Аккумуляторная батарея ск 6 характеристики. О стационарных аккумуляторах

Устройство и характеристики аккумуляторов. На подстанциях применяются главным образом свинцово-кислотные аккумуляторы типа С (СК) в открытых стеклянных сосудах, а аккумуляторы большей емкости - в деревянных баках, выложенных внутри свинцом. Аккумуляторные пластины разной полярности, находящиеся в одном сосуде, отделяются друг от друга сепараторами из мипора (мипласта). Сосуды заполняются электролитом (водным раствором чистой серной кислоты). Положительные пластины выполняются из чистого свинца и имеют сильно развитую поверхность. При формировании собранного аккумулятора (особом режиме первого заряда) на поверхности положительных пластин из металлического свинца основы образуется слой двуокиси свинца PbO 2 являющийся активной массой этих пластин. Отрицательные пластины изготовляются также из металлического свинца, но имеют коробчатую форму. Ячейки свинцового каркаса пластин заполняются активной массой, приготовляемой из окислов свинца и свинцового порошка Рb. Чтобы эта масса не выпадала из ячеек, пластины покрываются с боков тонкими перфорированными свинцовыми листами. В процессе формирования на отрицательных пластинах образуется губчатый свинец.

Наряду с аккумуляторами типа С (СК) применяются аккумуляторы типа СН. Они имеют намазные пластины, сепараторы из стекловойлока, винипласта и мипора, сосуды из прессованного стекла с уплотненными крышками. Все это обеспечивает надежность и длительный срок службы аккумуляторов. В эксплуатации они не требуют столь частой доливки воды, снижаются требования к вентиляции помещений.

Таблица 6.1

Электрические характеристики аккумуляторов типов с-1 и ск-1

	Основной параметр для режима разряда, ч
Наименование параметра ак»)".г..\|ятора
аккумулятора
Разрядный ток, А
Емкость, А ч
Предельное напряжение разряда, В
Максимальный зарядный ток, А

Основными характеристиками аккумуляторов С (СК) является их номинальная емкость, продолжительность и ток разряда, максимальный ток заряда. Эти величины определяются типом, размерами и числом пластин и получаются умножением соответствующих величин для аккумуляторов С-1 (СК-1) на типовой номер. Характеристики аккумуляторов типа С-1 (СК-1) приведены в табл. 6.1.

Исследованиями установлено, что для стационарных аккумуляторов типа С (СК) оптимальным является плотность электролита в начале разряда 1,2-1,21 г/см 3 при нормативной температуре 25°С. Температура воздуха в помещении, где установлена аккумуляторная батарея, должна поддерживаться в пределах 15-25 С.

Емкость аккумуляторов нормируется при условии непрерывного разряда в течение 10 ч неизменным по значению током. На практике разряды могут быть более короткими (1-2 ч) - большими токами и более длительными -малыми токами. При больших токах разряда емкость аккумулятора быстро снижается.

Факторами, ограничивающими разряд, являются конечное напряжение на зажимах аккумулятора и плотность электролита в сосудах. При 3-10-часовом разряде снижение напряжения допускается до 1,8 В, а при 1 - 2-часовом - 1,75 В на элемент. Более глубокие разряды во всех режимах приводят к повреждению аккумуляторов. Разряды малыми токами прекращают, когда напряжение становится равным 1,9 В на элемент. При разряде контролируется как напряжение, так и плотность электролита. Уменьшение плотности на величину 0,03-0,05, т. е. до значений 1,17-1,15, свидетельствует о том, что емкость исчерпана.

Особенности эксплуатации аккумуляторов. В аккумуляторах непрерывно происходят неуправляемые химические и электрохимические реакции, приводящие к снижению их емкости. Происходит так называемый саморазряд аккумулятора, т. е. потеря им запасенной энергии. Саморазряду подвержены как работающие, так и отключенные от сети аккумуляторы. Новая батарея аккумуляторов теряет в течение суток не менее 0,3% своей емкости. Со временем саморазряд возрастает. При некоторых условиях (высокая температура и плотность электролита) наблюдается повышение саморазряда. Одной из причин повышенного саморазряда является присутствие в электролите примесей железа, хлора, меди и других элементов. Практически невозможно получить электролит, свободный от примесей. Однако их содержание не должно превышать установленных норм. С этой целью применяемые для составления электролита кислота и дистиллированная вода проверяются на содержание вредных примесей.

