Билет 16

1. Автономные источники тока

Автономные источники тока СКЗ применяют в тех случаях, когда поблизости нет источников электроэнергии переменного тока ЛЭП напряжением 0,22; 0,4; 6 и 10 кВ, к которым можно было бы подключить СКЗ с выпрямителем. В качестве автономных источников тока СКЗ при­меняют электрогенераторы, приводимые в действие от источников меха­нической или тепловой энергии: ветроэлектрогенераторы, электрогенера­торы с двигателем внутреннего сгорания, термоэлектрогенераторы, а так­же аккумуляторы.

Ветроэлектрогенераторы не требуют расхода топлива, но из-за непостоянства скорости ветра использование их на газопроводах ограничено. Применяют блочную установку АПЭС-3,5, состоящую из трех газовых двигатель-генераторных агрегатов 2Э-4РГ. Резервные агрегаты включа­ются автоматически при выходе из строя рабочего агрегата. Номинальная мощность генератора 3,5 кВт, напряжение 230 В. Так как генератор вы­рабатывает переменный ток, применяют выпрямители – сетевые катодные станции.

На труднодоступных участках трассы газопроводов применяют автома­тизированные электростанции с термоэлектрогенераторами АЭС ТЭГ УГМ80М на газовом топливе. Мощность термоэлектрогенератора УГМ80М – 80 Вт, напряжение – 24 В. В зависимости от требуемой мощно­сти электростанции параллельно устанавливают 4 – 16 термоэлектрогене­раторов. Термоэлектро-генератор (Рис. 46) – полупроводниковый преобразователь тепловой энергии в электрическую. В нижнюю часть генератора подается топливный газ с давлением 3,92 ∙ 10⁴ Па, который затем посту­пает в эжекционную газовую горелку инфракрасного излучения. В камеру сгорания поступает также воздух. Полупроводниковые термоэлементы, прижатые к горячему теплопроводу (горячий спай), нагреваются до 350° С. Отвод тепла от холодного спая (20° С) термоэлементов осу­ществляется при помощи пластинчатых радиаторов за счет естественной конвекции. Продукты сгорания уходят через тяговую трубу и дефлектор. Для контроля параметров генератора предназначены приборы, установ­ленные на панелях. Генератор имеет защиту от короткого замыкания в сети нагрузки и нарушения процесса горения. В связи с наметившейся тенденцией повышения мощности термоэлектрогенераторы являются перспективными источниками тока катодной защиты магистральных газопроводов.

Рис. 46. Схема устройства термоэлектрогенератора: 1 – штуцер; 2 – запорный газовый вентиль; 3 – клеммы подключения нагрузки; 4 – тумблер; 5 – ампер­метр; 6 – вольтметр; 7 – радиатор; 5 – тяговая труба; 9 – дефлектор; 10 – горловина теплопровода; 11 – смотровой лючок; 12 – термоэлект­рический модуль; 13 – теплопровод; 14 – корпус; 15 – газогорелочное уст­ройство; 16 – милливольтметр; 17 – манометр; 18 – воздушная заслонка; 19 – кнопка блокирования электромагнитного клапана

Аккумуляторы – электрохимический источник тока, который при пропускании через него постоянного тока способен накапливать электрическую энергию и при необходимости отдавать ее во внешнюю цепь. Пропу­скание тока от постороннего источника постоянного тока через аккуму­лятор (катод соединен с отрицательным полюсом источника, анод – с по­ложительным) называется зарядом аккумулятора и сопровождается пре­вращением электрической энергии в химическую. Аккумулятор стано­вится источником электрической энергии. При разряде аккумулятора на какой-либо приемник электрической энергии происходит обратное превращение химической энергии в электрическую. Аккумуляторы обладают качеством многократного заряда и отдачи энергии. В зави­симости от рода электролита их подразделяют на кислотные и щелочные.

Кислотный аккумулятор состоит из двух групп пластин (электродов), выполненных в виде решетки, которые покрыты активными массами (Рис. 47). Активной массой положительного электрода (анода) служит перекись свинца РbО₂, а отрицательного (катода) – чистый (губчатый) свинец Рb. В качестве электролита используют 25 – 34 %-ный водный раствор серной кислоты H₂SO₄. Для того чтобы увеличить емкость, в аккумулятор устанавливают несколько положительных и отрицатель­ных пластин. Пластины одной группы (положительные) располагают между пластинами другой группы (отрицательной). Одноименные плас­тины соединяют между собой параллельно, а к ним приваривают вывод­ные штыри. Для того чтобы избежать короткого замыкания, между разноименными пластинами вставляют сепараторы – тонкие пластины из пористого материала с высоким электрическим сопротивлением. Пластины устанавливают в аккумуляторном сосуде так, чтобы между их нижней частью и дном сосуда имелось некоторое свободное пространство, в котором скапливается свинцовый осадок (шлам), образующийся вслед­ствие отпадания отработавшей активной массы пластин в процессе экс­плуатации. Сверху аккумулятор имеет пробку для заливки электролита.

