Πηγές και δίκτυα συνεχούς ρεύματος εργασίας
Σε υποσταθμούς τροφοδοσίας κυκλωμάτων εργασίας συνεχές ρεύμα συνήθως μπαταρίες οξέος (στάσιμες και φορητές) και σε ορισμένες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται αλκαλικές μπαταρίες. Οι σταθερές μπαταρίες αποτελούνται από μεμονωμένες μπαταρίες, συνήθως συνδεδεμένες σε σειρά.
Μια μπαταρία ονομάζεται δευτερεύουσα χημική πηγή ρεύματος της οποίας η δουλειά είναι να συσσωρεύει ηλεκτρική ενέργεια (φόρτιση) και να επιστρέφει αυτήν την ενέργεια στον χρήστη (εκφόρτιση).
Τα κύρια μέρη της μπαταρίας οξέος (Εικ. 1) είναι πλάκες θετικού μολύβδου 2 και αρνητικού 1, συνδετικές λωρίδες ηλεκτροδίων 5, ηλεκτρολύτης, διαχωριστές 3 και ένα δοχείο. Ως θετικές χρησιμοποιούνται πλάκες μολύβδου με μεγάλο αριθμό άκρων, γεγονός που αυξάνει την επιφάνεια εργασίας των πλακών, ως αρνητικές πλάκες τύπου κουτιού. Μετά το σχηματισμό των θετικών πλακών, σχηματίζεται διοξείδιο του μολύβδου PbO2 και στις αρνητικές πλάκες σχηματίζεται σπόγγος μόλυβδος Pb.
Ρύζι. 1. Συσσωρευτές τύπου SK -24 σε ξύλινο δοχείο: 1 — αρνητική πλάκα, 2 — θετική πλάκα, 3 — διαχωριστικό, 4 — γυαλί συγκράτησης, 5 — συνδετική λωρίδα, 6 — μύτη κλαδιού
Ο ηλεκτρολύτης αποτελείται από θειικό οξύ υψηλής καθαρότητας και απεσταγμένο νερό.Η πυκνότητα του ηλεκτρολύτη μιας σταθερής φορτισμένης μπαταρίας στους 25 ° C είναι 1,21 g / cm3.
Μεταξύ των θετικών και αρνητικών πλακών της μπαταρίας, τοποθετούνται μονωτικά χωρίσματα - διαχωριστές που εμποδίζουν το κλείσιμο των πλακών σε περίπτωση πιθανής παραμόρφωσης και την πτώση της ενεργού μάζας από αυτά.
Η μπαταρία χαρακτηρίζεται από χωρητικότητα, EMF, ρεύματα φόρτισης και εκφόρτισης. Η ονομαστική χωρητικότητα της μπαταρίας (σε αμπέρ-ώρες) είναι η χωρητικότητά της σε εκφόρτιση 10 ωρών και κανονική θερμοκρασία (25 ° C) και πυκνότητα (1,21 g / cm3) του ηλεκτρολύτη.
Σε υποσταθμούς χρησιμοποιούνται κυρίως μπαταρίες 220 V συναρμολογημένες από μπαταρίες C, SK, SN.
Οι μπαταρίες C (σταθερές) είναι σχεδιασμένες για εκφορτίσεις 3 έως 10 ωρών ή περισσότερο. Οι μπαταρίες CK (στάσιμες για λειτουργίες βραχυπρόθεσμης εκφόρτισης) επιτρέπουν την εκφόρτιση για 1-2 ώρες, επομένως, στις μπαταρίες CK, χρησιμοποιούνται ενισχυμένες συνδετικές λωρίδες μεταξύ των πλακών, σχεδιασμένες για υψηλό ρεύμα.