В режиме разряда аккумулятора на его пластинах образуется свинцовый сульфат. При нормальной эксплуатации аккумуляторов сульфат имеет тонкое кристаллическое строение и легко растворяется при заряде, переходя в окись свинца на положительных пластинках и в губчатый свинец на отрицательных. При некоторых условиях, рассмотренных ниже, возникает ненормальная сульфатация пластин, когда сравнительно быстро увеличивается количество крупных кристаллов сульфата, которые закрывают собой поры активной массы пластин, мешая доступу электролита. При этом возрастает внутреннее сопротивление аккумулятора, а емкость его снижается. Внешними признаками ненормальной сульфатации является образование на поверхности пластин беловатых пятен, выпадение светло-серого шлама в сосуде, коробление положительных и выпучивание отрицательных пластин.

Режим работы . Раньше аккумуляторные батареи на подстанциях эксплуатировались в режиме «заряд-разряд». Этому режиму соответствовали схемы установок с элементным коммутатором, которые сохранились еще на многих подстанциях. С помощью элементного коммутатора можно увеличивать число аккумуляторов, присоединенных к шинам постоянного тока, для поддержания необходимого уровня напряжение при разряде и уменьшать их число при заряде, когда напряжение на аккумуляторах возрастает. Режим работы аккумуляторовс периодическими зарядами и разрядамиимеет существенные недостатки, связанные с преждевременным износом аккумуляторов и занятостью персонала по контролю и уходу за батареями.

В настоящее время аккумуляторные батареи на подстанциях эксплуатируются в режиме постоянного подзаряда, что улучшило работу большей части аккумуляторов и упростило их эксплуатацию. Сущность режима заключается в том, что полностью заряженная аккумуляторная батарея включается параллельно с подзарядным агрегатом, который обеспечивает питание подключенной нагрузки и в то же время подзаряжает малым током батарею, восполняя ее саморазряд. В случае аварии на стороне переменного тока или остановки по какой-либо причине зарядного агрегата батарея принимает на себя всю нагрузку сети постоянного тока. После ликвидации аварии батарея заряжается от зарядного агрегата и переводится на работу в режиме постоянного подзаряда.

При постоянном подзаряде режим батареи характеризуется напряжением на зажимах каждого элемента в пределах 2,20,05 В и током подзаряда 10 – 30 мА, умноженным на типовой номер аккумулятора. Для аккумуляторов типа СН рекомендуется поддерживать напряжение 2,180,04 В на элемент и ток подзаряда 10 – 20 мА на каждый номер аккумулятора. Более точное значение этих величин, определяемых индивидуальными свойствами аккумуляторных батарей, устанавливается в зависимости от плотности электролита. Если, например, плотность электролита снижается против начальной (1,2 – 1,21 для аккумуляторов типов С, СК и 1,22 – 1,225 для аккумуляторов типа СН), то это свидетельствует о недостаточности тока подзаряда – напряжение подзаряда следует повысить. Измерение плотности электролита должно производиться с учетом его температуры, так как плотность изменяется (уменьшается при повышении и увеличивается при понижении температуры электролита) на 0,003 г/см 3 на каждые 5С по отношению к нормативной температуре 25С. На чрезмерно большой ток подзаряда указывает усиленное выпадение в сосуде коричневого шлама.

Уравнительные заряды и дозаряды аккумуляторных батарей . Аккумуляторные батареи с элементным коммутатором, переведенные в режим постоянного подзаряда, обладают тем основным недостатком, что батарея оказывает разделенной на две части, находящиеся в неодинаковых условиях. Основная часть батареи (107 элементов) подзаряжается и таким образом поддерживается в заряженном состоянии. Остальные (концевые) аккумуляторы не подзаряжаются и постепенно теряют свою емкость вследствие саморазряда. При недостаточном уходе пластины концевых аккумуляторов сульфатируются. Наблюдается разная степень заряженности отдельных элементов.

