Министерство образования и наукиРеспублики Казахстан
Северо-КазахстанскийГосударственный Университет им. М. Козыбаева
Факультет энергетики имашиностроения
Кафедра энергетики иприборостроения
Реферат
На тему: «Установки постоянноготока с аккумуляторными батареями»
Выполнил:студент гр. ЭЭ-08
ГергенредерА.
Проверила:ст. преподаватель
КафедрыЭиП
ДарийЕ.М.
Петропавловск, 2011 год
Содержание
Введение
1. Электрохимическиереакции в аккумуляторе, электродвижущая сила, напряжение и внутреннеесопротивление
1.1Действие электролита в аккумуляторе
1.2Электродвижущая сила
1.3Напряжение при заряде и разряде
1.4Внутреннее сопротивление аккумулятора
1.5Саморазряд аккумулятора
1.6Понятие сульфатации и ненормальная сульфатация пластин аккумулятора
2. Рабочиережимы аккумуляторной батареи и электрические схемы установки постоянного тока
2.1 Режим работы аккумуляторныхбатарей
2.2 Схема без коммутатора, но сответвлениями от батареи
2.3 Схема с противоэлементами
Список литературы
Введение
Аккумуляторыявляются гальваническими элементами, в которых электроды изготовлены из такихматериалов, что они восстанавливают свои первоначальные свойства припропускании тока (зарядке) в обратном направлении по сравнению с током приразрядке. Количество электричества, которое может быть получено от аккумуляторапри данных условиях работы (температуре, разрядном токе, начальном напряжении),называется емкостью, аккумулятора. Емкость аккумулятора выражается в кулонах.
Аккумуляторыхарактеризуются к. п. д., емкостью и э. д. с. Коэффициентом полезного действия аккумулятораназывают число, показывающее, какую часть энергии, затраченной на его зарядку,он отдает при разрядке:
Емкостьюаккумулятора называют максимальное количество электричества, которое можетпройти по цепи за все время разрядки полностью заряженного аккумулятора. Заединицу емкости аккумулятора обычно принимают ампер-час: 1 А-ч=3600 Кл.
/>
Рис. 1. Устройствоаккумуляторной батареи 1 – решетка; 2 – сепаратор; 3,4 – электроды соответственноположительный и отрицательный; 5 – полублок отрицательных электродов; 6 – блокэлектродов с сепараторами; 7 –корпус моноблока; 8 – полюсный вывод; 9 – общаякрышка; 10 – пробка; 11 – мостик с борном; 12 – полублок положительныхэлектродов
1. Электрохимические реакции в аккумуляторе,электродвижущая сила, напряжение и внутреннее сопротивление
1.1 Действиеэлектролита в аккумуляторе
Принципдействия кислотно-свинцового аккумулятора заключается в поляризации электродов.Электроды (сернокислый свинец PbS04), погруженные в электролит (водный растворсерной кислоты), под действием электрического тока вступают в химическую реакцию.
Призарядке батарея включается параллельно в цепь источника постоянного тока,напряжение которого выше э. д. с. батареи.
Впроцессе зарядки активная масса отрицательных пластин постепенно превращаетсяиз сернокислого свинца PbS04 в губчатый свинец РЬ, а активная массаположительных пластин — в перекись свинца РЬ02, при этом удельный весэлектролита повышается до 1,24—1,31 (вместо 1,12—1,19 у разряженногоаккумулятора). Такое повышение удельного веса электролита объясняется тем, чтово время зарядки отрицательные ионы кислотного остатка S04 соединяются сположительными ионами водорода Н2 и дают серную кислоту H2S04, котораявыделяется в электролит.
Следовательно,изменения плотности электролита аккумуляторной батареи, происходящие призарядке или разрядке, позволяют судить о ее состоянии.
Приразрядке железо-никелевого аккумулятора гидрат окиси никеля Ni(OH)3 активноймассы положительных пластин переходит в гидрат закиси никеля Ni(OH)2. Железоактивной массы отрицательных пластин переходит в его окись Fe(OH)2. В процессезарядки аккумулятора происходят обратные процессы у положительных иотрицательных пластин.
