Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
UrzÄ…dzenia techniczne
(aktualizacja: 6.04.2009 r.)
Spis treści:
spawarki i zgrzewarki
urzÄ…dzenia elektrotermiczne
baterie kondensatorów
prostowniki i akumulatory
Spawarki i zgrzewarki
Elektryczne urządzenia spawalnicze słu\
ą do przemiany energii elektrycznej w skoncentrowany strumień energii cieplnej zdolny do
miejscowego topienia spawanych, zgrzewanych lub przecinanych elementów metalowych. Podział urządzeń spawalniczych zale\
y od
zastosowanej metody przemiany energii elektrycznej w energiÄ™ cieplnÄ….
Na tej podstawie rozró\
nia siÄ™:
- urządzenia do spawania łukowego, ręcznego, półautomatycznego lub automatycznego, w powietrzu lub osłonach
z gazów, np. argonu lub jego mieszanek,
- urządzenia plazmowe do cięcia, spawania i natryskiwania metali,
- zgrzewarki rezystancyjne, działające na zasadzie ciepła Joule a,
- zgrzewarki mechaniczne, tarciowe lub ultradz
więkowe,
- urządzenia laserowe do spawania lub cięcia,
- urządzenia spawalnicze elektronowe, w których wykorzystywana jest wiązka elektronów o du\
ej mocy
wytwarzana w komorze pró\
niowej i przyspieszana napiÄ™ciem 30÷120 kV.
Pod względem wykonania, elektryczne urządzenia spawalnicze i zgrzewarki mo\
na podzielić na:
- spawarki wirujące napędzane silnikiem elektrycznym, rzadziej spalinowym,
- spawarki transformatorowe,
- spawarki prostownikowe jedno- i wielostanowiskowe,
- półautomaty spawalnicze przeznaczone do spawania łukowego w atmosferze gazów ochronnych,
- automaty spawalnicze,
- zgrzewarki doczołowe, punktowe i liniowe.
W skład poszczególnych urządzeń spawalniczych wchodzą równie\
układy słu\
ące do ich zasilania, regulacji i sterowania oraz układy
chłodzenia i sprę\
onego powietrza.
Proces technologiczny spawania zale\
y od właściwości i parametrów zasilacza oraz warunków środowiska. Zasilacz musi zapewniać
stałość wyładowania łukowego i jego odpowiednią charakterystykę. Najwa\
niejszymi parametrami technicznymi zasilaczy urządzeń
spawalniczych sÄ…:
 napięcie stanu jałowego, które nie powinno przekraczać 100 V w zasilaczach prądu stałego i 80 V w
zasilaczach prÄ…du przemiennego,
 tzw. umowne napięcie robocze, które przy prądzie spawania IS nie przekraczającym 600 A wynosi
(20 + 0,04·IS), a przy prÄ…dzie wiÄ™kszym ni\
600 A wynosi 44 V,
 znamionowy prÄ…d spawania,
 maksymalny prÄ…d spawania,
 sprawność i współczynnik mocy.
Do zasilania Å‚uku przy spawaniu elektrodowym stosowane sÄ…, w zale\
ności od technologii spawania, zasilacze prądu stałego lub
1 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
przemiennego. Jako zasilacze prądu stałego stosowane są:
 prostowniki spawalnicze,
 przetwornice spawalnicze elektromaszynowe,
 przemienniki spawalnicze elektroniczne.
Jako zasilacze prÄ…du przemiennego stosowane sÄ… transformatory spawalnicze.
Prostowniki spawalnicze są przekształtnikami prądu przemiennego na prąd stały. Prostownik spawalniczy składa się z transformatora
zasilającego, urządzenia nastawczego prądu spawania oraz zespołu prostownikowego. Jako prostownik wykorzystuje się zwykle diody
lub tyrystory w układzie mostkowym. Współcześnie podstawą budowy zasilaczy prądu stałego są prostowniki tyrystorowe.
Przetwornice spawalnicze są to zespoły dwumaszynowe zło\
one z silnika napędowego i prądnicy spawalniczej. Silnikiem
napędowym spawarki wirującej jest najczęściej silnik asynchroniczny. Stosowane są te\
napędy silnikiem prądu stałego (w górnictwie)
a tak\
e agregaty spawalnicze z napędem spalinowym. Prądnice spawalnicze są maszynami prądu stałego lub przemiennego o
zwiększonej częstotliwości. Prądnice spawalnicze ustępują pod względem sprawności i właściwości eksploatacyjnych urządzeniom
tyrystorowym. Z tego względu ich zakres stosowania jest obecnie ograniczany.
Najnowszą grupę urządzeń zasilających stanowią przemienniki spawalnicze elektroniczne. Są to układy z tranzystorami mocy
pracujące przy częstotliwości powy\
ej 20 kHz. Du\
ą zaletą przemienników elektronicznych jest radykalne zmniejszenie masy zasilaczy i
lepsze warunki sterowania procesem. Częstotliwość pracy zasilacza le\
y poza pasmem akustycznym.
Transformatory spawalnicze majÄ… konstrukcjÄ™ umo\
liwiajÄ…cÄ… otrzymanie wymaganego prÄ…du spawania i jego regulacjÄ™ na drodze
zmiany reaktancji obwodu uzyskiwanej przez zmianę zaczepów uzwojenia pierwotnego transformatora lub przez zmianę poło\
enia
ruchomego bocznika strumienia magnetycznego (rys. 5). W transformatorach du\
ej mocy prąd jest sterowany układem tyrystorowym.
Rys. 5. Zasada regulacji transformatora spawalniczego za pomocą zmiany poło\
enia bocznika magnetycznego
Oznaczenia: U1  napięcie sieci , U2  regulowane napięcie wyjściowe (wtórne) transformatora spawalniczego,
1  bocznik magnetyczny, 2  strumień rozproszenia rdzenia transformatora.
Zgrzewarki elektryczne
Zgrzewanie jest to proces łączenia metali, polegający na doprowadzeniu brzegów lub punktów łączonych części do stanu ciekłego, a
następnie połączenie ich za pomocą nacisku i ochłodzenia.
Zgrzewarki elektryczne do metali mogą być wykonane jako:
 zgrzewarki rezystancyjne sieciowe,
 zgrzewarki rezystancyjne akumulacyjne (kondensatorowe).
Zgrzewarki prądu przemiennego mogą pracować przy następujących częstotliwościach:
 sieciowej  50 Hz,
 zmniejszonej  3÷30 Hz,
 Å›redniej  1÷70 kHz ,
 wysokiej  100÷500 kHz.
Podstawowe parametry zgrzewarek to:
 moc ( 0,5÷1500 kVA),
 prÄ…d zgrzewania (50 A ÷ 300 kA),
 napiÄ™cie stanu jaÅ‚owego (0,5÷36 V),
2 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
 siła docisku elektrod.
Dla zgrzewarek kondensatorowych zamiast mocy podawana jest energia wyra\
ona w d\
ulach.
Zgrzewarka składa się z transformatora dostarczającego prąd o du\
ym natÄ™\
eniu i niskim napięciu, części mechanicznej słu\
Ä…cej do
uchwycenia i odpowiedniego dociśnięcia zgrzewanych elementów oraz aparatury sterowniczej. Zgrzewarki dzielą się ze względu na
rodzaj wykonywanych złączy. Rozró\
niamy zgrzewarki doczołowe, punktowe, liniowe, garbowe i inne.
Zgrzewarki doczołowe są wyposa\
one w elektrody umo\
liwiające uchwycenie i dociśnięcie zgrzewanych przedmiotów. Po
odpowiednim nagrzaniu przy zwarciu i dociśnięciu zgrzewanych części proces zgrzewania jest zakończony. Zgrzewarki doczołowe
mogÄ… te\
działać na tzw. zasadzie iskrowej. Przy zgrzewaniu iskrowym łączone części są dosuwane do siebie w sposób powodujący
wyładowanie elektryczne i nagrzewanie się w miejscach nierówności powierzchni łączonych, które następnie po stopieniu zostają
dociśnięte i połączone ze sobą.
Zgrzewarki punktowe działają na zasadzie miejscowego stopienia metalu prądu między elektrodami przyło\
onymi w poszczególnych
punktach po dociśnięciu zgrzewanych blach i przepuszczeniu odpowiedniego prądu. Po wyłączeniu prądu następuje sprasowanie
łączonych blach. Odmianą zgrzewania punktowego jest zgrzewanie liniowe, które przebiega przy u\
yciu elektrod krÄ…\
kowych.
Poruszające się z odpowiednią prędkością w stosunku do blachy elektrody krą\
kowe formują na niej tzw. szew liniowy. Grubość blach,
które mo\
na zgrzewać tym sposobem jest ograniczona do ok. 5 mm.
Zgrzewarki garbowe stanowiÄ… odmianÄ™ zgrzewarek punktowych o specjalnej konstrukcji umo\
liwiajÄ…cej programowanie docisku
elektrod. Zasadę działania zgrzewarki wielopunktowej pokazano na rys. 6.
Rys. 6. Zasada zgrzewania wielopunktowego:
1  transformator zasilajÄ…cy, 2  elektrody.
Zasady eksploatacji spawarek i zgrzewarek
Podstawą bezpiecznej eksploatacji spawarek jest instrukcja ruchu i eksploatacji, która powinna być opracowana na podstawie
dokumentacji dostarczonej przez producenta i w oparciu o RozporzÄ…dzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie
szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego [Dz.U.07.93.623 ogłoszony dnia 29 maja 2007 r.].
Na urządzeniach powinny być umieszczone i utrzymywane w stanie czytelnym następujące napisy i oznaczenia:
- na wszystkich elementach wchodzących w skład urządzenia symbole zgodne z dokumentacją techniczno-
ruchowÄ…,
- symbole i oznaczenia zacisków ochronnych i wyprowadzeń (końców) uzwojeń,
- dane znamionowe na tabliczkach znamionowych,
- napisy na podstawach gniazd bezpiecznikowych podające wymagane prądy wkładek, na zabezpieczeniach 
wielkości ich nastaw,
- napisy określające funkcje przycisków i łączników.
Przewody zasilające urządzenia oraz przewody spawalnicze powinny być zabezpieczone przed uszkodzeniami mechanicznymi poprzez
odpowiedni sposób prowadzenia, osłony lub zawieszenie na przenośnych stojakach. Przewody spawalnicze powrotne powinny być
łączone bezpośrednio z przedmiotem spawanym albo odpowiednimi szynami zbiorczymi do tego przeznaczonymi. Długość i przekrój
przewodów spawalniczych powinny być dostosowane do znamionowych prądów spawania (zgrzewania) i zapewniać jak najni\
sze
straty energii elektrycznej.
Stan techniczny urządzeń, ich zdolność do pracy i warunki eksploatacji nale\
y oceniać na podstawie oględzin i przeglądów
przeprowadzanych okresowo. Oględziny i przeglądy urządzeń spawalniczych przeprowadza się tylko w stanie wyłączonym. Włączenie i
przeprowadzenie ruchu próbnego mo\
e być dokonane po uzyskaniu pozytywnego wyniku przeglądu.
