На підстанціях для харчування оперативних ланцюгів постійного струму використовуються, як правило, кислотні акумуляторні батареї (стаціонарні і переносні) і в окремих випадках лужні. Стаціонарні акумуляторні батареї складають з окремих акумуляторів, зазвичай з'єднаних послідовно.
Акумулятором називають вторинний хімічний джерело струму, робота якого полягає в накопиченні електричної енергії (заряд) і віддачі цієї енергії споживачу (розряд).
Основними частинами кислотного акумулятора (рис. 1) є свинцеві позитивні 2 і негативні 1 пластини, з'єднувальні свинцеві смуги 5, електроліт, сепаратори 3 і посудину. Як позитивні використовуються свинцеві пластини з великим числом ребер, що збільшує робочу поверхню пластин, як отріцательних- пластини коробчатого типу. Після формування на позитивних пластинах утворюється двоокис свинцю РbO2, а на негативних - губчастий свинець Рb.
Мал. 1. Акумулятори типу СК-24 в дерев'яному посуді: 1 - негативна пластина, 2 - позитивна пластина, 3 - сепаратор, 4 - підпірні скло, 5 - сполучна смуга, 6 - наконечник для відгалуження
Електроліт складається з сірчаної кислоти підвищеної чистоти і дистильованої води. Щільність електроліту стаціонарного зарядженого акумулятора при 25 ° С дорівнює 1,21 г / см3.
Між позитивними і негативними пластинами акумулятора встановлені ізоляційні перегородки - сепаратори, що перешкоджають замикання пластин при їх можливому викривленні і випадання з них активної маси.
Акумулятор характеризується ємністю, ЕРС, зарядним і розрядним струмами. Номінальною ємністю акумулятора (в ампер-годинах) є його ємність при 10-годинному розряді і нормальній температурі (25 ° С) і щільності (1,21 г / см3) електроліту.
На підстанціях переважно застосовують акумуляторні батареї напругою 220 В, зібрані з акумуляторів С, СК, СН.
Акумулятори С (стаціонарні) призначені для розрядів тривалістю від 3 до 10 год і більше. Акумулятори СК (стаціонарні для короткочасних режимів розряду) допускають розряд протягом 1-2 ч. Тому в акумуляторах СК застосовують посилені сполучні смуги між пластинами, розраховані на великий струм.
Судини акумуляторів С і СК - відкриті, для номерів С-16, СК-16 і менше - скляні, а для великих номерів - дерев'яні, викладені зсередини свинцем (або керамічні). Акумулятори типу СН характерні тим, що вони поміщаються в герметичних закритих судинах. Ці акумулятори мають порівняно невелику масу і габарити, їх можна встановлювати в одному приміщенні з іншим електрообладнанням.
Номер акумулятора (після літерного позначення) характеризує його ємність. Ємність в ампер-годинах дорівнює номеру акумулятора, помноженому на одиничну місткість окремого акумулятора до типового номером 1. Для акумуляторів типів С-1 і СК-1 ця ємність дорівнює 36 А-ч, а для типів С-10 і СК-10 - 360 А-ч.
На невеликих підстанціях при відсутності значних поштовхових навантажень і різких коливань в мережі оперативного струму (при включенні вимикачів і т. Д.) Застосовують переносні стартерні акумуляторні батареї невеликої ємності напругою 24 і 48 В. На таких підстанціях батарея зазвичай довго працює в нормальному режимі розряду і через певний час - після втрати нею своєї номінальної ємності (що визначають контрольними вимірами напруги батареї) - замінюється резервної. Іноді застосовують лужні акумулятори, у яких електролітом служить водний розчин їдкого калію з щільністю 1,19-1,21 г / см3.
В позитивних пластинах лужних, акумуляторів активною речовиною служить гідрат окису нікелю, а в негативних - кадмій з домішкою заліза (нікель-кадмієві акумулятори) або тільки залізо (нікель-залізні акумулятори). На підстанціях найчастіше знаходять застосування железонікелевие акумулятори з елементів типів НЖ і ТНЖ.