Приразрядке и зарядке железо-никелевой аккумуляторной батареи удельный весэлектролита не изменяется. Э. д. с. железо-никелевой батареи определяется восновном химическим состоянием активной массы пластин и почти не зависит отплотности электролита.
1.2 Электродвижущаясила
Электродвижущей силой(ЭДС) аккумулятора Е называют разность его электродных потенциалов, измереннуюпри разомкнутой внешней цепи.
ЭДС батареи, состоящейиз n последовательно соединенных аккумуляторов.
Следует различатьравновесную ЭДС аккумулятора и неравновесную ЭДС аккумулятора в течение времениот размыкания цепи до установления равновесного состояния (период протеканияпереходного процесса). ЭДС измеряют высокоомным вольтметром (внутреннеесопротивление не менее 300 Ом/В). Для этого вольтметр присоединяют к выводамаккумулятора или батареи. При этом через аккумулятор (батарею) не долженпротекать зарядный или разрядный ток.
Равновесная ЭДСсвинцового аккумулятора, как и любого химического источника тока, зависит отхимических и физических свойств веществ, принимающих участие в токообразующемпроцессе, и совершенно не зависит от размеров и формы электродов, а также отколичества активных масс и электролита. Вместе с тем в свинцовом аккумулятореэлектролит принимает непосредственное участие в токообразующем процессе нааккумуляторных электродах и изменяет свою плотность в зависимости от степенизаряженности аккумуляторов. Поэтому равновесная ЭДС, которая в свою очередьявляется функцией плотности
Изменение ЭДСаккумулятора от температуры весьма мало и при эксплуатации им можно пренебречь.
1.3 Напряжение призаряде и разряде
Разность потенциалов наполюсных выводах аккумулятора (батареи) в процессе заряда или разряда приналичии тока во внешней цепи принято называть напряжением аккумулятора(батареи). Наличие внутреннего сопротивления аккумулятора приводит к тому, чтоего напряжение при разряде всегда меньше ЭДС, а при заряде — всегда больше ЭДС.
При заряде аккумуляторанапряжение на его выводах должно быть больше его ЭДС на сумму внутреннихпотерь. В начале заряда происходит скачок напряжения на величину омическихпотерь внутри аккумулятора, а затем резкое повышение напряжения за счетпотенциала поляризации, вызванное в основном быстрым увеличением плотностиэлектролита в порах активной массы. Далее происходит медленный рост напряжения,обусловленный главным образом ростом ЭДС аккумулятора вследствие увеличенияплотности электролита.
После того, какосновное количество сульфата свинца преобразуется в РЬО2 и РЬ, затраты энергиивсе в большей мере вызывают разложение воды (электролиз) Избыточное количествоионов водорода и кислорода, появляющееся в электролите, еще больше увеличиваетразность потенциалов разноименных электродов. Это приводит к быстрому ростузарядного напряжения, вызывающему ускорение процесса разложения воды.Образующиеся при этом ионы водорода и кислорода не вступают во взаимодействие сактивными материалами. Они рекомбинируют в нейтральные молекулы и выделяются изэлектролита в виде пузырьков газа (на положительном электроде выделяетсякислород, на отрицательном — водород), вызывая «кипение» электролита.
Если продолжить процессзаряда, можно увидеть, что рост плотности электролита и зарядного напряженияпрактически прекращается, так как уже почти весь сульфат свинца прореагировал,и вся подводимая к аккумулятору энергия теперь расходуется только на протеканиепобочного процесса — электролитическое разложение воды. Этим объясняется ипостоянство зарядного напряжения, которое служит одним из признаков окончаниязарядного процесса.
После прекращениязаряда, то есть отключения внешнего источника, напряжение на выводахаккумулятора резко снижается до значения его неравновесной ЭДС, или на величинуомических внутренних потерь. Затем происходит постепенное снижение ЭДС(вследствие уменьшения плотности электролита в порах активной массы), котороепродолжается до полного выравнивания концентрации электролита в объеме аккумулятораи порах активной массы, что соответствует установлению равновесной ЭДС.
