэнергии. Мощность (полная и реактивная составляющие) систем бесперебойного питания переменного тока:
SИБП = РИБП/ψИБП= 1400/0,85= 1647 кВА,
QИБП= [(SИБП)2–(РИБП)2]0,5= [(1647)2–(1400)2]0,5=868 кВАР.
Мощность (полная и реактивная составляющие) выпрямительных устройств:
SВ = РВ/ψВ= 65/0,75= 86,6 кВА,
QВ= [(SВ)2–(РВ)2]0,5= [(86,6)2–(65)2]0,5= 57 кВАР
Мощность (полная и реактивная составляющие) системы вентиляции и кондиционирования:
SК = РК/cosφK= 9/0,7= 12,9 кВА,
QК= [(SК)2–(РК)2]0,5= [(12,9)2–(9)2]0,5= 9,24 кВАР.
Мощность (полная и реактивная составляющие) системы аварийного освещения:
SОс = РОс/cosφОс= 3,9/0,8= 4,9 кВА,
QОс= [(SОс)2–(РОс)2]0,5= [(4,9)2– (3,9)2]0,5= 3 кВАР.
Мощность (полная и реактивная составляющие) зала обслуживания:
SОб = РОб/ψОб= 9,2/0,7= 13,1 кВА,
QОб= [(SОб)2–(РОб)2]0,5= [(13,1)2–(9,2)2]0,5= 9,3 кВАР.
Мощность (полная и реактивная составляющие) хозяйственных нужд:
SХН= РХН/cosφХН= 16/0,7= 22,9 кВА,
QХН= [(SХН)2–(РХН)2]0,5= [(22,9)2–(16)2]0,5= 16,4 кВАР
Находим суммарную активную мощность всех потребителей переменного тока:
ΣР=РИБП+РВ+РАО+РК+QОб+β·РХН = 1400+65+9+3,9+9,3+0,9·16 = 1501,6 кВт
Находим суммарную реактивную мощность всех потребителей переменного тока:
ΣQ=QИБП+QВ+QОс+QК+QОб+β·QХН=868+57+3+9,24+9,3+0,9·16,4=
=961,3 кВАР.
Полная мощность SПот, потребляемая системой электропитания от сети переменного тока будет равна:
S=[(ΣР)2+(ΣQ)2]0,5= [(1501,6)2+(961,3)2]0,5= 1783 кВА,
а коэффициент мощности ψ= Р/S= 1501,6/1783= 0,84.
Таблица 2.7 Варианты задания при β ≈ 0,9
Предпосл. цифра зачет. книжки |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
РИБП, кВт, ψ=0,85 |
800 |
820 |
850 |
880 |
900 |
950 |
1000 |
1200 |
1400 |
1500 |
РВ, кВт, ψВ= 0,75 |
40 |
42 |
45 |
48 |
50 |
52 |
55 |
60 |
65 |
70 |
Посл. цифра зачет. книжки |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
РОб, кВт, ψОб= 0,7 |
8 |
8,2 |
8,5 |
8,8 |
8,9 |
9 |
9,2 |
9,7 |
9,3 |
9,4 |
РХН, кВт, cosφ ХН= 0,7 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
Задача №8 Расчет емкости косинусных конденсаторов