Для устранения следов сульфатации и выравнивания остающихся элементов батареи по мере необходимости подвергаются уравнительнымзарядом (перезарядам). При уравнительном заряде батарея предварительно разряжается током 10-часового режима до напряжения 1,8 В на элемент. Затем нормально заряжается тем же током до появления признаков заряженности: сильного газообразования, возрастания напряжения до 2,6 – 2,8 на элемент, увеличения плотности электролита до 1,2 – 1,21 г/см 3 и оставляется в покое на 1 ч. Заряды с одночасовыми перерывами продолжаются до тех пор, пока батарея не получит двух-, трехкратной номинальной емкости. Признаком, по которому судят об окончании заряда, является бурное газообразование всех элементов, наступающее вслед за включением батареи на заряд.

Для аккумуляторных батарей типа СН дополнительно производят перезаряды после каждой доливки аккумуляторов.

Уравнительные заряды аккумуляторных батарей без элементных коммутаторов, работающих в режиме постоянного подзаряда, невозможны по той причине, что при этом напряжение на каждом элементе возрастает до 2,6 – 2,8 В. Для профилактики такие батареи 1 раз в 3 месяца подвергаются дозарядам. Они производятся без отключения нагрузки путем повышения напряжения до 2,3 – 2,35 В на элемент до достижения плотности электролита 1,2 – 1,21 г/см 3 во всех элементах. Начальный ток заряда устанавливается не выше тока 10-часового режима разряда. Продолжительность дозаряда обычно не превышает 1 – 2 суток в зависимости от состояния аккумуляторов.

Для поддержания работоспособности концевых элементов в нормальном режиме работы батареи применяются схемы подзаряда этих элементов от самостоятельного источника тока или общего подзарядного агрегата. Схема включения подзарядного агрегата на всю батарею приведена на рис. 6.4. В схеме концевые элементы шунтируются регулируемым балластным резистором, выбранным по току нагрузки батареи R=U кон /I нагр, что обеспечивает поддержание напряжения 2,20,05 В на элемент. При уменьшении нагрузки сети персонал соответственно изменяет сопротивление резистора. Ток, проходящий через амперметр, должен быть равен нулю.

Неисправности аккумуляторов, осмотры и уход за аккумуляторными батареями . Основными неисправностями являются:

Ненормальная сульфатация пластин – образование крупных кристаллов сульфата, не растворяющихся при нормальных зарядах. Она возникает в аккумуляторах при чрезмерно высокой плотности электролита и высокой температуре, при систематических глубоких разрядах и недостаточных зарядах, при зарядах большими токами и длительном нахождении батареи в разряженном состоянии. Если сульфатация не очень глубокая, то она устраняется проведением уравнительного заряда. При глубокой сульфатации необходим десульфатационный заряд.

Короткое замыкание между пластинами разной полярности . Причинами могут быть замыкания пластин шламом, накопившимся на дне сосуда; коробление положительных пластин и губчатые наросты на отрицательных пластинах, разрушения сепарации. Признаками к.з. является низкое напряжение на элементе в конце заряда и низкая плотность электролита в сосуде, а также слабое газовыделение. Неисправность выявляется тщательным осмотром.

Коробление пластин . Причинами коробления положительных пластин могут быть большие зарядные и разрядные токи, высокое напряжение подзаряда. Короткое замыкание, низкий уровень электролита, наличие вредных примесей в электролите (солей железа, азотистых и хлористых соединений, марганца, меди). Вырезать и выправить положительные пластины удается, если они эксплуатировались не более 3 лет. Коробление отрицательных пластин обычно является результатом давления соседней покоробленной положительной пластины.

Чрезмерное образование шлама . Выпадение небольшого количества шлама на дне сосуда – явление обычное и неизбежное. Однако большое количество коричневого шлама свидетельствует о слишком высоком напряжении подзаряда или излишних переразрядах. Шлам светло-серого цвета указывает на систематически допускаемую сульфатацию пластин или присутствие в электролите примесей, содержащих хлор.

Среди прочих неисправностей аккумуляторов могут быть названы неисправности сосудов, изношенность и хрупкость сепарации, загрязнение электролита и понижение его плотности.