При разрядеаккумулятора напряжение на его выводах меньше ЭДС на величину внутреннегопадения напряжения.
В начале разряданапряжение аккумулятора резко падает на величину омических потерь иполяризации, обусловленной снижением концентрации электролита в порах активноймассы, то есть концентрационной поляризации. Далее при установившемся(стационарном) процессе разряда происходит снижение плотности электролита вобъеме аккумулятора, обусловливающее постепенное снижение разрядногонапряжения. Одновременно происходит изменение соотношения содержания сульфатасвинца в активной массе, что также вызывает повышение омических потерь. Приэтом частицы сульфата свинца (имеющего примерно втрое больший объем в сравнениис частицами свинца и его двуокиси, из которых они образовались) закрывают порыактивной массы, чем препятствуют прохождению электролита в глубину электродов.Это вызывает усиление концентрационной поляризации, приводящее к более быстромуснижению разрядного напряжения.
При прекращении разряданапряжение на выводах аккумулятора быстро повышается на величину омическихпотерь, достигая значения неравновесной ЭДС. Дальнейшее изменение ЭДСвследствие выравнивания концентрации электролита в порах активных масс и вобъеме аккумулятора приводит к постепенному установлению значения равновеснойЭДС.
Напряжение аккумуляторапри его разряде определяется в основном температурой электролита и силойразрядного тока. Как сказано выше, сопротивление свинцового аккумулятора(батареи) незначительно и в заряженном состоянии составляет всего несколькомиллиОм. Однако при токах стартерного разряда, сила которых в 4-7 раз превышаетзначение номинальной емкости, внутреннее падение напряжения оказывает существенноевлияние на разрядное напряжение. Увеличение омических потерь с понижениемтемпературы связано с ростом сопротивления электролита. Кроме того, резковозрастает вязкость электролита, что затрудняет процесс диффузии его в порыактивной массы и повышает концентрационную поляризацию (то есть увеличиваетпотери напряжения внутри аккумулятора за счет снижения концентрации электролитав порах электродов). При токе более 60 А зависимость напряжения разряда от силытока является практически линейной при всех температурах.
Среднее значениенапряжения аккумулятора при заряде и разряде определяют как среднееарифметическое значений напряжения, измеренных через равные промежутки времени
1.4 Внутреннеесопротивление аккумулятора
аккумулятор ток коммутатор напряжение
Сопротивление,оказываемое аккумулятором протекающему внутри него току (зарядному илиразрядному), принято называть внутренним сопротивлением аккумулятора.Сопротивление активных материалов положительного и отрицательного электродов, атакже сопротивление электролита изменяются в зависимости от степенизаряженности аккумулятора. Кроме того, сопротивление электролита весьмасущественно зависит от температуры. Поэтому омическое сопротивление такжезависит от степени заряженности батареи и температуры электролита.
Сопротивлениеполяризации зависит от силы разрядного (зарядного) тока и температуры и неподчиняется закону Ома.
Внутреннеесопротивление одного аккумулятора и даже аккумуляторной батареи, состоящей изнескольких последовательно соединенных аккумуляторов, незначительно исоставляет в заряженном состоянии всего несколько тысячных долей Ома. Однако впроцессе разряда оно существенно изменяется.
Электрическаяпроводимость активных масс уменьшается для положительного электрода примерно в20 раз, а для отрицательного — в 10 раз. Электропроводность электролита такжеизменяется в зависимости от его плотности. При увеличении плотности электролитаот 1,00 до 1,70 г/см3 его электропроводность сначала растет до егомаксимального значения, а затем вновь уменьшается.
По мере разрядааккумулятора плотность электролита снижается от 1,28 г/см3 до 1,09 г/см3, чтоприводит к снижению его электропроводности почти в 2,5 раза. В результатеомическое сопротивление аккумулятора по мере разряда увеличивается. Вразряженном состоянии сопротивление достигает значения, более чем в 2 разапревышающего его величину в заряженном состоянии.
