11. BATERII DE ACUMULATOARE

Consumatorii de curent continuu se pot clasifica după mai multe criterii, cum ar fi:- modul de funcţionare:

permanent în curent continuu; numai atunci când dispare curentul alternativ pe barele de servicii

proprii, deci în perioadele de avarie;- timpul de funcţionare:

de lungă durată (minute); de scurtă durată (secunde);

- continuitatea în alimentare: nu admit întreruperi (de exemplu, relee de protecţie); admit scurte întreruperi în timpul funcţionării (de exemplu, lămpi de

semnalizare incluse în cheile de comandă).

11.1 Scheme de principiu pentru alimentarea consumatorilorde curent continuu

Schemele de alimentare a consumatorilor de curent continuu sunt, în general, cu un sistem de bare colectoare secţionat, de la care alimentarea receptoarelor electrice se poate realiza în diferite variante: alimentare radială (figura 11.1,a); dublă alimentare (figura 11.1,b); alimentare în buclă simplă (figura 11.1,c); alimentare în buclă dublă (figura 11.1,d).

Tensiunile bateriilor de acumulatoare pot fi 24 V, 48 V, 110 V, 220 V. De regulă, primele două trepte de tensiune se utilizează în schemele de curent continuu ale instalaţiilor de telemecanizare şi telecomunicaţii, celelalte trepte fiind folosite pentru alimentarea instalaţiilor de comandă şi control.

11.2 Surse de alimentare cu curent continuu

În centrale şi staţii electrice, curentul continuu poate fi furnizat de redresoare sau de baterii de acumulatoare (figura 11.2).

După funcţia pe care o îndeplinesc bateriile pot fi de lucru şi de rezervă. Bateriile de lucru funcţionează în regim tampon sau floating, ceea ce presupune că bateria este conectată permanent în paralel cu consumatorii şi cu o sursă de încărcare permanentă. Ca surse de încărcare se utilizează, de regulă, redresoare statice cu reglaj automat de tensiune şi curent. Bateriile de rezervă funcţionează în regim de încărcare permanentă, cu sursa conectată, dar fără consumatori.

141

Figura 11.1 Scheme de alimentare a consumatorilor de curent continuu

R.I.P. = B R.I.O. =

Figura 11.2 Schema de principiu a bateriei în regim tampon

Redresorul de încărcare permanentă (RIP) are următoarele funcţii: acoperă consumul normal pe partea de curent continuu; compensează autodescărcarea în timp a bateriei;

142

ba

dc

R S TR S T

__

compensează descărcările bateriei provocate de şocuri de curent.Bateria se descarcă în următoarele situaţii:

când se deconectează sursa de încărcare permanentă (avarie pe partea de curent alternativ);

când se fac descărcări speciale ale bateriei, în scop de întreţinere. Încărcarea ulterioară a bateriei se face de la sursa de încărcare ocazională (RIO).

11.3 Date nominale pentru acumulatoare

În cazul utilizării acumulatoarelor acide cu plăci de plumb, principalele mărimi electrice garantate de fabricant sunt :- tensiunea nominală a unui element: Un 2 V;- capacitatea nominală (Q10): cantitatea de electricitate pe care o poate furniza elementul într-un regim de descărcare de 10 ore cu un curent constant, a cărui valoare se calculează, la o temperatură a electrolitului de 25 C cu relaţia:

IQ A h

h

1010

[ ]

[ ](11.1)

Capacitatea elementului scade cu scăderea duratei descărcării.Pentru a mări capacitatea bateriei se pun în paralel mai multe plăci de

aceeaşi polaritate, separate prin diafragme electrolitice pentru a nu se scurtcircuita. Numărul de plăci pozitive, din peroxid de plumb, este indicat de fabricant

(prin numărul de tip); acest număr permite stabilirea caracteristicilor privind diferitele valori ale capacităţii/curentului de descărcare pentru orice element, dacă se cunosc caracteristicile corespunzătoare elementului cu număr de tip N = 1, prin multiplicare cu N.

11.4 Modul de conectare a acumulatoarelor şi numărul bateriilor instalate

Pentru a forma o baterie, elementele (acumulatoarele) se înseriază prin sudare. În figura 11.3,a şi b este reprezentat modul de conectare a acumulatoarelor realizate într-un vas, iar în figura 11.3,c se prezintă modul de conectare a acumulatoarelor realizate în două vase (pentru N>16).

Numărul bateriilor prevăzute în centrale depinde de puterea lor instalată, iar în staţii, de importanţa acestora în SEN.

De regulă, în centrale electrice a căror putere instalată este mai mică de 50MW se montează o singură baterie de lucru şi eventual, o baterie de rezervă. În centralele cu o putere instalată de peste 50 MW se prevede câte o baterie de lucru pentru fiecare cameră de comandă termică sau pentru fiecare bloc de putere peste 200 MW, precum şi pentru camera de comandă electrică (dacă aceasta este amplasată într-un corp de clădire separat). Dacă se justifică economic, se prevede o baterie de rezervă pentru întreaga centrală.

