Източници и мрежи на постоянен работен ток

В подстанции за захранване на работни вериги постоянен ток обикновено се използват киселинни батерии (стационарни и преносими) и в някои случаи алкални. Стационарните батерии се състоят от отделни батерии, обикновено свързани последователно.

Батерия се нарича вторичен химически източник на ток, чиято работа е да натрупва електрическа енергия (заряд) и да връща тази енергия на потребителя (разряд).

Основните части на киселинната батерия (фиг. 1) са оловно положителни 2 и отрицателни 1 плочи, свързващи оловни ленти 5, електролит, сепаратори 3 и съд. Оловни плочи с голям брой ръбове се използват като положителни, което увеличава работната повърхност на плочите, като отрицателни — плочи от тип кутия. След образуването на положителните плочи се образува оловен диоксид PbO2, а върху отрицателните плочи се образува гъбесто олово Pb.

Ориз. 1. Акумулатори тип SK -24 в дървен съд: 1 — отрицателна плоча, 2 — положителна плоча, 3 — сепаратор, 4 — задържащо стъкло, 5 — свързваща лента, 6 — връх на клона

Електролитът се състои от сярна киселина с висока чистота и дестилирана вода. Плътността на електролита на неподвижна заредена батерия при 25 ° C е 1,21 g / cm3.

Между положителните и отрицателните плочи на батерията са монтирани изолационни прегради — сепаратори, които предотвратяват затварянето на плочите в случай на евентуално изкривяване и изпадане на активната маса от тях.

Батерията се характеризира с капацитет, ЕМП, зареждащи и разреждащи токове. Номиналният капацитет на батерията (в ампер-часове) е нейният капацитет при 10-часово разреждане и нормална температура (25 ° C) и плътност (1,21 g / cm3) на електролита.

В подстанции се използват главно акумулаторни батерии с напрежение 220 V, сглобени от батерии C, SK, SN.

Акумулаторите C (стационарни) са проектирани за разреждания от 3 до 10 часа или повече. CK акумулаторите (стационарни за краткотрайни режими на разреждане) позволяват разряд за 1-2 часа, поради което в CK акумулатори се използват подсилени свързващи ленти между плочите, предназначени за висок ток.

Съдовете на акумулаторите C и CK са отворени, за помещения C -16, CK -16 и по -малко — стъклени, а за големи помещения — дървени, облицовани с олово (или керамика) отвътре. Акумулаторите от тип CH се характеризират с факта, че се поставят в запечатани затворени съдове. Тези батерии имат относително малко тегло и размери, те могат да бъдат инсталирани в една стая с друго електрическо оборудване.

Номерът на батерията (след буквеното обозначение) характеризира нейния капацитет. Капацитетът в ампер-часове е равен на броя на батериите, умножен по единичния капацитет на отделна батерия с номер номер 1. За батерии от типове C-1 и SK-1 този капацитет е 36 Ah, а за типове C-10 и SK -10 — 360 Ah.

При малки подстанции, при липса на значителни изтръпващи натоварвания и резки колебания в мрежата на работния ток (когато ключовете са включени и т.н.), се използват преносими стартерни батерии с малък капацитет с напрежение 24 и 48 V. При такива подстанции, батерията обикновено работи дълго време в нормален режим на разреждане и след определено време — след като загуби номиналния си капацитет (което се определя от контролните измервания на напрежението на акумулатора) — се заменя с резервен. Понякога се използват алкални батерии, в които воден разтвор на каустик калий с плътност 1,19-1,21 g / cm3 служи като електролит.

В положителните плочи на алкални батерии активното вещество е никелов оксид хидрат, а в отрицателните плочи-кадмий с примес на желязо (никел-кадмиеви батерии) или само желязо (никел-железни батерии). На подстанции най-често се използват желязо-никелови батерии от елементи от типовете NZh и TNZh.

