3.
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
СИСТЕМЫ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
3.1
Выбор аккумуляторных батарей
Оценив время необходимой работы от аккумуляторов и используя потребляемую мощность потребителей посчитаем необходимое количество аккумуляторов, которых необходимо использовать в системе гарантированного электроснабжения оперблока хирургии.
Необходимое время непрерывной работы от аккумуляторов - 1 час. мощность потребления объектом 25000 Вт/час. Выбираем источник бесперебойного питания (ИБП) воспользовавшись общим потреблением.
ИБП нужны для предотвращения сбоев в оборудовании рабочих станций, серверов, приборов автоматики, наблюдения и контроля, медицинской аппаратуры и другой нагрузки, которая требует постоянного энергопотребления. Нужная мощность 25 кВт. Вероятность раздельно управлять нагрузкой даёт разрешение реализовывать поэтапное отключение их при падении входного напряжения благодаря последовательно расположенных АКБ.
Источники бесперебойного питания серии позволяют защищать как небольшие сервера мощностью от 700 ВА, так и более мощные вычислительные или коммуникационные системы целиком, которые могут потреблять больше электроэнергии.
Напряжение аккумуляторной батареи в ИБП 12 В, количество аккумуляторов 6 штук, емкость каждой батареи 9 А/ч
Определим необходимую емкость батареи по формуле:
1 2604 8
0 12 1
25000 8
0 2
=
×
×
=
×
×
=
ибп
бат
рез
пот
расч
общ
U
Т
Р
Е
Ач,
(1)
27
БР.44.03.04.539.2017. где Е
общ.расч - необходимая емкость батареи, Ач;
Р
пот. - суммарная мощность потребления или время необходимой непрерывной работы, кВт;
U бат. - напряжение батареи, В;
Т
рвз – время необходимой работы, ч;
0,8 - коэффициент запаса (20% запас гарантирует сохранность работы батарей).
Определяем необходимое количество энергии:
2 31249 5
187 12
=
×
=
×
=
расчобщибпбатрасчобщЕUWВА/ч.
(2)
Определим необходимый запас энергии АКБ, встроенных в ИБП:
648 6
9 12
=
×
×
=
×
×
=
ибпбатибпибпбатибпбатNEUWВА/ч. (3)
Определим сколько нужно дополнительно энергии дополнить в ИБП аккумуляторным батареям:
2 30601 648 2
31249
=
−
=
−
=
ибпрасчобщрасчдобWWWВА/ч.
(4)
По полученным результатам выберем аккумуляторные батареи напряжением 12 В и ёмкостью 24 А/ч.
Аккумуляторная
батарея должна быть герметичная, необслуживаемая и свинцово- кислотная общего применения со сроком службы не менее 6 лет со дня производства.
Рассчитаем количество энергии одной батареи по формуле:
288 24 12
=
×
=
×
=
внешбатвнешбатедвнешбатЕUWВА/ч.
(5)
Находим нужное количество аккумуляторных батарей:
106 2
106 288 2
30601
≈
=
=
=
едвнешбатWWNрасчдобвнешбатшт.
(6)
Находим количество энергии, которое необходимо для обеспечения
10 6 аккумуляторных батарей:
30528 106 288
=
×
=
×
=
внешбатедвнешбатвнешбатNWWВА/ч. (7)
28
БР.44.03.04.539.2017.
Находим количество энергии, которое необходимо для обеспечения гарантированного питания:
31176 30528 648
=
+
=
+
=
внеш
бат
ибп
бат
АГП
W
W
W
ВА/ч. (8)
3.2
Модуль образцового напряжения.
Двухступенчатый стабилизатор необходим для точного поддержания напряжения при заряде аккумуляторов. Для этого рассчитаем схему двухступенчатого стабилизатора автоматического зарядного устройства
(рисунок 1).
Стабилизируем на уровне 30В, тогда VD1 выбираем КС531 с
U
ст=31±2В, ток стабилизации 1- 12мА. Вторая ступень на 9В, выбираем прецизионный стабилитрон КС191А на Uст=9±0,2 Вольта. Ток стабилизации термокомпенсированный 3,5мА (все из справочника). Тогда R2 будет
6 5
3 9
30 2
2 2
1
=
−
=
−
=
ст
ст
ст
I
U
U
R
кОм.
(9)
Выбираем ток стабилизации Iст 7мА
3 4
7 5
3 9
30 1
2 1
1
=
+
−
=
+
−
=
ст
cn
ст
АБ
I
I
U
U
R
кОм.
(10)
Модуль компаратора: Нужное напряжение стробируемое с логическим выходом. Находим К512СА2 с Uпит 15В.
Генератор строба: Частота должна быть достаточно низкая 0,003Гц, скважность большая, придется прилепить делитель частоты.