Кроме состояниязаряженности существенное влияние на сопротивление аккумуляторов оказываеттемпература. С понижением температуры удельное сопротивление электролитавозрастает и при температуре — 40 °С становится примерно в 8 раз больше, чемпри +30 °С. Сопротивление сепараторов также резко возрастает с понижениемтемпературы и в том же интервале температуры увеличивается почти в 4 раза. Этоявляется определяющим фактором увеличения внутреннего сопротивленияаккумуляторов при низких температурах.
1.5 Саморазрядаккумулятора
Саморазрядом называютснижение емкости аккумуляторов при разомкнутой внешней цепи, то есть прибездействии. Это явление вызвано окислительно-восстановительными процессами,самопроизвольно протекающими как на отрицательном, так и на положительномэлектродах. Саморазряду особенно подвержен отрицательный электрод вследствиесамопроизвольного растворения свинца (отрицательной активной массы) в растворесерной кислоты. Саморазряд отрицательного электрода сопровождается выделениемгазообразного водорода. Скорость самопроизвольного растворения свинцасущественно возрастает с повышением концентрации электролита. Повышениеплотности электролита с 1,27 до 1,32 г/см3 приводит к росту скоростисаморазряда отрицательного электрода на 40 %.
Наличие примесейразличных металлов на поверхности отрицательного электрода оказывает весьмазначительное влияние (каталитическое) на увеличение скорости саморастворениясвинца (вследствие снижения перенапряжения выделения водорода). Практически всеметаллы, встречающиеся в виде примесей в аккумуляторном сырье, электролите исепараторах, или вводимые в виде специальных добавок, способствуют повышению саморазряда.Попадая на поверхность отрицательного электрода, они облегчают условиявыделения водорода.
Часть примесей (солиметаллов с переменной валентностью) действуют как переносчики зарядов с одногоэлектрода на другой. В этом случае ионы металлов восстанавливаются наотрицательном электроде и окисляются на положительном (такой механизмсаморазряда приписывают ионам железа).
Саморазрядположительного активного материала обусловлен протеканием реакции.
2РЬО2+ 2H2SO4 -> PbSCU + 2H2O + О2Т.
Скорость данной реакциитакже возрастает с ростом концентрации электролита.
Так как реакцияпротекает с выделением кислорода, то скорость ее в значительной степениопределяется кислородным перенапряжением. Поэтому добавки, снижающие потенциалвыделения кислорода (например, сурьма, кобальт, серебро), будут способствоватьросту скорости реакции саморастворения двуокиси свинца. Скорость саморазрядаположительного активного материала в несколько раз ниже скорости саморазрядаотрицательного активного материала.
Другой причинойсаморазряда положительного электрода является разность потенциалов материалатокоотвода и активной массы этого электрода. Возникающий вследствие этойразности потенциалов гальванический микроэлемент превращает при протекании токасвинец токоотвода и двуокись свинца положительной активной массы в сульфатсвинца.
Саморазряд можетвозникать также, когда аккумулятор снаружи загрязнен или залит электролитом,водой или другими жидкостями, которые создают возможность разряда черезэлектропроводную пленку, находящуюся между полюсными выводами аккумулятора илиего перемычками. Этот вид саморазряда не отличается от обычного разряда оченьмалыми токами при замкнутой внешней цепи и легко устраним. Для этого необходимосодержать поверхность батарей в чистоте.
Саморазряд батарей взначительной мере зависит от температуры электролита. С понижением температурысаморазряд уменьшается. При температуре ниже 0 °С у новых батарей онпрактически прекращается. Поэтому хранение батарей рекомендуется в заряженномсостоянии при низких температурах (до -30 °С).
