Kompendie Service på Batterianlæg. Service på højspændingsafbrydere

Transkript

1 Kompendie Service på Batterianlæg. Service på højspændingsafbrydere

2 Forord. Dette materiale er skrevet til anvendelse på kurset : Servicering af brydere og batterianlæg. Batterianlæg er i denne forbindelse blybatterianlæg, der anvendes som nødstrømsanlæg til kobling typisk på f. eks 60/10 kv transformerstationer. Højspændingsafbrydere findes i mange forskellige udførelser. Det vil blive meget omfangsrigt at give en fuld dækkende gennemgang af området. Der er valgt at vise få eksempler af de mest udbredte typer. 2

3 Indhold Forord Batterianlæg... 4 Generelt Blybatteriets celle opbygning... 5 Batteriets kemiske proces... 6 Definitioner og udtryk... 8 Ampere (A)... 8 Bly... 8 Elektrolyt... 8 Gasning... 8 Kapacitet (Ah)... 8 Knaldgas - ilt og brint... 8 Selvafladning... 8 Sulfater... 8 Vandkvalitet... 9 Vedligeholdelse : Sammenhæng mellem batteriet ladetilstand, elektrolyttens vægtfylde og hvilespænding Højspændingsafbrydere Afbrydertyper Afbrydere i fri luft Afbrydere i SF 6-gas tank Olieafbrydere

4 Batterianlæg Generelt. Til nødstrømsforsyninger anvendes blybatterier, da disse giver en stor kapacitet set i forhold til prisen. Disse kender de fleste, da disse også anvendes i vore køretøjer. Batteriets sammensættes af celler, der hver giver ca. 2. V pr. celle og kobles i serie til den ønskede spænding. 110 V spænding vil således kræve 55 celler i serie. Batteriernes størrelse vælges ud fra stationens forbrug og et ønske om, hvor lang tids nødstrømsforsyning, der er brug for,. Typisk regnes med 24 timer. Eksempel på batterikapacitet : Strømforbrug på station 3 A Kapaciteten beregnet så som strøm x tid + et tillæg til ældning og dermed nedsættelse af batterikapaciteten. Kapacitet = strøm x tid x ældningstillæg = 3A x 24 t x 1,5 = 108 Ah ( Amperetimer ) 4

5 Blybatteriets celle opbygning 5

6 Batteriets kemiske proces. En celle bygges op ved at de to elektroder opbygges af et bly-gitter - normalt en bly-antimon legering for at give større mekanisk styrke. Gitteret fyldes med en pasta af PbO i vand. Dette giver efter tørring et porøst materiale, hvilket betyder en stor overflade. Et startbatteri har tynde, meget finmaskede plader, hvilket betyder at elektroderne henfalder hurtigt ved sulfatering på grund af ringe materialetykkelse (se senere). Derfor er startbatteriet velegnet til at give en høj strøm i et kort tidsrum, mens afladning hurtigt vil ødelægge den porøse belægning. Jo grovere denne belægning er, desto længere levetid og desto lavere strøm kan trækkes. Hernæst fyldes beholderen med en elektrolyt (svag svovlsyre) og batteriet lades op. Strømmen får to processer til at ske Positive pol PbO + 2 H2O > PbO2 + 2 H+ + 2 e- Negative pol PbO + 2H+ + 2e > Pb + H2O Så ved fuld opladning består den negative pol af rent bly og den positive af bly(iv)oxid. Under afladning fås Positive pol PbO2 + 4 H+ + 2 e- + SO > PbSO4 + 2H2O Negative pol Pb + SO > PbSO4 + 2 e- Det give en total reaktion på PbO2 + Pb + 2 SO H+ ----> 2 PbSO4 + 2 H2O eller PbO2 + Pb + 2 H2SO4 ----> 2 PbSO4 + 2 H2O Ved opladning går reaktionen den anden vej så det vil være mere korrekt at skrive PbO2 + Pb + 2 H2SO4 <====> 2 PbSO4 + 2 H2O hvor processen går mod højre under afladning og mod venstre under opladning. Bemærk at Pb, PbO2 og PbSO4 er faste stoffer. 6

