Расчет аккумуляторной батареи

Расчет ведется при аварийном режиме ЭПУ, когда основная нагрузка, ее преобразователи получают электроэнергию только от АБ.

 

3.1. Расчет емкости и выбор типа аккумуляторов

 

Прежде всего найдем суммарный ток, потребляемый от батареи в аварийном режиме преобразователями ССПН, КУВ, ИТ, аварийным освещением и другими нагрузками при минимальном напряжении батареи в конце разряда с учетом коэффициента полезного действия (КПД) каждого преобразователя одного из вариантов ЭПУ по рис. 1.

Например, КПД стойки ССПН  η_спн = 0,92; для КВ, работающего совместно с АБ, принимаем  η_кв = 0,85;  КПД инвертора ИТ примем η_ит = 0,8.

Тогда:

 

        (2)

 

где DU_трс  − допустимое падение напряжения в токораспределительной сети [2], определяемое по табл. 2.                                      

                                                          Таблица 2

 

Допустимое падение напряжения в токораспределительной сети

 

Номинальное напряжение, В	12	24	48	60	120	220
Допустимое падение напряжения, В	0,4	0,8	1,4	1,6	3,0	5,0

 

Ток аварийного освещения определяем по заданию:                                                

                                      .                                             (3)                                                               

Общий ток разряда АБ в течение десяти часов аварийного режима составляет:

                        I_р10 = I_{вх сспн} + I_{вх кв} + I_{вх ит} + I _АО.                                     (4)                                         

Необходимая номинальная емкость батареи С_прив, приведенная к условному 10-и часовому режиму разряда и температуре среды  ≥ 20^о С, зависит от ряда факторов: тока разряда I_р,  времени разряда t_р  и соответствующего ему коэффициенту отдачи по емкости η_G,  от температуры окружающей среды t_ср.

Фактическая разрядная емкость АБ:

 

                                                      С_ф = I_pt_p,                                                 (5)

 

где I_p =  I_p10η_i (η_i – коффициент кратности, определяемый для гелевых АБ по табл. 3 в зависимости от заданного t_р  ).

С учетом падения емкости АБ в конце срока эксплуатации на 20%:

                        , Ач,                            (6)

 

где α = 0,0008 – температурный  коэффициент изменения  емкости  аккумулятора.

Значения  η_G  в зависимости от выбранного t_р  приведены в табл. 3.

 

                                                                                                 Таблица 3

 

tр, ч	≥ 10	9	8	7	6	5	4	3	2	1
ηG	1	0,97	0,94	0,91	0,89	0,83	0,8	0,75	0,61	0,51
ηi	1	1,1	1,15	1,3	1,48	1,66	2,0	2,5	3,05	5,1

 

При наличии 2-х групп АБ, включенных параллельно и имеющих большую, близкую к предельной емкость, емкость элементов каждой группы находим:

 

                                 С_{гр.прив} = С_прив/2.                                               (7)

 

Из всего многообразия выберем для АБ ЭПУ стационарные герметизированные по AGM-технологии аккумуляторы марки «Marathon L» и                        «А600-OPzV», производимые по зарубежным лицензиям. Срок службы таких аккумуляторов – более 10 лет. Их параметры указаны в приложении, соответственно в табл. П.2, П.3, П.4, П.5.

По табл. П.2, П.4  и расчетному значению по формуле (7) выбираем тип элемента или блока АБ, округляя расчетное значение в большую сторону и получая уточненную величину емкости одной группы АБ– С_гр.Максимальная емкость такого элемента АБ не должна превышать 3000 Ач.

Тогда емкость всей выбранной по таблицам АБ   

                                              С_АБ = 2 С_гр.                                                                      (8)

Для АБ малой емкости выбираем емкость каждой из двух групп, равную расчетной С_прив (6), что значительно повышает надежность работы ЭПУ.

При емкости элемента АБ, превышающей 3000 Ач, необходимо ввести в схему ЭПУ дополнительно 2-х группную АБ, провести перерасчет, выравняв по возможности нагрузки между этой и предыдущей АБ для выбора в идеале однотипной емкости 1-й и 2-й АБ.  

 

3.2. Расчет числа элементов АБ

Если колебания напряжения АБ в процессе заряда/разряда не выходят за пределы 10 – 12 % U_ном, то число последовательно соединенных элементов (блоков) в каждой группе                  

                                              .                                             (9)

 

В процессе заряда и разряда аккумуляторов напряжение на каждом элементе, блоке изменяется. Так, для выбранных по  табл. П.2, П.4 типов аккумуляторов с номинальным напряжением элемента 2 В  максимальное, зарядное напряжение составляет U_{эл max} = 2,35 В, а минимальное напряжение находим по табл. П.3 и П.5 (1,72 В -1,8 В).