В процессе эксплуатациисаморазряд не остается постоянным и резко усиливается к концу срока службы.Снижение саморазряда возможно за счет повышения перенапряжения выделенийкислорода и водорода на аккумуляторных электродах. Для этого необходимо,во-первых, использовать возможно более чистые материалы для производствааккумуляторов, уменьшать количественное содержание легирующих элементов ваккумуляторных сплавах, использовать только чистую серную кислоту идистиллированную (или близкую к ней по чистоте при других методах очистки) водудля приготовления всех электролитов, как при производстве, так и приэксплуатации. Например, благодаря снижению содержания сурьмы в сплаветокоотводов с 5 % до 2 % и использованию дистиллированной воды для всехтехнологических электролитов, среднесуточный саморазряд снижается в 4 раза.Замена сурьмы на кальций позволяет еще больше снизить скорость саморазряда.
Снижению саморазрядамогут также способствовать добавки органических веществ — ингибиторовсаморазряда. Применение общей крышки и скрытых межэлементных соединений взначительной степени снижает скорость саморазряда от токов утечки, так какзначительно снижается вероятность гальванической связи между далеко отстоящимиполюсными выводами.
Иногда саморазрядомназывают быструю потерю емкости вследствие короткого замыкания внутриаккумулятора. Такое явление объясняется прямым разрядом через токопроводящиемостики, образовавшиеся между разноименными электродами.
Применениесепараторов-конвертов в необслуживаемых аккумуляторах исключает возможностьобразования коротких замыканий между разноименными электродами в процессеэксплуатации. Однако такая вероятность остается вследствие возможных сбоев вработе оборудования при массовом производстве. Обычно такой дефект выявляется впервые месяцы эксплуатации и батарея подлежит замене по гарантии.
Обычно степеньсаморазряда выражают в процентах потери емкости за установленный периодвремени. Действующими в настоящее время стандартами саморазряд характеризуетсятакже напряжением стартерного разряда при -18 °С после испытания: бездействия втечение 21 суток при температуре +40 °С.
1.6 Понятие сульфатациии ненормальная сульфатация пластин аккумулятора
В основу работы аккумуляторныхбатарей заложен принцип двойной сульфатации. При разряде батареи происходитвзаимодействие активной массы положительных и отрицательных пластин сэлектролитом, в результате чего образуется сульфат свинца, осаждающийся наповерхности отрицательно заряженной пластины и вода. В итоге плотностьэлектролита падает. Образующийся при этом сульфат свинца отличаетсятонкокристаллической структурой и легко восстанавливается во время заряда всвинец и двуокись свинца. Образование сульфата (сернокислого свинца) являетсяобязательным и естественным процессом при разряде.
При зарядке батареипроисходят обратные электрохимические процессы. Это приводит к восстановлениюна отрицательных электродах чистого свинца и на положительных — диоксидасвинца. Одновременно с этим повышается плотность электролита.
Ненормальная (глубокая)сульфатация аккумуляторов
Сульфатация этонормальный процесс работы акумуляторной батареи.
Другой вид сульфатации,так называемая глубокая или ненормальная сульфатация может сделать аккумуляторнеработоспособным.
Эта сульфатация отличаетсяобразованием крупных труднорастворимых кристаллов сернокислого свинца(сульфата) на поверхности пластин и стенках пор активной массы. Кристаллы стечением времени растут, образуя сплошной слой (корку), изолируют пластины изакупоривают поры активной массы положительных и отрицательных пластин, препятствуютпроникновению электролита вглубь пластин. Из-за этого не вся активная массаучаствует в работе и заряд аккумулятора сильно затрудняется.
При глубокойсульфатации аккумулятор может стать неработоспособным имея под коркой свинца имеядве трети неиспользованной активной массы, к которой невозможен нормальныйдоступ электролита, и она не может учавствовать в электрохимических реакциях.
Ненормальнаясульфатация возникает при неправильно организованном режиме работыаккумуляторов или при плохом обслуживании. Такая сульфатация устраняется сбольшим трудом и может привести к значительной потере емкости или к полномувыходу из строя аккумуляторов.
Признаки глубокойсульфатации
Положительные пластиныприобретают светло-коричневую окраску, на поверхности пластины возникают белыепятна. Отрицательные пластины становятся беловато-серыми и набухают.