Оловните и алкалните батерии имат своите предимства и недостатъци: оловно-киселинните батерии имат по-високи напрежения на разреждане (1,8-2 и 1,1-1,3 V) от алкалните, по-голям капацитет и енергийна ефективност. Следователно, когато съставяте батерия със същото напрежение, оловно-киселинните батерии изискват почти наполовина повече. Характеристиките на алкалните батерии са компактност, плътност, механична якост, ниско саморазреждане и възможност за работа при ниски температури.

Презареждащи се батерии са най -надеждният източник на захранване за вторични устройства, тъй като осигуряват независимо (автономно) захранване на работните вериги в случай на повреда на променливотоково напрежение.

В авариен режим батериите поемат натоварването на всички потребители на постоянен ток, осигурявайки релейна защита и автоматизация, както и възможност за включване и изключване превключватели… Ограничаващата продължителност на аварийния режим се приема равна на 0,5 h за всички електрически приемници и работещи вериги с постоянен ток, а за комуникация и телемеханика 1-2 часа., 0 h).

Използването на акумулаторни батерии е ограничено поради високата им цена и сложността на работа. Следователно те се инсталират в най -големите подстанции. В подстанции от 500 kV и по -високи са инсталирани две или повече батерии.

В момента статични токоизправители, наречени зарядни за батерии, се използват за зареждане на батерии. В старите подстанции значителен брой двигатели-генератори все още работят.

По време на работа електрическата енергия, съхранявана в батерията, се изразходва непрекъснато. За попълването му се използват презареждащи устройства, които могат да се използват и като генератори на двигатели и статични токоизправители. Мощността на зарядните устройства обикновено е 20-25% от мощността на зарядните устройства. В някои случаи едно и също устройство може да изпълнява функциите на устройство за зареждане и презареждане.

Двигателните генератори се състоят от асинхронен задвижващ двигател и DC генератор с паралелно възбуждане. И двете машини са монтирани на една и съща рамка, а валовете им са свързани чрез еластична муфа. При зареждане на акумулатора напрежението на генератора на зарядното устройство трябва да се промени, поради което DC генераторът се избира с регулиране на напрежението в широк диапазон чрез промяна на възбуждането му с шунтиращ реостат. Силиконовите токоизправители се използват широко като статични устройства за зареждане и презареждане.

За разлика от мотор-генератора, статичните токоизправители са по-евтини, нямат подвижни части, по-удобни са за поддръжка, имат дълъг експлоатационен живот и голям капацитет на претоварване и затова са най-често срещаните.

Разпределението на постоянен ток, свързването на устройствата за зареждане и презареждане-зареждане със акумулаторната батерия се осъществява чрез платките за постоянен ток (DCB), на които са разположени превключващото оборудване и инструменти. За удобство на действията на дежурния персонал, DC DC мнемонични вериги се прилагат към DCS.

Батериите, захранванията с постоянен ток, устройствата за зареждане и презареждане, електрическите приемници с постоянен ток са свързани помежду си с кабелни линии, а в някои случаи и с шини.Заедно те образуват електрическа схема за DC мрежата.

Има три основни режима на работа на акумулаторните батерии: струйно зареждане, зареждане-разреждане и зареждане-почивка-разреждане.

В подстанциите батериите обикновено са работа в режим на зареждане на струя… В този случай презареждащото устройство, оборудвано с устройство за стабилизация на напрежението (с точност ± 2%), винаги захранва постоянно включените електрически приемници на мрежата за работещ ток (сигнални лампи, релейни бобини, контактори), а също така презарежда батерията, компенсирайки нейното саморазреждане.

В резултат на това батерията е напълно заредена по всяко време. Краткотрайните удари при натоварване се поемат главно от батерията.