Характерными неисправностями аккумуляторов СН являются сульфатация пластин и загрязнение электролита вредными примесями. Признаки сульфатации – понижение разрядного напряжение и снижение емкости элементов. Устраняется сульфатация проведением тренировочныхразрядов.

На указанные неисправности аккумуляторов необходимо обращать внимание при осмотрах, которые проводятся по графику. При осмотрах проверяют также:

Целость сосудов, состояние стеллажей и изоляции сосудов;

Защищенность контактных соединений и шинок от коррозии;

Положение покровных стекол, предотвращающих вынос электролита из сосуда пузырьками газа, образующимися при заряде аккумуляторов;

Уровень электролита в сосудах, который должен быть на 10 – 15 мм выше края пластин. При понижении уровня производится доливка, как правило, дистиллированной водой, а не электролитом. Частые доливки электролитом способствуют сульфатации пластин;

Напряжение на соединенных пластинах аккумуляторов. Плотность и температуру электролита каждого элемента. Измерения следует производить не реже 1 раза в месяц. Результаты измерений записывают в журнал. Обращается внимание на отсутствие «отстающих элементов»;

Исправность вентиляции и отопления. Температура в помещении аккумуляторной батареи должна быть не менее 10С.

При обслуживании аккумуляторных батарей персонал обязан соблюдать правила техники безопасности, так как приходится иметь дело с опасными для человека материалами . Серная кислота при попадании на кожу вызывает ожоги, а при попадании в глаза – поражает зрение. Поэтому все работы с кислотой (электролитом) должны производиться в специальных костюмах. Резиновых фартуках, перчатках и защитных очках. При приготовлении электролита необходимо концентрированную серную кислоту тонкой струей лить в воду и непрерывно размешивать раствор. В помещении аккумуляторной батареи должен находиться 5%-ный содовый раствор и сосуд с достаточно большим количеством чистой воды для удаления и нейтрализации кислоты, случайно попавшей на кожу.

Курение и применение открытого огня в аккумуляторных помещениях запрещается во избежание взрыва смеси водорода, выделяющего при электролизе воды и кислоты, с воздухом.

1. Общая часть

Настоящая инструкция разработана на основании:

1.1. « Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации (УДК 621.311.004.24)»;

1.2. Технических описаний и инструкций по эксплуатации свинцовых аккумуляторных батарей типа СК, разработанных заводами изготовителями.

1.3. Настоящая инструкция определяет основные положения по эксплуатации и ремонту свинцовых аккумуляторных батарей типа СК.

1.4. Эксплуатация оборудования распределительных устройств подстанции заключается в следующем:

Надзор за работой оборудования путем производства осмотров;

Своевременное выявление дефектов и неполадок оборудования;

Своевременное проведение ремонтов и профилактических испытаний оборудования;

Ведение оперативно - технической документации.

1.5. Инструкция по эксплуатации рассчитана на обслуживающий персонал (ремонтный и оперативно ремонтный), прошедший обучение и обладающий знаниями, изложенными в нормативно-технической и заводской документации на свинцовые аккумуляторные батареи типа СК.

1.6. Все работы выполняются при строгом соблюдении "МПОТ" в части приближения к токоведущим частям, находящихся под напряжением (таб.1.1.МПОТ).

1.7. Настоящая Инструкция распространяется на аккумуляторные батареи типа СК, установленные на подстанциях «БашРЭС-Стерлитамак».

1.8. Инструкция содержит сведения по устройству, техническим характеристикам, эксплуатации и мерам безопасности стационарных свинцово-кислотных батарей из аккумуляторов типа СК с поверхностными положительными и коробчатыми отрицательными электродами.

Технические термины и условные обозначения, используемые в Инструкции:

АБ - аккумуляторная батарея;

№ А - номер аккумулятора;

СК - стационарный аккумулятор для коротких и длительных режимов разряда;

С10 - емкость аккумулятора при 10-часовом режиме разряда;

 - плотность электролита;

ПС - подстанция.

2. Назначение

2.1. Аккумуляторные батареи на подстанциях находятся в ведении службы подстанций.

