Источники энергии постоянного тока

Источники энергии оперативного тока

Для работы систем управления, сигнализации, измерений и защиты, а также электроснабжении особо ответственных рабочих машин и освещения при нарушении нормальной работы установки (в течение времени, необходимого для восстановления нормальной работы) применяют не зависящие от энергосистемы специальные источники энергии, отвечающие требованию высокой надежности. Эти источники принято называть источниками оперативного тока. Соответствующие электрические цепи, питающие названные устройства и механизмы, называют оперативными цепями, а схемы питания — схемами оперативного тока.

В качестве таких источников могут быть использованы аккумуляторные батареи. Они отвечают требованию надежности, поскольку их работа не зависит от режима энергосистемы. Кроме того, они имеют достаточную мощность и стабильное напряжение 220 В. При необходимости переменный ток для рабочих машин может быть получен с помощью инверторов.

На ТЭС обычно предусматривают аккумуляторную батарею на каждый блок или на два блока и еще одну батарею для главного щита управления. На АЭС число аккумуляторных батарей значительно больше. На гидростанциях в зависимости от установленной мощности ограничиваются одной или двумя батареями. На мощных подстанциях также предусматривают аккумуляторные батареи.

Установка постоянного тока (рис. 17.1) состоит из аккумуляторной батареи (GB), зарядного устройства, присоединенного к трехфазной сети собственных нужд 380 В, распределительного щита с коммутационными аппаратами (SF – автоматический выключатель на выходе зарядного устройства, S – рубильники, F - предохранители) и измерительными приборами (V - вольтметрына выходе зарядного устройства и на сборных шинах оперативных цепей, A –амперметры с шунтами в цепи зарядного устройства и аккумуляторной батареи ).

Рис. 17.1 Схема питания оперативных цепей

К сборным шинам постоянного тока присоединяют приемники энергии оперативных цепей. Чтобы обеспечить достаточную надежность электроснабжения этих цепей, выделяют сети: 1) мощных электромагнитов включения приводов выключателей, 2) управления, 3) релейной защиты и автоматики, 4) сигнализации, 5) измерений. Каждая сеть получает энергию по двум линиям, защищенным автоматическими выключателями.

К сборным шинам щита постоянного тока присоединяют устройства контроля за состоянием изоляции сетей. Понижение сопротивления изоляции, вплоть до замыкания на землю, может привести к неприятным последствиям, так как в разветвленной сети всегда могут появиться второе замыкание и соответствующие параллельные цепи через землю. Контакты какого-либо ключа управления или реле могут оказаться шунтированными, что вызовет ложное отключение или включение выключателя. Устройство контроля изоляции позволяет измерять сопротивление изоляции сети и при опасном снижении ее на одном из полюсов (до 15 — 20 кОм) приводит в действие световую и звуковую предупреждающую сигнализацию.

Устройство контроля изоляции (рис. 17.2) построено по схеме моста. Плечами моста служат два резистора с одинаковым сопротивлением R1 и R2 и сопротивления изоляции полюсов сети R3 и R4. К одной диагонали моста приложено напряжение аккумуляторной батареи, а в другую диагональ включены гальванометр G и реле LH. При равенстве сопротивлений изоляции полюсов напряжение и ток в диагонали равны нулю. Если сопротивление изоляции одного из полюсов понижается, в диагонали появляется ток, направленный в одну или другую сторону, в зависимости от того, на каком полюсе произошло понижение сопротивления изоляции. Подбирая соответствующим образом сопротивления RI и R2 и чувствительность реле, можно обеспечить срабатывание реле при аварийном состоянии изоляции одного из полюсов. По шкале гальванометра (G), градуированной в Омах, определяют сопротивление изоляции поврежденного полюса.

Рис. 17.2 Мостовая схема контроля изоляции сети постоянного тока

В качестве аккумуляторных батарей используют батареи, набранные из свинцово-кислотных аккумуляторов. Для обеспечения необходимого напряжения батареи (220 В) аккумуляторы соединяют последовательно, а для обеспечения необходимой емкости батареи цепочки из последовательно соединенных аккумуляторов соединяют параллельно.

Свинцово-кислотный аккумулятор состоит из следующих основных частей: положительных и отрицательных пластин, сепараторов, сосуда и электролита. Активными веществами, участвующими в электрохимических реакциях, являются перекись свинца РЬ0₂ на положительных пластинах, губчатый свинец Рb на отрицательных пластинах и раствор серной кислоты в воде. При разряде на пластинах образуется сульфат свинца PbSO₄ и снижается концентрация серной кислоты в растворе, а при заряде происходит восстановление Рb0₂ и Рb на пластинах и повышается концентрация серной кислоты. Это отражается уравнением (17.1), где стрелка, указывающая направо, соответствует процессу разряда, а налево – процессу заряда.

