27. Принцип действия свинцово-кислотного аккумулятора

Свинцово-кислотный аккумулятор — это вторичный химический источник тока, который преобразует химическую энергию в электрическую (при разряде) и обратно (при заряде). Широко используется в системах резервного питания, стартерных батареях автомобилей, ИБП и промышленных энергосистемах.

1. Устройство аккумулятора

Электроды:

— Катод (положительная пластина): Диоксид свинца (PbO₂).

— Анод (отрицательная пластина): Чистый свинец (Pb) в виде пористой губчатой структуры.

Электролит: Водный раствор серной кислоты (H₂SO₄) с концентрацией ~30–40%.

Сепаратор: Изолирующий материал (например, стекловолокно), предотвращающий короткое замыкание пластин.

Корпус: Кислотостойкий пластик.

2. Химические реакции

Работа аккумулятора основана на обратимых реакциях между свинцом, диоксидом свинца и серной кислотой.

При разряде (генерация электричества):

На аноде (Pb): Свинец окисляется, отдавая электроны

На катоде (PbO₂): Диоксид свинца восстанавливается, принимая электроны

Суммарная реакция разряда: Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ → 2PbSO₄↓ + 2H₂O

Результат:

— На обеих пластинах образуется сульфат свинца (PbSO₄).

— Концентрация серной кислоты снижается, плотность электролита падает (~1.24 г/см³ → 1.10 г/см³).

— Выделяется вода (H₂O).

При заряде (восстановление энергии):

Реакции протекают в обратном направлении под действием внешнего напряжения.

На аноде (преобразуется в Pb)

На катоде (преобразуется в PbO₂)

Суммарная реакция заряда: 2PbSO₄ + 2H₂O → Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄

Результат:

— Сульфат свинца на пластинах разлагается

— Концентрация серной кислоты повышается.

— Вода расходуется, выделяются кислород и водород (на финальной стадии заряда).

3. Основные параметры

Напряжение элемента:

— Номинальное: 2 В (зависит от состояния заряда).

— Полностью заряженный: ~2.1 В.

— Разряженный: ~1.8 В.

Ёмкость: Указывается в ампер-часах (А·ч). Например, 50 А·ч означает, что аккумулятор может отдавать 5 А в течение 10 часов.

Плотность электролита:

— Заряженный: 1.26–1.28 г/см³.

— Разряженный: 1.10–1.12 г/см³.

28. СХЕМА СЕТИ ОПЕРАТИВНОГО ПОСТОЯННОГО ТОКА

Сеть оперативного постоянного тока (ОПТ) предназначена для бесперебойного питания устройств релейной защиты, автоматики, управления выключателями, сигнализации и связи. Её ключевая особенность — высокая надёжность, обеспечивающая работу оборудования даже при авариях в основной сети

Основные компоненты сети ОПТ

Источники питания:

— Аккумуляторная батарея (АБ): Свинцово-кислотные или Li-ion батареи (напряжение: 110 В, 220 В).

— Зарядное устройство (ЗУ): Поддерживает заряд АБ и питает нагрузку в штатном режиме.

— Резервный источник: Дополнительная АБ или дизель-генератор (для критически важных объектов).

Распределительная система:

— Щит постоянного тока (ЩПТ): Распределяет питание по потребителям через автоматические выключатели (АВ) или предохранители.

— Секционирование: Сеть делится на независимые секции для повышения надёжности.

Потребители:

— Цепи управления выключателями, релейная защита, микропроцессорные терминалы, аварийное освещение, системы телемеханики.

Системы контроля и защиты:

— Реле контроля изоляции (РКИ): Обнаруживает утечки на землю.

— Устройства автоматического ввода резерва (АВР): Переключает нагрузку на резервную АБ при отказе основной.

Типовые схемы построения сети ОПТ

Вариант 1. Радиальная схема

Принцип: Каждый потребитель подключается к ЩПТ отдельной линией.

Преимущества: Высокая надёжность, простота локализации аварий.

Недостатки: Большой расход кабеля.

Применение: На подстанциях с ответственной нагрузкой.

Вариант 2. Магистральная схема

Принцип: Потребители подключаются к общей магистрали через индивидуальные АВ.

Преимущества: Экономия кабеля.

Недостатки: Риск полного отключения при КЗ на магистрали.

Применение: Для второстепенных потребителей

Нормативные требования

ПУЭ (гл. 4.2): Требования к устройству сетей ОПТ, выбору сечения кабелей, защите от КЗ.

ГОСТ Р 50571.5.54: Нормы по заземлению и электробезопасности.