Обслуживание АБ должно быть возложено на специалиста-аккумуляторщика или специально обученного электромонтера. Приемкой АБ после монтажа и ремонта, ее эксплуатацией и техническим обслуживанием должно руководить лицо, ответственное за эксплуатацию электрооборудования подстанции.

2.2. При эксплуатации аккумуляторных установок должны обеспечиваться их длительная, надежная работа и необходимый уровень напряжения на шинах постоянного тока в нормальных и аварийных режимах.

2.3. Перед вводом в эксплуатацию вновь смонтированной или вышедшей из капитального ремонта АБ должны проверяться емкость батареи током 10-часового разряда, качество и плотность электролита, напряжение аккумуляторов в конце заряда и разряда и сопротивление изоляции батареи относительно земли.

2.4. Аккумуляторные батареи должны эксплуатироваться в режиме постоянного подзаряда. Подзарядная установка должна обеспечивать стабилизацию напряжения на шинах батареи с отклонением 1-2%.

Дополнительные аккумуляторы батарей (хвостовые элементы), постоянно не ис-пользуемые в работе, должны иметь отдельное устройство подзаряда.

2.5. Для приведения всех аккумуляторов батареи в полностью заряженное состояние и для предотвращения сульфатации электродов должны проводиться уравнительные заряды батарей.

2.6. Для определения фактической емкости батарей (в пределах номинальной емкости) должны выполняться контрольные разряды.

2.7. После аварийного разряда батареи на подстанции последующий ее заряд до емкости, равной 90% номинальной, должен быть осуществлен не более чем за 8 ч. При этом напряжение на аккумуляторах может достигать значений до 2,5-2,7 В на аккумулятор.

2.8. Для контроля за состоянием АБ намечаются контрольные аккумуляторы. Контрольные аккумуляторы должны ежегодно меняться, количество их устанавливается главным инженером энергопредприятия в зависимости от состояния батареи, но не менее 10% количества аккумуляторов в батарее.

2.10. Химические анализы аккумуляторной кислоты, электролита, дистиллированной воды или конденсата должны проводиться химической лабораторией.

2.11. Аккумуляторное помещение должно содержаться в чистоте. Пролитый на пол электролит должен немедленно удаляться с помощью сухих опилок. После этого пол должен протираться тряпкой, смоченной в растворе кальцинированной соды, а затем в воде.

2.12. Аккумуляторные баки, изоляторы ошиновки, изоляторы под баками, стеллажи и их изоляторы, пластиковые покрытия стеллажей должны систематически протираться ветошью, сначала смоченной в воде или растворе соды, а затем сухой.

2.13. Температура в аккумуляторном помещении должна поддерживаться не ниже +10°С. На подстанциях без постоянного дежурства персонала допускается понижение, температуры до +5°С. Не допускаются резкие изменения температуры в аккумуляторном помещении, чтобы не вызвать конденсации влаги и снижения сопротивления изоляции батареи.

2.14. Необходимо вести постоянное наблюдение за состоянием кислотоупорной покраски стен, вентиляционных коробов, металлоконструкций и стеллажей. Все дефектные места должны подкрашиваться.

2.15. Смазка техническим вазелином неокрашенных соединений должна периодически возобновляться.

2.16. Окна в аккумуляторном помещении должны быть закрыты, стёкла окрашены в светлый тон. Летом для проветривания и при зарядах разрешается открывать окна, если наружный воздух не запылен и не загрязнен уносами химических производств и если выше этажом не находятся другие помещения.

2.17. Необходимо следить, чтобы у деревянных баков верхние края свинцовой обкладки не касались бака. При обнаружении соприкосновения края обкладки следует ее отогнуть для предотвращения попадания капель электролита с обкладки на бак с последующим разрушением древесины бака.

2.18. Для снижения испарения электролита аккумуляторов открытого исполнения следует применять покровные стекла (или прозрачную кислотостойкую пластмассу).

Необходимо следить за тем, чтобы покровные стекла не выходили за внутренние края бака.

2.19. В аккумуляторном помещении не должны находиться какие-либо посторонние предметы. Допускается только хранение бутылей с электролитом, дистиллированной водой и с раствором соды.

Концентрированная серная кислота должна храниться в помещении кислотной.

