Quellen und Netze des Gleichstroms

In Umspannwerken zur Stromversorgung von Arbeitsstromkreisen Gleichstrom Normalerweise werden Säurebatterien (stationär und tragbar) und in einigen Fällen Alkalibatterien verwendet. Stationäre Batterien bestehen aus einzelnen Batterien, die meist in Reihe geschaltet sind.

Eine Batterie wird als sekundäre chemische Stromquelle bezeichnet, deren Aufgabe es ist, elektrische Energie zu speichern (Laden) und diese Energie an den Benutzer zurückzugeben (Entladen).

Die Hauptbestandteile der Säurebatterie (Abb. 1) sind Blei-Plusplatten 2 und Minusplatten 1, verbindende Bleistreifen 5, Elektrolyt, Separatoren 3 und ein Gefäß. Als Positivplatten werden Bleiplatten mit vielen Kanten verwendet, was die Arbeitsfläche der Platten vergrößert, als Negativplatten werden kastenförmige Platten verwendet. Nach der Bildung der positiven Platten entsteht Bleidioxid PbO2 und auf den negativen Platten entsteht Bleischwamm Pb.

Reis. 1. Akkumulatoren Typ SK -24 in einem Holzbehälter: 1 – negative Platte, 2 – positive Platte, 3 – Separator, 4 – Rückhalteglas, 5 – Verbindungsstreifen, 6 – Abzweigspitze

Der Elektrolyt besteht aus hochreiner Schwefelsäure und destilliertem Wasser.Die Dichte des Elektrolyten einer stationär geladenen Batterie beträgt bei 25 °C 1,21 g/cm3.

Zwischen den positiven und negativen Platten der Batterie sind isolierende Trennwände installiert – Separatoren, die verhindern, dass sich die Platten bei möglicher Verformung schließen und die aktive Masse aus ihnen herausfällt.

Der Akku wird durch Kapazität, EMF, Lade- und Entladeströme charakterisiert. Die Nennkapazität der Batterie (in Amperestunden) ist ihre Kapazität bei einer 10-stündigen Entladung und normaler Temperatur (25 °C) und Dichte (1,21 g/cm3) des Elektrolyten.

In Umspannwerken werden hauptsächlich 220-V-Batterien verwendet, die aus C-, SK- und SN-Batterien zusammengesetzt sind.

C-Batterien (stationäre Batterien) sind für Entladungen von 3 bis 10 Stunden oder mehr ausgelegt. CK-Batterien (stationär für Kurzzeitentladungsmodi) ermöglichen eine Entladung für 1-2 Stunden, daher werden bei CK-Batterien verstärkte Verbindungsstreifen zwischen den Platten verwendet, die für hohe Ströme ausgelegt sind.

Die Batteriegefäße C und CK sind offen, für die Räume C-16, CK-16 und kleiner aus Glas und für große Räume aus Holz, innen mit Blei (oder Keramik) ausgekleidet. CH-Akkumulatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie in dicht verschlossenen Behältern untergebracht werden. Diese Batterien haben ein relativ geringes Gewicht und geringe Abmessungen und können zusammen mit anderen elektrischen Geräten in einem Raum installiert werden.

Die Batterienummer (nach der Buchstabenbezeichnung) kennzeichnet ihre Kapazität. Die Amperestundenkapazität entspricht der Anzahl der Batterien multipliziert mit der Einheitskapazität einer einzelnen Batterie mit der Nummer 1. Bei Batterien der Typen C-1 und SK-1 beträgt diese Kapazität 36 Ah, bei den Typen C- 10 und SK - 10 – 360 Ah.

In kleinen Umspannwerken werden tragbare Starterbatterien mit geringer Kapazität und einer Spannung von 24 und 48 V verwendet, wenn keine nennenswerten Einschaltlasten und starke Schwankungen des Betriebsstromnetzes (beim Einschalten der Schalter usw.) vorliegen In solchen Umspannwerken arbeitet die Batterie normalerweise lange Zeit im normalen Entlademodus und wird nach einer bestimmten Zeit – nach Verlust ihrer Nennkapazität (die durch Kontrollmessungen der Batteriespannung bestimmt wird) – durch eine Ersatzbatterie ersetzt. Manchmal werden Alkalibatterien verwendet, bei denen als Elektrolyt eine wässrige Lösung von Kaliumlauge mit einer Dichte von 1,19–1,21 g/cm3 dient.

In den positiven Platten von Alkalibatterien ist der Wirkstoff Nickeloxidhydrat und in den negativen Platten Cadmium mit einer Beimischung von Eisen (Nickel-Cadmium-Batterien) oder nur Eisen (Nickel-Eisen-Batterien). In Umspannwerken werden am häufigsten Eisen-Nickel-Batterien mit Elementen der Typen NZh und TNZh verwendet.