Так как сульфатзанимает значительно больший объём, чем активная масса у не разряженныхпластин, то с увеличением количества сульфата (когда не принимаются меры к егоустранению) возникает выпучивание ячеек отрицательных пластин, а положительныепластины вследствие возникающих и неравномерно прогрессирующих механическихнапряжений внутри пластины начинают коробиться.
Сульфатацияаккумулятора вызывает значительное повышение сопротивления активной массыпластин и, следовательно, общего сопротивления аккумулятора. Вследствие этогонапряжение засульфатированного аккумулятора в начале заряда может повыситьсядаже до 3В и более при нормальном зарядном токе. При этом аккумулятор сразуначинает «кипеть».
При очень глубокойсульфатации, когда сульфат образует сплошную корку на поверхности пластин,аккумулятор может полностью потерять проводимость, поскольку сам сульфат –непроводник.
Процесс сульфатацииусугубляется, когда несколько причин действуют одновременно.
Основные причинысильной сульфатации:
- Низкийуровень электролита в банках, что приводит к соприкосновению электродов своздухом;
- Длительноехранение батареи в разряженном состоянии (После разряда батарею необходимосразу зарядить);
- Постоянныенедозаряды аккумуляторов;
- Высокаяплотность электролита (Не доливать в аккмуляторы электролит); Попаданиепосторонних примесей в электролит ( Доливать только дистиллированную воду);
- Повышениетемпературы окружающей среды;
- Повреждениевнутреннего сепаратора аккумулятора из-за неправильного обслуживания иливследствие процесса старения;
- Повышенныйсаморазряд.
2. Рабочие режимы аккумуляторной батареи иэлектрические схемы установки постоянного тока
2.1Режим работы аккумуляторных батарей
Применяются два режимаработы аккумуляторных батарей: заряд-разряд и постоянный подзаряд.
Режим заряд-разрядхарактеризуется тем, что после заряда аккумуляторной батареи зарядное устройствоотключается и батарея питает постоянную нагрузку (лампы сигнализации, приборыуправления), периодически кратковременную нагрузку (электромагнитные приводывыключателей) и аварийную нагрузку. Разряженная до определенного напряжениябатарея вновь подключается к зарядному агрегату, который, заряжая батарею,одновременно питает нагрузку.
Для батареи, работающейпо методу заряд-разряд, один раз в три месяца производится уравнительный заряд(перезарядка).
Режим постоянногоподзаряда заключается в следующем. Батарея непрерывно подзаряжается отподзарядного агрегата, и поэтому она находится в любой момент в состоянииполного заряда. Толчковые нагрузки, возникающие в сети постоянного тока,воспринимает аккумуляторная батарея. Один раз в месяц батарея, работающая врежиме постоянного подзаряда должна быть заряжена от зарядного агрегата.
Для осуществлениярежима заряд-разряд применяют схему аккумуляторной батареи с двойным элементнымкоммутатором. В качестве зарядного агрегата применен двигатель-генератор.Генератор присоединен к шинам через предохранители, автомат максимального токас реле обратного тока, амперметр и переключатель на два положения.
Максимальный автоматзащищает генератор от перегрузки. Реле обратного тока отключает генератор, еслиего ЭДС станет меньше напряжения на шинах батареи. Это может произойти приуменьшении скорости вращения генератора, исчезновении напряжения переменноготока, питающего двигатель, и от других причин. Если в это время не отключитьгенератор, то он, перейдя в режим двигателя, станет нагрузкой для батареи.
Общее числоаккумуляторов, соединяемых в батарею, должно быть таким, что даже разряженныедо минимального напряжения элементы должны обеспечить на шинах батареиноминальное напряжение.