2.20. Перечень приборов, инвентаря и запасных частей, необходимых при эксплуатации аккумуляторных батарей, приведен в приложении 1.

3. Особенности конструкции и технические характеристики аккумуляторов типа СК

3.1. Положительные электроды поверхностной конструкции изготавливаются отливкой из чистого свинца в форму, позволяющую увеличить действующую поверхность в 7-9 раз (рис.1). Электроды изготавливаются трех размеров и обозначаются И-1, И-2, И-4. Их емкости находятся в соотношении 1:2:4.

3.2. Отрицательные электроды коробчатой конструкции состоят из решетки свинцово-сурьмяного сплава, собранной из двух половинок. В ячейки решетки вмазывается активная масса, приготовленная из окислов свинцового порошка, и закрывается с обеих сторон листами перфорированного свинца (рис.2).

Рис.1. Положительный электрод поверхностей конструкции:

1 - активная часть; 2 - ушки

Рис.2. Разрез отрицательного электрода коробчатой конструкции:

а - штифтовая часть решетки; б - дырчатая часть решетки; в - готовый электрод;

1 - перфорированные свинцовые листы; 2 - активная масса

Отрицательные электроды делятся на средние (К) и боковые (КЛ-левые и КП-правые). Боковые имеют активную массу только с одной рабочей стороны. Изготавливаются трех размеров с тем же соотношением емкостей, как у положительных электродов.

3.3. Конструктивные данные электродов приведены в табл.1.

3.4. Для изоляции электродов различной полярности, а также создания между ними промежутков, вмещающих необходимое количество электролита, устанавливаются сепараторы (разделители) из мипласта (микропористый полихлорвинил), вставляемые в полиэтиленовые держатели.

	Наименование электрода	Размеры (без ушков), мм
электрода			аккумулятора
	Положительный
	Отрицательный средний

Страница 2 из 4

Устройство и характеристики аккумуляторов.

На подстанциях применяют главным образом свинцово-кислотные аккумуляторы типа С (СК) в открытых стеклянных сосудах, а аккумуляторы большей емкости - в деревянных баках, выложенных внутри свинцом. Аккумуляторные пластины разной полярности, находящиеся в одном сосуде, отделяются друг от друга сепараторами из мипора (мипласта). Сосуды заполняются электролитом (водным раствором чистой серной кислоты). Положительные пластины выполняются из чистого свинца и имеют сильно развитую поверхность. При формировании собранного аккумулятора (особом режиме первого заряда) на поверхности положительных пластин из металлического свинца основы образуется слой диоксида свинца РbO2, являющийся активной массой этих пластин. Отрицательные пластины изготовляются также из металлического свинца, но имеют коробчатую форму. Ячейки свинцового каркаса пластин заполняются активной массой, приготовляемой из оксидов свинца и свинцового порошка РЬ. Чтобы эта масса не выпадала из ячеек, пластины покрывают с боков тонкими перфорированными свинцовыми листами. В процессе формирования на отрицательных пластинах образуется губчатый свинец.
Наряду с аккумуляторами типа С (СК) применяются аккумуляторы типа СН. Они имеют намазные пластины, сепараторы из стекловойлока, винипласта и мипора, сосуды из прессованного стекла с уплотненными крышками. Все это обеспечивает надежность и длительный срок службы аккумуляторов. В эксплуатации они не требуют столь частой доливки воды, снижаются требования к вентиляции помещений.
Основными характеристиками аккумуляторов С (СК) являются их номинальная емкость, продолжительность и ток разряда, максимальный ток заряда. Их значения определяются типом, размером и числом пластин и получаются умножением соответствующих значений для аккумуляторов С-1 (СК-1) на типовой номер. Характеристики аккумуляторов типа С-1 (СК-1) приведены в табл. 6.1.
Таблица 6.1
Электрические характеристики аккумуляторов типов С-1 и СК-1

Параметр аккумулятора	Параметр для режима разряда, ч


Разрядный ток, А
Емкость, А·ч
Предельное напряжение разряда, В
Максимальный зарядный ток, А