Blei- und Alkalibatterien haben ihre Vor- und Nachteile: Bleisäurebatterien haben höhere Entladespannungen (1,8–2 und 1,1–1,3 V) als Alkalibatterien, eine größere Kapazität und Energieeffizienz. Daher benötigen Blei-Säure-Batterien beim Aufbau einer Batterie gleicher Spannung fast halb so viel. Die Eigenschaften von Alkalibatterien sind Kompaktheit, Dichte, mechanische Festigkeit, geringe Selbstentladung und die Fähigkeit, bei niedrigen Temperaturen zu arbeiten.

Wiederaufladbare Batterien sind die zuverlässigste Energiequelle für Sekundärgeräte, da sie bei einem Wechselspannungsausfall eine unabhängige (autonome) Stromversorgung der Betriebsstromkreise gewährleisten.

Im Notbetrieb übernehmen die Batterien die Last aller Gleichstromverbraucher und sorgen so für Relaisschutz und Automatisierung sowie die Möglichkeit zum Ein- und Ausschalten Schalter... Die Grenzdauer des Notbetriebes wird für alle elektrischen Empfänger und Arbeitskreise mit Gleichstrom mit 0,5 Stunden und für Kommunikation und Telemechanik mit 1-2 Stunden (0 Stunden) angenommen.

Der Einsatz von wiederaufladbaren Batterien ist aufgrund ihrer hohen Kosten und Komplexität im Betrieb begrenzt. Daher werden sie in den größten Umspannwerken installiert. In Umspannwerken mit 500 kV und mehr sind zwei oder mehr Batterien installiert.

Derzeit werden zum Laden von Batterien statische Gleichrichter, sogenannte Batterieladegeräte, verwendet. In den alten Umspannwerken sind noch zahlreiche Motorgeneratoren in Betrieb.

Während des Betriebs wird die in der Batterie gespeicherte elektrische Energie kontinuierlich verbraucht. Um es wieder aufzufüllen, werden wiederaufladbare Geräte verwendet, die auch als Motorgeneratoren und statische Gleichrichter verwendet werden können. Die Leistung der Ladegeräte beträgt in der Regel 20-25 % der Leistung der Ladegeräte. In einigen Fällen kann dasselbe Gerät die Funktionen eines Lade- und Wiederaufladegeräts übernehmen.

Motorgeneratoren bestehen aus einem Induktionsmotor und einem Gleichstromgenerator mit paralleler Erregung. Beide Maschinen sind auf demselben Rahmen montiert und ihre Wellen sind durch eine elastische Kupplung verbunden. Beim Laden der Batterie muss sich die Generatorspannung des Ladegeräts ändern. Daher wird der Gleichstromgenerator mit einer weiten Spannungsregelung ausgewählt, indem seine Erregung mit einem Shunt-Rheostat geändert wird.Siliziumgleichrichter werden häufig als statische Lade- und Wiederaufladegeräte verwendet.

Im Gegensatz zum Motorgenerator sind statische Gleichrichter kostengünstiger, haben keine beweglichen Teile, sind bequemer zu warten, haben eine lange Lebensdauer und eine große Überlastfähigkeit und sind daher am häufigsten anzutreffen.

Die Gleichstromverteilung, der Anschluss der Lade- und Lade-Ladegeräte an den Akkumulator erfolgt über die Gleichstromplatinen (DCB), auf denen sich die Schaltgeräte und Instrumente befinden. Um die Aktionen des diensthabenden Personals zu erleichtern, werden DC-Gleichstrom-Mnemonikschaltungen auf das DCS angewendet.

Batterien, Gleichstromversorgungen, Lade- und Nachladegeräte, Gleichstromempfänger sind durch Kabelleitungen und teilweise durch Sammelschienen miteinander verbunden und bilden zusammen einen Stromkreis für das Gleichstromnetz.

Es gibt drei Hauptbetriebsarten von wiederaufladbaren Batterien: Jet-Laden, Laden-Entladen und Laden-Ruhe-Entladen.

In Umspannwerken werden Batterien üblicherweise im Erhaltungslademodus betrieben... Dabei versorgt das mit einer Spannungsstabilisierungseinrichtung (mit einer Genauigkeit von ± 2 %) ausgestattete Ladegerät stets die ständig eingeschalteten elektrischen Empfänger des Netzes mit Betriebsstrom (Signallampen, Relaisspulen, Schütze) und lädt auch die Batterie auf, um deren Selbstentladung auszugleichen.

Dadurch ist der Akku jederzeit vollgeladen. Kurzfristige Belastungsstöße werden überwiegend von der Batterie abgefangen.