Если нагрузка сетинезначительна, то агрегат может отдавать ток в сеть и одновременно заряжатьаккумуляторную батарею. Однако к концу заряда генератор дает напряжение большетого, при котором обычно работает сеть. Если включить в сеть реостат, то засчет падения напряжения в нем можно уменьшить напряжение. Но это неэкономично.Простым решением задачи одновременной работы генератора на сеть и на зарядявляется применение в схеме двухэлементного коммутатора. Последний даетвозможность использовать разность между напряжением генератора и напряжением сетидля заряда группы аккумуляторов, присоединенных к коммутатору.
Аккумуляторные батареирасполагаются в специальном помещении подвального или первого этажа зданияэлектростанции или подстанции. Помещение должно быть сухим, не подвергающимсярезким изменениям температуры, тряске или колебаниям. Вход в помещение делаетсяс тамбуром. Температура помещения на уровне расположения аккумуляторов недолжна быть ниже 10о. Помещение аккумуляторной должно иметьприточно-вытяжную вентиляцию.
2.2 Схема без коммутатора,но с ответвлениями от батареи
На подстанцияхэксплуатируются аккумуляторные батареи с элементным коммутатором или без него.Схема установки с элементным коммутатором представлена на рис. 2.1. В нейимеется зарядный двигатель-генератор 1 и подзарядное выпрямительное устройство5. Элементный коммутатор 2 обеспечивает постоянство напряжения на шинахпостоянного тока при заряде и разряде аккумуляторов. Он состоит из изолирующейплиты с расположенными на ней контактными пластинами, к которым подсоединены отводыот соединительных полос аккумуляторов. По пластинам и соответствующим шинамскользят щетки разрядная 3 и зарядная 4.
Они приводятся вдвижение вручную или от небольшого электродвигателя, управляемого дистанционноили с помощью устройства регулирования напряжения (АРН). Изменение числаподключенных к шинам постоянного тока аккумуляторов (регулирование напряжения)происходит без разрыва цепи тока и закорачивания аккумуляторов благодаря особойконструкции коммутаторов. В нормальном режиме работы при наличии подзарядногоустройства разрядная щетка коммутатора (через нее теперь проходит небольшойподзарядный ток IПЗ) устанавливается на 107-м элементе, чем обеспечивается нашинах напряжение 230 В. Концевые аккумуляторы с порядковыми номерами 108-125 неподзаряжаются. Они используются только в случае исчезновения напряжения нашинах с. н. подстанции и отключения подзарядного устройства.
На рис. 2.2представлена схема аккумуляторной батареи без элементного коммутатора сответвлениями от батареи для питания потребителей с различными требованиями кзначению напряжения на шинах. При нормальной работе установки выпрямитель VSпитает всех потребителей и подзаряжает всю батарею током IПЗ. Ответвление отаккумулятора с порядковым номером 108 дает возможность поддерживать на шинахнапряжение около 230 В. В тех режимах работы (например, дозарядке), когданапряжение на элементах возрастает, а требования к значению напряжения остаютсяпрежними (на шинах управления 230 В), предусмотрено ответвление от 100-гоэлемента батареи. Переключателем SA к шинам управления подключают 100элементов, и напряжение на шинах будет равно 2,3×100=230 В. Некотороеповышение напряжения по сравнению с номинальным на шинах питания силовойнагрузки не представляет опасности для мощных приводов выключателей, так какпри их срабатывании напряжение на шинах мгновенно понижается.
/>
Рис. 2.1. Схемааккумуляторной установки с элементным коммутатором: I — цепи управления; II — аварийное освещение; III — силовые цепи (электромагниты включения); IН — токнагрузки; IПЗ — ток подзаряда
/>
Рис. 2.2. Схемааккумуляторной установки без элементного коммутатора, работающей в режимепостоянного подзаряда: I, II, III, IПЗ — то же, что на рис. 2.1.
Для формированияпластин и глубоких перезарядов предусматривают передвижной двигатель-генератор,который при необходимости доставляют на подстанцию.
Схема распределения оперативноготока. От шин постоянного тока отходят цепи, питающие группы электроприемниковразличного назначения. Цепи управления, сигнализации и аварийного освещенияобычно защищаются автоматическими выключателями, цепи питания электромагнитоввключения — предохранителями.