Τα δοχεία μπαταριών C και CK είναι ανοιχτά, για δωμάτια C -16, CK -16 και μικρότερα - γυαλί, και για μεγάλα δωμάτια - ξύλινα, με επένδυση από μόλυβδο (ή κεραμικό) στο εσωτερικό. Οι συσσωρευτές τύπου CH χαρακτηρίζονται από το γεγονός ότι τοποθετούνται σε σφραγισμένα κλειστά δοχεία. Αυτές οι μπαταρίες έχουν σχετικά μικρό βάρος και διαστάσεις, μπορούν να εγκατασταθούν σε ένα δωμάτιο με άλλο ηλεκτρικό εξοπλισμό.
Ο αριθμός της μπαταρίας (μετά τον χαρακτηρισμό του γράμματος) χαρακτηρίζει τη χωρητικότητά της. Η χωρητικότητα σε αμπέρ-ώρα είναι ίση με τον αριθμό των μπαταριών πολλαπλασιαζόμενος με τη χωρητικότητα μονάδας μιας μεμονωμένης μπαταρίας με τον αριθμό 1. Για μπαταρίες των τύπων C-1 και SK-1, αυτή η χωρητικότητα είναι 36 Ah και για τους τύπους C- 10 και SK - 10 — 360 Ah.
Σε μικρούς υποσταθμούς, ελλείψει σημαντικών φορτίων εισόδου και απότομων διακυμάνσεων στο δίκτυο του ρεύματος λειτουργίας (όταν οι διακόπτες είναι ενεργοποιημένοι κ.λπ.), χρησιμοποιούνται φορητές μπαταρίες εκκίνησης μικρής χωρητικότητας με τάση 24 και 48 V. τέτοιους υποσταθμούς, η μπαταρία λειτουργεί συνήθως για μεγάλο χρονικό διάστημα σε κανονική λειτουργία εκφόρτισης και μετά από ορισμένο χρονικό διάστημα — αφού χάσει την ονομαστική της χωρητικότητα (η οποία καθορίζεται από τις μετρήσεις ελέγχου της τάσης της μπαταρίας) — αντικαθίσταται από μια εφεδρική. Μερικές φορές χρησιμοποιούνται αλκαλικές μπαταρίες, στις οποίες ως ηλεκτρολύτης χρησιμεύει ένα υδατικό διάλυμα καυστικού καλίου με πυκνότητα 1,19-1,21 g / cm3.
Στις θετικές πλάκες αλκαλικών μπαταριών, η δραστική ουσία είναι ένυδρο οξείδιο του νικελίου και στις αρνητικές πλάκες - κάδμιο με πρόσμιξη σιδήρου (μπαταρίες νικελίου-καδμίου) ή μόνο σιδήρου (μπαταρίες νικελίου-σιδήρου). Σε υποσταθμούς, χρησιμοποιούνται συχνότερα μπαταρίες σιδήρου-νικελίου στοιχείων των τύπων NZh και TNZh.
Οι μπαταρίες μολύβδου και οι αλκαλικές μπαταρίες έχουν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους: οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος έχουν υψηλότερες τάσεις εκφόρτισης (1,8-2 και 1,1-1,3 V) από τις αλκαλικές μπαταρίες, μεγαλύτερη χωρητικότητα και μεγαλύτερη ενεργειακή απόδοση. Επομένως, όταν φτιάχνετε μια μπαταρία της ίδιας τάσης, οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος απαιτούν σχεδόν τη μισή ποσότητα. Τα χαρακτηριστικά των αλκαλικών μπαταριών είναι η συμπαγή, η πυκνότητα, η μηχανική αντοχή, η χαμηλή αυτοεκφόρτιση και η ικανότητα εργασίας σε χαμηλές θερμοκρασίες.
Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες είναι η πιο αξιόπιστη πηγή ενέργειας για δευτερεύουσες συσκευές, καθώς παρέχουν ανεξάρτητη (αυτόνομη) τροφοδοσία σε κυκλώματα λειτουργίας σε περίπτωση διακοπής της τάσης AC.