Свинцеві і лужні акумулятори мають свої переваги і недоліки: свинцеві мають порівняно з лужними вищу розрядна напруга (1,8 2 і 1,1-1,3 В), більш високу віддачу ємності і енергії. Тому при складанні батареї однакового напруги свинцевих акумуляторів потрібно майже вдвічі менше. Особливостями лужних акумуляторів є компактність, герметичність, механічна міцність, малий саморозряд і можливість експлуатації в умовах низьких температур.
Акумуляторні батареї є найбільш надійним джерелом харчування вторинних пристроїв, так як вони забезпечують незалежне (автономне) харчування оперативних ланцюгів при зникненні напруги змінного струму.
В аварійному режимі батареї приймають навантаження всіх електроприймачів постійного струму, забезпечуючи дію релейного захисту та автоматики, а також можливість включення і відключення вимикачів . Гранична тривалість аварійного режиму приймається рівною 0,5 ч для всіх електроприймачів і ланцюгів оперативного постійного струму, а для засобів зв'язку і телемеханіки 1 2 ч. Таким чином забезпечується наявність оперативного струму протягом часу, необхідного для ліквідації аварії (0,5-2 , 0 год).
Застосування акумуляторних батарей обмежена через їх високу вартість і складності експлуатації. Тому вони встановлюються на найбільш великих підстанціях. На підстанціях 500 кВ і вище встановлюють по дві батареї і більше.
В даний час для заряду акумуляторів використовують статичні випрямні пристрої, які називаються зарядними агрегатами. На старих підстанціях поки продовжує експлуатуватися значна кількість двигунів-генераторів.
При експлуатації електрична енергія, накопичена в акумуляторі, безперервно витрачається. Для її поповнення служать подзарядні агрегати, в якості яких також можуть бути використані двигуни-генератори та статичні випрямні пристрої. Потужність Підзарядний агрегатів зазвичай становить 20-25% потужності зарядних агрегатів. У ряді випадків один і той же агрегат може виконувати функції зарядного і підзарядного агрегату.
Двигуни-генератори складаються з приводного асинхронного електродвигуна і генератора постійного струму з паралельним збудженням. Обидві машини встановлюються на одній рамі, а їх вали з'єднуються еластичною муфтою. При заряді акумуляторної батареї напруга генератора зарядного агрегату повинно змінюватися, тому генератор постійного струму вибирають з регулюванням напруги в широких межах шляхом зміни її порушення шунтовим реостатом. Як статичних зарядних і Підзарядний агрегатів широко використовуються кремнієві випрямні пристрої.
На відміну від двигуна-генератора статичні випрямні пристрої дешевше, не мають рухомих частин, більш зручні в обслуговуванні, мають великий термін служби і велику перевантажувальну здатність і тому найбільш поширені.
Розподіл постійного струму, зв'язок зарядних і Підзарядний-зарядних агрегатів з акумуляторною батареєю здійснюється через щити постійного струму (ЩПТ), на яких розміщуються комутаційна апаратура та контрольно-вимірювальні прилади. Для зручності дій чергового персоналу на ЩПТ наносяться мнемонічні схеми постійного струму.
Акумуляторні батареї, ЩПТ, зарядні і підзарядні агрегати, електроприймачі постійного струму пов'язані між собою кабельними лініями, а в окремих випадках шинопроводами. В сукупності вони утворюють схему електричних з'єднань мережі постійного струму.
Розрізняють три основні режими роботи акумуляторних батарей: постійний підзаряд, заряд-розряд і заряд-спокій-розряд.
На підстанціях акумуляторні батареї зазвичай працюють в режимі постійної підзарядки. В цьому випадку підзарядний агрегат, оснащений пристроєм стабілізації напруги (з точністю ± 2%), весь час живить постійно включені електроприймачі мережі оперативного струму (сигнальні лампи, обмотки реле, контакторів), а також заряджає акумуляторну батарею, компенсуючи її саморозряд.
Внаслідок цього акумуляторна батарея весь час повністю заряджена. Короткочасні поштовхи навантаження сприймаються в основному батареєю.
