Źródła i sieci prądu stałego roboczego

W podstacjach do zasilania obwodów roboczych prąd stały zazwyczaj stosuje się baterie kwasowe (stacjonarne i przenośne), aw niektórych przypadkach baterie alkaliczne. Baterie stacjonarne składają się z pojedynczych baterii, zwykle połączonych szeregowo.

Akumulator nazywany jest wtórnym źródłem prądu chemicznego, którego zadaniem jest gromadzenie energii elektrycznej (ładowanie) i zwracanie tej energii użytkownikowi (rozładowanie).

Głównymi częściami akumulatora kwasowego (rys. 1) są płytki ołowiowe dodatnie 2 i ujemne 1, listwy łączące ołowiane 5, elektrolit, separatory 3 oraz naczynie. Blachy ołowiane o dużej ilości krawędzi stosowane są jako dodatnie, co zwiększa powierzchnię roboczą płytek, jako ujemne - skrzynkowe. Po utworzeniu płyt dodatnich tworzy się dwutlenek ołowiu PbO2, a na płytach ujemnych tworzy się gąbczasty ołów Pb.

Ryż. 1. Akumulatory typu SK -24 w skrzyni drewnianej: 1 — płyta ujemna, 2 — płyta dodatnia, 3 — separator, 4 — szyba oporowa, 5 — listwa łącząca, 6 — końcówka odgałęzienia

Elektrolit składa się z kwasu siarkowego o wysokiej czystości i wody destylowanej.Gęstość elektrolitu stacjonarnego naładowanego akumulatora w temperaturze 25 ° C wynosi 1,21 g / cm3.

Pomiędzy dodatnią i ujemną płytą akumulatora zamontowane są przegrody izolujące - przekładki, które zapobiegają zamykaniu się płyt w przypadku ewentualnego odkształcenia i wypadaniu z nich masy czynnej.

Akumulator charakteryzuje się pojemnością, polem elektromagnetycznym, prądami ładowania i rozładowania. Nominalna pojemność akumulatora (w amperogodzinach) to jego pojemność przy 10-godzinnym rozładowaniu i normalnej temperaturze (25°C) oraz gęstości (1,21 g/cm3) elektrolitu.

W podstacjach stosowane są głównie akumulatory 220 V, złożone z akumulatorów C, SK, SN.

Akumulatory typu C (stacjonarne) są przeznaczone do rozładowań trwających od 3 do 10 godzin lub dłużej. Baterie CK (stacjonarne dla trybów krótkotrwałego rozładowania) pozwalają na rozładowanie przez 1-2 godziny, dlatego w bateriach CK zastosowano wzmocnione listwy łączące między płytkami, przeznaczone do wysokiego prądu.

Zbiorniki bateryjne C i CK są otwarte, dla pomieszczeń C -16, CK -16 i mniejszych - szklane, a dla dużych - drewniane, wyłożone wewnątrz ołowiem (lub ceramiką). Akumulatory typu CH charakteryzują się tym, że umieszczone są w szczelnie zamkniętych pojemnikach. Baterie te mają stosunkowo niewielką wagę i wymiary, mogą być instalowane w jednym pomieszczeniu z innym sprzętem elektrycznym.

Numer akumulatora (po oznaczeniu literowym) charakteryzuje jego pojemność. Pojemność amperogodzinowa jest równa liczbie akumulatorów pomnożonej przez pojemność jednostkową pojedynczego akumulatora o numerze 1. Dla akumulatorów typu C-1 i SK-1 pojemność ta wynosi 36 Ah, a dla typu C- 10 i SK-10 — 360 Ah.

W małych podstacjach, przy braku znacznych obciążeń rozruchowych i gwałtownych wahań prądu roboczego w sieci (gdy przełączniki są włączone itp.), Stosuje się przenośne akumulatory rozruchowe o małej pojemności o napięciu 24 i 48 V. W W takich podstacjach bateria zwykle długo pracuje w normalnym trybie rozładowania i po pewnym czasie — po utracie pojemności nominalnej (co określa się kontrolnymi pomiarami napięcia baterii) — jest wymieniana na zapasową. Niekiedy stosuje się baterie alkaliczne, w których elektrolitem jest wodny roztwór żrącego potasu o gęstości 1,19-1,21 g/cm3.

W dodatnich płytach baterii alkalicznych substancją czynną jest hydrat tlenku niklu, aw ujemnych - kadm z domieszką żelaza (akumulatory niklowo-kadmowe) lub samego żelaza (akumulatory niklowo-żelazowe). W podstacjach najczęściej stosuje się akumulatory żelazowo-niklowe elementów typu NZh i TNZh.

