Н аиболее предпочтительными типами аккумуляторных батарей (АБ), для использования на объектах энергетики являются свинцово-кислотные АБ закрытого типа с жидким электролитом.

Обзор типов аккумуляторных батарей

В зависимости от конструкции положительного электрода различают АБ следующих типов:
OGi, OSP, VARTA BLOCK − c намазным положительным электродом.
Д анный тип батарей имеет наиболее широкое применение в конструкциях стационарных свинцовых аккумуляторов.
В качестве положительного электрода(токоотвода) используется стержневая решетчатая пластина из свинцового сплава с низким содержанием сурьмы.
В решетку закладывается электродная паста, которая получается путем смешивания свинцового порошка и серной кислоты.
С рок службы батарей данного типа составляет 15-20лет.
П рименяются при смешанном виде нагрузок - циклических и толчковых.

OpzS, OCSM − c панцирным (трубчатым) положительным электродом.
Э лектрод изготавливается в виде стержня с ответвлениями.
Н а стержень надевается перфорированный чехол из кислостойкого диэлектрика, имеющий набивку активной массы(электродная паста) положительного электрода.
Ч ехол обеспечивает контакт активной массы с токоотводом и предотвращает ее унос с поверхности электрода.
С рок службы батарей данного типа составляет 20лет.
П рименяются при циклическом виде нагрузок

GroE − c поверхностным положительным электродом (PLANTE).
И меют наиболее низкое внутреннее сопротивление из всех рассмотренных типов.
И х электроды изготавливаются из рафинированного свинца и представляют собой ламель с весьма высокой эффективной поверхностью.
Н изкое внутреннее сопротивление аккумуляторов GroE обуславливает стабильный уровень напряжение разряда, особенно при больших токах нагрузки.
С рок службы батарей данного типа составляет 25лет.
П рименяются при высоком уровне толчковых нагрузок.

О трицательные электроды у всех аккумуляторов изготавливаются по намазной технологии.

Н а менее ответственных объектах зачастую применяют свинцово-кислотные АБ герметизированного типа по технологии типа AGM, еще их называют необслуживаемые АБ.

Т ехнология типа AGM - аккумуляторы с жидким электролитом, впитанным в стекловолоконный сепаратор.
С епаратор пропитан растовором не полностью, свободый объем используется для рекомбинации газов, поэтому аккумулятор не требует долива воды на протяжении своего срока службы.
П оложительные и отрицательные пластины батарей AGM - намазного типа.

Нагрузки систем постоянного тока энергетических объектов

Н агрузки системы постоянного тока можно разделить на следующие виды:

- соответствует току, потребляемому с шин системы постоянного тока в нормальном режиме и остается неизменной в течении всего аварийного режима.
В нормальном режиме постоянную нагрузку принимают на себя зарядно-подзарядные устройства.
К постоянной нагрузке относятся - устройства управления, блокировки, сигнализации и релейной защиты, постоянно включенная часть аварийного освещения.

- соответствует току потребителей, подключенных к аккумуляторной батарее при исчезновении переменного тока и характеризует установившийся аварийный режим;
К временной нагрузке относится - аварийное освещение, электродвигатели аварийных маслонасосов системы смазки, уплотнения и регулирования, преобразовательный агрегат связи.

- длительностью несколько секунд, она характеризуется потребляемым от аккумуляторной батареи током в переходном аварийном режиме.
К кратковременной нагрузке относится - пуск электродвигателей, включение и отключение приводов выключателей.

Д лительность аварийного режима(исчезновения переменного тока) принимается согласно заданию на проектирование.

П ри отсутствии в задании принимается равным:
-для тепловых электростанций входящих в систему - 30мин;
-для изолированных электростанций - 1 час;
-для электрических подстанций - 2 часа.

Расчет и выбор аккумуляторной батареи для электростанций

Н а электростанциях, как правило, устанавливается несколько аккумуляторных батарей.

К оличество зависит от мощности турбоагрегатов и типа тепловой схемы.

Н а ТЭЦ с поперечными связями в тепловой части мощностью до 200 МВт устанавливается одна аккумуляторная батарея, а при мощности более 200 МВт - две одинаковой емкости.

Н а ТЭЦ с блочными тепловыми схемами выдачи мощности, для каждого из двух блоков, обслуживаемых с одного блочного щита, предусматривается установка, как правило, одной аккумуляторная батареи.

Д ля блоков мощностью 300 МВт и выше в тех случаях, когда применение одной батареи на два блока невозможно по условиям выбора коммутационной аппаратуры постоянного тока, допускается установка отдельной батареи для каждого блока.

Д ля примера рассмотрим выбор аккумуляторной батареи для блочной ТЭЦ с блоками мощностью 300МВт.

Р асчет производим для АБ одного из блоков ТЭЦ.

И сходные данные по нагрузкам системы постоянного тока в аварийном режиме: - 50А;
-преобразовательный агрегат связи №1 - 35А, пусковой ток - 175А;
-преобразовательный агрегат связи №2 - 25А, пусковой ток - 150А;
-аварийное освещение - 100А;
-маслонасос системы уплотнения №1 - 30А, пусковой ток - 90А;
-маслонасос системы уплотнения №2 - 115А, пусковой ток - 345А;
-маслонасос системы смазки №1 - 65А, пусковой ток - 195А;
-маслонасос системы смазки №2 - 65А, пусквой ток - 195А;
- пусковой ток 400А.

-время разряда - 30мин;
- 485А;
-максимальный пиковый ток - 400А;
- 885А.

Н апряжение на шинах щита постоянного тока(ЩПТ) в режиме эксплуатации должно поддерживаться на 5% выше номинального, т.е. 220*0,05+220=231В.

О бычно на электростанциях принимают на 1-2 элемента больше, т.е 105-106 элементов.

Д анное увеличение требуется для компенсации падения напряжения в кабельных линиях и с учетом необходимости поддержания нормативного уровня напряжения у нагрузок, особенно с большими пусковыми токами.
О кончательное количество элементов определяется расчетами падения напряжения в сети постоянного тока.

Применение элементного коммутатора

Э лементный коммутатор - устройство для безобрывного переключения элементов АБ в аварийном режиме для поддержания требуемого уровня напряжения на шинах ЩПТ, и в ремиме дозаряда АБ.
В аварийном режиме при постепенном разряде АБ и снижении напряжения количество элементов добавляется посредством переключения разрядной щетки в сторону увеличения количества подключенных элементов.
В режиме дозаряда, когда на каждый элемент АБ необходимо подать повышенное напряжение, количество элементов АБ с помощью зарядной щетки переключается в сторону уменьшения, для поддержания на шинах ЩПТ заданного уровня напряжения.
О бщее количество элементов при использовании элементного коммутатора обычно принимают 130, чтобы в конце аварийного режима при напряжении на элементе АБ равном 1,8 В/эл напряжение на АБ сставило 1,8х130= 234В.

Применение устройства стабилизации напряжения постоянного тока

У стройства данного типа, например УТСП, представляет собой транзисторный преобразователь постоянного напряжения в постоянное повышенного уровня.
В аварийном режиме при постепенном разряде АБ, напряжение на выходе устройства поддерживается постоянным на уровне заданного.

В ыбор емкости аккумуляторной батареи производится в следующем порядке:

1.Определяется установившийся ток в конце аварийного режима с учетом снижения емкости АБ по выражению

I уст1 = Iуст/(0,8хKt);

г де Iуст, А - установившийся ток аварийного режима;
0 ,8 - коэффициент емкости аккумуляторной батареи (в конце срока службы емкость составит 80%);
K t - температурный коэффициент, зависящий от минимально возможной температуры в помещении.

Д ля нашего примера получаем Iуст1 = 485/(0,8х1)=606,3 А.

2.Определяется эквивалентное время нагрузки с учетом броска тока в конце аварийного режима по выражению

T 1=(Iуст1хTавар)/Iт1;

г де Тавар, мин - продолжительность аварийного режима;

I т1=Iт/0,8 А - максимальный толчковый ток в конце аварийного режима с учетом установившегося и учетом снижения емкости батареи к концу срока службы;
г де Iт, А - максимальный толчковый ток в конце аварийного режима с учетом установившегося;
0 ,8 - коэффициент емкости аккумуляторной батареи;

Э квивалентное время T1=(606,3х30)/1106,3=16,4мин;

I т1=Iт/0,8 А=885/0,8=1106,3А

Д алее необходимо взять разрядные характеристики предварительно выбранных типов батарей и посмотреть какой емкости нужно взять батарею, чтобы она выдержала ток 1106,3 А в течение 16,4 мин при напряжении 1,8 В/эл.
Н апример это батареи 13 GROE 1300 или 22 OGI 1600 LA.

Расчет и выбор аккумуляторной батареи для подстанций

Н а подстанциях обычно устанавливают одну или две аккумуляторные батареи.
Д ля подстанций с высшим напряжением 220-750кВ и ПС 110кВ с более чем тремя выключателями в распределительном устройстве высшего напряжения устанавливаются две аккумуляторные батареи.
Д ля подстанций напряжением 35кВ и подстанций 110кВ с тремя и менее выключателями в распределительном устройстве высшего напряжения устанавливается одна аккумуляторная батарея.
К аждая АБ выбирается с учетом полной нагрузки постоянного тока на подстанции.
Д ля примера рассмотрим выбор аккумуляторной батареи для ПС 110кВ.

И сходные данные по нагрузкам системы постоянного тока в аварийном режиме: - 10А;
-аварийное освещение - 20А;
-привод выключателя ОРУ-110кВ - пусковой ток 100А.

С оставим график аварийного режима

И тоговые показатели графика аварийного режима:
-время разряда - 180мин;
-установившийся ток аварийного разряда - 30А;
-максимальный пиковый ток - 100А;
-максимальный пиковый ток с учетом установившегося - 130А.

Выбор числа элементов аккумуляторной батареи

Н апряжение на шинах ЩПТ в режиме эксплуатации на 5% выше номинального - 231В.
Р ежим подзаряда 2,23В/эл - 231/2,23 = 104 элемента.
Д алее необходимо выполнить расчет падения напряжения в сети постоянного тока и при необходимости добавить 1-2 элемента.
Е сли уровень напряжения окажется окажется недостаточным, тогда следует применить схему с разделением шинок питания(ШП) и шинок управления(ШУ).
В этом случае привода выключателей подключаются к шинам ШП, которые включены на всю батарею, а остальные нагрузки на шинки ШУ, которые подключены к 104 элементам АБ.
В последнее время наблюдается тенденция к снижению пусковых токов включения приводов выключателей, поэтому при проектировании новых подстанций оказывается достаточным применение АБ состоящей из 104 элементов.

Выбор емкости аккумуляторной батареи

П орядок выбора емкости АБ точно такой же как и для электростанций.

1.Определяем установившийся ток в конце аварийного режима с учетом снижения емкости АБ

I уст1 = 30/(0,8х1)=37,5 А;

2.Определяем эквивалентное время нагрузки с учетом броска тока в конце аварийного режима

T 1=(37,5х180)/162,5=41,5мин;

I т1=Iт/0,8 А=130/0,8=162,5А

П иковый ток 162,5А в течение 41,5 мин при напряжении 1,8 В/эл может выдать аккумуляторная батарея 11GROE275 или 5OGI325 LA.

П ри выборе аккумуляторной батареи для создания раздела проекта по электроснабжению энергообъектов важно учитывать актуальность данных по разрядным характеристикам аккумуляторных батарей.

Х арактеристики довольно часто обновляются, поэтому перед началом расчета и выбора АБ обратитесь к производителю за актуальными разрядными характеристиками АБ.

P.S. Копирование материалов статьи возможно только при наличии активной ссылки на источник!!!

Производится в соответствии с графиком нагрузки постоянного тока. На рис.13.1 приведен график нагрузки постоянного тока для 3х63 МВт.На данном графике приведены следующие величины:

I1 - постоянно включенной нагрузки (аппараты управления, блокировки, сигнализации и релейной защиты, постоянно включенная часть аварийного освещения);
. I2 - ток, потребляемый электромагнитными приводами выключателей 6 кВ;
. I3 - резервного преобразовательного агрегата устройств связи;
. I4 - аварийного освещения;
. I5пуск - пусковой двигателей аварийных маслонасосов (АМН) уплотнений вала генератора;

I5 - рабочий двигателей АМН уплотнений вала генератора;. I6пуск - пусковой двигателей АМН смазки подшипников турбины;
. I6 - рабочий двигателей АМН смазки подшипников турбины;
. I7 - ток, потребляемый электромагнитными приводами выключателя 220 кВ;
. Iуст - установившегося (получасового) аварийного режима;
. Iмах - максимальный толчковый в конце разряда.

На отечественных электростанциях применяются, как правило, аккумуляторы типа СК (стационарные для кратковременного разряда), выпускаемые в 46 типовых исполнениях емкостью 18…5328 А·ч. Характеристики аккумуляторов СК-1 представлены в табл.13.1.

Разрядные токи и емкости других аккумуляторов (СК-2, СК-3, …, СК-46) определяются умножением соответствующего значения для СК-1 на типовой номер. Например, аккумулятор СК-14 имеет разрядный одночасового разряда 14·18,5 = 259 А. Установившееся полностью заряженного аккумулятора СК при разомкнутой цепи 2,05 В.
Для тепловых электростанций принята схема аккумуляторной батареи с элементным коммутатором, работающая в режиме постоянного подзаряда.
Количество элементов, присоединяемых к шинам в режиме постоянного подзаряда, определяется по формуле:

где Iуст - нагрузка установившегося (получасового) аварийного разряда, А;
1,05 - коэффициент запаса;
j - допустимая нагрузка аварийного разряда, А/N, приведенная к первому номеру аккумуляторов, в зависимости от температуры электролита (рис.13.2).
Полученный номер округляется до ближайшего большего типового номера.

определяют по кривой, соответствующей температуре аккумуляторов, отклонение на аккумуляторах в процентах (рис.13.3). Найденное значение сравнивается с допустимыми значениями отклонений по табл.13.2 с учетом падения в соединительных кабелях

Продемонстрируем применение изложенной методики на примере выбора аккумуляторной батареи для 3х63 МВт. Подсчет нагрузки аккумуляторной батареи сведен в табл.13.3, график нагрузки приведен на рис.13.1. В табл.13.3 отсутствует I2 потребления электромагнитных приводов выключателей 6 кВ, т.к. эта нагрузка имеет место в начале разряда и полностью исчезает после срабатывания

указанных выключателей.

Источники бесперебойного питания являются гарантией работы любой бытовой техники, несмотря на возможное отключение энергоснабжения. Поэтому ИБП пользуются большим спросом, особенно в сельской местности, где перебои с электричеством давно стали нормой. Важнейшим элементом системы аварийного питания являются аккумуляторы для ИБП.

Как говорят специалисты, аккумуляторы бывают хорошие и плохие, но это достаточно субъективная оценка. Какие же параметры на самом деле могут быть показателями качества?

Приведем некоторые из них:

• Прежде всего, оценивается количество зарядно-разрядных циклов. От этого зависит срок службы аккумулятора, а, следовательно, и работа ;
• Следующий показатель качества это потеря заряда или саморазряд. Некоторые типы аккумуляторных батарей способны длительное время держать заряд, а некоторые разряжаются довольно быстро;
• При выборе аккумулятора следует так же обращать внимание на разброс температур, при которых производитель гарантирует работоспособность изделия без ухудшения его характеристик.

Выбор аккумулятора для ИБП

Аккумулятор для бесперебойного питания выбирается по электрическим характеристикам и конструкции. Электрические параметры практически не зависят от конструкции изделия и одинаковы для разных типов аккумуляторных батарей.

К основным электрическим характеристикам относятся следующие параметры:

• Ёмкость аккумулятора в А/час;
• Номинальное напряжение;
• Количество зарядно-разрядных циклов;
• Максимальная глубина разряда;
• Саморазряд;
• Внутреннее сопротивление;
• Зарядный ток;
• Рабочая температура.

Как определить необходимую ёмкость?

Одним из основных параметров, по которому осуществляется выбор аккумулятора – это его ёмкость. От этой величины зависит время, в течение которого бытовая техника будет обеспечена электрической энергией в случае отключения основной сети. Для обозначения ёмкости аккумуляторной батареи используется единица А/ч (ампер/час). Она обозначает, какой ток будет отдаваться в нагрузку за единицу времени.

Так, аккумуляторная батарея ёмкостью 50 А/ч сможет обеспечить ток 50 ампер в течение одного часа или 5 ампер в течение 10 часов. Наиболее широкое распространение получили аккумуляторные батареи имеющие ёмкость от 50 до 200 А/ч.

Для определения времени бесперебойного питания следует использовать несложную формулу:

Q=(P*t)/V*k

Где:

• Q – ёмкость аккумуляторной батареи;
• P – известная мощность нагрузки в ваттах;
• t – требуемое время резервирования;
• V – номинальное напряжение аккумулятора;
• K – коэффициент использования ёмкости.

Пример: имеется активная нагрузка 140 Вт, которая должна работать без перерыва при отключении напряжения, в течение 5 часов. Напряжение питания аккумуляторной батареи равно 12 В, а коэффициент использования ёмкости обычно составляет 0,6-0,8.

Подставляем величины в формулу:

(140*5)/12*0,7=83,3 А/ч

Получаем, что емкость аккумулятора для обеспечения напряжением данной нагрузки в течение 5 часов должна равняться 83,3 А/ч. Таким образом выбираем ближайший по номиналу аккумулятор 100 А/ч.

Другие критерии выбора

Напряжение и количество циклов. Аккумулятор для бесперебойника может иметь стандартное напряжение соответствующее 12, 24 или 48 вольтам. Количество зарядно-разрядных циклов это, как правило, срок службы конкретного аккумулятора.

Их число может варьироваться от 200 до 1000, в зависимости от конструкции аккумулятора. При этом учитывается максимально допустимый полный разряд. Если аккумулятор разряжается до какой-то промежуточной величины, то число циклов заметно возрастает.

Глубина разряда. У любого аккумулятора имеется важный параметр – это максимально допустимая глубина разряда. Ни один аккумулятор не допускает без ущерба для своей конструкции полного, что называется до нуля, разряда. В паспорте на батарею всегда указывается допустимый и рекомендованный уровень разряда.

Некоторые модели очень критичны к глубине разряда. Превышение этой величины у кислотных батарей со свинцовыми электродами может привести к полному выходу изделия из строя. Менее подвержены этому дефекту современные никель-кадмиевые аккумуляторы.

Саморазряд. Аккумуляторная батарея для ИБП, которая установлена в , не подвержена саморазряду, поскольку она всегда подключена к зарядному устройству. Под понятием саморазряд подразумевается потеря аккумулятором части заряда в результате длительного хранения.

Кислотные батареи могут лишиться до 50% своей ёмкости при хранении в нормальных условиях (+20°C) в течение года. Очень важно, при выборе и покупке аккумулятора обращать внимание на дату изготовления. Если батарея была изготовлена 3-4 года назад и всё это время хранилась на складе, приобретать её не стоит.

Такой параметр как внутреннее сопротивление аккумулятора иногда упоминается в технических статьях, но подробной информации об этом параметре мало. В документации на аккумуляторную батарею эта величина может быть указана, а может и отсутствовать. Внутреннее сопротивление батареи представляет собой совокупность сопротивления электролита, пластин, контактов и всего прочего. Этот параметр не является постоянной величиной и в процессе разряда аккумулятора может изменяться. Повлиять на этот параметр невозможно, поэтому при выборе аккумулятора для резервного источника питания лучше всего не обращать на него внимания. Единственным критерием здесь может служить только одно – чем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора, тем лучше, поскольку меньше энергии будет расходоваться на внутренние потери.

Ток заряда. Ток заряда аккумулятора указывается в документации на резервный источник питания. Обычно зарядный ток должен составлять приблизительно 10 % от ёмкости батареи. Ток в 5 ампер подойдёт для заряда аккумуляторов на 50 А/ч, но им допускается заряжать батареи до 100 А/ч. Поскольку аккумуляторы на 100 А/ч в источниках резервного питания используются чаще других, то оптимальным зарядным током будет ток 10 ампер.

Температура эксплуатации. Очень важным для батареи энергопитания может быть температура эксплуатации. Особенно негативно на работу влияет повышенная температура. При работе в сложных условиях гораздо быстрее происходит разряд батарей, а время её службы заметно сокращается. Постоянная работа при температуре повышенной до +30°C может на 25-30 % сократить срок службы батареи.

В устройствах бесперебойного питания имеется место для установки штатного аккумулятора, но некоторые ИБП допускают подключение дополнительных батарей для увеличения срока работы внешних устройств при отключении основной сети.

Виды аккумуляторов

АКБ для ИБП могут быть самых разных конструкций. Некоторые известны уже несколько десятков лет, некоторые разработаны сравнительно недавно, но уже успели приобрести большую популярность благодаря своим высоким техническим характеристикам.

Аккумуляторы можно разделить на несколько групп:

• Батареи с кислотным электролитом и свинцовыми электродами;
• Аккумуляторы с гелевым электролитом;
• AGM батареи;
• Ni-Cd аккумуляторы;
• Батареи Li-ion, Li-PO.

Аккумуляторы с жидким электролитом

Они представляют собой негерметизированную ёмкость с электродами из свинца. В качестве электролита используется раствор серной кислоты. Аккумуляторы выделяют водород, и сернокислотные пары, что ограничивает их применение в бытовых помещениях.

Такие аккумуляторы могут использоваться как дополнительные батареи при возможности их размещения в отдельных вентилируемых помещениях. Батареи отличаются низкой стоимостью, надёжностью и большим количеством зарядно-разрядных циклов

Гелевые аккумуляторы

Эта конструкция представляет собой дальнейшее развитие кислотных батарей. Благодаря добавке загустителя на основе кремния, жидкий электролит превращается в желеобразную массу. Гелевые аккумуляторы для ИБП полностью герметичны, не выделяют токсичные вещества и очень надёжны. Они обладают большой ёмкостью и большим количеством циклов разряда-заряда. GEL-аккумуляторы очень критичны к глубокому разряду, и стоят дороже аккумуляторов с жидким электролитом.

Аккумуляторы с AGM технологией

Результатом дальнейшей модернизации гелевых аккумуляторов стало появление AGM источников питания. Они считаются современными и перспективными моделями. В этих батареях жидкий компонент абсорбирован специальным пористым материалом. Батареи можно эксплуатировать в любом положении. Они обладают очень маленьким внутренним сопротивлением.

AGM аккумуляторы для ИБП отличаются большой ёмкостью, надёжностью и продолжительным сроком работы. Такие источники чаще других применяются в резервных блоках питания.

Никель-кадмиевые батареи

Эти типы аккумуляторов отличаются большим количеством зарядных циклов и большой удельной ёмкостью. Они обладают малым саморазрядом и могут эксплуатироваться в широком диапазоне температур. Эти батареи компактны и обладают малым саморазрядом.

Ограничение на их использование накладывает высокая цена и применение в конструкции соединений кадмия, которые очень ядовиты, что осложняет не только их эксплуатацию, но и утилизацию.

Аккумуляторы с Li-электродами

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы, с развитием инновационных технологий получают всё большее распространение. Эти батареи при компактных размерах имеют большую ёмкость и могут обеспечить энергией потребителя большой мощности.

Литиевые аккумуляторы не теряют ёмкость в процессе работы и обладают очень незначительным саморазрядом. Недостатками являются их высокая стоимость и малый диапазон рабочих температур.

Аккумулятор от компании «Энергия»

Известная российская компания «Энергия», выпускающая электрические приборы и системы, производит как источники резервного питания, так и аккумуляторы к ним. Аккумулятор для бесперебойника 12 вольт и ёмкостью 100 А/ч можно считать самым востребованным.

Аккумулятор «Энергия» 12-100 выполнен по самой современной AGM технологии. Он допускает большое количество разрядно-зарядных циклов, обладает минимальным саморазрядом и рассчитан на 12-летний срок службы.

Аккумулятор для ИБП 12V будет служить длительное время при соблюдении элементарных правил эксплуатации:

• Избегать глубокого разряда;
• Не эксплуатировать батарею при критических температурах.

Приобретать аккумуляторные батареи лучше всего у надёжных отечественных производителей.