Устройство аккумуляторной батареи и средства повышения её ресурсов

Современный мир динамично меняется, ускоряются преобразования в мировой энергетике – базовой отрасли для любого государства. Появляются новые решения и технологии, меняются ожидания потребителя. На подстанциях используют аккумуляторные батареи для обеспечения стабильности энергообеспечения и исключения последствий аварий [1].

Рассмотрим основное назначение аккумуляторных батарей на подстанциях:

Аккумуляторные батареи являются резервным источником постоянного оперативного тока на ПС 110-330-750 кВ. В аварийных режимах АБ должны обеспечить работу оборудования в течение 1 часа с необходимым уровнем напряжения. В качестве постоянно несущих нагрузку источников постоянного оперативного тока применяются выпрямительные устройства.

При эксплуатации АБ должна быть обеспечена ее длительная надежная работа и необходимый уровень напряжения на шинах постоянного тока в нормальных и аварийных режимах, а также необходимо обеспечить уровень напряжения у потребителей (например: напряжение на соленоидах включения и отключения выключателя). Всех потребителей энергии, получающих питание от АБ, можно разделить на три группы:

1. Постоянно включенная нагрузка: постоянно включенное аварийное освещение, устройства управления, сигнализации и релейной защиты, которые постоянно обтекаются током;
2. Временная нагрузка, появляющаяся при исчезновении переменного тока: аварийное освещение, резервные источники питания связи и т.п. Длительность данной нагрузки определяется длительностью аварии;
3. Кратковременная нагрузка - это нагрузка создаваемая токами включения, отключения приводов коммутационных аппаратов (соленоиды включения выключателей, перепускные клапаны воздушной магистрали), устройств управления, сигнализации, защиты, кратковременно обтекаемых током.

Устройство аккумуляторных батарей

Аккумуляторная батарея состоит из основных и концевых элементов. Основная группа элементов питает постоянно включенную нагрузку, концевые элементы последовательно подключены к основной группе и предназначены для покрытия пиковых кратковременных нагрузок.

Каждый элемент имеет положительные и отрицательные электроды, выполненные в форме пластин. Для предотвращения соприкосновения пластин разной полярности между ними устанавливаются сепараторы. Для фиксации положения электродов между крайними электродами и стенками сосуда установлены винил-пластовые пружины. Пластины помещаются в сосуд, который обладает высокой кислотоустойчивостью и не выделяет в электролит веществ, вредных для аккумуляторов. В качестве электролита применяют раствор серной кислоты.

Для уменьшения выноса электролита пузырьками газа, который выделяется при зарядке аккумулятора, каждый сосуд закрывается покрывным стеклом. Стекло должно быть установлено под наклоном, для того чтобы электролит стекал в АЭ. Электролит, увлекаемый пузырьками газа, оседает на нижней стороне стекла.

Принцип работы АБ

Принцип работы аккумулятора Принцип работы аккумулятора основан на поляризации свинцовых электродов. Под действием постоянного тока зарядного агрегата электролит разлагается на водород и кислород. Продукты разложения вступают в химическую реакцию со свинцовыми электродами [2].

На положительном электроде, т.е. на электроде, присоединенном к плюсу зарядного агрегата, образуется двуокись свинца, а на отрицательном электроде, присоединенном к минусу зарядного агрегата - губчатый свинец.

При заряде сульфат свинца на отрицательном электроде восстанавливается до губчатого свинца, а на положительном электроде превращается в двуокись свинца. При этом образуется серная кислота и расходуется вода. Плотность электролита повышается.

Для повышения эффективности аккумуляторных батарей на подстанциях и в энергосистемах возможно применение следующих методов:

1. Обеспечение эффективной работы в гарантированный срок службы аккумуляторных батарей, путём использования система постоянного контроля состояния аккумуляторов.
2. Повышение срока службы аккумуляторов путём использования технологии измерения полной проводимости аккумуляторных батарей.
3. Создание гибридного накопителя, построенного на комбинации аккумуляторной батареи и батареи суперконденсаторов.

Чаще всего на подстанциях применяются главным образом свинцово-кислотные аккумуляторы типа С (СК) в открытых стеклянных сосудах, а аккумуляторы большей емкости – в деревянных баках, выложенных внутри свинцом.

Таблица

Электрические характеристики аккумуляторов типа С-1 и СК-1

Аккумуляторные батареи бывают нескольких типов (рис.), а соответственно и разной ценовой категории.

Рис. Соотношение стоимости и энергетических параметров для АКБ различных электрохимических систем [3]