В эксплуатации емкость аккумулятора зависит от концентрации и температуры электролита, от режима разряда. С ростом плотности электролита емкость аккумулятора возрастает. Однако крепкие растворы увеличивают сульфатацию пластин. Повышение температуры электролита также приводит к возрастанию емкости, что объясняется снижением вязкости и усилением диффузии свежего электролита в поры пластин. Но с повышением температуры увеличивается саморазряд и сульфатация пластин.
Исследованиями установлено, что для стационарных аккумуляторов типа С (СК) оптимальной является плотность электролита в начале разряда 1,2-1,21 г/см3 при нормальной температуре 25°С. Температура воздуха в помещении, где установлена аккумуляторная батарея, должна поддерживаться в пределах 15-25°С.
Емкость аккумуляторов нормируется при условии непрерывного разряда в течение 10 ч неизменным по значению током. На практике разряды могут быть более короткими (1-2 ч) - большими токами и более длительными - малыми токами. При больших токах разряда емкость аккумулятора быстро снижается.
Факторами, ограничивающими разряд, являются конечное напряжение на зажимах аккумулятора и плотность электролита в сосудах. При 3-10-часовом разряде снижение напряжения допускается до 1,8 В, а при 1-2-часовом - до 1,75 В на элемент. Более глубокие разряды во всех режимах приводят к повреждению аккумуляторов. Разряды малыми токами прекращают, когда напряжение становится равным 1,9 В на элемент. При разряде контролируется как напряжение, так и плотность электролита. Уменьшение плотности на 0,03-0,05, т.е. до значений 1,17-1,15, свидетельствует о том, что емкость исчерпана.
Особенности эксплуатации аккумуляторов. В аккумуляторах непрерывно происходят неуправляемые химические и электрохимические реакции, приводящие к снижению их емкости. Происходит так называемый саморазряд аккумулятора, т.е. потеря им запасенной энергии. Саморазряду подвержены как работающие, так и отключенные от сети аккумуляторы. Новая батарея аккумуляторов теряет в течение суток не менее 0,3% своей емкости. Со временем саморазряд возрастает. При некоторых условиях (высокая температура и плотность электролита) наблюдается повышение саморазряда. Одной из причин повышенного саморазряда является присутствие в электролите примесей железа, хлора, меди и других элементов. Практически невозможно получить электролит, свободный от примесей. Однако их содержание не должно превышать установленных норм, поэтому применяемые для составления электролита кислота и дистиллированная вода проверяются на содержание вредных примесей.
В режиме разряда аккумулятора на его пластинах образуется свинцовый сульфат. При нормальной эксплуатации аккумуляторов сульфат имеет тонкое кристаллическое строение и легко растворяется при заряде, переходя в оксид свинца на положительных пластинах и в губчатый свинец на отрицательных. При некоторых условиях, рассмотренных ниже, возникает ненормальная сульфатация пластин, когда сравнительно быстро увеличивается количество крупных кристаллов сульфатов, которые закрывают собой поры активной массы пластин, мешая доступу электролита, при этом возрастает внутреннее сопротивление аккумулятора, а емкость его снижается. Внешними признаками ненормальной сульфатации являются образование на поверхности пластин беловатых пятен, выпадение светло-серого шлама в сосуде, коробление положительных и выпучивание отрицательных пластин.