7 Denne procesbeskrivelse tager vi lige en gang til : Afladning : strømmen bruges, vægtfylden og spændingen falder Opladning : Sulfatering Desværre vil ikke alt blysulfat gendannes til bly og blyoxid. Blysulfat har en kedelig tendens til at krystallisere og krystallerne virker som katalysator for yderligere krystallisering. Og da sulfaten desuden har en mindre massefylde end både rent bly og blyoxid, fylder den mere og kan dermed ødelægge de porøse elektroder. Sulfaten er tungt opløselig i batterisyren (0.43ml/l) hvilket tillige betyder at den del af sulfaten, der drysser ned fra elektroderne, kun i ringe grad bliver gendannet. Materialet til bundfaldet kan kun komme fra elektroderne, hvilket betyder at de slides. Samtidig vil koncentrationen af H2SO4 mindskes. Dette betyder, at koncentrationen af H2SO4 udover at give et billede af ladetilstanden også giver et billede af hvor meget batteriet er slidt når det er fuldt opladet. 7

8 Definitioner og udtryk Ampere (A) Eektrisk enhed for strømstyrke Bly Grundbestanddel i batteriet (Pb) Elektrolyt I batterier er elektrolytten fortyndet svovlsyre. Gasning Når et batteri når gas-spændingen sønderdeles vandet i ilt og brint hvilket medfører eksplosions-fare. Kapacitet (Ah) Batteriets kapacitet er - populært sagt - den mængde energi batteriet indeholder. Måles normalt ved 5 timer (C5) Et batteri på f.eks 500 Ah kan således afgive 100 A i 5 timer. Knaldgas - ilt og brint Et batteri, som tages fra laderen inden afsluttet ladeforløb, vil for det meste stå og gasse. Et batteri, som er færdigladet med låget lukket, vil være længe om at komme af med sine gasser. Dette medfører at luften omkring batteriet er fyldt med brint-gasser, som eksploderer ved mindste gnist. Et batteri som eksploderer, vil højst sandsynligt sprænge cellelågene og slynge syren ud i omgivelserne. Hvis der tilfældigvis skulle være en eller flere personer i nærheden, vil disse blive ramt af syren. Skulle uheldet være ude, kan syren nogenlunde neutraliseres med masser af rindende vand - efterfulgt af et hurtigt besøg åskadestuen. Et batteri udsender gasser under opladning. Især brint er meget eksplosionsfarlig. Så pas på med cigaretter, gnister, uisoleret værktøj og åben ild i nærheden af batteriet. Selvafladning Ud over normale afladning selvaflader et batteri ca. 5-7% af sit kapacitet pr. måned Sulfater Syrerester 8

9 Vandkvalitet ms - microsiemens Almindeligt postevand er normalt på omkring 250 microsiemens. Demineraliseret vand er fra 0-5 ms, men henstilles det i klare dunke vil det med tiden stige så meget i ms-værdi, at det er uegnet til batteribrug. Dette skyldes bakteriers udskilning af salte. Derfor rådes der til at benytte farvede dunke eller mørke rum, hvis vandet skal henstå i længere tid. Kommer vandet i berøring med metal, f.eks. haner, rør eller påfyldningshoved, så stiger vandets værdi til ms, og det er uacceptabelt, idet vandet helst ikke må komme over 10 ms og aldrig over 20. Har man mange batterier og bruger meget vand, kan det ofte betale sig at anskaffe sit eget demineraliseringsanlæg. 9