143

În staţii de până la 110 kV se montează o baterie de lucru, şi eventual, dacă se justifică economic, o baterie de rezervă. Staţiile de 220 kV şi 400 kV au montate două baterii de acumulatoare, dintre care una de rezervă.

a

b

c

Figura 11.3 Modul de conectare a acumulatoarelor pentru a forma o baterie

În figura 11.4 este prezentat exemplul unei instalaţii de curent continuu cu o baterie de rezervă şi mai multe baterii de lucru.

Figura 11. 4 Exemplu de instalaţie de curent continuu cu mai multe baterii

11.5 Noţiuni de proiectare a bateriei de acumulatoare

Pentru proiectare sunt necesare date iniţiale privind tensiunea nominală a reţelei de curent continuu, consumurile în regim permanent (Ip ), de avarie (Iav ) şi de şoc (Işoc), tensiunile limită admise la bornele receptoarelor de curent continuu.

144

B1 B2

Vom da un exemplu de calcul, în care se presupune tensiunea nominală a reţelei de curent continuu Un= 220 V.

Pentru estimarea consumurilor de lungă durată (în regim normal şi de avarie), precum şi a celor de scurtă durată sunt necesare informaţii cu privire la tipul şi numărul receptoarelor de curent continuu aferent bateriei proiectate, precum şi cu privire la consumul lor unitar.

În absenţa unor date concrete, pentru staţii electrice de transformare 110kV/MT se pot utiliza datele şi modul de organizare a calculului privind consumurile bateriei prezentate în tabelul 11.1 şi tabelul 11.2.

Tabelul 11.1 Consum de lungă durată 220 Vcc

Nr. Denumire Nr. Sarcină unitară [W] Sarcină totală [W]crt. consumator cons. Permanent Avarie Permanent Avarie

0 1 2 3 4 2x3 2x4 1 Cel. linie 110 kV 62 92 2 Cel. trafo. 110 kV 50 80 3 Cel. cuplă 110 kV 68 98 4 Cel. linie MT 17 47 5 Cel. cuplă MT 17 47 6 Cel. trafo MT 17 47 7 Cel. măsură MT 8 38 8 Cel. trafo MT/0,4 17 47 9 AAR 18 3010 Semnaliz.generale 1 204 354 204 35411 Iluminat siguranţă 1 - 1000 - 100012 Telecomunicaţii 1 - 2000 - 2000

TOTAL - - - Pp Pa

Tabelul 11.2 Consum de scurtă durată la defect pe 110 kV

Nr. crt.

Denumire consumator

Nr. cons.

Sarcina unitară [ W ]

Sarcina totală [ W ]

0 1 2 3 2x3 1 Cel. linie 110 kV 720 2 Cel.trafo. 110/MT 550 3 Cel. cuplă 110 760 4 Cel. trafo MT 200 5 Semnaliz.generale 1 354 354

TOTAL - - Pşoc

Consumul de lungă durată al bateriei, exprimat în amperi, se compune din:

consumul în regim normal (permanent):

145

I pPp

Un (11.2)

consumul în perioada de avarie:

IaPaUn

(11.3)

Consumul de scurtă durată al bateriei, exprimat în amperi, este:

IsocPsocUn

(11.4)

Variaţiile de tensiune considerate admisibile la bornele receptoarelor de curent continuu sunt:

U Unmax , , 11 11 220 242 V

U Unmin , , 0 85 0 85 220 187 V

Cu aceste informaţii se calculează domeniul admisibil de variaţie a tensiunii la bornele bateriei de acumulatoare.

Tensiunea maximă admisă la bornele bateriei se calculează pentru bateria aflată la finalul încărcării (complet încărcată), astfel încât celui mai apropiat consumator de curent continuu să nu i se aplice o tensiune mărită:

U B Unmax , 11 242 V

Tensiunea minimă admisă la bornele bateriei se calculează pentru bateria aflată la finalul descărcării (complet descărcată), astfel încât la cel mai îndepărtat consumator de curent continuu tensiunea să nu scadă sub valoarea minimă admisibilă:

U B U U Unmin min max ( , , ) 0 85 0 04 196 V

unde Umax reprezintă căderea de tensiune maximă pe conductoare (5% din Un).

Tensiunea la bornele bateriei în regim normal de funcţionare se consideră:

U B normala Un 1 03 11, ,

U B normala 1 08 220 238, V

Se alege un acumulator acid cu plumb, cu plăci pozitive de mare suprafaţă, pentru care tensiunea de încărcare permanentă este:

up 2 15 2 3, , V/element.

146

Considerând tensiunea de încărcare permanentă a unui element al bateriei up 2 2, V/element, rezultă numărul de elemente înseriate în cadrul bateriei:

nelemU B

up

min

,

238

2 2108 elemente. (11.5)

Tensiunea pe un element al bateriei, la sfârşitul (finalul) descărcării de avarie a bateriei:

u fduB

nelem

min,

196

108182 V/element (11.6)

Observaţie: Tensiunea pe un element al bateriei la sfârşitul descărcării trebuie să fie mai mare decât valoarea indicată de întreprinderea constructoare pentru timpul respectiv de descărcare (conform STAS 445: 1,75 V/element pentru regim de descărcare cu durata de o oră, respectiv, 1,8 V/element pentru durate mai mari de descărcare).