Przyjmowanie do eksploatacji urządzeń spawalniczych nowych lub po remoncie mo\
e nastąpić po wykonaniu odpowiednich badań
3 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
technicznych. Zakres badań i wymagania techniczne dla urządzeń spawalniczych podano w tablicy 4.
Tablica 4. Zakres badań technicznych dla urządzeń spawalniczych.
Podczas uruchamiania urządzeń spawalniczych nale\
y przestrzegać następujących zasad:
a) urządzenia spawalnicze powinny być umieszczone mo\
liwie najbli\
ej miejsca spawania lub zgrzewania,
b) spawarki transformatorowe nie mogą być u\
ywane w pomieszczeniach ciasnych i na podło\
ach przewodzÄ…cych
prÄ…d elektryczny, np. metalowych lub wilgotnych,
c) stosowanie spawarek wirujących powinno być ograniczone do niezbędnych przypadków,
d) urządzenia jednofazowe powinny być zasilane przy zało\
eniu równomiernego obcią\
enia faz,
e) prÄ…d spawania nie mo\
e przepływać w przewodach neutralnych i ochronnych obwodów elektrycznych,
f) urzÄ…dzenie spawalnicze nale\
y wyłączyć spod napięcia na okres przerwy w pracy trwającej ponad:
4 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
 5 minut  przy spawaniu ręcznym,
 10 minut  przy spawaniu lub zgrzewaniu automatycznym,
g) pracę urządzeń spawalniczych nale\
y wstrzymać w razie zagro\
enia bezpieczeństwa obsługi oraz:
 gdy wystąpi dym, ogień lub nadmierne nagrzewanie urządzenia,
 stwierdza się wzrost temperatury czynnika chłodzącego,
 wystąpią nadmierne drgania i zwiększony poziom hałasu,
 nastÄ…pi uszkodzenie instalacji wodnej lub pneumatycznej,
 nastąpi uszkodzenie elektrycznych układów sterowania lub regulacji.
Stan techniczny urządzeń spawalniczych nale\
y oceniać na podstawie oględzin i przeglądów.
Oględziny nale\
y przeprowadzać nie rzadziej ni\
raz na kwartał w czasie ruchu i w czasie postoju. Oględziny powinny obejmować
sprawdzenie:
- zabezpieczeń, regulatorów i łączników,
- połączeń elektrycznych i mechanicznych przewodów spawalniczych,
- działania i wskazań przyrządów pomiarowych oraz sterowania,
- układów chłodzenia i sprę\
onego powietrza,
- ochrony przeciwpora\
eniowej i przeciwpo\
arowej,
- nagrzewania siÄ™ obudowy i Å‚o\
ysk,
- poziomu hałasu i drgań.
Przeglądy urządzeń spawalniczych wykonuje się po uprzednim wyłączeniu ich spod napięcia nie rzadziej ni\
raz w roku. PrzeglÄ…d
powinien obejmować w szczególności:
- szczegółowe oględziny,
- badanie stanu technicznego w zakresie podanym w tablicy 8,
- sprawdzenie ochrony przeciwpora\
eniowej,
- sprawdzenie stanu Å‚o\
ysk napędów i prądnicy,
- czynności konserwacyjne i naprawy,
- przeprowadzenie ruchu próbnego.
W czasie ruchu próbnego nale\
y sprawdzić między innymi:
- prawidłowość działania układu chłodzenia,
- prawidłowość działania sterowania (ręcznego i automatycznego),
- stan i prawidłowość ustawienia elektrod,
- czasy pracy, zgrzewania, docisku i przerw.
Do wyłączania biegu jałowego nale\
y stosować wyłączniki automatyczne. W przypadku wyłączenia przez zabezpieczenie,
uruchomienie urzÄ…dzenia mo\
e nastąpić po oględzinach i stwierdzeniu \
e nie występują objawy świadczące o uszkodzeniu. Napięcie w
stanie jałowym urządzeń spawalniczych nie mo\
e przekraczać wartości ustalonych w warunkach technicznych.
Powy\
szych zasad eksploatacji spawarek i zgrzewarek jako urządzeń energetycznych nie stosuje się do spawarek wirujących o
napędzie nieelektrycznym oraz do spawarek i zgrzewarek o mocy znamionowej mniejszej lub równej 1 kW lub 1,1 kVA, je\
eli Å‚Ä…czna ich
moc u jednego u\
ytkownika nie przekracza 5 kW lub 5,5 kVA. W tych przypadkach podczas uruchamiania i eksploatacji urządzeń
spawalniczych nale\
y opierać się na fabrycznej instrukcji obsługi dostarczanej wraz z urządzeniem.
Spawarki i zgrzewarki, wśród których szczególnie rozpowszechnione są spawarki transformatorowe, są zaliczane do urządzeń
mogących stwarzać zagro\
enie \
ycia, zdrowia, a tak\
e środowiska. Silne promieniowanie podczerwone (cieplne) IR związane z
procesem spawania mo\
e powodować ujemne działanie począwszy od ucią\
liwości pracy do ró\
nych schorzeń i bezpośredniego
zagro\
enia zdrowia i \
ycia. Skutki promieniowania cieplnego są szczególnie groz
ne dla oczu i skóry i zale\
Ä… od czasu ekspozycji.
Instrukcje obsługi urządzeń spawalniczych muszą zawierać szczegółowe wytyczne dla u\
ytkowników oraz wymagania dotyczące
ochron osobistych pracowników.
UrzÄ…dzenia elektrotermiczne
Klasyfikacja urządzeń, metod i technologii elektrotermicznych
Urządzenia elektrotermiczne są to urządzenia techniczne przeznaczone do przekształcania energii elektrycznej w ciepło i wykorzystania
go w procesach grzejnych. W skład urządzeń elektrotermicznych wchodzą:
5 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
- człon grzejny (tzw. grzejnik elektryczny),
- człon zasilający wraz z członem przekształcającym energię elektromagnetyczną,
- wyposa\
enie dodatkowe, będące zespołem urządzeń mechanicznych, elektrycznych, pomiarowych
i regulacyjnych.
Urządzenia elektrotermiczne są bardzo ró\
norodne pod względem konstrukcji, wielkości, zasady działania, sposobu przenoszenia
ciepła, umieszczenia, ruchu i środowiska wsadu, rodzaju zasilania, wartości temperatury, czasu działania i in. Urządzenia
elektrotermiczne mogą być autonomiczne lub być częścią innych urządzeń bądz
ich ciągów.
Ze względu na metodę grzania urządzenia elektrotermiczne dzieli sie na:
- rezystancyjne (oporowe),
- elektrodowe,
- Å‚ukowe,
- indukcyjne,
- pojemnościowe,
- promiennikowe,
- mikrofalowe,
- plazmowe,
- elektronowe,
- laserowe (fotonowe),
- jarzeniowe (jonowe),
- ultradz
więkowe.
W u\
yciu są urządzenia wykorzystujące jedną zasadę działania, jak równie\
urządzenia skojarzone wykorzystujące więcej ni\
jednÄ…
metodę działania np. urządzenia łukowo-rezystancyjne. Oprócz tego podstawowego podziału stosuje się klasyfikację urządzeń ze
względu na:
 sposób nagrzewania (bezpośrednie i pośrednie),
 obszar zastosowania (przemysł, medycyna, rzemiosło),
 technologię (obróbka cieplna, plastyczna, łączenie, spawanie),
 konstrukcjÄ™ (komorowe i bezkomorowe),
 częstotliwość roboczą (mała, sieciowa, wielka),
 środowisko wsadu (atmosfera naturalna, pró\
nia),
 kinetykę wkładu (nieprzelotowe, przelotowe).
W zale\
ności od masy urządzenia i ich przeznaczenia urządzenia grzejne dzielimy ponadto na:
 elektryczne urzÄ…dzenia grzejne,
 elektryczne przenośne przyrządy grzejne,
 suszarki elektryczne,
 cieplarki elektryczne,
 nagrzewnice elektryczne nieprzenośne,
 piece elektryczne.
Budowa i zasada działania wybranych urządzeń elektrotermicznych
UrzÄ…dzenia rezystancyjne (oporowe)
Metoda rezystancyjna (oporowa) jest najprostszÄ… i najbardziej rozpowszechnionÄ… metodÄ… elektrotermicznÄ…. Wykorzystuje ona efekt
Joule a polegający na wydzielaniu ciepła przy przepływie prądu przez element grzejny. W praktyce wykorzystuje się metodę oporową
zarówno do bezpośredniego, jak i do pośredniego nagrzewania wsadów, a wśród urządzeń ją realizujących wyró\
nia siÄ™ urzÄ…dzenia
komorowe i bezkomorowe.
Urządzenia rezystancyjne bezpośrednie wykorzystują nagrzewanie materiału (wsadu) przy przepływie przez niego prądu. Wsad stanowi
element grzejny. U\
ywane są do skrośnego nagrzewania np. prętów, taśm, walców. Wa\
ną ich zaletą jest wysoka sprawność
energetyczna. W urządzeniach rezystancyjnych pośrednich ciepło wytwarzane jest w elementach grzejnych, skąd przenoszone jest
termokinetycznie do obszaru nagrzewania. Elementy grzejne w ww. urzÄ…dzeniach wykonywane sÄ…:
- ze stopów rezystancyjnych (ferrochromalowe  kanthale),
- z materiałów niemetalowych (proszek metalu z grafitem, karborund, grafit, molibden).
Elementy grzejne niskotemperaturowe (30÷400oC) wykonywane sÄ… jako folie metalowe (miedziane, aluminiowe, \
elazne, poliestrowe, z
6 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
gumy silikonowej z dodatkiem grafitu). Innym rozwiązaniem elementów niskotemperaturowych są kable grzejne lub elementy grzejne
rurkowe.
Elementy grzejne Å›redniotemperaturowe (400÷1000oC) sÄ… wykonywane głównie ze stopów austenitycznych i ferrytycznych w formie
spirali lub taśm i układane w kształtkach ceramicznych lub zaprasowywane w materiale ceramicznym.
Elementy grzejne wysokotemperaturowe (650÷3000oC) wykonywane sÄ… z metali wysokotopliwych (karborund, dwukrzemek molibdenu,
grafit) w formie drutów, taśm, blach itp. Elementy te wykorzystuje się do budowy pieców komorowych, przelotowych o mocy od kilku
kW do kilku MW.
UrzÄ…dzenia elektrodowe.
Urządzenia elektrodowe wykorzystują nagrzewanie elektryczne oparte o wytwarzanie ciepła przy przepływie prądu przez ośrodek ciekły
(elektrolit), połączony ze z
ródłem energii za pośrednictwem elektrod. Ośrodkami grzejnymi są: woda, roztwory wodne, roztopione sole,
szkła i elektrolity. Do zasilania tych urządzeń stosuje się napięcie stałe lub przemienne 50 Hz.
W praktyce przemysłowej wykorzystuje się metodę elektrodową zarówno do bezpośredniego jak i pośredniego grzania wsadów, a
urządzenia realizujące metodę elektrodową to prawie wyłącznie nieprzelotowe lub przelotowe urządzenia komorowe. Najwa\
niejsze
zastosowania praktyczne metody elektrodowej sprowadzają się do następujących dziedzin: nagrzewanie wody, obróbki cieplno-
chemicznej metali w roztopionych solach, topienie szkła, przetapianie metali i otrzymywania niektórych metali nie\
elaznych
(termoelektrolizery do wytwarzania Al, Na, Ca, itp.).