Для уменьшения числа корпусов выбираем К561ИЕ16 с делением до
214, тогда заданный генератор должен быть с частотой 214/ ≈1600Гц.
Выбираем обыкновенную трехинверторную схему генератора меандра.
29
БР.44.03.04.539.2017.
Рисунок 1 - Электрическая схема зарядного устройства
3.3
Расчет заземляющего устройства
В отношении мер электробезопасности, широко применяемые дизельные генераторы и сопутствующее им оборудование (панель
30
БР.44.03.04.539.2017. управления, панель переключения нагрузки, АВР, распределительные устройства и т.д.), входящие в состав дизельной электростанции, относятся к электроустановкам напряжением свыше 1 кВ, работающим в сетях с изолированной и глухозаземленной нейтралью. Соответственно, нейтраль дизельного генератора может быть, как изолированной, так и присоединенной к заземляющему устройству. Первый вариант чаще встречается при использовании дизель электростанции в качестве автономного источника электропитания, а второй — при резервировании централизованной сети с глухозаземленной нейтралью. Во втором случае в обязательном порядке нейтраль
дизель генератора должна быть глухо заземлена, а система заземления электростанции должна соответствовать системе заземления существующей электроустановки в этой сети.
По условию технического задания рассчитаем заземляющее устройство:
− рабочее напряжение – 380В;
− заземление- TN-C-S;
− глухо заземлённая нейтраль генератора.
Установлен шкаф питания чтобы принимать и распределять нагрузок напольного исполнения IP54. Щит собственных нужд ЩСН (IP54) служит для обеспечения дизель-электрических агрегатов и освещения площадки.
Подающие кабели внутри корпуса проложены по земле в траншеях на отметке - 0,7 м под асфальтом в специальных трубах.
Асбестоцементными трубами необходимо защитить при проектировании с инженерными коммуникациями.
Кабели выбраны по длительно допустимому току, проверены по падению напряжения (1,6%).
Электронные расцепители автоматических выключателей ДЭА отключат нагрузку при токах 1X2н за время менее 0,25с.
31
БР.44.03.04.539.2017.
Автоматические выключатели на отходящих линиях отключат короткое замыкание за время t менее 0,4 с.
В документации выполнена молниезащита и заземление ДЭС. Контур молниезащиты и заземления принят общим.
Чтобы установить заземления дизель-электрических агрегатов применяются стальной уголок в вертикальном положении 50x50x5 длиной
3м, заземлённый контур по горизонтали выполнен из уголка 50X50Х5.
C
сопротивление всей этой конструкции не должен превышать 4 Ом в любое время года. Между собой все элементы заземления соединяются при помощи сварки.
Заземление применяется к генераторам (в двух местах), металлические части корпусов, щитов, стальные трубы электропроводки, броня кабелей.
Заземление электрооборудования построено PEN и PE жилами самих же кабелей. На провода заземления покрыты желто-зеленой краской изоляции «Шеховцов В. П. [25]; Щербаков Е. Ф., Александров Д. С. [26]».
Уравнивание потенциалов осуществлено шиной PEN в шкафу ШД-ДГ и подключением к ней PEN шин вводных шкафов и сторонних токопроводящих частей оборудования, нормально не находящихся под напряжением. Шина PEN в шкафу ШД-ДГ соединяется с ГЗШ, находящейся в кожухе дизель-электрического агрегата мощностью 25 кВА. ГЗШ соединяется с контуром заземления в двух местах.
Все соединения на ГЗШ выполняются болтовыми разъемами в соответствии с ГОСТ 10434-82 Соединения контактные электрические.
Общие требования ко 2-му классу соединений.
Запроектировано аварийное освещение.
Освещенность принята в соответствии с СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение». В местах обслуживания освещенность принята
100 лк. Для освещения устанавливаются светильники на отметке не менее 3 м с лампами ДРЛ -250Вт. Кабели электроосвещения проложены в стальных
32
БР.44.03.04.539.2017. трубах. Для защиты людей от поражения электрическим током при косвенном прикосновении в проекте предусмотрены следующие мероприятия:
− отключение питания;
− защитное заземление;
− уравнивание потенциалов.
Измерение параметров сети предусмотрено на щитах ДЭА, ШД-ДГ,
ГРЩ 1, ГРЩ 2, ГРЩ 3, ГРЩ 4.
В качестве вертикальных заземлителей применяются уголок стальной
50х50х5 мм, длиной 3 м, углубленных на 0,7 м от поверхности земли.
В качестве горизонтального заземлителя применяется уголок стальной
50х50х5 общей длинной 54 метров.