Baterie ołowiowe i alkaliczne mają swoje wady i zalety: akumulatory kwasowo-ołowiowe mają wyższe napięcia rozładowania (1,8-2 i 1,1-1,3 V) niż akumulatory alkaliczne, większą pojemność i efektywność energetyczną. Dlatego przy składaniu akumulatora o tym samym napięciu akumulatory kwasowo-ołowiowe wymagają prawie o połowę mniej. Charakterystycznymi cechami baterii alkalicznych są zwartość, gęstość, wytrzymałość mechaniczna, niskie samorozładowanie oraz zdolność do pracy w niskich temperaturach.

Akumulatory są najbardziej niezawodnym źródłem zasilania urządzeń pomocniczych, ponieważ zapewniają niezależne (autonomiczne) zasilanie obwodów roboczych w przypadku zaniku napięcia przemiennego.

W trybie awaryjnym akumulatory przejmują obciążenie wszystkich odbiorników prądu stałego, zapewniając ochronę przekaźnikową i automatykę, a także możliwość włączania i wyłączania przełączniki... Przyjmuje się graniczny czas trwania trybu awaryjnego równy 0,5 h dla wszystkich odbiorników elektrycznych i obwodów roboczych z prądem stałym, a dla łączności i telemechaniki 1-2 godz., 0 godz.).

Stosowanie akumulatorów jest ograniczone ze względu na ich wysoki koszt i złożoność działania. Dlatego są instalowane w największych podstacjach. W podstacjach o napięciu 500 kV i wyższym instaluje się dwie lub więcej baterii.

Obecnie do ładowania akumulatorów stosuje się prostowniki statyczne zwane ładowarkami. W starych podstacjach nadal pracuje znaczna liczba generatorów silnikowych.

Podczas pracy energia elektryczna zmagazynowana w akumulatorze jest stale zużywana. Aby go uzupełnić, stosuje się urządzenia ładowalne, które mogą być również używane jako generatory silnikowe i prostowniki statyczne. Moc ładowarek to zwykle 20-25% mocy ładowarek. W niektórych przypadkach to samo urządzenie może pełnić funkcje urządzenia do ładowania i ładowania.

Generatory silnikowe składają się z silnika indukcyjnego i generatora prądu stałego o wzbudzeniu równoległym. Obie maszyny są zamontowane na tej samej ramie, a ich wały są połączone elastycznym sprzęgłem. Podczas ładowania akumulatora napięcie generatora ładowarki musi się zmieniać, dlatego generator prądu stałego jest wybierany z szerokim zakresem regulacji napięcia poprzez zmianę jego wzbudzenia za pomocą reostatu bocznikowego.Prostowniki silikonowe są szeroko stosowane jako urządzenia do ładowania i ładowania statycznego.

W przeciwieństwie do silnika-generatora, prostowniki statyczne są tańsze, nie mają ruchomych części, są wygodniejsze w utrzymaniu, mają długą żywotność i dużą przeciążalność, dlatego są najczęściej spotykane.

Dystrybucja prądu stałego, podłączenie urządzeń ładujących i ładujących do akumulatora odbywa się za pośrednictwem płytek drukowanych prądu stałego (DCB), na których znajdują się urządzenia przełączające i przyrządy. Dla wygody działań personelu dyżurnego w DCS stosowane są obwody mnemoniczne DC DC.

Baterie, zasilacze prądu stałego, urządzenia do ładowania i ładowania, odbiorniki prądu stałego połączone są ze sobą liniami kablowymi, aw niektórych przypadkach szynami zbiorczymi, tworząc razem obwód elektryczny dla sieci prądu stałego.

Istnieją trzy główne tryby pracy akumulatorów: ładowanie strumieniowe, ładowanie-rozładowanie i ładowanie-spoczynek-rozładowanie.

W podstacjach akumulatory są zwykle eksploatowane w trybie ładowania podtrzymującego... W takim przypadku ładowarka wyposażona w urządzenie stabilizujące napięcie (z dokładnością ± 2%) zawsze zasila stale włączone odbiorniki elektryczne sieci prądem roboczym (lampki sygnalizacyjne, cewki przekaźników, styczniki), a także doładowuje akumulator, kompensując jego samorozładowanie.

Dzięki temu akumulator jest cały czas w pełni naładowany. Krótkotrwałe wstrząsy obciążenia są pochłaniane głównie przez akumulator.

na ryc. 2 przedstawiono schemat instalacji baterii w stacji 500 kV.Podstacja posiada dwa akumulatory oraz trzy urządzenia do ładowania i ładowania, z których jedno jest zapasowe. Baterie akumulatorów są zmontowane z akumulatorów kwasowo-ołowiowych typu SK stosowanych jako urządzenia do ładowania i ładowania prostowniki półprzewodnikowe VAZP-380 / 260-40 / 80... Płytka DC jest montowana z kompletnych paneli DC serii PSN-1200-71.

Ryż. 2. Schemat ideowy instalacji baterii bez elementów dodatkowych: AB1, AB2 — akumulatory, VU1, VU2, VUZ — urządzenia prostownikowe, UMC — urządzenie migające, UKN — urządzenie kontroli poziomu napięcia, UKI — urządzenie sterujące izolacją urządzenia, SH — sterowanie szyna, SH — szyny sygnalizacyjne, (+) — szyny migające, I, II, III, IV — numery sekcji, SH — szyny zasilające elektromagnesy do załączania wyłączników

Opony tarczowe dzielą się na dwie sekcje główne (I i II) oraz dwie pomocnicze (III i IV). Odbiorniki elektryczne zasilane są z sekcji I lub II, sekcje pomocnicze służą do wzajemnego zwierania źródeł zasilania: akumulatorów i prostowników do ładowania i ładowania.

Odbiorniki elektryczne i zasilacze podłączane są za pomocą wyłączników automatycznych serii A3700 i AK-63. Przełączniki te pełnią funkcje urządzeń przełączających i zabezpieczają połączenia DCB przed zwarciem. Tablica wyposażona jest w urządzenia do sygnalizacji świetlnej UMC, kontroli izolacji UCI oraz poziomu napięcia UCN.

W instalacjach, w których do włączenia elektromagnesów olejowych o dużej mocy wymagane jest podwyższone napięcie, instalowane są dodatkowe elementy. Akumulatory z dodatkowymi ogniwami składają się ze 120, 128, 140 ogniw zamiast 108.W takich przypadkach obwód nieco się zmienia.

Aby zapobiec zasiarczeniu płytek dodatkowych ogniw, między biegunem ujemnym a gałęziami 108. ogniwa podłączony jest regulowany rezystor, za pomocą którego powstaje prąd rozładowania równy prądowi rozładowania głównych ogniw. Gwarantuje to takie same warunki pracy dla ogniw głównych i dodatkowych oraz wyklucza możliwość głębokich ładowań i rozładowań, co zapobiega zasiarczeniu i zwiększa żywotność akumulatorów. W trybie ładowania podtrzymującego akumulator jest zawsze naładowany i gotowy do zasilania użytkowników prądem stałym.

W trybie normalnym napięcie każdego załączonego ogniwa baterii powinno wynosić 2,2 V z tolerancją ± 2%. W przypadkach, gdy do zasilania urządzeń wtórnych wymagany jest prąd stały o różnych napięciach, stosuje się baterie przenośne i odgałęzienia z ogniw baterii pośrednich.

Na przykład dla większości przekaźnikowe urządzenia zabezpieczające wymagane jest napięcie 220 V, dla urządzeń telemechanicznych 24, 48 lub 60 V, a do zasilania silnych napędów elektromagnetycznych wyłączników olejowych - napięcie do 250 V i więcej w celu skompensowania spadku napięcia w przewodzie od akumulatora do rozdzielnice, w których przełączniki są instalowane przy dużych prądach rozruchowych.

W niektórych instalacjach akumulatory pracują w trybie ładowania-rozładowania. W tym przypadku napięcie na zaciskach akumulatora nie pozostaje stałe, ale zmienia się w stosunkowo szerokim zakresie (w przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych podczas rozładowania napięcie zmienia się od 2 do 1,8-1,75 V, a podczas ładowania od 2, 1 do 2,6 -2, 7 B).

Dla utrzymania stabilnego poziomu napięcia akumulatorów we wszystkich trybach szyn DC płytki DC w obwodach akumulatorów pracujących metodą ładowania-rozładowania przewidziano przełącznik elementowy, który służy do zmiany ilości akumulatorów podłączonych do szyn instalacji lub do ładowarki.

Praca instalacji bateryjnych w trybie ładowanie-spoczynek-rozładowanie nie jest tutaj rozpatrywana, ponieważ tryb ten nie jest stosowany w podstacjach.

Baterie o napięciu 24, 36 lub 48 V zwykle składają się z kilku połączonych szeregowo baterii przenośnych. W większości przypadków instalowane są dwa komplety takich akumulatorów, z których jeden jest zapasowy.