Moce tych urządzeń sięgają do kilkuset kW w przypadku pieców i wanien do obróbki cieplnej metali i do kilkunastu MW w przypadku
wytopu szkła lub nagrzewania wody.
UrzÄ…dzenia Å‚ukowe.
Urządzenia łukowe dzielą się na urządzenia o działaniu łuku:
a) pośrednim,
b) bezpośrednim.
W pierwszych z nich łuk występuje między elektrodami w pewnej odległości od wsadu, nagrzewając go głównie przez promieniowanie.
W praktyce częściej wykorzystywane są urządzenia o łuku bezpośrednim, w których łuk powstaje między wsadem a elektrodą, wobec
czego następuje bezpośrednie przekazywanie ciepła łuku na wsad, który stanowi jedną z elektrod. W piecach łukowych wykorzystuje
się zarówno łuk prądu stałego jak i prądu przemiennego 50 Hz.
Nagrzewanie łukowe wykorzystywane jest głównie w procesach bezkomorowego nagrzewania wsadów w sposób pośredni i
komorowego nagrzewania wsadów w sposób pośredni lub pośrednio-bezpośredni. Ze względu na wysoką temperaturę wyładowania
Å‚ukowego (ok. 5000 ÷6000 K) i du\
ą nierównomierność rozkładu temperatury na powierzchniach lub w objętościach nagrzewanych
wsadów, łuk elektryczny nie nadaje się do obróbki cieplnej wsadów, wymagającej zwykle ogrzewania ich do ściśle określonych
temperatur. Stosuje się go natomiast w procesach wymagających topienia metali i innych materiałów trudnotopliwych oraz w procesach
chemicznych wymagajÄ…cych wysokiej temperatury.
Moce pieców łukowych osiągają wartości kilkudziesięciu MW. Ze względu na zjawiska towarzyszące pracy pieców łukowych przy ich
zasilaniu konieczne jest stosowanie urządzeń do kompensacji mocy biernej oraz filtrów wy\
szych harmonicznych.
UrzÄ…dzenia indukcyjne.
Urządzenia (nagrzewnice i piece) indukcyjne wykorzystują ciepło wytwarzane przy przepływie indukowanego prądu przewodzenia
(prądów wirowych) o częstotliwości od kilkunastu Hz do kilkudziesięciu MHz. Metodę tę stosuje się do nagrzewania bezpośredniego
oraz pośredniego. Mo\
liwe jest nagrzewanie powierzchniowe, skrośne oraz topienie. Nagrzewanie indukcyjne stosuje się w obróbce
plastycznej do hartowania i wy\
arzania, gdy\
daje mo\
liwość wyrównania temperatury wsadu np. rur, kotłów. Nagrzewanie indukcyjne
wykorzystywane jest ponadto do hartowania, zgrzewania i topienia metali. Do topienia metali u\
ywa się pieców indukcyjnych
kanałowych lub tyglowych, w których metal jest odpowiednikiem uzwojenia wtórnego transformatora. Na rys. 7 pokazana jest zasada
działania pieca indukcyjnego rdzeniowego, w którym wsad umieszczony w pierścieniowym korycie z materiału ogniotrwałego spełnia
rolę uzwojenia wtórnego.
7 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
Rys. 7. Zasada działania pieca indukcyjnego rdzeniowego:
1  wzbudnik, 2  wsad, 3  korytko pierścieniowe, 4  rdzeń.
Moc urządzeń indukcyjnych wynosi od kilkuset kVA do kilkudziesięciu MW, a ich sprawność sięga 70%. Urządzenia indukcyjne
charakteryzują się na ogół niskimi własnymi współczynnikami mocy, muszą więc pracować z baterią kondensatorów.
Pozostałe urządzenia elektrotermiczne
Urządzenia pojemnościowe (dielektryczne) wykorzystują nagrzewanie oparte na efekcie polaryzacji w ośrodkach dielektrycznych lub
półprzewodnikowych, do których energia wielkiej częstotliwości doprowadzana jest za pośrednictwem elektrod.
y
le przewodzący wsad, umieszczony między elektrodami, tworzy pojemnościowy układ grzejny. Do zasilania pojemnościowych układów
grzejnych dobiera się częstotliwości rzędu kilku do kilkudziesięciu MHz. Urządzenia grzejne pojemnościowe są wykorzystywane jako
komorowe i bezkomorowe. Moc urzÄ…dzeÅ„ pojemnoÅ›ciowych zawiera siÄ™ w przedziale 0,5÷1000 kW. Metoda nagrzewania
pojemnościowego ma zastosowanie do:
 zgrzewania i obróbki cieplnej tworzyw termoplastycznych,
 suszenia rdzeni formierskich,
 wyrobu sklejki i płyt wiórowych,
 suszenia drewna i tekstyliów.
Urządzenia promiennikowe wykorzystują nagrzewanie elektryczne pośrednie oparte na zjawisku promieniowania temperaturowego i
luminescencyjnego emitowanego przez specjalnie do tego celu zbudowane z
ródła promieniowania. Promienniki składają się z dwóch
podstawowych elementów: emitującego i kierującego promieniowanie. Urządzenia promiennikowe atmosferyczne mogą pracować jako
suszarki, nagrzewnice i piece wyposa\
one w promienniki podczerwieni lub nadfioletu. Urządzenia promiennikowe pró\
niowe, to piece i
suszarki pró\
niowe z promiennikami umieszczonymi w układach pró\
niowych z izolacjÄ… cieplnÄ…, o temperaturze pracy do 3000oC.
Urządzenia mikrofalowe wykorzystują nagrzewanie elektryczne oparte na efekcie polaryzacji w ośrodkach dielektrycznych lub
półprzewodnikowych zasilanych energią wielkiej częstotliwości za pośrednictwem falowodu. Zakres częstotliwości mikrofalowych
obejmuje przedział od 300 MHz do 300 GHz. y
ródłem mocy grzejnej jest lampa mikrofalowa. Największe urządzenia osiągają moc 500
kW przy sprawności 60%. Technika mikrofalowa znalazła zastosowanie w przemyśle do nagrzewania materiałów o małej przewodności
cieplnej np. wulkanizacja profili gumowych, pasteryzacja środków spo\
ywczych, kruszenie skał. Kuchnie mikrofalowe słu\
Ä… do
podgrzewania produktów spo\
ywczych.
UrzÄ…dzenia plazmowe wykorzystujÄ… nagrzewanie elektryczne oparte na wykorzystaniu energii strumienia izotermicznej
niskotemperaturowej plazmy gazowej. Plazma jest stanem materii, w którym częściowo lub całkowicie zjonozowany gaz zawiera taką
samą liczbę swobodnych jonów dodatnich i elektronów. Pod względem elektrycznym jej stan jest prawie neutralny. Cechuje ją du\
a
konduktywność a więc mo\
na ją nagrzewać elektrycznie. Plazmę wykorzystuje się wyłącznie do przekazywania energii cieplnej wsadu.
Do generacji strumienia plazmy wykorzystuje się plazmotrony łukowe, indukcyjne i pojemnościowe zasilane prądem stałym lub
przemiennym, których sprawność sięga 90%.
Zastosowanie plazmy niskotemperaturowej obejmuje:
1) metalurgiÄ™ metali \
elaznych (wytapianie stali ze złomu, przetapianie stali \
aroodpornych),
2) metalurgiÄ™ metali nie\
elaznych (wytapianie Cu i Pb),
3) metalurgiÄ™ \
elazostopów,
4) odlewnictwo (wytapianie \
eliwa),
5) plazmochemię (wytwarzanie acetylenu i etylenu z węglowodorów, otrzymywanie czystych gazów
szlachetnych),
6) cięcie plazmowe, spawanie plazmowe, plazmowe nanoszenie powłok, utylizacja toksycznych odpadów
w wysokich temperaturach.
Urządzenia elektronowe wykorzystują nagrzewanie elektryczne oparte na powstaniu ciepła w wyniku pochłonięcia przez wsad
energii kinetycznej ciepła wiązki elektronów, przyśpieszonej w polu elektrycznym. Jest to nagrzewanie bezpośrednie. Zasadniczymi
elementami nagrzewnic i pieców elektronowych są: zasilacz wysokiego napięcia, wielostopniowa komora pró\
niowa i wyrzutnia
elektronów, tworząca wraz z układami skupienia i ewentualnie odchylania wiązki elektronów tzw. działo elektronowe. Głębokość
8 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
wnikania elektronów w nagrzewany ośrodek jest niewielka i dlatego metoda nadaje się do nagrzewania powierzchniowego.
Wśród głównych technologii pró\
niowych wykorzystujących wiązki elektronowe do generowania ciepła we wsadach, mo\
na wyró\
nić:
topienie i rafinację, obróbkę cieplną, mikroobróbkę, napylanie cienkich warstw i spawanie. W piecach elektronowych przeprowadza się
procesy topienia lub rafinacyjnego przetapiania metali trudnotopliwych, takich jak: W, Mo, Ta, Nb a tak\
e stali i jej stopów. Wyrzutnie
pieców elektronowych o mocach siÄ™gajÄ…cych 1,5 MW zasila siÄ™ napiÄ™ciami o wartoÅ›ciach 10÷35 kV. W wiÄ™kszych piecach (do kilku
MW) stosuje siÄ™ kilka niezale\
nych wyrzutni elektronów.
Urządzenia fotonowe (laserowe) wykorzystują wytwarzanie ciepła opartego na przemianie energii elektrycznej w energię
promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez lasery. Mo\
liwa jest praca ciągła i impulsowa laserów w nagrzewnicach,
obrabiarkach, drÄ…\
arkach, spawarkach i urządzeniach do cięcia. Cechą charakterystyczną obróbki laserowej jest jej du\
a wydajność i
wielka precyzja.
Urządzenia jarzeniowe wykorzystują nagrzewanie elektryczne oparte o przejmowanie energii przez będący katodą wsad z
wytworzonego w pobli\
u jego powierzchni niskociśnieniowego wyładowania jarzeniowego. Nagrzewanie to jest wykorzystywane do
modyfikacji warstw wierzchnich wsadów w rezultacie zmian ich składu chemicznego. Są to procesy pró\
niowe. ZaletÄ… technik
jarzeniowych jest mo\
liwość realizacji wielu procesów przy stosunkowo niskich temperaturach (150÷600oC). Moc pieców osiÄ…ga do
1MW.
UrzÄ…dzenia ultradz
więkowe wykorzystują nagrzewanie elektryczne oparte na wykorzystaniu przemienionych w ciepło drgań
mechanicznych powstających wskutek pochłaniania przez wsad fal ultradz
wiÄ™kowych o czÄ™stotliwoÅ›ci 18÷40 kHz. Przemiana energii
elektrycznej w energiÄ™ fal ultradz
więkowych odbywa się w przetwornikach piezoelektrycznych, elektro i magnetostrykcyjnych.