Сопротивление заземляющего устройства определяется по формуле:
Rз = Rзв×Rзг/ Rзв + Rзг,
(11) где Rзв – суммарное сопротивление связанных между собой вертикальных электродов, без учета соединяющей полосы, Ом;
Rзг – суммарное сопротивление горизонтальной соединяющей полосы, Ом.
Rзв = Кс×ρ/Lв, ηг,
(12) где ρ – удельное сопротивление грунта, Ом м;
Кс –
коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта; n – число вертикальных электродов, штук;
Lв – длина вертикального электрода, м;
ηв – коэффициент, учитывающий экранирование электродов;
Rзг =2Кс×ρ/Lг×ηг, (13) где ρ – удельное сопротивление грунта, Ом м;
Кс – коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта;
33
БР.44.03.04.539.2017.
Lг – длина горизонтального электрода, м;
ηг – коэффициент, учитывающий экранирование полосы другими электродами.
Определяем значение защитного заземления по формулам (11), (12),
(13):
Rзг = (1,35×2×100) / (54×0,62) = 8,06 Ом;
Rзв = (1,35×100) / (3×18×0,56) = 4,46 Ом;
Rз = 4,46 ×8,06 / 4,46 + 8,06 = 2,87 Ом.
3.4
Расчет мощности генератора
При расчете мощности для реактивной нагрузки пользуются мерой реактивности, называемой cos φ который равен (указан в паспорте прибора)
0,8 – это значит, что 80% потребляемой энергии – активная, 20% - реактивная.
В паспорте потребителя обычно указывают активную «тепловую» потребляемую мощность и cos φ. Для расчета полной мощности необходимо указанную активную мощность разделить на cos φ.
Потребитель Р=600 Вт, cos φ=0,8. При расчете используют формулу
Р/cos φ. Полная мощность рассчитывается:
600/0,8=750 Вт.
Чтобы точнее рассчитать надо учесть и cos φ самого генератора. Когда он равен 0,85, то нужно полную расчетную мощность прибора разделить на cos φ генератора:
750/0,85=882 Вт.
Для нормальной работы потребителя с характеристиками Р=600 Вт, cos
φ=0,8 и генераторе с характеристикой cos φ=0,85, минимальная мощность генератора должна составлять 880 Вт. Или 0,88 кВт.
Любой агрегат, включая и ДВС в момент запуска потребляет больше энергии в несколько раз, чем в номинальном рабочем режиме.
34
БР.44.03.04.539.2017.
Чтобы рассчитать мощность генератора для запуска потребителя нужно рассчитанную выше мощность умножить на коэффициент равный 3.
880 Вт×3,5 = 3080 Вт.
Рассчитана мощность генератора необходимого для работы небольшого потребителя операционного блока. Для работы мощностью
600 Вт требуется генератор мощностью 2,5 – 3 кВт.
В случае с электроприбором, который необходимо периодически включать и выключать, не рекомендуется подключать дополнительную нагрузку на время ее работы. В случае если используется реактивная нагрузка, которая
работает в длительном режиме без отключения, то после запуска потребителя и выхода его на номинальный режим (пусковые токи образуются на доли секунды) можно смело использовать свободную мощность генератора для подключения активной нагрузки «Коноплев К.Г.
[10]».
Генератор 2,5 кВт питает освещение в оперблоке – 10 лампочек накаливания по 100 Вт. Нам необходимо запустить ИВЛ (искусственная вентиляция лёгких) номинальной мощностью 0,7 кВт. Свободная мощность генератора в работающем состоянии с подключенной нагрузкой
(освещением) составляет 1,5 кВт. Для запуска ИВЛ потребуется 2,6 кВт.
Поэтому для нормальной работы нагрузки и генератора, необходимо отключить всю нагрузку (освещение), запустить ИВЛ, и после этого включить осветительные приборы. Если установить генератор мощностью 4 кВт, то ИВЛ можно запускать и при включенном освещении «Залогина Н. Г.,
Кроппа Л. И., Кострикина Ю. М. [9]».
При одновременном запуске всех приборов необходим генератор мощностью не менее 26 кВт. Рассчитывается мощность электрогенератора следующим образом: суммарная пусковая мощность Р =23,54(берем из условий технического задания), при одновременном подключении
35
БР.44.03.04.539.2017. умноженная на коэффициент запаса 1,10. Расчетная мощность генератора равна:
23,54×
1,1 = 26 кВт.
3.5
Экономическое
обоснование
перевода
одной
операционной на первую особую группу электроснабжения
Смета затрат составляется для того чтобы проверить экономическую выгоду проведения ремонта. Это затраты на сырье и материалы, используемые в процессе ремонта (таблица 1); вспомогательные материалы; топливо; электроэнергия; основная заработная плата рабочих; дополнительная заработная плата рабочих; отчисления в фонды социального страхования (медицинский, пенсионный, социальный), амортизация ОФ, прочие расходы «Аснин Л.М [1]»; «Бабаев Ю.А. [2]».; «Глушков И.Е. [8]».
