Заземление оборудования электроустановок и меры защиты
Под уравнения потенциалов понимают электрические соединения проводящих частей для достижения
Трансформаторные подстанции. Резервирование источников электроснабжения. Устройства авр.
Трансформаторные подстанции - электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электрической энергии, состоящая из трансформаторов или других преобразователей электрической энергии, устройств управления, распределительных и вспомогательных устройств.
Они нужны для приема высокого напряжения и преобразование его в низкое 380/220В, защита оборудования подстанции и распределению электроэнергии. Высоковольтные предохранители предназначаются для защиты от коротких замыканий и перегрузок силовых цепей. Резервирование источников электроснабжения - систему из одного или нескольких вспомогательных источников электричества, в качестве которых может использоваться и дополнительный ввод центральной сети. АВР (устройство автоматического включения резерва) – это включение автоматическим устройством резервного оборудования взамен отключившегося основного.
Электростанции с двигателем внутреннего сгорания.
Электрогенераторная установка, состоящая из электроагрегата с двигателем внутреннего сгорания, или из двигателя-генератора, устройств управления и распределения электрической энергии и оборудования, необходимого для обеспечения ее автономной работы.
В состав дизель-генераторной установки входят дизельные двигатели с системами охлаждения и запуска, синхронные генераторы, устройства контроля и автоматики, устройства отбора и распределения электроэнергии и АВР, а также топливная система с необходимыми емкостями.
Режимы работы установки зависят от степени автоматизации устройств управления. На предприятиях связи в основном применяются установки с так называемой третьей степенью автоматизации, при которой автоматически обеспечивается поддержание частоты вращения, температуры охлаждающей жидкости, остановка с выдачей сигнала при повышении допустимой температуры и скорости вращения, снижении давления масла, пуск двигателя с выполнением необходимых предпусковых работ, прием нагрузки, пополнение расходных емкостей, управление работой вентиляции и отопления помещения электростанции.
Преобразователи различных видов энергии в электрическую энергию.
Термоэлектрические генераторы – это техническое устройство, предназначенное для прямого преобразования тепловой энергии в электричество посредством использования в его конструкции термоэлементов (термоэлектрических материалов).
Электрогенераторы с фотоэлементами – устройство, непосредственно преобразующее энергию оптического излучения в электрическую на основе явления фотоэффекта внутреннего в полупроводниках.
Для электроснабжения предприятий связи, расположенных в районах с большим числом солнечных дней, где отсутствуют электрические сети общего пользования целесообразно применение автономных установок на базе солнечных электрогенераторов (СЭ)
Электростанция с применением паротурбогенераторов – это cинхронный генератор, присоединенный к паровой или газовой турбине.
Основные типы аккумуляторов и их характеристики.
Устройство и принцип действия кислотных аккумуляторов. Виды кислотных аккумуляторов. Преимущества и недостатки.
Принцип действия
Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на
электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты.
При подключении к электродам аккумулятора внешней нагрузки начинается электрохимическая реакция взаимодействия оксида свинца и серной кислоты, при этом металлический свинец окисляется до сульфата свинца (в классическом варианте аккумулятора). Проведённые в СССР исследования показали, что при разряде аккумулятора протекает как минимум ~60 различных реакций, порядка 20 из которых протекают без участия кислоты электролита[4].
Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде[4][5] и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции. При перезаряде аккумулятора, после исчерпания сульфата свинца, начинается электролиз воды, при этом на аноде (положительный электрод) выделяется кислород, а на катоде — водород.
Электрохимические реакции (слева направо — при разряде, справа налево — при заряде):
Реакции на анод (разряд):
{\displaystyle
{\ce {PbO2 + SO4^{2-}\ + 4 H^{+}\ + 2 e^- -> PbSO4 + 2 H2O}}}
.
Реакции на катод (разряд):
{\displaystyle {\ce {Pb + SO4^{2-}\ - 2 e^{-}-> PbSO4}}} .
При разомкнутой внешней цепи на аноде накапливаются свободные электроны, которые притягивают из электролита ионы {\displaystyle {\ce {H+}}} . В тонком слое вблизи анода формируется электрическое поле, которое препятствует доступу ионов {\displaystyle {\ce {SO4^2-}}} к электроду. По мере накопления отрицательного заряда разность потенциалов на таком тонком слое растёт, доступ отрицательных ионов к аноду замедляется, устанавливается равновесие, и заряд прекращает накапливаться на аноде. Аналогичная ситуация происходит на катоде: положительный заряд катода притягивает ионы {\displaystyle {\ce {SO4^2-}}} , оттесняя ионы {\displaystyle {\ce {H+}}} , реакция замедляется. При замыкании внешней цепи электроны анода перетекают на катод и нейтрализуют положительный заряд на нём, что способствует возобновлению химических реакций на электродах.