Σε κατάσταση έκτακτης ανάγκης, οι μπαταρίες αναλαμβάνουν το φορτίο όλων των καταναλωτών DC, παρέχοντας προστασία ρελέ και αυτοματισμό, καθώς και δυνατότητα ενεργοποίησης και απενεργοποίησης διακόπτες... Η περιοριστική διάρκεια της λειτουργίας έκτακτης ανάγκης θεωρείται ίση με 0,5 ώρα για όλους τους ηλεκτρικούς δέκτες και τα κυκλώματα εργασίας με συνεχές ρεύμα και για την επικοινωνία και την τηλεμηχανική 1-2 ώρες., 0 h.
Η χρήση επαναφορτιζόμενων μπαταριών είναι περιορισμένη λόγω του υψηλού κόστους και της πολυπλοκότητας λειτουργίας τους. Ως εκ τούτου, εγκαθίστανται στους μεγαλύτερους υποσταθμούς. Σε υποσταθμούς 500 kV και άνω, τοποθετούνται δύο ή περισσότερες μπαταρίες.
Επί του παρόντος, για τη φόρτιση των μπαταριών χρησιμοποιούνται στατικοί ανορθωτές που ονομάζονται φορτιστές μπαταριών. Στους παλιούς υποσταθμούς, σημαντικός αριθμός γεννητριών κινητήρων εξακολουθεί να λειτουργεί.
Κατά τη λειτουργία, η ηλεκτρική ενέργεια που αποθηκεύεται στην μπαταρία καταναλώνεται συνεχώς. Για την αναπλήρωσή του, χρησιμοποιούνται επαναφορτιζόμενες συσκευές, οι οποίες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως γεννήτριες κινητήρα και στατικοί ανορθωτές. Η ισχύς των φορτιστών είναι συνήθως 20-25% της ισχύος των φορτιστών. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η ίδια συσκευή μπορεί να εκτελέσει τις λειτουργίες μιας συσκευής φόρτισης και επαναφόρτισης.
Οι γεννήτριες κινητήρα αποτελούνται από έναν επαγωγικό κινητήρα και μια γεννήτρια DC με παράλληλη διέγερση. Και τα δύο μηχανήματα είναι τοποθετημένα στο ίδιο πλαίσιο και οι άξονές τους συνδέονται με ελαστικό σύνδεσμο. Κατά τη φόρτιση της μπαταρίας, η τάση της γεννήτριας του φορτιστή πρέπει να αλλάξει, επομένως η γεννήτρια DC επιλέγεται με ρύθμιση τάσης ευρείας εμβέλειας αλλάζοντας τη διέγερσή της με ρεοστάτη διακλάδωσης.Οι ανορθωτές πυριτίου χρησιμοποιούνται ευρέως ως συσκευές στατικής φόρτισης και επαναφόρτισης.
Σε αντίθεση με τη γεννήτρια κινητήρα, οι στατικοί ανορθωτές είναι φθηνότεροι, δεν έχουν κινούμενα μέρη, είναι πιο βολικοί στη συντήρηση, έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής και μεγάλη χωρητικότητα υπερφόρτωσης και επομένως είναι οι πιο συνηθισμένοι.
Η κατανομή του συνεχούς ρεύματος, η σύνδεση των συσκευών φόρτισης και επαναφόρτισης με την μπαταρία αποθήκευσης πραγματοποιείται μέσω των πλακών συνεχούς ρεύματος (DCB), στις οποίες βρίσκονται ο εξοπλισμός και τα όργανα μεταγωγής. Για διευκόλυνση των ενεργειών του προσωπικού σε υπηρεσία, εφαρμόζονται μνημονικά κυκλώματα DC DC στο DCS.
Μπαταρίες, τροφοδοτικά συνεχούς ρεύματος, συσκευές φόρτισης και επαναφόρτισης, ηλεκτρικοί δέκτες συνεχούς ρεύματος συνδέονται μεταξύ τους μέσω καλωδιακών γραμμών και σε ορισμένες περιπτώσεις με ράβδους ζυγών και μαζί σχηματίζουν ένα ηλεκτρικό κύκλωμα για το δίκτυο DC.