Se determină numărul de tip al elementelor bateriei de acumulatoare:

NQnec a

QL

1(11.7)

în care:

Qnec a - cantitatea de electricitate pe care trebuie să o poată furniza bateria într-un regim de avarie cu durata ta, în [Ah];

Q1- cantitatea de electricitate pe care o poate furniza elementul cu

număr de tip N=1 într-un regim de avarie cu durata ta, în [Ah]

Cantitatea de electricitate pe care trebuie să o poată furniza bateria într-un regim de avarie cu durata ta este:

Qnec a Ia taKsig

Kterm (11.8)

unde:

Ia - curentul cerut bateriei de acumulatoare de către receptoarele de lungă durată în perioada de avarie, în [A];

ta - durata avariei (s-a convenit să se considere 1 oră pentru centrale şi 3 - 6 ore pentru staţii electrice);

Ksig - coeficient de siguranţă, cu valoare cuprinsă în intervalul (1,1 1,3), care permite a se lua în considerare un eventual consum suplimentar, precum şi uzura bateriei;

Ktemp - coeficient care ţine seama de scăderea temperaturii faţă de 25 C, (valoare pentru care sunt garantate, de regulă , datele de catalog)

147

Ktemp 1 0 008 25, min (11.9)

Cantitatea de electricitate pe care o poate furniza elementul cu număr de tip N=1 într-un regim de avarie cu durata ta este:

Q I ta1 1 (11.10)

unde I1 este curentul de descărcare al elementului cu N=1, care la sfârşitul descărcării de avarie cu durata ta conduce la tensiunea finală pe element de 1,82V. Valoarea acestui curent se poate citi din nomograme: de exemplu, pentru ufd egal cu 1,82 V şi o durată a avariei de 1 oră rezultă un curent I1 15 A, iar pentru o durată a descărcării de 3 ore, corespunde un curent de circa 9 A. Pentru o durată a avariei de 1 oră, la o temperatură a electrolitului de 25 C, se poate utiliza dependenţa analitică indicată în [1E-Ip25]:

I u fd1 52 77 110 86 , , pentru ufd 1,96 V/element

pentru ufd > 1,96 V/element (11.11)

În funcţie de rezultatul relaţiei (11.3), se alege numărul de tip după indicaţiile fabricantului sau conform STAS 445 ( 1,2,3, ... 6; 8,10,12, ... ,28; 32,36,40, ... , 124).

În continuare, se face verificarea curentului maxim admis în condiţii de şoc:

Ia IsocN

47 5, A (11.12)

11.6 Instalarea şi exploatarea bateriilor de acumulatoare

Camera acumulatoarelor acide cu plumb constituie un mediu coroziv, exploziv, umed, toxic, cu pericol mare de electrocutare. Din această cauză, bateriile de acumulatoare se instalează în încăperi special amenajate, separate de instalaţiile electrice anexe (redresoare de încărcare, ventilatoare), cu intrarea printr-o anticameră.

Cele 108 elemente acumulatoare se dispun pe postamente din material rezistent la coroziune, pe două şiruri paralele, fiecare cu câte 54 elemente. Elementele fiecărei baterii de acumulatoare vor fi numerotate. Numerele trebuie scrise mare pe postament, cu vopsea rezistentă la electrolit sau cu alte mijloace corespunzătoare.

Elementele se izolează faţă de postamente, iar postamentele se izolează faţă de pământ. Pentru fiecare şir de acumulatoare se prevede un coridor de acces cel puţin pe o parte, cu lăţimea minimă de un metru.

148

Se va evita instalarea acumulatoarelor în imediata apropiere a ferestrelor, uşilor sau a surselor de caldură. Ferestrele se prevăd cu plase şi cu geamuri mate, dacă sunt în bătaia soarelui.

O atenţie deosebită trebuie acordată menţinerii regimului de temperatură în încăperea acumulatoarelor. Se recomandă domeniul de temperatură 10 25 C.

Deoarece există pericol de explozie (datorită degajărilor de hidrogen), în camera acumulatoarelor nu se montează comutatoare electrice, întrucât acestea produc scântei. Corpurile de iluminat se plasează numai deasupra coridoarelor de acces şi sunt de construcţie specială (antiexplozivă).

Legăturile electrice conductoare folosite în camerele de acumulatoare acide cu plăci de plumb pentru realizarea racordului la baterie se execută din bare de cupru cu secţiune rotundă, neizolate sau din conductoare de cupru izolate cu materiale rezistente la umezeală şi coroziune. Conductoarele neizolate se vopsesc cu lac rezistent la electrolit sau se ung cu vaselină, iar trecerile acestora prin pereţi trebuie bine etanşate. Camera acumulatoarelor este prevăzută cu ventilaţie naturală şi/sau mecanică, datorită noxelor şi pericolului de explozie.

149