UrzÄ…dzenie zasilane jest z przetwornika tyrystorowego lub tranzystorowego. Efekty cieplne ultradz
więkowe wykorzystuje się do
zgrzewania i spawania metali, tworzyw sztucznych, ceramiki i szkła. Podczas łączenia energia doprowadzona falami ultradz
więkowymi
wywołuje tarcie w otoczeniu dociskanych siłą powierzchni łączonych elementów. Powoduje to wzrost temperatury, dyfuzje, topienie i w
efekcie trwałe połączenie elementów. Moc urządzeń osiąga do 40 kW, a ich sprawność około 60%.
Pomiary i regulacja temperatury w urzÄ…dzeniach elektrotermicznych.
Bardzo istotne znaczenie w urzÄ…dzeniach elektrotermicznych odgrywa kwestia pomiaru i regulacji temperatury. Pomiaru temperatury
dokonuje siÄ™ termometrami:
- nieelektrycznymi (np. rtęciowymi),
- termoelektrycznymi (termoelement-czujnik),
- rezystancyjnymi (rezystor termometryczny),
- termistorowymi (przetwornik półprzewodnikowy),
- pirometrycznymi (detektor promieniowania cieplnego).
Do regulacji temperatury w urządzeniach przemysłowych najczęściej stosuje się układy automatyczne wykorzystujące ujemne
sprzÄ™\
enie zwrotne. Mo\
e być to regulacja ciągła lub skokowa.
W urządzeniach elektrotermicznych o mniejszej mocy (głównie rezystancyjnych) do regulacji temperatury stosowane są regulatory,
które w oparciu o sygnały przekazywane z urządzeń termometrycznych dokonują załączenia lub wyłączenia elementów grzejnych.
Zasady eksploatacji urządzeń elektrotermicznych
Dokumentacja techniczno-eksploatacyjna.
Dokumentacja techniczno-eksploatacyjna urządzeń elektrotermicznych mo\
e zawierać np.:
- komplet dokumentacji fabrycznej (w tym DTR oraz karty gwarancyjne i fabryczne instrukcje obsługi),
- dokumenty przyjęcia urządzeń do eksploatacji,
- instrukcje eksploatacji urządzeń,
- instrukcje eksploatacji urządzeń,
- ksiÄ…\
ki i raporty pracy urządzeń,
- protokoły prób i pomiarów.
Osoba odpowiedzialna za prowadzenie dokumentacji techniczno-eksploatacyjnej powinna na bie\
ąco prowadzić jej aktualizację.
Przyjmowanie urządzeń elektrotermicznych do eksploatacji.
Przyjęcie do eksploatacji urządzeń elektrotermicznych nowych lub po remoncie mo\
e nastąpić po stwierdzeniu, \
e:
- budowa urządzeń odpowiada wymaganiom określonym w normach, dokumentacji techniczno-ruchowej wytwórcy
9 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
lub określonym przez jednostkę organizacyjną, która wykonywała remont urządzenia,
- urzÄ…dzenia zainstalowano zgodnie z dokumentacjÄ… i warunkami technicznymi,
- protokół odbioru technicznego urządzenia po remoncie potwierdza zgodność parametrów technicznych z
dokumentacjÄ…,
- miejsce pracy urzÄ…dzenia odpowiada wymaganiom bhp, oraz ochrony przeciwpora\
eniowej i przeciwpo\
arowej,
- urzÄ…dzenie posiada kompletnÄ… dokumentacjÄ™ techniczno-eksploatacyjnÄ….
Podstawę przyjęcia urządzenia elektrotermicznego do eksploatacji stanowi protokół przyjęcia urządzenia do eksploatacji zawierający
jednoznacznie stwierdzenie, \
e urzÄ…dzenie nadaje siÄ™ do ruchu.
Zasady prowadzenia eksploatacji urządzeń elektrotermicznych.
Szczegółowe zasady eksploatacji urządzeń elektrotermicznych określają sposób prowadzenia ruchu tych urządzeń, terminy i zakres
przeprowadzania oględzin i przeglądów oraz zasady przekazywania urządzeń do remontu.
Dla urządzeń elektrotermicznych powinny być opracowane programy pracy, które powinny uwzględniać zasady racjonalnego
u\
ytkowania energii elektrycznej. Program pracy urządzenia elektrotermicznego powinien określać:
1) minimalny czas pracy na biegu jałowym,
2) mo\
liwość obni\
enia poboru mocy elektrycznej w godzinach największego obcią\
enia krajowego systemu
elektroenergetycznego,
3) optymalne wypełnienie komory grzejnej (tygla), które nie powinno być mniejsze ni\
70% pojemności
znamionowej lub dopuszczalnej masy wsadowej, jeśli dokumentacja techniczna nie stanowi inaczej,
4) maksymalną dopuszczalną energochłonność, w zale\
ności od rodzaju procesu technologicznego i masy
wsadowej,
5) wartość prądów łuków na wybranych zaczepach i czas pracy na danym zaczepie,
6) wartość dopuszczalnego poboru mocy i zu\
ycia energii elektrycznej w określonej jednostce czasu,
7) wskaz
niki jednostkowego zu\
ycia energii elektrycznej,
8) optymalną wydajność, czas nagrzewania, czas wytopu, przelotowość
W razie zmiany warunków eksploatacji program pracy powinien być aktualizowany. Przepisy dotyczace szczegółowych zasad
eksploatacji określają zakres i terminy przeprowadzania takich czynności eksploatacyjnych, jak oględziny i przeglądy.
Oględziny urządzeń elektrotermicznych nale\
y przeprowadzać w czasie ruchu oraz w czasie postoju urządzeń nie rzadziej ni\
raz na
kwartał. Przy przeprowadzaniu oględzin w czasie ruchu urządzeń nale\
y w szczególności sprawdzić:
1) stan ochrony przeciwpora\
eniowej i przeciwpo\
arowej,
2) wskazania aparatury kontrolno-pomiarowej,
3) działanie i szczelność układu chłodzenia oraz temperaturę wody chłodzącej,
4) temperaturę powierzchni obudowy i stan wymurówki,
5) działanie aparatury sygnalizacyjnej, sterowniczej i zabezpieczającej,
6) stan napędów, instalacji i torów wielkoprądowych wraz z wyposa\
eniem,
7) stan połączeń mechanicznych i elektrycznych,
8) działanie urządzeń załadowczych i wyładowczych,
9) stan układu z atmosferą ochronną i technologiczną,
10) poziom hałasu i drgań,
11) przestrzeganie programów pracy urządzeń elektrotermicznych,
12) czystość urządzeń elektrotermicznych.
W razie stwierdzenia nieprawidłowości podczas oględzin nale\
y je usunąć lub poddać urządzenie przeglądowi, który obejmuje:
1) szczegółowe oględziny w zakresie podanym wy\
ej,
2) sprawdzenie działania wszystkich podzespołów urządzenia elektrotermicznego, ze szczególnym
uwzględnieniem elementów pracujących w wysokich temperaturach,
3) badania stanu technicznego w zakresie ustalonym w załączniku do zarządzenia,
4) wymianÄ™ zu\
ytych części i usunięcie stwierdzonych uszkodzeń.
W wyniku dokonanego przeglÄ…du mo\
e być podjęta decyzja o przekazaniu urządzenia do remontu lub wycofaniu z eksploatacji.
Przepisy przewidywały równie\
przypadki, w których ruch urządzeń elektrotermicznych nale\
y wstrzymać ze względu na zagro\
enie
bezpieczeństwa obsługi lub otoczenia oraz w przypadku stwierdzenia uszkodzeń lub zakłóceń uniemo\
liwiajÄ…cych eksploatacjÄ™.
Obejmują one w szczególności przypadki wystąpienia:
10 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
1) wzrostu temperatury czynnika chłodzącego ponad wartość określoną w dokumentacji fabrycznej,
2) uszkodzenia układu z atmosferą ochronną i technologiczną,
3) uszkodzenia instalacji chłodzenia,
4) uszkodzenia instalacji sterowania i automatycznej regulacji,
5) nadmiernych drgań i nadmiernego poziomu hałasu.
Baterie kondensatorów do kompensacji mocy biernej
Podział i budowa kondensatorów elektroenergetycznych.
Kondensatory znajdujÄ… w elektroenergetyce szerokie zastosowanie. SÄ… one u\
ywane do:
 poprawy współczynnika mocy,
 kompensacji reaktancji linii elektroenergetycznych i regulacji napięcia,
 kompensacji indywidualnej mocy biernej biegu jałowego transformatorów i silników,
 układów filtrów wy\
szych harmonicznych w sieciach prądu przemiennego i filtrów wygładzających dla napięcia
stałego,
 sprzęgania urządzeń łączności w.cz. z liniami przesyłowymi.
Kondensatory elektroenergetyczne mo\
na podzielić:
a) ze względu na rodzaj napięcia na:
 na napięcie przemienne,
 na napięcie stałe i pulsujące,
 zwiększonej częstotliwości,
 impulsowe;
b) ze względu na wysokość napięcia na:
 niskonapięciowe,
 wysokonapięciowe;
c) ze względu na budowę:
 z wszystkimi zaciskami izolowanymi,
 z jednym zaciskiem połączonym z obudową;
d) ze względu na liczbę faz:
 jednofazowe,
 trójfazowe.
Kondensatory wykonuje się z tak zwanych zwijek. Zwijka, zwana równie\
elementem kondensatorowym, składa się z nawiniętego
zespołu okładzin i warstw dielektryka (Rys. 8).
Rys.8. Budowa zwijki kondensatorowej
Oznaczenia: 1 - dielektryk, 2 - okładziny z folii aluminiowej, 3 - doprowadzenia prądowe
W kondensatorach znajduje się pewna ilość zwijek, połączonych ze sobą równolegle i szeregowo w zale\
ności od napięcia
znamionowego i mocy danej jednostki (Rys. 9).
Rys. 9. Układ połączeń wewnętrznych kondensatorów elektroenergetycznych
Oznaczenia: a) kondensator na napięcie ponad 1 kV, b) kondensator na napięcie do 1 kV, c) kondensator z dwoma biegunami
izolowanymi, d) kondensator z jednym biegunem izolowanym
11 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
Współcześnie budowane kondensatory elektroenergetyczne charakteryzują się bardzo dobrymi wskaz
nikami masy i strat mocy na 1
kvar, wynoszącymi odpowiednio ok. 0,l kg/kvar i 0,1 W/kvar. Uzyskane to zostało dzięki postępowi w technologii materiałów,
eliminowaniu papieru na rzecz niskostratnych tworzyw sztucznych oraz wprowadzaniu biodegradalnych syciw izolacyjnych. W
kondensatorach niskonapięciowych preferowana jest budowa o tzw. izolacji suchej, bez stosowania syciwa.
Okładziny współczesnych kondensatorów są wykonywane w formie warstwy metalizacji o grubości poni\
ej 1 µm umieszczonej na
dielektryku. Ma to zaletę nie tylko ze względu na mniejsze wymiary i masę jednostki, ale te\
przede wszystkim pozwala na otrzymanie
efektu samoregeneracji izolacji kondensatora po przebiciu. Zjawisko samoregeneracji polega na tym, \
e wokół miejsca przebicia
dielektryka następuje wytopienie się warstwy metalizacji powodując odstęp izolacyjny umo\
liwiajÄ…cy dalszÄ… pracÄ™ zwijki.
Wielkości znamionowe kondensatorów.