При разряде в результате химических реакций образуется сернокислый свинец, который осаждается на поверхности обоих электродов. Одновре­менно образуется некоторое количество воды, поэтому концентрация серной кислоты понижается, т.е. плотность электролита уменьшается.

Рис. 47. Схема соединения пластин аккумулятора: 1 – отрицательная пластина; 2 – сепаратор; 3 – положительная пластина.

Теоретически аккумулятор может разряжаться до полного превраще­ния активных масс электродов в сернокислый свинец. Однако практиче­ски разряд прекращают гораздо раньше. Получающийся при разряде сернокислый свинец представляет собой соль белого цвета, плохо раство­ряющуюся в электролите и обладающую низкой электропроводностью. Чтобы не испортить аккумулятор, разряд ведут не до конца, а только до того момента, когда напряжение аккумулятора снижается до 1,7 – 1,8 В (э.д.с. заряженного аккумулятора около 2,2 В). При этом образовавшийся; сернокислый свинец в виде мельчайших кристалликов равномерно распределяется в оставшейся активной массе, которая сохра­няет еще достаточную электропроводность.

При заряде напряжение аккумулятора быстро поднимается до 2,2 В, а затем медленно повышается до 2,4 В. При этом начинают выделяться пузырьки газа, образующегося в результате разложения воды на водород и кислород. При повышении напряжения до 2,6 – 2,7 В аккумулятор начи­нает «кипеть». Это служит одним из признаков окончания заряда. После отключения аккумулятора от источника зарядного тока напряжение его быстро снижается до 2,2 В. В неработающих аккумуляторах происходит саморазряд (они теряют примерно 1 – 2 % своей емкости в сутки), поэто­му такие аккумуляторы необходимо периодически подзаряжать. Загряз­ненные электролит, крышки аккумуляторов, их зажимы и межэлемент­ные соединения повышают саморазряд.

Емкостью аккумулятора называют количество электричества (в ампер-часах), которое может дать полностью заряженный аккумулятор при раз­ряде его до допустимого напряжения. Если, например, в паспорте аккуму­лятора указана емкость 60 А _∙ ч, а разрядный ток равен 15 А, то аккуму­лятор можно разряжать таким током в течение 60:15 = 4 ч. Емкость ак­кумулятора зависит от количества активной массы пластин и электролита.

В щелочных аккумуляторах активная масса положительного электрода состоит из гидрата окиси никеля Ni(OH)₃, отрицательного электрода – из губчатого железа Fe (никель-железные аккумуляторы типа НЖ) или из смеси губчатого кадмия Cd и губчатого железа Fe (никель-кадмие­вые аккумуляторы типа НК). Электролитом служит 20 %-ный раствор едкого калия с примесью едкого лития.

Полностью заряженный щелочной аккумулятор имеет э.д.с., прибли-зительно равную 1,5 В. Из-за большого внутреннего сопротивления его на­пряжение при разряде значительно меньше, а при заряде значительно больше этой величины. При разряде напряжение аккумулятора довольно быстро падает до 1,3 В, а затем медленно уменьшается до 1 В. В этот момент разряд следует прекратить. При заряде напряжение быстро подни­мается до 1,7 В и далее медленно повышается до 1,8 В. Заряд щелочного аккумулятора ведут до тех пор, пока ему не будет сообщено требуемое количество ампер-часов (согласно паспортным данным). Выделение газа не является признаком конца заряда, однако при бурном газовыделе­нии необходимо уменьшить величину зарядного тока_; Щелочные аккуму­ляторы имеют ряд преимуществ перед кислотными. Они обладают боль­шой механической прочностью (корпус металлический), малочувстви­тельны к толчкам и сотрясениям, имеют меньшую массу и требуют значи­тельно меньшего ухода. Благодаря большому внутреннему сопротивле­нию эти аккумуляторы менее чувствительны к коротким замыканиям и имеют малый саморазряд. Однако у них меньшие напряжение и к.п.д., чем у кислотных аккумуляторов.