Υπάρχουν τρεις κύριοι τρόποι λειτουργίας των επαναφορτιζόμενων μπαταριών: φόρτιση jet, φόρτιση-εκφόρτιση και φόρτιση-ανάπαυση-εκφόρτιση.
Στους υποσταθμούς, οι μπαταρίες λειτουργούν συνήθως σε λειτουργία φόρτισης σταγόνας... Σε αυτή την περίπτωση, ο επαναφορτιστής που είναι εξοπλισμένος με συσκευή σταθεροποίησης τάσης (με ακρίβεια ± 2%) τροφοδοτεί πάντα τους συνεχώς ενεργοποιημένους ηλεκτρικούς δέκτες του δικτύου για ρεύμα λειτουργίας (λάμπες σήματος, πηνία ρελέ, επαφές), και επίσης επαναφορτίζει την μπαταρία, αντισταθμίζοντας την αυτοεκφόρτισή της.
Ως αποτέλεσμα, η μπαταρία είναι πλήρως φορτισμένη ανά πάσα στιγμή. Οι βραχυπρόθεσμοι κραδασμοί φορτίου απορροφώνται κυρίως από την μπαταρία.
Στο σχ. 2 δείχνει ένα διάγραμμα της εγκατάστασης της μπαταρίας σε υποσταθμό 500 kV.Ο υποσταθμός διαθέτει δύο μπαταρίες αποθήκευσης και τρεις συσκευές επαναφόρτισης και φόρτισης, εκ των οποίων η μία είναι εφεδρική. Οι μπαταρίες συσσωρευτών συναρμολογούνται από μπαταρίες μολύβδου-οξέος τύπου SK που χρησιμοποιούνται ως συσκευές φόρτισης και επαναφόρτισης ανορθωτές ημιαγωγών VAZP-380 / 260-40 / 80... Η πλακέτα DC συναρμολογείται από πλήρη πάνελ DC της σειράς PSN-1200-71.
Ρύζι. 2. Σχηματικό διάγραμμα της εγκατάστασης της μπαταρίας χωρίς πρόσθετα στοιχεία: AB1, AB2 — μπαταρίες αποθήκευσης, VU1, VU2, VUZ — συσκευές ανόρθωσης, UMC — συσκευή φωτός που αναβοσβήνει, UKN — συσκευή ελέγχου στάθμης τάσης, UKI — μόνωση συσκευής ελέγχου, SH — έλεγχος bus, SH — λεωφορεία σήματος, (+) — λεωφορεία που αναβοσβήνουν, I, II, III, IV — αριθμοί τομέων, SH — λεωφορεία ισχύος ηλεκτρομαγνητών για ενεργοποίηση διακοπτών
Τα ελαστικά ασπίδας χωρίζονται σε δύο κύρια (I και II) και δύο βοηθητικά (III και IV) τμήματα. Οι ηλεκτρικοί δέκτες τροφοδοτούνται από τα τμήματα I ή II, τα βοηθητικά τμήματα χρησιμοποιούνται για αμοιβαίο βραχυκύκλωμα των πηγών ισχύος: μπαταρίες αποθήκευσης και ανορθωτές για φόρτιση και επαναφόρτιση.
Οι ηλεκτρικοί δέκτες και τα τροφοδοτικά συνδέονται με αυτόματους διακόπτες της σειράς A3700 και AK-63. Αυτοί οι διακόπτες εκτελούν τις λειτουργίες των συσκευών μεταγωγής και προστατεύουν τις συνδέσεις DCB από βραχυκυκλώματα. Η πλακέτα είναι εξοπλισμένη με συσκευές για το φως UMC που αναβοσβήνει, UCI ελέγχου μόνωσης και UCN στάθμης τάσης.
Σε εγκαταστάσεις όπου απαιτείται αυξημένη τάση για την ενεργοποίηση ισχυρών ηλεκτρομαγνητών διακοπτών λαδιού, εγκαθίστανται πρόσθετα στοιχεία. Οι μπαταρίες με επιπλέον στοιχεία αποτελούνται από 120, 128, 140 κελιά αντί για 108.Σε τέτοιες περιπτώσεις, το κύκλωμα αλλάζει κάπως.