При централизованномраспределении оперативного тока для питания силовых цепей выключателей вблизиих приводов имеются шинки постоянного тока, соединенные между собой кабелями покольцевой схеме (рис. 2.3). Для надежности питания кольцо секционируется припомощи установленных в шкафах секционных рубильников Р1-2, Р3-4. Секции кольцапитаются от шин постоянного тока отдельными линиями.
2.3 Схема спротивоэлементами
Противоэлеиментомназывают электролитический прибор (элемент) с э.д.с., возникающей только припрохождении через него тока от постоянного источника и направленной навстречутоку. Противоэлементы включают последовательно в цепь тока для уменьшениянапряжения источника энергии.
Наилучшимихарактеристиками обладают щелочные противоэлементы с пластинами изникелированного железа или нержавеющей стали в растворе едкого калия или натра.При прохождении через такой противоэлемент тока происходит реакция электролизаводы с выделением водорода на катоде и кислорода на аноде. Материал электродовв реакции не участвует. Напряжение противоелемента около 2 В. Оно малоизменяется с изменением тока, что отличает противоелемент от реостата. Приработе противоэлементов выделяется некоторое количество тепла, котороеограничивает длительную нагрузку. Имеет место также потеря воды электролитавследствие электролиза в соответствии с количеством ампер-часов, протекающихчерез противоэлементы. Поэтому требуется переодическая доливка воды. Щелочные противоэлементыдопускают замыкание накоротко, что облегчает регулирование напряжения. Онидешевы, долговечны, не боятся длительного бездействия и почти не требуют ухода.
Щелочныепротивоэлементы получили применение на телеграфных и телефонных станциях длярегулирования напряжения и получения нескольких ступеней напряжения призаданном источнике энергии. Они могут быть использованы также на станциях иподстанциях для регулирования напряжения на сборных шинах управления.Номинальный ток противлелементов должен соответствовать длительному токунормального режима установки, который обычно не превосходит нескольких десятковампер. Поэтому размеры противоелементов невелики. Число противоэлементовзависит от числа аккумуляторов в батарее. Так, например, при 120 аккумуляторахнеобходимо иметь (120*2,35-230)/2=26 элементов. При нормальном режиме должныбыть включены (120*2,15-230)/2=14 элементов. Остальные могут быть закорочены.При разряде батареи все противоэлементы должны быть закорочены.
Достоинство схемы спротивоэлементами заключается в том, что все аккумуляторы находятся водинаковых условиях; это упрощает наблюдение и уход за ними. Напряжение уприемников всех видов не выходит за допустимые для них пределы. Так жедостоинствами схемы с противоэлементами является отсутствие элементарногокоммутатора, уменьшение износа и увеличение срока службы основныхаккумуляторов. Недостаток схемы заключается в том, что противоэлементы требуютособого помещения (хотя и небольшого) и особого вытяжного канала, чтобыисключит попадание щелочи в аккумуляторы. В настоящее время в связи сприменением аккумуляторов улучшенной конструкции в закрытых сосудах опасностьблизкого соседства кислотных и щелочных элементов значительно уменьшилась.
/>
Рис. 2.4. Схема аккумуляторнойустановки с противоэлементами 1 – сеть аварийного освещения иэлектродвигателей; 2 – сеть питания мощных приводов; 3 – сеть управления.
Список используемойлитературы
1. «Инструкция по эксплуатациищелочных тяговых никель – железных аккумуляторовых батарей типа ТЖН – 300 –500», Минтопэнерго Украины, ОАО «Укрэнергоуголь», Донецкийфилиал, г.Донецк 2007г.
2. Физика, Л.С. Жданов, изд.«Наука», 1987г. .
3. «Электромонтеропиративно-выездной бригады подстанций», А.А. Коптев, изд. «Высшаяшкола», 1988г.
4. Туревский И.С., Соков В.Б., КалининЮ.Н «Электрооборудование автомобилей.»
5. Чижков Ю.П. « Электрооборудованиеавтомобилей». Издательство «Машиностроение» 2003;