На фиг. 2 показва диаграма на инсталирането на батерията на 500 kV подстанция. Подстанцията разполага с две акумулаторни батерии и три устройства за презареждане и зареждане, единият от които е резервен. Акумулаторните батерии се сглобяват от оловно -киселинни акумулатори от тип SK, използвани като устройства за зареждане и презареждане полупроводникови токоизправители ВАЗП-380 / 260-40 / 80… DC платката е сглобена от цялостни DC панели от серията PSN-1200-71.

Ориз. 2. Схематична диаграма на инсталацията на батерията без допълнителни елементи: AB1, AB2 — акумулаторни батерии, VU1, VU2, VUZ — токоизправителни устройства, UMC — мигащо светлинно устройство, UKN — устройство за управление на нивото на напрежение, UKI — устройство за контрол на изолацията, ШУ — управление шина, ШС — сигнални шини, (+) — мигащи шини, I, II, III, IV — номера на секции, ШП — силови шини от електромагнити за включване на превключватели

Щитовите гуми са разделени на две основни (I и II) и две спомагателни (III и IV) секции. Електрическите приемници се захранват от секции I или II, спомагателните секции се използват за взаимно съкращаване на източници на захранване: акумулаторни батерии и токоизправителни устройства за зареждане и презареждане.

Електрическите приемници и захранванията се свързват с помощта на автоматични превключватели от сериите A3700 и AK-63. Тези превключватели изпълняват функциите на комутационни устройства и предпазват DCB връзките от късо съединение. Платката е оборудвана с устройства за мигаща светлина UMC, контрол на изолацията на UCI и нивото на напрежение на UCN.

В инсталации, където се изисква повишено напрежение за включване на мощни електромагнити на маслени превключватели, се монтират допълнителни елементи. Батериите с допълнителни клетки се състоят от 120, 128, 140 клетки вместо 108. В такива случаи веригата се променя донякъде.

За да се предотврати сулфатирането на плочите на допълнителни елементи, между отрицателния полюс и клоните от 108 -ия елемент е свързан регулируем резистор, с помощта на който се създава разряден ток, равен на разрядния ток на основните елементи. Това гарантира същите условия на работа за основните и допълнителните клетки и изключва възможността за дълбоки зареждания и разреждания, което предотвратява сулфатирането и увеличава експлоатационния живот на батериите. В режим на струйно зареждане батерията винаги е в заредено състояние и е готова да захранва потребителите с постоянен ток.

В нормален режим напрежението на всяка включена клетка на батерията трябва да бъде 2,2 V с допустими колебания от ± 2%. В случаите, когато за захранването на вторичните устройства е необходим постоянен ток с различни напрежения, се използват преносими батерии и клони от междинните клетки на батерията.

Например за повечето устройства за релейна защита необходимо е напрежение 220 V, за телемеханични устройства 24, 48 или 60 V и за захранване на мощни електромагнитни задвижвания на маслени превключватели — напрежение до 250 V и повече, за да се компенсира спада на напрежението в кабела от батерията към разпределителното устройство, където превключвателите са инсталирани при високи токове на включване.

В някои инсталации акумулаторните батерии работят в режим на зареждане-разреждане. В този случай напрежението на клемите на акумулатора не остава постоянно, а варира в относително широк диапазон (за оловно-киселинните батерии, по време на разреждане, напрежението се променя от 2 до 1,8-1,75 V и при зареждане от 2,1 до 2,6 -2, 7 Б).

За поддържане на стабилно ниво на напрежение на батерията във всички режими на DC шините на DC платката във веригите на батериите, работещи по метода на зареждане-разреждане, е предвиден превключвател на елементи, който служи за промяна на броя на батериите, свързани към шините на инсталацията или към зарядното устройство.

Работата на батерийните инсталации в режим на зареждане — почивка — разреждане не се разглежда тук, тъй като този режим не се използва на подстанции.

Батериите с напрежение 24, 36 или 48 V обикновено се състоят от няколко преносими батерии, които са свързани последователно. В повечето случаи са инсталирани два комплекта такива батерии, от които единият е резервен.