In Abb. In Abb. 2 zeigt ein Diagramm der Batterieinstallation in einem 500-kV-Umspannwerk.Das Umspannwerk verfügt über zwei Akkumulatoren und drei Lade- und Ladegeräte, davon eines als Ersatz. Akkumulatoren werden aus Blei-Säure-Batterien vom Typ SK zusammengebaut, die als Lade- und Wiederaufladegeräte verwendet werden Halbleitergleichrichter VAZP-380 / 260-40 / 80... Die DC-Platine wird aus kompletten DC-Panels der PSN-1200-71-Serie zusammengebaut.

Reis. 2. Schematische Darstellung der Batterieanlage ohne zusätzliche Elemente: AB1, AB2 – Akkumulatoren, VU1, VU2, VUZ – Gleichrichtergeräte, UMC – Blinklichtgerät, UKN – Spannungsniveau-Kontrollgerät, UKI – Isolationskontrollgerät, SH – Steuerung Bus, SH – Signalbusse, (+) – blinkende Busse, I, II, III, IV – Abschnittsnummern, SH – Leistungsbusse von Elektromagneten zum Einschalten von Schaltern

Schildreifen sind in zwei Hauptabschnitte (I und II) und zwei Hilfsabschnitte (III und IV) unterteilt. Elektrische Empfänger werden von den Abschnitten I oder II mit Strom versorgt, Hilfsabschnitte dienen zum gegenseitigen Kurzschließen von Stromquellen: Akkumulatoren und Gleichrichter zum Laden und Wiederaufladen.

Elektrische Empfänger und Netzteile werden über automatische Schalter der Serien A3700 und AK-63 angeschlossen. Diese Schalter übernehmen die Funktion von Schaltgeräten und schützen die DCB-Anschlüsse vor Kurzschlüssen. Die Platine ist mit Geräten für Blinklicht UMC, Isolationskontrolle UCI und Spannungsebene UCN ausgestattet.

In Anlagen, in denen zum Einschalten leistungsstarker Elektromagnete von Ölschaltern eine erhöhte Spannung erforderlich ist, werden zusätzliche Elemente installiert. Batterien mit zusätzlichen Zellen bestehen aus 120, 128, 140 Zellen statt 108.In solchen Fällen ändert sich die Schaltung etwas.

Um eine Sulfatierung der Platten zusätzlicher Zellen zu verhindern, wird zwischen dem Minuspol und den Zweigen der 108. Zelle ein einstellbarer Widerstand geschaltet, mit dessen Hilfe ein Entladestrom erzeugt wird, der dem Entladestrom der Hauptzellen entspricht. Dies garantiert gleiche Betriebsbedingungen für Haupt- und Zusatzzelle und schließt die Möglichkeit von Tiefenladungen und -entladungen aus, was Sulfatierung verhindert und die Lebensdauer der Batterien erhöht. Im Erhaltungslademodus ist der Akku stets geladen und bereit, Verbraucher mit Gleichstrom zu versorgen.

Im Normalbetrieb sollte die Spannung jeder eingeschalteten Batteriezelle 2,2 V mit einer Toleranz von ± 2 % betragen. In Fällen, in denen Gleichstrom unterschiedlicher Spannung zur Stromversorgung der Sekundärgeräte erforderlich ist, werden tragbare Batterien und Abzweige von den Zwischenbatteriezellen verwendet.

Zum Beispiel für die meisten Relaisschutzgeräte Es ist eine Spannung von 220 V erforderlich, für telemechanische Geräte 24, 48 oder 60 V und für die Stromversorgung leistungsstarker elektromagnetischer Antriebe von Ölschaltern eine Spannung von bis zu 250 V und mehr, um den Spannungsabfall im Kabel von der Batterie zur Batterie auszugleichen Schaltanlagen, bei denen die Schalter bei hohen Einschaltströmen installiert werden.

In einigen Installationen arbeiten die Akkus im Lade-Entlade-Modus. In diesem Fall bleibt die Spannung an den Batterieklemmen nicht konstant, sondern schwankt in einem relativ weiten Bereich (bei Blei-Säure-Batterien ändert sich die Spannung beim Entladen von 2 auf 1,8-1,75 V und beim Laden von 2 auf 1). bis 2,6 -2, 7 B).

Um ein stabiles Batteriespannungsniveau in allen Modi der DC-Busse der DC-Platine in den Batteriekreisen aufrechtzuerhalten, die nach der Lade-Entlade-Methode arbeiten, ist ein Elementschalter vorgesehen, der dazu dient, die Anzahl der an die Busse der DC-Platine angeschlossenen Batterien zu ändern Installation oder am Ladegerät.

Der Betrieb von Batterieanlagen im Lade-Ruhe-Entlademodus wird hier nicht berücksichtigt, da dieser Modus in Umspannwerken nicht verwendet wird.

Akkus mit einer Spannung von 24, 36 oder 48 V bestehen meist aus mehreren in Reihe geschalteten Gerätebatterien. In den meisten Fällen sind zwei Sätze solcher Batterien installiert, von denen einer als Ersatz dient.