При разряде аккумулятора из электролита расходуется серная кислота и выделяется относительно более лёгкая вода, плотность электролита падает. При заряде происходит обратный процесс. В конце заряда, когда количество сульфата свинца на электродах снижается ниже некоторого критического значения, начинает преобладать процесс электролиза воды. Газообразные водород и кислород выделяются из электролита в виде пузырьков — так называемое «кипение» при перезаряде. Это нежелательное явление, при заряде его следует по возможности избегать, так как при этом вода необратимо расходуется, нарастает плотность электролита и есть риск взрыва образующихся газов. Поэтому большинство зарядных устройств снижает зарядный ток при повышении напряжения аккумулятора. Потери воды восполняют доливкой в аккумуляторы дистиллированной воды при обслуживании аккумуляторной батареи (некоторые автомобильные батареи не имеют открывающихся/отвинчивающихся пробок).
Устройство
Элемент свинцово-кислотного аккумулятора состоит из электродов и разделительных пористых пластин, изготовленных из материала, не взаимодействующего с кислотой, препятствующих замыканию электродов (сепараторов), которые погружены в электролит. Электроды представляют собой плоские решётки из металлического свинца. В ячейки этих решёток запрессованы порошки диоксида свинца ({\displaystyle {\ce {PbO2}}} ) — в анодных пластинах и металлического свинца — в катодных пластинах (здесь анодом при заряде аккумулятора считается положительный его электрод, ибо при разряде аккумулятора — он становится катодом, — как электрод к которому направлено движение электронов во внешней цепи). Применение порошков увеличивает поверхность раздела электролит — твердое вещество, тем самым увеличивает электрическую ёмкость аккумулятора.
Электроды вместе с сепараторами погружены в электролит, представляющий собой водный раствор серной кислоты. Для приготовления раствора кислоты применяют дистиллированную воду.
Электрическая проводимость электролита зависит от концентрации серной кислоты и при комнатной температуре максимальна при массовой доле кислоты 35 %[7], что соответствует плотности электролита 1,26 г/см³. Чем больше проводимость электролита, тем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора, и, соответственно, ниже потери энергии на нём. Однако, на практике в районах с холодным климатом применяются и более высокие концентрации серной кислоты, до 1,29−1,31 г/см³, это связано с тем, что при снижении концентрации из-за разряда электролит может замёрзнуть, а при замерзании образуется лёд, который может разорвать банки аккумулятора и повреждает губчатый материал пластин.
Существуют экспериментальные разработки аккумуляторов, где свинцовые решетки заменяют пластинами из переплетённых нитей углеродного волокна, покрытых тонкой свинцовой плёнкой. При этом используется меньшее количество свинца, распределённого по большой площади, что позволяет изготовить аккумулятор не только компактным и лёгким, при прочих равных параметрах, но и значительно более эффективным — помимо большего КПД, заряжается значительно быстрее традиционных аккумуляторов[8].
В аккумуляторах, применяемых в бытовых ИБП, систем охранной сигнализации и др. жидкий электролит загущают водным щелочным раствором силикатов натрия ({\displaystyle {\ce {Na2SiO4}}} ) до пастообразного состояния. Это так называемые гелевые аккумуляторы (GEL), имеющие длительный ресурс. Другой вариант исполнения − с пористыми сепараторами из стеклоткани (AGM), допускающими более жёсткие режимы заряда[9].
Электрические и эксплуатационные параметры
Удельная предельная теоретическая энергоёмкость около 133 Вт·ч/кг.
Удельная энергоёмкость: 25—40 Вт·ч/кг[10].
ЭДС одного заряжённого аккумулятора 2,11—2,17 В, рабочее напряжение 2,1 В (3 или 6 аккумуляторов в итоге дают в батарее стандартные 6,3 В или 12,6 В соответственно)[4].
Напряжение полностью разряженного аккумулятора 1,75—1,8 В. Ниже разряжать их нельзя[4].
Рабочая температура: от −40 °C до +40 °C.
КПД около 80—90 % (по току заряда-разряда). КПД по энергии 70—80 %[10].
Преимущества и недостатки
У всего есть плюсы и минусы и свинцово-кислотные аккумуляторы не являются исключением. Важно понимать, что ряд преимуществ (или недостатков) обусловлены особенностью конструкции и их видно только тогда, когда сравнивать с другими типами, которые используются совсем для других целей.
Недостатки
Не должны храниться в разряженном состоянии;
Большой вес и размер;
Чувствительность к отрицательным температурам;
Энергоемкость низкая (если брать соотношение с весом);
Экологически опасны (из-за соединений свинца);
Ограниченное количество циклов разряда.
Преимущества
Старая технология, которая проверенна временем. Даже и сегодня здесь придумывают некоторые улучшения;
Очень низкий саморазряд, в этом смысле свинцовые аккумуляторы относятся к лидерам;
Требуют минимального обслуживания;
Нет эффекта памяти;
Могут производить большую токоотдачу в случае необходимости;
Просты в производстве и, как следствие, дешевые.