(17.1)

При нормальной работе станции батарея находится в состоянии подзаряда с напряжением 2,20 В на элемент. Нагрузка сети постоянного тока обеспечивается из сети переменного тока 380/220 В через зарядное устройство.

При потере переменного тока в системе СН станции аккумуляторная батарея вступает в работу и принимает на себя нагрузку сети оперативного питания. При разряде батареи напряжение ее постепенно понижается и в конце аварийного перерыва достигает 1,75 В на элемент.

После ликвидации аварийного состояния батарея должна быть заряжена. Зарядное устройство, присоединенное к сети СН станции, принимает на себя зарядный ток и нагрузку сети. Напряжение батареи повышается до 2,33 В на элемент.

Таким образом, напряжение батареи изменяется в пределах от 2,2 В на элемент в нормальных условиях до 1,75 В при разряде и до 2,33 В при заряде.

17.2 Источники энергии переменного тока. На маломощных подстанциях аккумуляторные батареи, как правило, отсутствуют. В этих условиях необходимую для вспомогательных цепей энергию отбирают от сети энергосистемы через промежуточные устройства, обеспечивающие достаточную надежность. Постоянный ток при этом может быть получен за счет применения выпрямителей.

Для отбора мощности используют трансформаторы СН, измерительные трансформаторы тока и напряжения. Полученный переменный ток используют непосредственно или выпрямляют с помощью полупроводниковых выпрямителей, в частности для заряда конденсаторов.

Использование измерительных трансформаторов тока. В нормальном режиме мощность, отдаваемая трансформатором тока, не превышает нескольких десятков вольт-ампер. При КЗ она возрастает пропорционально квадрату тока. Поэтому трансформаторы можно использовать только для энергоснабжения вспомогательных цепей токовых релейных защит, работа которых связана с резким увеличением тока в защищаемой цепи.

Рис. 17.3 Схема использования ТТ для питания

вспомогательных цепей максимальной токовой защиты.

На рис. 17.3 в качестве примера приведена однолинейная схема максимальной токовой защиты с ограниченно зависимой выдержкой времени с использованием трансформатора тока ТА для вспомогательной цени защиты. Применяемые в этом случае реле КА имеют усиленные замыкающие и размыкающие контакты 2 и 1. В нормальном режиме нагрузкой трансформатора тока является только небольшое сопротивление обмотки реле. При КЗ в защищаемой ветви реле срабатывает и подключает последовательно к себе обмотку электромагнита отключения YAT выключателя Q. Выключатель отключается, разрывая цепь КЗ.

Использование измерительных трансформаторов напряжения. Трансформаторы напряжения могут быть использованы для снабжения энергией цепей управления и контроля, которые работают при нормальных, а также анормальных режимах, не сопровождающихся значительным понижением напряжения. Сюда относятся сигнальные цепи защит от перегрузки, защит от однофазных замыканий в незаземленных сетях, устройств автоматического ввода резерва и др.

На рис. 17.4 в качестве примера приведена схема токовой защиты нулевой последовательности линии в незаземленной сети. Для цепей токового реле КА, подключенного к трансформатору тока нулевой последовательности ТА, использовано линейное напряжение трансформатора напряжения ТV. При замыкании на землю в любой точке сети междуфазные напряжения не изменяются и реле срабатывает.

Рис. 17.4 Схема использования ТН для питания защиты

от однофазных замыканий на землю

Использование предварительно заряженных конденсаторов. Для надежного действия механизма отключения привода выключателя следует подвести к электромагниту отключения в течение времени его срабатывания необходимую энергию. Время срабатывания измеряется сотыми долями секунды, поэтому достаточен кратковременный импульс, который легко получить от конденсатора соответствующей мощности.

Условия надежной работы электромагнита отключения можно записать следующим образом:

(СU²/2)10^-6=K_запW и t_имп≥t,

где С — емкость конденсатора, мкФ; U — напряжение на его обкладках, В; К_зап — коэффициент запаса; W— энергия срабатывания электромагнита, Вт • с; t_имп - время первого импульса разряда, равное половине периода собственных колебаний контура разряда; t — время срабатывания привода.

Предварительный заряд конденсаторов производят в условиях нормального режима обслуживаемой цепи, поэтому для этой цели могут быть использованы трансформаторы напряжения, присоединенные к цепи или к сборным шинам установки. Во время заряда к обкладкам конденсатора подводят возможно более высокое напряжение, чтобы получить нужную энергию при меньшей емкости конденсатора. Обычно напряжение заряда составляет 400 В.

Дата добавления: 2014-12-16