Напряжение всей батареи будет меняться в пределах:

 

           U_АБmax = NU_{эл max};              U_АБmin = NU_эл.min.                     (10)

Буферное напряжение батареи находим при U_{эл буф} = 2,25 В:

                U_{АБ буф} = NU_эл.буф;                                                             (11)

 

При содержании батареи в буферном режиме с выпрямителями последние должны оборудоваться платами регулировки выходного напряжения в зависимости от температуры АБ (в пределах 2-3 В), а на батарее в этом случае устанавливают термодатчики.

Аккумуляторы могут размещаться в стойках или шкафах типа УЭПС-2 А1 или СУЭП-2 А1 с полезной площадью полки 545´589мм² и наружными габаритами шкафов по ширине и глубине 600´600 мм² . Высота шкафов – 1050, 1650, 1950 или 2250 мм.

 

Выбор  выпрямителей

Выбор выпрямителей производится по номинальному напряжению и максимальному току, который они могут выдавать по выходу.

Ток выпрямителей слагается из тока нагрузки и 10-ти часового тока заряда выбранной АБ                                                                               

                     I _вб = I_р10 + I_{зар АБ} ,                                                       (12)

где I_зар.АБ = С_АБ /t_зар; t_зар = 10 ч.

При этом выпрямители должны иметь режим ограничения выходного тока (не более I _вб ) при глубоком разряде АБ, чтобы не вывести батарею из строя избыточным током заряда.

С учетом 75 % загрузки выпрямителей их максимальный ток на выходе

                     I_{max вб} = (I_р10 + I_{зар АБ}) /0,75                                            (13)

В качестве основных типов выпрямителей в проекте используем  выпускаемые Юрьев-Польским заводом выпрямители с бестрансформаторным входом ВБВ (табл.П.6), используемые как самостоятельные изделия, так и в составе устройств электропитания аппаратуры связи – УЭПС, стоек СУЭП (табл.П.7, П.8).

Выбираем устройства по номинальному напряжению и значению I_{max вб.}

Если этот ток превышает значение номинального тока стоек УЭПС или СУЭП, то число таких параллельно включенных стоек определяем:

                   N _{УЭПС =} I_{max вб}  /I_{УЭПСном}

В качестве резерва используем одну стойку такого же типа.

Габариты этих устройств в мм – 2250´600´600.                                                                                                 

         Устройства УЭПС и СУЭП обеспечивают:

- подключение 2-х групп АБ;

- одновременное питание нагрузки и заряд (буферный подзаряд) АБ;

- защиту АБ от разряда ниже допустимого уровня;

- изменение уставки выходного напряжения с напряжения заряда (например, 2,3 В/элемент) на напряжение непрерывного подзаряда (например, 2,25 В/эл. при 20^о С) по окончании заряда АБ;

- защиту от к.з. выходных цепей выпрямителей, цепей АБ и нагрузки;

- селективное отключение любого неисправного выпрямителя в них;

- термокомпенсацию;

- равномерное распределение тока нагрузки между выпрямителями;

- батарейное тестирование;

- отключение низкоприоритетной нагрузки при разряде батареи;

- местную и дистанционную сигнализацию.

Число параллельно включенных стоек УЭПС и выпрямителей в них не нормируется, но с учетом необходимости резерва оно должно быть минимизировано. Все блоки выпрямителей, включая резервные, должны быть однотипны, взаимозаменяемы.

Стойки УЭПС и СУЭП должны быть укомплектованы электронным терморегулятором, изменяющим выходное напряжение в зависимости от температуры АБ, и иметь систему контроля параметров.

В стойках УЭПС однофазные выпрямители ВБВ распределены равномерно по фазам, в большинстве стоек СУЭП выпрямители – трехфазные.

Автоматические выключатели (ВА) каждой из 2-х групп АБ должны рассчитываться с учетом аварийного разрядного тока, определяемого по выбранному ранее значению С_ГР :

 

                  I_{Н ГР} = С_ГР /t_р           I_{ВА ГР} = (1,5-2,5) I_{Н ГР}.                                  (12)

 

Буферный ток содержания заряженной АБ не должен превышать 1мА на 1 Ач емкости аккумуляторов.

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: