База знаний

Выбор аккумуляторной батареи подстанции

Аккумулятор — это химический источник электрической энергии, предназначенный для многократного разряда за счёт восстановления ёмкости после заряда электрическим током.

Аккумуляторная батарея — два или более аккумулятора, соединённые в электрическую цепь.

Аккумуляторная батарея открытого типа

Аккумуляторная батарея обеспечивает бесперебойным рабочим и резервным питанием потребителей постоянного тока подстанции. Существуют разные варианты расчётов для выбора аккумуляторной батареи — мы в своей статье попытаемся отразить наиболее понятный и простой из них.

СОДЕРЖАНИЕ:

  1. Требования к аккумуляторной батарее.
  2. Выбор ёмкости аккумуляторной батареи.
  3. Расчёт числа элементов аккумуляторной батареи.
  4. Выбор зарядно-выпрямительного устройства.
  5. Выбранное оборудование.

1. Требования к аккумуляторной батарее

Аккумуляторная батарея (АБ) является обязательным элементом системы оперативного постоянного тока подстанции (СОПТ). Согласно НТД⎘ на ПС с высшим напряжением 220-750 кВ и ПС 150-110 кВ с более чем 3-мя выключателями в распределительном устройстве высшего напряжения — устанавливается две АБ, на прочих — достаточно одной.

АБ набирается из последовательных элементов заданной ёмкости в единый элемент суммарным напряжением 220 В. Как правило, она должна иметь срок службы не менее 15-20 лет и обеспечивать питанием постоянную нагрузку СОПТ при работе в автономном режиме (без подзарядки) в течение 2-4 часов, а также выдерживать толчковые токи кратковременной нагрузки в конце автономного режима.

Батареи открытых (вентилируемых) типов чаще всего размещаются в отдельном помещении с принудительной приточно-вытяжной вентиляцией, герметичные — в шкафах.

Аккумуляторная батарея открытого типа
Аккумуляторная батарея герметичного типа

2. Выбор ёмкости аккумуляторной батареи

Ёмкость АБ определяется исходя из тока и характера нагрузки, а также времени резервирования.

Выполним расчёт ёмкости по методу «эквивалентных площадей». Метод заключается в следующем: предположим, что имеется график тока нагрузки в автономном режиме

График нагрузки

Этот график можно привести к одинаковому по площади графику (S1=S2), а площадь данных графиков есть не что иное, как ёмкость (произведение тока на время)

График нагрузки

Так как площади обеих фигур равны, то по известной площади S=S1=S2 и координате Imax, можно найти координату Трасч. Далее на основании расчётного тока и времени по разрядным таблицам от производителя аккумуляторных батарей подбирается необходимый тип аккумулятора.

Эквивалентная ёмкость аккумуляторной батареи рассчитывается по формуле

Cэкв = (Imaxmax + Iустуст) / (kаб*kт),

где Imax – максимальная толчковая (кратковременная) нагрузка, А;

Тmax – время толчковой нагрузки, ч;

Iуст – установившийся ток автономного режима, А;

Туст – длительность автономного режима, ч;

kаб – коэффициент ёмкости батареи в конце срока службы, kаб=0,8 (80% от номинальной);

kт – температурный коэффициент ёмкости, зависящий от минимально возможной температуры в помещении, для 5°С kт=0,91.

Установившийся ток автономного режима

Iуст = Iп + Iвр,

где Iп – ток постоянной нагрузки, А;

Iвр – ток временной нагрузки, А.

Для того, чтобы подробнее показать, что может входить в состав той или иной нагрузки, ниже приведём таблицу

Таблица 1. Распределение видов электроприёмников СОПТ по характеру нагрузки
Характер нагрузки Состав нагрузки
Постоянная нагрузка (Iп)
  • устройства РЗА;
  • устройства связи, обеспечивающие передачу сигналов и команд РЗА;
  • устройства нижнего и среднего уровня АСУ ТП (ССПИ);
  • постоянно включённая часть аварийного освещения;
  • устройства сигнализации
Временная нагрузка (Iвр)
  • аварийное освещение;
  • инверторы резервного питания АСУ ТП (ССПИ)
Толчковая нагрузка (Imax)
  • устройства питания и управления высоковольтных коммутационных аппаратов;
  • приводы автоматических вводных и секционных выключателей ЩСН 0,4 кВ

Предположим, что нам известны все исходные параметры.

Установившийся ток автономного режима

Iуст = Iп + Iвр = 50 + 10 = 60 A

Продолжительность автономного режима

Туст = 4 ч,

как для объекта 110 кВ и выше (на объектах ниже 110 кВ можно принимать 2 часа – см. НТД⎘).

Длительность толчковой нагрузки

Тmax = 15 c = 15/3600 = 0,004 ч

Тогда эквивалентная ёмкость равна

Cэкв = (Imaxmax + Iустуст) / (kаб*kт) = (115*0,004 + 60*4) / (0,8*0,91) = 330 А*ч

А расчётное эквивалентное время автономного режима

Трасч = Cэкв / Imax = 330 / 115 = 2,9 ч

Выбираем АБ типа 7OPzS490, номинальной ёмкостью при десятичасовом разряде C10=490 А*ч.

Таблица 2. Разрядная характеристика АБ
Тип Время и ток разряда
15 мин 30 мин 1 ч 1,5 ч 2 ч 3 ч 4 ч
7OPzS490 350 293 227 189 162 129 106

По параметрам аккумулятора видно, что время разряда током Imax = 115 А составит более 3 часов

Тном > Трасч

Таким образом, можно сделать вывод, что выбранная АБ в режиме разряда постоянным током и кратковременным толчковым током в конце 4-часового периода удовлетворяет необходимым требованиям в течение всего срока службы аккумуляторов.

3. Расчёт числа элементов аккумуляторной батареи

Напряжение на шинах АБ в нормальных эксплуатационных условиях допускается поддерживать на 5% выше номинального напряжения электроприёмников. Исходя из этого, наибольшее нормально допустимое напряжение должно быть

Umax.доп = 1,05Uн = 1,05*220 = 231 В

Для обеспечения надёжной работы устройств РЗА напряжение на зажимах электроприёмников во время эксплуатации должно поддерживаться на уровне не менее 85% от номинального напряжения

Umin.доп = 0,85Uн = 0,85*220 = 187 В

Для аккумуляторов с жидким электролитом:

  • напряжение поддерживающего заряда uпз составляет — 2,23 В/эл;
  • напряжение ускоренного заряда uуз (в автоматическом режиме от ЗВУ) — 2,3 В/эл.

Количество элементов в АБ выбирается округлением до ближайшего большего целого значения, полученного по выражению

Nэл = Umax.доп / uпз = 231 / 2,23 = 103,59 ≈ 104 шт.

Минимально возможное напряжение на одном аккумуляторе (по данным производителя)

umin = 1,8 В/эл

При Nэл=104 минимальное напряжение на АБ будет равно

UminАБ = 1,8*104 = 187,2 В

UminАБ > Umin.доп

Количество элементов подобрано правильно.

4. Выбор зарядно-выпрямительного устройства

Номинальный ток ЗВУ Iном.ЗВУ определяется по расчётному зарядному току Iз

Iном.ЗВУ > Iз

Зарядный ток вычислим по формуле

Iз = (Iп + k*C10) / 2 = (50 + 0,12*490) / 2 = 54,4 А,

где k — коэффициент, определяющий ток при ускоренном заряде.

Итого, выбираем ЗВУ с номинальным током

Iном.ЗВУ = 63 А.

5. Выбранное оборудование

Таблица 3. Параметры выбранного оборудования

п/п
Наименование Тип Ед. изм. Кол-во Примечание
1 Аккумуляторная батарея C10 = 490 А*ч
Nэл = 104 шт.
компл. 1
2 Зарядно-выпрямительное устройство Iном.ЗВУ = 63 А шт. 2

ВЫВОД

Методом «эквивалентных площадей» мы подобрали необходимую ёмкость аккумуляторной батареи. Зная напряжение отдельного элемента, рассчитали итоговое их количество. И определили выходную мощность зарядного устройства.

Всё готово к тому, чтобы перейти к расчётам сети оперативного постоянного тока подстанции.

СЛУЧАЙ ИЗ ПРАКТИКИ

Полученное в нашем примере значение напряжения не учитывает его падение в отходящих кабелях. Но это может критично повлиять на работу таких мощных потребителей, как высоковольтные выключатели с электромагнитным приводом. Во время включения таких потребителей уровень напряжения на их приводе может оказаться недостаточным для срабатывания.

Для гарантированной работы электромагнитов достаточно повысить напряжение в цепи, увеличив число аккумуляторов Nэл со 104 до 120 с помощью «хвостовых» элементов.

Заказать подобный расчёт можно через форму обратной связи на сайте

РЕКОМЕНДУЕМ К ПРОЧТЕНИЮ

  • Энергетик
  • 06 июня 2024

Расчёт сети переменного тока 0,4 кВ

Подробнее

  • Энергетик
  • 19 мая 2022

Как выбрать автоматический выключатель

Подробнее

Сверхпроводник

Моделирование подстанции

Представляем вашему вниманию видеообзор сборки нашей подстанции

Смотреть
Пройди тестирование —
проверь свои знания в сфере
энергетики
Пройти тест
Лучшее, что Вы можете сделать для нас, выразив благодарность, — это подписаться на наш телеграм-канал
Обратная связь через Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
©2024. Энергетик.ру — все права защищены