Podstawowe wielkości charakteryzujące kondensatory to pojemność i napięcie znamionowe. Kondensatory są produkowane na ogół
na napiÄ™cia znamionowe od 220 V do 20 kV i o pojemnoÅ›ci odpowiadajÄ…cej mocy znamionowej jednostek 10÷150 kvar. W zale\
ności
od napięcia sieci i wymaganej mocy, baterie kondensatorów składają się z pewnej liczby jednostek połączonych ze sobą równolegle
lub szeregowo-równolegle.
Pojemność kondensatorów zmienia się w zale\
ności od temperatury i od dielektryka zastosowanego przy budowie zwijek. Zale\
ność ta
chocia\
jest stosunkowo niewielka i wynosi zwykle okoÅ‚o 0,1% na 1°C, powinna być uwzglÄ™dniana w niektórych przypadkach, np. mo\
e
wpływać na czułość działania niektórych zabezpieczeń.
Dla kondensatorów prądu przemiennego, przeznaczonych do kompensacji mocy biernej, podaje się w katalogach wartość ich
znamionowej mocy biernej Qn:
przy czym:
Cn  znamionowa pojemność jednostki,
Un  napięcie znamionowe,
É  znamionowa wartość pulsacji.
Kondensatory niskonapięciowe przeznaczone do kompensacji mocy biernej są produkowane w wersji jednofazowej lub trójfazowej, o
wewnÄ™trznym poÅ‚Ä…czeniu w trójkÄ…t, w jednostkach o mocy l0÷100 kvar. Kondensatory niskonapiÄ™ciowe sÄ… zazwyczaj produkowane w
trzech grupach napiÄ™ciowych: 220÷300 V, 400÷500 V i 525÷600 V. Zwijki kondensatorów nale\
ących do danej grupy napięciowej są
wykonane na to samo napięcie, natomiast napięcia znamionowe jednostek mogą być ró\
ne i wynoszÄ… np. 230 V, 380 V, 400 V, 460 V,
525 V. Ma to istotny wpływ na podawaną przez wytwórcę moc znamionową jednostki. Produkowane są te\
czasem jednostki na wy\
sze
napięcia, np. 690 V o zwijkach 1 kV.
Kondensatory dla sieci o napięciu ponad 1 kV wykonuje się jako jednofazowe na napięcia znamionowe równe 1,05 napięcia fazowego
sieci. Na przykład, kondensatory o napięciu znamionowym 3,64 kV są przeznaczone dla sieci 6 kV, 9,09 kV dla sieci 15 kV itd.
Kondensatory takie są przeznaczone do łączenia w baterie w układzie gwiazdowym.
Wartości znamionowe mocy kondensatorów mają głównie znaczenie katalogowe. Rzeczywiste wartości mocy jednostek mogą ró\
nić
siÄ™ od katalogowych na skutek ujemnej lub dodatniej tolerancji dopuszczanej przy produkcji zwijek i ich monta\
u w zespoły o odpowie-
dniej pojemności. Dlatego te\
na tabliczkach znamionowych kondensatorów powinny być podawane rzeczywiste zmierzone wartości
pojemności danych jednostek oraz obliczone stąd wartości mocy lub energii przy napięciu znamionowym i znamionowej częstotliwości.
Ró\
nice pojemności poszczególnych jednostek nale\
ących do tej samej wielkości katalogowej mogą mieć znaczenie przy budowie
baterii zło\
onych z wielu jednostek, np. przy doborze wielkości rozruchowych zabezpieczeń.
Podawana na tabliczce znamionowej wartość prądu znamionowego In jest wartością obliczoną dla rzeczywistej pojemności danej
jednostki przy zasilaniu napięciem znamionowym:
In= Un· C · É
Na tabliczce znamionowej kondensatora musi być podana znamionowa częstotliwość, ewentualnie uzupełniona o dopuszczalną
zawartość wy\
szych harmonicznych. Wa\
ną informacją podawaną na tabliczkach znamionowych kondensatorów jest rodzaj izolacji.
Większość kondensatorów elektroenergetycznych jest wykonywana z izolacją foliową lub papierową impregnowaną syciwem
dielektrycznym, które w nielicznych przypadkach mo\
e mieć charakter toksyczny. Dotyczy to kondensatorów wyprodukowanych z
u\
yciem chlorowanych dwufenyli PCB, obecnie rzadko spotykanych.
Zastosowanie kondensatorów do kompensacji mocy biernej.
Kondensatory do kompensacji mocy biernej mają za zadanie poprawę współczynnika mocy w danym punkcie sieci do wartości
12 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
wymaganej przez dostawcę energii. Baterie kondensatorów mogą być przy tym, w zale\
ności od kryteriów ekonomicznych, instalowane
centralnie, grupowo lub indywidualnie przy odbiorach (Rys. 11).
Rys. 11. Rodzaje kompensacji mocy biernej przy pomocy kondensatorów:
1  indywidualna, 2  grupowa, 3a  centralna po stronie SN, 3b  centralna po stronie nn.
Wymagana moc baterii kondensatorów dla poprawy współczynnika mo\
e być obliczona ze wzoru:
przy czym P oznacza wartość mocy czynnej pobieranej w danym miejscu sieci.
Je\
eli kondensatory mają być rozmieszczone grupowo w kilku miejscach w układzie promieniowym, odpowiedni podział baterii mo\
e
być dokonany na podstawie analizy techniczno-ekonomicznej.
Przy kompensacji indywidualnej, kondensatory dobiera się indywidualnie do odbiorników. Stopień kompensacji mocy biernej, tj.
stosunek mocy biernej baterii kondensatorów do mocy biernej indukcyjnej danego odbiornika powinien być mniejszy od jedności, aby
nie dopuścić do przekompensowania i związanego z tym wzrostu napięcia na zaciskach odbiornika. Ma to szczególne znaczenie przy
kompensacji indywidualnej silników indukcyjnych, ze względu na mo\
liwość wystąpienia szkodliwego zjawiska samowzbudzenia silnika.
Kompensację indywidualną stosuje się niekiedy dla kompensacji mocy biegu jałowego transformatorów. Indywidualne kondensatory
kompensacyjne są powszechnie instalowane w oprawach lamp wyładowczych.
Przy indywidualnej kompensacji transformatorów, które przez dłu\
sze okresy czasu pracujÄ… w warunkach zbli\
onych do stanu
jałowego, nale\
y dobrać moc kondensatora mniej więcej równą poborowi mocy biernej przy stanie jałowym transformatora, jednak moc
baterii nie powinna na ogół przekraczać 10 - 12% mocy znamionowej transformatora.
Pojemnościowe obcią\
enie transformatora wywołuje wzrost napięcia na transformatorze i zniekształcenie krzywej napięcia, co
powoduje zwiększenie strat w \
elazie rdzenia i mo\
e wywołać jego przegrzanie przy dłu\
szej pracy z obciÄ…\
eniem pojemnościowym.
Oprócz poprawy współczynnika mocy kondensatory elektroenergetyczne są stosowane do:
 regulacji napięcia,
 regulacji przepływu mocy w systemie,
 poprawy równowagi statycznej i dynamicznej systemu elektroenergetycznego,
 tłumienia oscylacji i filtracji wy\
szych harmonicznych.
W zale\
ności od sposobu przyłączenia do sieci kondensatory elektroenergetyczne dzieli się na równoległe i szeregowe.
W elektroenergetyce kondensatory znajdują równie\
następujące zastosowanie:
 w obwodach pieców indukcyjnych o podwy\
szonej częstotliwości, jako elementy zasilacza w.cz. i do
kompensacji mocy biernej pieców (tzw. kondensatory plecowe),
 do rozruchu i zasilania jednofazowych silników indukcyjnych (kondensatory silnikowe),
 w urządzeniach tzw. częstotliwości nośnej (kondensatory sprzęgające),
 w pojemnościowych dzielnikach napięcia,
 do kompensacji mocy biernej lamp wyładowczych (kondensatory lampowe).
Budowa i parametry poszczególnych rodzajów kondensatorów mogą ró\
nić się w sposób bardzo znaczny w zale\
ności od ich
przeznaczenia.
Kompensacja mocy biernej, szczególnie w odniesieniu do zmiennych obcią\
eń, mo\
e być realizowana przy pomocy tzw. statycznych
kompensatorów mocy biernej, pozwalających na regulację mocy kompensatora bez u\
ycia łączników w oparciu o układy
energoelektroniczne, głównie sterowniki tyrystorowe.
13 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
Zadaniem kondensatorów jest dostarczenie do systemu w danym miejscu odpowiedniej mocy biernej pojemnościowej, tj. kompensacja
mocy biernej indukcyjnej. Podobne zadanie w odniesieniu do mocy biernej indukcyjnej mogą spełniać elektroenergetyczne dławiki
kompensacyjne. W ogólnym przypadku układy zło\
one z kondensatorów i dławików noszą nazwę kompensatorów statycznych mocy
biernej.
Układ mo\
e zawierać nieregulowaną, tzw. stałą baterię kondensatorów FC, baterię regulowaną przy u\
yciu sterowników tyrystorowych
TSC, dławiki łączone tyrystorowo nieregulowane TSR, dławiki regulowane tyrystorowo TCR (Rys. 12).
Rys. 12. Układy kompensatorów statycznych.
Następujące układy są najbardziej rozpowszechnione:
- układ kondensatorów włączonych na stałe i sterowanych tyrystorowo dławików FC/TCR,
- układ kondensatorów i dławików załączanych tyrystorami TSC/TSR,
- układ kondensatorów załączanych tyrystorami i sterowanych dławików TSC/TCR.
Układy TSC/TCR umo\
liwiają płynną regulację mocy biernej pojemnościowej, stanowiąc układ tzw. kompensacji nadą\
nej.
Zabezpieczenia baterii kondensatorów.
Baterie kondensatorów i urządzenia z nimi połączone zabezpiecza się przed skutkami następujących zakłóceń:
- zwarć powstałych na zewnątrz kondensatorów (tzw. zwarć zewnętrznych),
- zwarć i uszkodzeń wewnątrz kondensatorów,
- przeciÄ…\
eń prądowych.
Prócz tego stosuje się niekiedy zabezpieczenia:
1) od wzrostu napięcia na zaciskach kondensatorów ponad wartość dopuszczalną,
2) od podwy\
szenia się temperatury otaczającego powietrza ponad wartość dopuszczalną.
Zabezpieczenie od skutków uszkodzeń zewnętrznych wykonuje się za pomocą bezpieczników bądz
przekaz
ników działających na
włącznik baterii.
Bezpieczniki chroniące całą baterię nazywane są bezpiecznikami głównymi, natomiast w przypadkach stosowania większej mocy
baterii, gdzie całość podzielona jest na odrębne grupy, zabezpieczenie takie nazywane jest grupowym.
W bateriach o napięciu do 1 kV, dopuszczalne jest stosowanie wspólnego zabezpieczenia, pod warunkiem, \
e liczba jednostek nie
przekracza pięciu, a prąd znamionowy nie przekracza 100 A. Przy wartościach większych, zawsze stosuje się zabezpieczenia grupowe,
natomiast całą baterię zabezpiecza się wówczas wyłącznikiem samoczynnym.
PrÄ…d znamionowy wkÅ‚adki bezpiecznikowej o dziaÅ‚aniu szybkim powinien być równy 2÷3 krotnej wartoÅ›ci prÄ…du znamionowego
zabezpieczonej grupy.
Przekaz
niki i wyzwalacze winny być nastawione na następujące wartości:
 wyzwalacze:
przy t = 0,5 s - I e" (5 ÷ 10) In
przy t e" 0,5 s - I e" (1,4 ÷ 1,5) In
 przekaz
niki:
przy t = 0,2 s - I e" 2,5 In
14 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
przy t = 0,5 s - I e" 1,5 In
gdzie:
t  zwłoka czasowa zabezpieczeń,
I  prÄ…d nastawienia,
In  prÄ…d znamionowy baterii.
Uszkodzenia wewnętrzne, występujące w kondensatorach, stanowią najczęściej przebicia wewnątrz zwijek, przebicia do obudowy oraz
zwarcia i przerwy przewodów doprowadzających wewnątrz kondensatorów. Przy zwarciu wewnętrznym mo\
e nastąpić szybki rozkład
syciwa i wydzielanie się gazów, powodujące wybrzuszenie ścianek obudowy, a nawet, w niektórych przypadkach, rozerwanie
kondensatora.
Jednostki niskonapięciowe (poni\
ej 1 kV posiadają zabezpieczenie wewnętrzne działające w przypadku uszkodzenia poszczególnych
zwijek oraz zabezpieczenie bezpiecznikami zewnętrznymi chroniącymi kondensator przed rozerwaniem kadzi.
Kondensatory wysokonapięciowe (powy\
ej 1 kV) z uwagi na brak bezpieczników wewnętrznych w jednostkach kondensatorowych
zabezpieczone są tylko zewnętrznym systemem zabezpieczeń.
Jako zasadę typowych rozwiązań zabezpieczeń baterii kondensatorów powy\
ej 1 kV od skutków zwarć zewnętrznych spotyka się
następujące rozwiązania:
 baterie małej mocy zabezpiecza się bezpiecznikami głównymi współpracującymi z łącznikami,
 baterie średniej mocy zabezpiecza się przekaz
nikami nadmiarowo-prądowymi zwłocznymi.
Rys. 13. Układ zabezpieczenia ró\
nicowego baterii kondensatorów
Oznaczenia: 1 - przekaz
nik nadprądowy ró\
nicowy, 2 - przekaz
nik prÄ…dowy
Jako zabezpieczenie od zwarć i uszkodzeń wewnętrznych baterii wielkiej mocy mo\
na stosować w bateriach na napięcia powy\
ej 1 kV
dwa rodzaje zabezpieczeń: zabezpieczenie ró\
nicowe w układzie podwójnej gwiazdy lub zabezpieczenie nadnapięciowe w układzie
pojedynczej gwiazdy.
Wpływ napięcia i temperatury na pracę kondensatorów
Kondensatory elektroenergetyczne są szczególnie wra\
liwe na wzrost napięcia i na wzrost temperatury izolacji wewnętrznej.
Dopuszczalny zakres wartości napięcia roboczego na zaciskach kondensatorów podaje wytwórca. Zazwyczaj dopuszcza się pracę
kondensatorów przy napięciu nie przekraczającym 1,1 wartości napięcia znamionowego, które jest podane na tabliczce znamionowej
kondensatora. Wzrost napięcia prowadzi do przebicia izolacji i uszkodzenia kondensatora w stosunkowo krótkim czasie.
Nadmierny wzrost temperatury wewnątrz kondensatorów mo\
e być spowodowany nieodpowiednim odprowadzaniem ciepła
(zakłóceniem warunków chłodzenia) lub zwiększonym wytwarzaniem się ciepła wskutek występowania wy\
szych harmonicznych. PrÄ…d
płynący przez kondensator jest wprost proporcjonalny do częstotliwości.
Dla ka\
dej z harmonicznych, występujących w napięciu sieci, prąd kondensatora będzie wynosić:
Icn = Un·C· w · n
gdzie:
U  wartość napięcia n-tej harmonicznej występującej w napięciu sieci,
n
C  pojemność kondensatora,
w  pulsacja = 314 [1/s],
n  numer harmonicznej, tj. krotność jej częstotliwości w stosunku do częstotliwości technicznej 50 Hz.
Przy napięciu odkształconym obcią\
enie kondensatora stanowi sumę prądu harmonicznej podstawowej 50 Hz i prądów wy\
szych
harmonicznych. We współczesnych sieciach, na skutek du\
ej liczby i mocy zainstalowanych urządzeń energoelektronicznych,
przekształtników, lamp wyładowczych itp. odbiorników powodujących odkształcenie prądu sieci, obserwuje się często znaczne
15 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
odkształcenie napięcia, które zawiera głównie harmoniczne o numerach n = 5, 7 i 11.
Wpływ harmonicznych na pracę kondensatorów musi być analizowany ka\
dorazowo, je\
eli bateria ma być zainstalowana w pobli\
u
napędów o sterowaniu przekształtnikowym, pieców łukowych, du\
ych spawarek itp. urządzeń powodujących odkształcenie napięcia i
prądu sieci. W przeciwnym razie baterii grozić mo\
e niebezpieczeństwo nadmiernego nagrzewania się izolacji wewnętrznej prowadzące
do szybkiego spadku jej trwałości i przebicia kondensatorów. Analizę wpływu harmonicznych przeprowadza się w oparciu o pomiary
zawartości harmonicznych w miejscu zainstalowania baterii.
Ni\
sze od znamionowego napięcie na zaciskach baterii powoduje, \
e moc bierna oddawana do sieci jest mniejsza ni\
to było
przewidziane. Asymetria pojemności poszczególnych faz powoduje nierównomierne obcią\
enie mocÄ… biernÄ… i w konsekwencji prowadzi
do asymetrii napięć w danej sieci. Dopuszcza się występowanie ró\
nicy pojemności poszczególnych faz baterii wynoszące:
 10% dla baterii połączonych w trójkąt,
 5% dla baterii połączonych w gwiazdę,
Zasady eksploatacji.
Program pracy baterii określa tryb działania baterii dla utrzymania wymaganego stopnia skompensowania poboru mocy biernej i
niedopuszczenia do przekompensowania. Program podaje szczegółowo, kiedy i które człony baterii mają zostać włączane pod napięcie
w zale\
ności od pory dnia i pory roku. Program powinien być aktualizowany nie rzadziej ni\
raz w roku.
Baterie do kompensacji indywidualnej, przyłączone na stałe do odbiorników mocy biernej nie wymagają opracowania programu pracy.
Baterie te załączane i wyłączane są razem z urządzeniem i ich program pracy jest identyczny z programem pracy danego urządzenia.
Dotyczy to głownie kondensatorów do indywidualnej kompensacji mocy biernej transformatorów lub silników asynchronicznych.
Programu pracy nie wymagajÄ… te\
baterie sterowane automatycznie przez regulatory mocy biernej.
Instrukcja ruchu i eksploatacji baterii kondensatorów powinna zawierać:
 ogólną charakterystykę techniczną baterii,
 czynności związane z uruchamianiem i obsługą w czasie normalnej pracy,
 czynności związane z wyłączaniem baterii,
 zasady postępowania w przypadku awarii, po\
aru lub zakłóceń w pracy baterii,
 zakres i terminy zapisów ruchowych,
 zakres i terminy oględzin, przeglądów, prób, oraz kryteria ich oceny,
 zasady kontroli wskazań aparatury kontrolno-pomiarowej,
 wymagania dotyczÄ…ce ochrony przed pora\
eniem,
 wymagania w zakresie konserwacji.
Ocena stanu technicznego baterii kondensatorów powinna być przeprowadzana nie rzadziej ni\
raz na pięć lat.
Raz w roku przeprowadza się oględziny baterii obejmujące:
 sprawdzenie stanu zewnętrznego kondensatorów, zwracając głównie uwagę na wycieki syciwa, stan izolatorów
i odkształcenie (wybrzuszenie) obudowy,
 sprawdzenie stanu izolatorów i połączeń baterii,
 kontrola wyposa\
enia kontrolno-pomiarowego i wskazań mierników,
 sprawdzenie stanu urządzeń rozładowczych,
 sprawdzenie ochrony przeciwpora\
eniowej.
PrzeglÄ…dy baterii wykonuje siÄ™ w terminach ustalonych zale\
nie od oceny stanu technicznego, na ogół jednak raz do roku.
Przegląd baterii kondensatorów obejmuje:
 pełne oględziny,
 sprawdzenie stopnia nagrzania poszczególnych kondensatorów,
 kontrolÄ™ izolacji,
 pomiar napięcia zasilania,
 pomiar obciÄ…\
enia prądowego poszczególnych faz baterii,
 sprawdzenie ciągłości obwodu rozładowania,
 sprawdzenie poprawności działania zabezpieczeń i automatyki,
 próby funkcjonowania łączników,
 czynności konserwacyjne.
16 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
Prostowniki i akumulatory
Rodzaje, budowa i zasada działania prostowników
Prostowniki są urządzeniami słu\
ącymi do przetwarzania prądu przemiennego na prąd stały. Aktualnie stosowane są głównie
prostowniki półprzewodnikowe krzemowe, charakteryzujące się największą sprawnością oraz rzadziej selenowe.
Do niedawna w urządzeniach przemysłowych i trakcyjnych wykorzystujących prąd stały o du\
ym natÄ™\
eniu stosowane były prostowniki
rtęciowe i prostowniki lampowe (z \
arzoną katodą). Obecnie w ich miejsce stosowane są głównie prostowniki lub zespoły
prostownikowe krzemowe.
Elementy prostownika charakteryzujące się właściwościami jednokierunkowego przewodzenia prądu stanowią zawory elektryczne.
Zawór krzemowy jest diodą monokrystaliczną tworzącą złącze p-n. Cienka płytka krzemu o strukturze monokrystalicznej zawiera z
jednej strony domieszki akceptorowe, a z drugiej donorowe, co stwarza mo\
liwości przepływów prądu od p do n przy bardzo niskim
napięciu polaryzującym. Przepływ w kierunku od n do p wymaga bardzo znacznego napięcia polaryzującego (od kilkuset do tysiąca
kilkuset V a jeśli nie jest ono osiągnięte, złącze działa zaworowo. W układach prostowników szerokie zastosowanie znalazły tyrystory,
czyli diody monokrystaliczne sterowane krzemowe i germanowe. Diody takie składają się z czterech warstw o charakterze na przemian
donorowym i akceptorowym. Powstają więc trzy złącza p-n, z których pierwsze i trzecie jest spolaryzowane w jedną stronę. Układ taki
działa obustronnie zaworowo. Je\
eli napięcie doprowadzone ma biegunowość taką, aby jako zawór działało złącze drugie, to po
przekroczeniu napięcia polaryzacji, następuje jonizacja lawinowa całego monokryształu i następuje przepływ prądu ju\
przy małym
spadku napięcia.
W skład prostowników wchodzą zwykle następujące elementy:
- transformator prostownikowy,
- właściwy element prostujący (krzemowy lub selenowy),
- układ regulacyjny,
- układ sterowniczo-zabezpieczeniowy,
- układ pomiarowy.
Uproszczone schematy prostownika jednofazowego (mostkowego) i trójfazowego dwukierunkowego pokazano na rys. 14.
Rys. 14. Schemat prostownika:
a) jednofazowego mostkowego, b) 3-fazowego dwukierunkowego.
Oznaczenia:
U~  napięcie przemienne zasilania,
Uo  napięcie wyprostowane odbiornika,
Ro  rezystancja odbiornika,
Lo  indukcyjność odbiornika,
TP  transformator prostownikowy.
Przy większych mocach prostowniki wymagają zastosowania chłodzenia. Zabezpieczenie prostowników powinno być dostosowane do
wymagań podawanych przez producentów. Prostowniki powinny być zabezpieczone przed:
a) skutkami zwarć w sieci prądu stałego,
b) skutkami zwarć w prostowniku,
c) skutkami przeciÄ…\
eń,
d) nadmiernym wzrostem temperatury,
e) skutkami przepięć.
Regulacja napięcia wyprostowanego mo\
e być dokonywana przez zmianę:
 napięcia zasilającego przy zastosowaniu transformatora regulacyjnego,
 napięcia elektrody sterującej prostowników tyrystorowych.
17 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
W przypadku konieczności uzyskania bardzo du\
ych prądów stałych nale\
y stosować pracę równoległą prostowników. Wymaga to
jednak odpowiedniego doboru mocy i charakterystyki współpracujących prostowników, aby nie nastąpiło przecią\
enie niektórych z
nich.
W celu doboru odpowiedniego zespołu prostowników nale\
y:
1) dobrać typ zespołu prostownikowego w zale\
ności od zastosowania i warunków pracy,
2) dobrać odpowiednie napięcie znamionowe,
3) dobrać odpowiedni prąd znamionowy,
4) sprawdzić dane dotyczące zasilania zespołu prostownikowego.
Pod względem zastosowania zespoły prostownikowe dzieli się na zespoły do:
a) ładowania baterii akumulatorów,
b) ochrony przed korozjÄ…,
c) zasilania urządzeń galwanizerskich,
d) zasilania układów sygnalizacji, sterowania i obwodów pomiarowych,
e) spawania Å‚ukowego,
f) zasilania urządzeń telekomunikacyjnych.
Ze względu na rodzaj regulacji rozró\
niamy zespoły prostownikowe z regulacją:
1) automatycznÄ…, z charakterystykÄ… wielofunkcyjnÄ…,
2) automatycznÄ…, z charakterystykÄ… jednofunkcyjnÄ…,
3) bez regulacji, niestabilizowane,
4) niestabilizowane, o płynnej regulacji napięcia lub prądu wyprostowanego,
5) niestabilizowane o regulacji zaczepowej na transformatorze (skokowej),
6) niestabilizowane o regulacji parametrycznej.
Napięcie znamionowe wyprostowane zespołu prostownikowego nale\
y dobrać zgodnie z napięciem znamionowym urządzenia, do
którego ma być zastosowany zespół.
Prąd znamionowy zespołu prostownikowego jest przewa\
nie równocześnie jego największym dopuszczalnym prądem obcią\
enia
ciągłego. Dlatego przy wyborze zespołu prostownikowego nale\
y zwrócić uwagę, aby \
ądany największy pobór prądu był mniejszy, a
co najmniej równy znamionowemu prądowi zespołu. Prąd znamionowy zespołu prostownikowego do ładowania baterii akumulatorów
określamy ze wzoru:
gdzie:
I  maksymalny prąd ładowania, prąd znamionowy zespołu w amperach (wartość średnia),
sn
Q  pojemność znamionowa baterii akumulatorów w amperogodzinach,
t  czas Å‚adowania w godzinach.
Po wybraniu odpowiedniego zespołu prostownikowego nale\
y sprawdzić:
 jakie warunki zasilania nale\
y spełnić dla zespołu: rodzaj (jedno- czy trójfazowy), wartość napięcia i
częstotliwość sieci zasilającej, prąd pobierany z sieci zasilającej, współczynnik mocy (dla zespołów
du\
ej mocy lub przy większej ich liczbie mo\
e być konieczna kompensacja cos Ć);
 warunki pracy zespołu: temperaturę otoczenia, wilgotność względną, pozycję i miejsce pracy;
 powierzchnię potrzebną na ustawienie zespołu, wytrzymałość podłogi lub konstrukcji wsporczej, na której
zespół ma być umieszczony.
Rodzaje i charakterystyka akumulatorów.
Akumulatory sÄ… elektrochemicznymi z
ródłami prądu, które umo\
liwiajÄ… wielokrotne pobieranie z nich energii elektrycznej po uprzednim
naładowaniu ze z
ródła prądu zewnętrznego. Zarówno ładowanie jak i wyładowanie energii realizowane jest na drodze przemian
chemicznych w substancjach stanowiących część składowaną płyt akumulatorowych. Aktualnie zastosowanie praktyczne znajdują
głównie akumulatory kwasowo-ołowiowe, które występują w wykonaniu:
a) otwartym (klasycznym) z elektrolitem ciekłym,
b) szczelnym typu VRLA (regulowane zaworem).
18 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
Ogniwo akumulatorowe klasyczne kwasowo-ołowiowe składa się z:
 elektrody dodatniej  PbO2,
 elektrody ujemnej  Pb,
 elektrolitu  H2SO4 + H2O (wodny roztwór kwasu siarkowego),
 naczynia.
W akumulatorach tych w trakcie ładowania następuje:
 zamiana energii elektrycznej w chemicznÄ…,
 odsiarczanie płyty dodatniej i ujemnej,
 powstanie kwasu siarkowego jako efekt odsiarczenia (powoduje to wzrost gęstości elektrolitu do wartości
nominalnej).
Natomiast w trakcie rozładowania ma miejsce:
 zamiana energii chemicznej na energiÄ™ elektrycznÄ…,
 zasiarczenie płyty dodatniej i ujemnej, będące efektem elektrolizy kwasu siarkowego (elektrolitu) oraz reakcji
reszty kwasowej z ołowiem,
 ubytek kwasu siarkowego z elektrolitu i zmniejszenie się jego gęstości.
W pracy akumulatorów kwasowo-ołowiowych w wykonaniu otwartym występują niekorzystne zjawiska, takie jak: wydzielanie tlenu przy
płycie dodatniej, co powoduje jej korozję i ulatnianie do atmosfery oraz wydzielanie wodoru, który jest gazem silnie wybuchowym, przy
płycie ujemnej. Z tego względu akumulatory te nale\
y instalować w specjalnych pomieszczeniach, nazywanych akumulatorniami.
W akumulatorach szczelnych typu VRLA, wprowadzono modyfikacje konstrukcyjne, które prowadzą do łączenia się tlenu i wodoru do
atmosfery. Akumulatory te są zamknięte zaworem bezpieczeństwa, który działa na zasadzie przepony w momencie wzrostu ciśnienia
wewnątrz akumulatora. Kratki w płytach wykonane są ze specjalnego stopu ołowiu bezantymonowego przez co ogranicza się emisję
gazów, a elektrolit jest w postaci uwięzionej (z\
elowanej). Sprawność rekombinacyjna akumulatorów VRLA wynosi 95%, a zu\
ycie
wody z elektrolitu jest minimalne, gdy\
ogniwo samo uzupełnia poziom elektrolitu. Dzięki zasadzie  zrównowa\
enia wodorowego
akumulatory z ogniwami VRLA majÄ… deklarowany czas eksploatacji 3÷15 lat. WadÄ… tych baterii jest wiÄ™ksza wra\
liwość na
przeładowywania, niedoładowywania, pracę w wysokiej temperaturze i jakość prądu ładowania oraz niejednorodność właściwości
chemicznych poszczególnych ogniw baterii, co stwarza problemy przy pracy buforowej. Główną zaletą akumulatorów VRLA jest
mo\
liwość ich ustawienia w  normalnych pomieszczeniach.
Podstawowymi parametrami charakteryzującymi akumulator są: pojemność znamionowa, prąd znamionowy, napięcie i
sprawność.
Znamionową pojemnością akumulatora nazywa się ilość ładunku elektrycznego wyra\
oną w amperogodzinach [Ah], która mo\
e być
pobrana z normalnie naładowanego akumulatora przy wyładowaniu prądem znamionowym do odpowiedniego napięcia końcowego i
przy temperaturze elektrolitu 20°C; oznacza siÄ™ jÄ… Qn.
Znamionowy prąd wyładowania akumulatora jest to prąd wynikający z podzielenia pojemności znamionowej przez znamionowy czas
wyładowania, który jest określony dla danej konstrukcji akumulatora. Je\
eli akumulator o pojemności znamionowej 100 Ah wyładowuje
siÄ™ prÄ…dem znamionowym o natÄ™\
eniu 20 A, to czas wyładowania będzie wynosił 5 godzin.
Napięcie jest to ró\
nica potencjałów elektrod dodatnich i ujemnych mierzona między końcówkami biegunowymi akumulatora (w stanie
nieobciÄ…\
onym). W praktyce stosuje się kilka określeń rodzajów napięć:
 napięcie znamionowe  jest to wartość napięcia charakterystyczna dla danego układu elektrochemicznego; stanowi ona zwykle
średnią wartość napięcia z
ródła podczas wyładowania w warunkach znamionowych,
 napięcie końcowe wyładowania jest to wartość napięcia pod obcią\
eniem, poni\
ej którego eksploatacja akumulatora jest
nieefektywna, a nawet szkodliwa; dopuszczalne napięcie końcowe jest ustalane zale\
nie od rodzaju konstrukcji i wartości prądu
wyładowania.
Sprawność energetyczna akumulatora określa się stosunkiem energii [Wh] oddanej podczas wyładowania do energii przyjętej
podczas ładowania. Najczęściej spotykane napięcia baterii wynoszą: 6 V, 12V, 24V, 48V, 110V, 220V. Baterie akumulatorowe są to
zespoły szeregowo połączonych jednakowych ogniw akumulatorowych.
Pojemność baterii jest równa pojemności pojedynczego ogniwa, napięcie jest sumą napięć poszczególnych ogniw. Podstawowe
dane charakterystyczne ogniw kwasowo-ołowiowych podano w tablicy 4.
Tablica 4. Dane charakterystyczne ogniw kwasowo-ołowiowych
19 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
Zalecane sposoby ładowania akumulatorów uzale\
nione są od wielkości prądu ładowania i czasu trwania procesu ładowania.
Najczęściej stosowanymi sposobami ładowania akumulatorów kwasowo-ołowiowych są:
 ładowanie stałą wartością prądu (ok. 20 godzin),
 ładowanie prądem, którego wartość maleje z czasem (ok. 12 godzin),
 ładowanie dwustopniowe: najpierw większą wartością prądu a\
do wystąpienia gazowania i następnie mniejszą,
równie\
stałą wartością prądu a\
do pełnego naładowania (ok. 10 godzin).
Do ładowania akumulatorów najczęściej słu\
ą prostowniki lub prądnice prądu stałego napędzane silnikiem asynchronicznym.
Baterie mogą pracować w cyklu ładowanie-rozładowanie lub w systemie buforowym, polegającym na stałej równoległej pracy baterii ze
z
ródłem prądu. Najlepszym systemem pracy baterii jest system buforowy stabilizowany, ze stałym doładowywaniem baterii.
Akumulatory kwasowo-ołowiowe najczęściej są stosowane:
 do rozruchu silników spalinowych, agregatów prądotwórczych i silników lotniczych;
 w trakcji elektrycznej (do zasilania urządzeń mobilnych i podnośnikowych);
 do zasilania urządzeń stacjonarnych (m.in. urządzeń potrzeb własnych i układów kontroli i bezpieczeństwa, w
telekomunikacji, systemów oświetlenia awaryjnego i alarmowego oraz przy magazynowaniu energii słonecznej);
 w napędach łodzi podwodnych.
W mniejszych obiektach mo\
na jeszcze spotkać akumulatory zasadowe kadmowo-niklowe o napięciu znamionowym równym 1,2 V.
Zasady eksploatacji urządzeń prostownikowych i akumulatorowych
Ogólne zasady eksploatacji
Eksploatację urządzeń prostownikowych i akumulatorowych nale\
y prowadzić w oparciu o Rozporządzenie Ministra Gospodarki dnia 4
maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego [Dz.U.07.93.623 ogłoszony dnia 29
maja 2007 r.].
Pomocne mogą być do wykorzystania jako zasady, obecnie ju\
nieobowiÄ…zujÄ…ce:
- zarządzenie MGiE oraz MGMiP z dnia 18.17.1986 r. w sprawie ogólnych zasad eksploatacji urządzeń i instalacji
energetycznych oraz
- zarządzenie MGiE z dnia 07.07.1987 r. w sprawie szczegółowych zasad eksploatacji urządzeń prostownikowych
i akumulatorowych.
Na podstawie ww. zarządzeń opracowano podane w dalszej części zasady eksploatacji. Przy eksploatacji urządzeń prostownikowych i
akumulatorowych nale\
y przestrzegać następujących zasad ogólnych:
1) przyjęcie do eksploatacji urządzeń nowych lub po remoncie mo\
e nastąpić po przeprowadzeniu prób i pomiarów
z wynikiem pozytywnym,
2) eksploatację urządzeń prostownikowych i akumulatorowych nale\
y prowadzić zgodnie z instrukcją ruchu
i eksploatacji oraz w oparciu o program pracy tych urządzeń,
3) w programach pracy urządzeń prostownikowych i akumulatorowych nale\
y uwzględnić w szczególności:
a) przewidywane obciÄ…\
enia,
b) charakterystykę zasilanych odbiorników i wymagane wartości natę\
eń,
c) układy połączeń dla ruchu normalnego i w warunkach zakłóceniowych;
4) w razie samoczynnego wyłączenia urządzenia prostownikowego lub akumulatorowego przez zabezpieczenie,
ponowne włączenie do ruchu tego urządzenia mo\
e nastąpić po ustaleniu i usunięciu przyczyny, która
spowodowała wyłączenie,
5) baterie akumulatorów powinny pracować w wydzielonych pomieszczeniach, zwanych akumulatorniami, do
których wstęp powinny mieć tylko osoby upowa\
nione,
6) pomieszczenie baterii akumulatorów powinno być wyposa\
one w następujący sprzęt:
20 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
 areometr i termometr (do pomiaru gęstości i temperatury elektrolitu),
 woltomierz,
 lampę przenośną hermetyczną,
 gumowe rękawice, kalosze, fartuch i okulary ochronne,
 naczynia na elektrolit,
 naczynia z piaskiem i trocinami,
 apteczkę ze środkami do udzielania pierwszej pomocy,
7) podczas przygotowywania elektrolitu nale\
y pamiętać o tym, \
e wolno dolewać  i to bardzo małym
strumieniem  kwas do wody destylowanej, a nigdy odwrotnie,
8) przy eksploatacji akumulatorów zabronione jest:
 wchodzenie do akumulatorni z otwartym ogniem,
 spo\
ywanie posiłków i napojów w akumulatorni,
 u\
ywanie lamp przenośnych z wyłącznikiem,
 zwieranie baterii akumulatorów,
 wyrzucanie elektrolitu przed zneutralizowaniem,
 wyrzucanie akumulatorów do ogólnodostępnych składowisk odpadów.
9) do najwa\
niejszych zaleceń, które powinny być przestrzegane nale\
Ä…:
 utrzymywanie odpowiedniego poziomu i gęstości elektrolitu w naczyniach ogniw akumulatorów,
 nieprzekraczanie dopuszczalnej temperatury elektrolitów podczas procesu ładowania i rozładowywania
akumulatorów,
 nieprzekraczanie dopuszczalnych wartości prądu ładowania i rozładowania,
 niepozostawianie akumulatorów w stanie rozładowania,
 utrzymywanie w stanie czystym zewnętrznych połączeń i zacisków,
7) zalecane jest zastosowanie monitoringu baterii z ogniwami VRLA w celu wyeliminowania zbyt du\
ego
zró\
nicowania siÄ™ ogniw wewnÄ…trz baterii.
Zakres i terminy oględzin i przeglądów
Oględziny urządzeń prostownikowych i akumulatorowych nale\
y przeprowadzać:
1) w obiektach ze stałą obsługą urządzeń  raz na zmianę w ograniczonym zakresie określonym w instrukcji
eksploatacji, i w pełnym zakresie  nie rzadziej ni\
raz w miesiÄ…cu,
2) w obiektach bez stałej obsługi urządzeń  nie rzadziej ni\
raz w miesiÄ…cu.
Podczas przeprowadzania oględzin urządzeń prostownikowych nale\
y sprawdzić w szczególności:
1) zgodność układu połączeń z ustalonym programem pracy,
2) stan napisów i oznaczeń informacyjno-ostrzegawczych,
3) stan zespołów prostownikowych, rozdzielni i instalacji,
4) stan urządzeń zabezpieczających, sterowniczych i sygnalizacyjnych,
5) działanie przyrządów kontrolno-pomiarowych,
6) wartości napięcia przy buforowej pracy z baterią akumulatorów,
7) stan łączników,
8) działanie oświetlenia elektrycznego w miejscu zainstalowania urządzeń prostownikowych,
9) stan skuteczności działania urządzeń wentylacyjnych pomieszczeń oraz urządzeń grzewczych w miejscu
zainstalowania urządzeń prostownikowych,
10) stan pomieszczeń, ogrodzeń i zamknięć przy wejściach do pomieszczeń z urządzeniami prostownikowymi,
11) wysokość temperatury występującej w pomieszczeniach i warunki chłodzenia urządzeń,
12) stan ochrony przeciwpora\
eniowej i zabezpieczeń przeciwpo\
arowych,
13) stan i warunki przechowywania oraz przydatności do u\
ytku sprzętu ochronnego i przeciwpo\
arowego,
14) kompletność dokumentacji eksploatacyjnej.
Podczas przeprowadzania oględzin urządzeń akumulatorowych nale\
y sprawdzić w szczególności:
1) zgodność układu połączeń z ustalonym programem pracy,
2) stan napisów i oznaczeń informacyjno-ostrzegawczych,
3) stan ogniw akumulatorowych i połączeń między nimi a rozdzielnią,
4) stan urządzeń zabezpieczających,
5) działanie przyrządów kontrolno-pomiarowych,
6) działanie oświetlenia elektrycznego w miejscu zainstalowania urządzeń akumulatorowych,
21 z 22 2009-06-18 10:56
Urzadzenie techniczne http://bezel.com.pl/techniczne.html
7) stan i skuteczność działania urządzeń wentylacji pomieszczeń z urządzeniami akumulatorowymi,
8) stan pomieszczeń i zamknięć przy wejściach do pomieszczeń z urządzeniami akumulatorowymi,
9) wysokość temperatur występujących w pomieszczeniach i warunki chłodzenia urządzeń,
10) stan zbiorników z elektrolitem i wodą destylowaną, jak równie\
pojemników z zapasowymi częściami ogniw,
11) stan czystości pomieszczeń z urządzeniami akumulatorowymi,
12) stan wyposa\
enia w środki do neutralizacji elektrolitu,
13) stan ochrony przeciwpora\
eniowej i zabezpieczeń przeciwpo\
arowych,
14) stan i warunki przechowywania oraz przydatności do u\
ytku odzie\
y ochronnej, sprzętu ochronnego
i przeciwpo\
arowego.
Przeglądy urządzeń prostownikowych i akumulatorowych powinny być przeprowadzane nie rzadziej ni\
raz w roku. Przeglądy urządzeń
prostownikowych powinny obejmować w szczególności:
1) oględziny, o których mowa wy\
ej,
2) pomiary rezystancji izolacji w stosunku do ziemi obwodów głównych oraz obwodów i urządzeń pomocniczych,
3) sprawdzenie:
a) stanu technicznego zespołu prostownikowego, rozdzielni i instalacji,
b) działania urządzeń zabezpieczających, sterowniczych i sygnalizacyjnych,
c) działania łączników oraz ich stanu technicznego,
d) ciągłości i stanu połączeń głównych torów prądowych,
e) stanu osłon, blokad i innych urządzeń zapewniających bezpieczeństwo pracy,
4) konserwację i naprawy urządzeń.
Przeglądy urządzeń akumulatorowych powinny obejmować w szczególności:
1) oględziny, o których mowa wy\
ej,
2) pomiary:
a) napięć ogniw akumulatorowych,
b) rezystancji łączników wewnątrz baterii akumulatorów,
c) rezystancji izolacji w stosunku do ziemi baterii akumulatorów,
3) sprawdzenie:
a) stanu technicznego ogniw akumulatorowych i rozdzielni,
b) działania urządzeń zabezpieczających,
c) ciągłości i stanu połączeń głównych torów prądowych,
d) stanu osłon i innych urządzeń zapewniających bezpieczeństwo pracy,
e) warunków przechowywania i stanu zapasu elektrolitu, wody destylowanej i części zamiennych,
4) konserwację i naprawę urządzeń.
Remont urządzeń prostownikowych i akumulatorowych nale\
y przeprowadzać na podstawie instrukcji ruchu i eksploatacji, w terminach
odpowiadających terminom remontu odbiorników z nich zasilanych.
Ocena warunków pomiarów urządzeń prostownikowych i akumulatorowych.
Wyniki pomiarów nale\
y uznać za prawidłowe, je\
eli:
1) rezystancja izolacji urządzeń prostownikowych w stosunku do ziemi jest nie ni\
sza ni\
0,5 MW dla napięcia do
500 V i 1 MW dla napiÄ™cia 500÷1000 V,
2) napięcie ogniwa akumulatorowego zmierzone przy obcią\
eniu baterii akumulatorów nie ró\
ni się więcej ni\

o 0,03 V od wartości średniej napięć ogniw akumulatorowych,
3) rezystancja łącznika wewnątrz baterii akumulatorów jest nie wy\
sza ni\
130% wartości średniej rezystancji
łączników,
4) pojemność baterii akumulatorów jest nie mniejsza ni\
80% jej pojemności znamionowej,
5) rezystancja izolacji baterii akumulatorów w stosunku do ziemi jest nie ni\
sza ni\
500 W na 1 V napięcia
znamionowego baterii akumulatorów i nie ni\
sza ni\
10 kW dla całej baterii akumulatorów.
22 z 22 2009-06-18 10:56