На рис. 2 представлена схема акумуляторної установки підстанції напругою 500 кВ. На підстанції встановлено дві акумуляторні батареї та три Підзарядний-зарядних агрегату, один з яких резервний. Акумуляторні батареї зібрані з кислотних свинцевих акумуляторів типу СК, як зарядно-підзарядні агрегатів використані напівпровідникові випрямні пристрої ВАЗП-380 / 260-40 / 80. Щит постійного струму зібраний з комплектних панелей постійного струму серії ПСН-1200-71.
Мал. 2. Принципова схема акумуляторної установки без додаткових елементів: аб1, АБ2 - акумуляторні батареї, ВУ1, ВУ2, ВНЗ - випрямні пристрої, УМЗ - пристрій миготливого світла, УКН - пристрій контролю рівня напруги, УКІ - контрольний прилад ізоляції, ШУ - шинки управління, ШС - шинки сигналізації, (+) -шінка миготіння, I, II, III, IV - номери секцій, ШП - шини харчування електромагнітів включення вимикачів
Шини щита розділені на дві основні (I і II) і дві допоміжні (III і IV) секції. Електроприймачі живляться від I або II секції, допоміжні секції служать для взаємного резервування джерел живлення: акумуляторних батарей і випрямних зарядно-підзарядні агрегатів.
Підключення електроприймачів і джерел живлення здійснюється за допомогою автоматичних вимикачів серій А3700 і АК-63. Ці вимикачі виконують функції комутаційних апаратів і захищають приєднання ЩПТ від КЗ. Щит обладнаний пристроями миготливого світла УМЗ, контролю ізоляції УКІ і рівня напруги ПКН.
В установках, де для включення потужних електромагнітів масляних вимикачів потрібна підвищена напруга, встановлюють додаткові елементи. Батареї з додатковими елементами складаються з 120, 128, 140 елементів замість 108. У таких випадках схема дещо змінюється.
Щоб запобігти сульфатацію пластин додаткових елементів, між негативним полюсом і відгалуженнями від 108-го елемента включається регульований резистор, за допомогою якого створюється струм розряду, що дорівнює току розряду основних елементів. Таким чином забезпечуються однакові умови роботи основних і додаткових елементів і виключається можливість глибоких зарядів і розрядів, що запобігає сульфатацію і збільшує термін служби акумуляторів. У режимі постійної підзарядки батарея завжди знаходиться в зарядженому стані і готова до харчування споживачів постійним струмом.
У нормальному режимі напруга на кожному включеному елементі батареї повинно бути 2,2 В з допустимим коливанням ± 2%. У тих випадках, коли для харчування вторинних пристроїв необхідний постійний струм різної напруги, використовують переносні акумуляторні батареї і відгалуження від проміжних елементів батареї.
Наприклад, для більшості пристроїв релейного захисту необхідно напруга 220 В, для пристроїв телемеханіки 24, 48 або 60 В, а для живлення потужних електромагнітних приводів масляних вимикачів - напруга до 250 В і вище, щоб при великих токах включення компенсувати падіння напруги в кабелі від батареї до РУ, де встановлені вимикачі.
У деяких установках акумуляторні батареї експлуатують в режимі заряду-розряду. У цьому випадку напруга на затискачах акумуляторів не залишається постійним, а змінюється в порівняно широких межах (для свинцевих батарей при розряді напруга меняетсz від 2 до 1,8-1,75 В, а при заряді від 2,1 до 2,6-2 , 7 В).
Для підтримки стабільного рівня напруги батареї у всіх режимах на збірних шинах щита постійного струму ЩПТ в схемах батарей, що працюють за методом заряд-розряд, передбачається елементний комутатор, службовець для зміни числа акумуляторів, підключених до збірних шин установки або до зарядного агрегату.
Робота акумуляторних установок в режимі заряд - спокій - розряд тут не розглядається, оскільки цей режим на підстанціях не застосовується.
Акумуляторні батареї напругою 24, 36 або 48 В зазвичай складають з декількох переносних батарей, які з'єднують послідовно. У більшості випадків встановлюють два комплекти таких батарей, з яких один є резервним.