Сборка: слесарь КИПиА 6 разряда – 6 часов с тарифной ставкой 81.04 руб./час.
Монтаж: электромонтер 4 разряда- 2 часа с тарифной ставкой 59.3 руб./час, наладчик КИПиА 4 разряда с тарифной ставкой 52 руб./час. За 1 час
Накладные расходы: 165%
Таблица 1 – Расходные затраты на оборудование
Наименование
Цена, руб.
Кол- во шт.
Стоимость руб.
1 2
3 4
ИБП VGD-3000 RM – 2U
33 212.87 1
33 212.87
АБ Yvas NP24-12I
1 698.06 6
10 188.36
Диод
7.09 10 70.9
Стабилитрон
4.92 1
4.92
Стабилитрон
3.73 1
3.73
Тригер
4 1
4
Переменный резистор
3.5 2
7
Транзистор
45 2
90
Микросхема К561UE16 8
2 16
Микросхема
2.5 5
12.5
Микросхема
2.5 4
10
36
БР.44.03.04.539.2017.
Продолжение таблицы
1 2
3 4
Резистор
15 1
15
Резистор
0.3 8
2.4
Конденсатор
5.46 3
16.38
Итого
43 654.06
Техническая эксплуатация в месяц: слесарь КИПиА 5 разряда - 3 часа с тарифной ставкой 68руб./час.
Ээ=N*Цэ, (14) где N - потребленная электроэнергия при работе, кВт;
Ээ –
эфективная электроэнергия;
Цэ - цена 1 кВт;
Ээ = 2 кВт×1.55 руб. =3.1 руб.
Заработная плата рабочих выполняющих ремонт показан в таблице 2.
Для начала определим сколько количество рабочих необходимо для выполнения ремонтных работ их форму и систему оплату труда. Как правило работникам, которые занимаются ремонтом, введена повременная система оплата труда. Повременная – это когда заработная плата начисляется за отработанное время. Она определяется по расценкам за 1 час работы, делением тарифной ставки рабочего по его разряду на норму затраченного времени и затем расценка умножается на фактически отработанное время
«
Климова М.А. [13]»; «Морозова Е.Л. Морозова Л.Л. [14]».
Зп=6×81.04=486.2 руб.
Зп=2×59.3=118.6 руб.
Зп=1.5×68=102 руб.
Зп=1×52=52 руб.
Затраты на оплату труда рабочим равны:
486.2+118.6+102+52=758.8 руб.
Дополнительная заработная плата включает в себя премию за качественно выполненную работу. Например, по условиям контракта
37
БР.44.03.04.539.2017. ежемесячно начисляется премия в размере 25% от основной заработной платы, тогда дополнительная заработная плата рабочих составит:
(486.2+118.6+102+52)×
25%=189.7 руб.
Таблица 2 – Заработная плата работников
Должность
Разряд
Тарифная ставка
(руб.)
Время
(час.)
Заработная плата основная (руб.)
Слесарь КИПиА
6 81.04 6
486.24
Эл.монтер
4 59.3 2
118.6
Слесарь КИПиА
5 68 1.5 102
Наладчик КИПиА
4 52 1
52
Итого
758.8
Отчисления страховых взносов - это отчисления от заработной платы в пенсионный, медицинский и страховой фонды, составляет 30,2 % от основной и дополнительной заработной платы. страховые взносы:
(758.8+189.7) ×30,2% = 286.44 руб. руб, руб, руб,
Амортизация составляет 596.95 рублей (таблица 3).
Таблица 3 - Амортизация инструмента рабочих
Оборудование
Стоимость, руб
Норма амортизации
Сумма амортизационных отчислений руб.
Паяльник
67 30%
20.1
Перфоратор
11537 5%
576.85
Итого
596.95 1
20
%
100
%
30 67 1
=
×
=
∑
А
85 576
%
100
%
5 11537 2
=
×
=
∑
А
95 596 85 576 1
20
=
+
=
∑
А
38
БР.44.03.04.539.2017.
Промышленные расходы рассчитываются из заработной платы рабочих на накладные расходы предприятия:
758.8×
165%=1252.02 руб.
Таблица 4 - Смета затрат на перевод одной операционной на первую особую группу электроснабжения
Наименование статьи
Сумма, руб.
Материальные затраты
43 654.06
Электроэнергия
3.1
Зарплата
948.5
Отчисления ЕСН
197.28
Амортизация
596.95
Промышленные расходы
1 252.02
Итого
46 651.91
Следовательно, затраты на перевод одной операционной в первую особую группу электроснабжения составляют 46 651.91 руб. (таблица 4)
Скачать 1.19 Mb.