Για να αποφευχθεί η θείωση των πλακών των πρόσθετων κυψελών, μια ρυθμιζόμενη αντίσταση συνδέεται μεταξύ του αρνητικού πόλου και των κλάδων του 108ου στοιχείου, με τη βοήθεια του οποίου δημιουργείται ένα ρεύμα εκφόρτισης ίσο με το ρεύμα εκφόρτισης των κύριων κυψελών. Αυτό εγγυάται τις ίδιες συνθήκες λειτουργίας για τις κύριες και τις πρόσθετες κυψέλες και αποκλείει την πιθανότητα βαθιάς φόρτισης και εκφόρτισης, γεγονός που αποτρέπει τη θείωση και αυξάνει τη διάρκεια ζωής των μπαταριών. Στη λειτουργία στάγδην φόρτισης, η μπαταρία είναι πάντα σε φορτισμένη κατάσταση και έτοιμη να τροφοδοτήσει τους χρήστες με συνεχές ρεύμα.
Στην κανονική λειτουργία, η τάση κάθε ενεργοποιημένης μπαταρίας θα πρέπει να είναι 2,2 V με ανοχή ± 2%. Σε περιπτώσεις όπου απαιτείται συνεχές ρεύμα διαφορετικών τάσεων για την τροφοδοσία των δευτερευουσών συσκευών, χρησιμοποιούνται φορητές μπαταρίες και διακλαδώσεις από τις ενδιάμεσες κυψέλες της μπαταρίας.
Για παράδειγμα, για τους περισσότερους συσκευές προστασίας ρελέ απαιτείται τάση 220 V, για τηλεμηχανικές συσκευές 24, 48 ή 60 V και για την τροφοδοσία ισχυρών ηλεκτρομαγνητικών μηχανισμών κίνησης διακοπτών λαδιού - τάση έως 250 V και άνω για αντιστάθμιση της πτώσης τάσης στο καλώδιο από την μπαταρία στο εξοπλισμός διανομής, όπου οι διακόπτες είναι εγκατεστημένοι σε υψηλά ρεύματα εισόδου.
Σε ορισμένες εγκαταστάσεις, οι μπαταρίες αποθήκευσης λειτουργούν σε λειτουργία φόρτισης-εκφόρτισης. Σε αυτή την περίπτωση, η τάση στους ακροδέκτες της μπαταρίας δεν παραμένει σταθερή, αλλά ποικίλλει σε σχετικά μεγάλο εύρος (για μπαταρίες μολύβδου-οξέος, κατά την εκφόρτιση, η τάση αλλάζει από 2 σε 1,8-1,75 V και κατά τη φόρτιση από 2, 1 έως 2,6 -2, 7 B).
Για να διατηρηθεί ένα σταθερό επίπεδο τάσης μπαταρίας σε όλους τους τρόπους λειτουργίας των διαύλων DC της πλακέτας DC στα κυκλώματα μπαταρίας που λειτουργούν με τη μέθοδο φόρτισης-εκφόρτισης, παρέχεται ένας διακόπτης στοιχείων, ο οποίος χρησιμεύει για την αλλαγή του αριθμού των μπαταριών που συνδέονται στους διαύλους του εγκατάσταση ή στον φορτιστή.
Η λειτουργία των εγκαταστάσεων μπαταριών στη λειτουργία φόρτισης-ανάπαυσης-εκφόρτισης δεν λαμβάνεται υπόψη εδώ, καθώς αυτή η λειτουργία δεν χρησιμοποιείται σε υποσταθμούς.
Οι μπαταρίες με τάση 24, 36 ή 48 V συνήθως αποτελούνται από πολλές φορητές μπαταρίες που συνδέονται σε σειρά. Στις περισσότερες περιπτώσεις, τοποθετούνται δύο σετ τέτοιων μπαταριών, η μία από τις οποίες είναι εφεδρική.