10 Vedligeholdelse : Vedligeholdelse af batterianlæg skal omfatte : 1. Kontrol af rummets ventilation, idet batterierne jo producerer knaldgas 2. Kontrol af forbindelsernes tilstand. 3. Kontrol af batteriets ladetilstand 4. Kontrol af batteriets kapacitet, ( ældning / sulfatering) 5. Kontrol af ladeanlæg og tilhørende alarmer. Sammenhæng mellem batteriet ladetilstand, elektrolyttens vægtfylde og hvilespænding. Ladetilstand % Vægtfylde g/ml. hvilespænding Volt /6 celler 100 1,28 12, ,26 12, ,22 12, ,18 12, ,13 11, ,1 11,64 Hvilespændingen er et udtryk for et ubelastet batteri, der har været i ro (ubenyttet) i et stykke tid. De opgivne værdier på hvilespændingen måles med et præcisions voltmeter men jo flere celler der er sat i serie, bliver det jo svært at udlede årsagen til afvigelsen. Anvendes denne måling skal man huske at måle batteriet ubelastet, dvs. i hvilespændingen (Uden op og afladning et stykke tid). Syreprøven er derfor den mest realistiske målemetode. Syrevægten skal være tilnærmelsesvis ens for alle celler. Er der stor forskel med f.eks. én celle lavere end de øvrige er cellen ødelagt. Ladning på batteriet, fra den fast monterede lader styres efter den celle der forlanger mest strøm, hvorved de øvrige celler overlades med overophedning, gasudledning, bukkede plader, samt vandforbrug til følge. 10

11 Vægtfylden på elektrolytten måles med vægtfyldemåler eller refraktometer Vægtfyldemåler Refraktometer Kapaciteten måles ved at iagttage batteriets, cellens eller cellegruppens spænding under en kortvarig belastning med en forholdsvis stor defineret belastningsstrøm. Kapacitets tester : 11

12 Højspændingsafbrydere. Afbrydertyper : Afbrydere i fri luft Afbrydere i SF 6-gas tank Olieafbrydere. Afbrydere i fri luft Princippet anvendes især til ledningsadskillere i åbne stationer. Som lastadskillere og effektafbrydere er princippet ikke særlig anvendt, da det er følsomt overfor forurening fra støv mm og slukning af lysbuen kræver særlige slukkekamre. Vedligeholdelsen omfatter kontrol af kontakternes beskaffenhed og af smøring og kontrol af de mekaniske dele. 12

13 Afbrydere i SF6-gas tank Eksempel på højspændingsfordelingsanlæg udført i lukket SF6 gas tank. Alle kontaktfunktioner er udført i en lukket rustfri ståltank med et overtryk af SF 6 gas med et overtryk på 1,2-1,4 bar. (Temperaturafhængig). Billede af tankens indhold : Alle kontaktdele kan således ikke nås, eller påvirkes af snavs, havgus eller lignende. 13

14 Vedligeholdelse : Kontrol af SF 6 fyldning. Kontrol af tankmanometer, der er monteret med kontraventil i rørstutsen. Ved mistanke om varmeudvikling eller efter elektrisk mishandling kan kontaktpunkterne kontrolleres med mikroohmmeter. Mekanisk vedligeholdelse udføres på tidsinterval eller efter stort antal koblinger og omfatter inspektion og smøring af de bevægelige dele 14

15 Olieafbrydere. Olieafbrydere anvendes på højere spændingsniveauer i friluftsstationer. Tre effektafbrydere i 60 kv station ( efterfulgt af strømtransformere) Tidligere var de også udbredte på 10 kv niveauet, men i tilfælde af havarier gav olien stærk næring til en efterfølgende brand. Derfor er disse i høj grad udfaset. Vedligeholdelse : Fejl i de elektriske forbindelser vil medføre unormal varmeudvikling, misfarvet sort olie og der dannes forkullet og dårligt ledende lag i kontaktpunkterne. Udskiftede kontaktpunkter, der er misfarvet pga. overophedning. 15

16 Udskiftet kontaktroset fra samme enhed. Mekanisk vedligeholdelse. Da enhederne på de højere spændingsniveauer er af stor betydning for nettets stabilitet, vil afbryderne normalt blive nedtaget og adskilt og efterset på værksted af specialtrænet personel. 16