Режим работы аккумуляторных батарей

Раньше аккумуляторные батареи на подстанциях эксплуатировались в режиме "заряд-разряд". Этому режиму соответствовали схемы установок с элементным коммутатором, которые сохранились еще на многих подстанциях. С помощью элементного коммутатора можно увеличивать число аккумуляторов, присоединенных к шинам постоянного тока, для поддержания необходимого уровня напряжения при разряде и уменьшать их число при заряде, когда напряжение на аккумуляторах возрастает. Режим работы аккумуляторов с периодическими зарядами и разрядами имеет существенные недостатки, связанные с преждевременным износом аккумуляторов и занятостью персонала по контролю и уходу за батареями.
В настоящее время аккумуляторные батареи на подстанциях эксплуатируются в режиме постоянного подзаряда, что улучшило работу большей части аккумуляторов и упростило их эксплуатацию. Сущность режима заключается в том, что полностью заряженная аккумуляторная батарея включается параллельно с подзарядным агрегатом, который обеспечивает питание подключенной нагрузки и в то же время подзаряжает малым током батарею, восполняя потерю емкости в результате саморазряда. В случае аварии на стороне переменного тока или остановки по какой-либо причине подзарядного агрегата батарея принимает на себя всю нагрузку сети постоянного тока. После ликвидации аварии батарея заряжается от зарядного агрегата и переводится на работу в режиме постоянного подзаряда.
При постоянном подзаряде режим батареи характеризуется напряжением на зажимах каждого элемента в пределах 2,2±0,05 В и током подзаряда 10-30 мА, умноженным на типовой номер аккумулятора. Для аккумуляторов типа СН рекомендуется поддерживать напряжение 2,18±0,04 В на элемент и ток подзаряда 10-20 мА на каждый номер аккумулятора. Более точное значение этих величин, определяемых индивидуальными свойствами аккумуляторных батарей, устанавливается в зависимости от плотности электролита. Если, например, плотность электролита снижается по сравнению с начальной (1,2-1,21 для аккумуляторов типов С, СК и 1,22-1,225 для аккумуляторов типа СН), то это свидетельствует о недостаточности тока подзаряда - напряжение подзаряда следует повысить. Измерение плотности электролита должно производиться с учетом его температуры, так как плотность изменяется (уменьшается при повышении и увеличивается при понижении температуры электролита) на 0,003 г/см3 на каждые 5°С по отношению к нормативной температуре 25°С. На чрезмерно большой ток подзаряда указывает усиленное выпадение в сосуде коричневого шлама.
Уравнительные заряды и дозаряды аккумуляторных батарей. Аккумуляторные батареи с элементным коммутатором, переведенные в режим постоянного подзаряда, обладают тем основным недостатком, что батарея оказывается разделенной на две части, находящиеся в неодинаковых условиях. Основная часть батареи (107 элементов) подзаряжается и таким образом поддерживается в заряженном состоянии. Остальные (концевые) аккумуляторы не подзаряжаются и постепенно теряют свою емкость вследствие саморазряда. При недостаточном уходе пластины концевых аккумуляторов сульфатируются. Наблюдается разная степень заряженности отдельных элементов.
Для устранения следов сульфатации и выравнивания отстающих элементов батареи по мере необходимости подвергают уравнительным зарядам (перезарядам). При уравнительном заряде батарея предварительно разряжается током 10-часового режима до напряжения 1,8 В на элемент. Затем нормально заряжается тем же током до появления признаков заряженности - сильного газообразования, возрастания напряжения до 2,6-2,8 В на элемент, увеличения плотности электролита до 1,2-1,21 г/см3 - и оставляется в покое на 1 ч. Заряды с одночасовыми перерывами продолжаются до тех пор, пока батарея не получит двух-, трехкратной номинальной емкости. Признаком, по которому судят об окончании заряда, является бурное газообразование всех элементов, наступающее вслед за включением батареи на заряд.
Для аккумуляторных батарей типа СН дополнительно производят перезаряды после каждой доливки аккумуляторов.
Уравнительные заряды аккумуляторных батарей без элементных коммутаторов, работающих в режиме постоянного подзаряда, невозможны по той причине, что при этом напряжение на каждом элементе возрастает до 2,6-2,8 В. Для профилактики такие батареи 1 раз в 3 мес. подвергаются дозарядам. Они производятся без отключения нагрузки путем повышения напряжения до 2,3-2,35 В на элемент до достижения плотности электролита 1,2-1,21 г/см3 во всех элементах. Начальный ток заряда устанавливается не выше тока 10-часового режима разряда. Продолжительность дозаряда обычно не превышает 1-2 суток в зависимости от состояния аккумуляторов.
Для поддержания работоспособности концевых элементов в нормальном режиме работы батареи применяют схемы подзаряда этих элементов от самостоятельного источника тока или общего подзарядного агрегата. Схема включения подзарядного агрегата на всю батарею приведена на рис. 6. 6. В схеме концевые элементы шунтируют регулируемым балластным резистором, выбранным по току нагрузки батареи R=Uкон./ I нагр. , что обеспечивает поддержание напряжения 2,2±0,05 В на элемент. При уменьшении нагрузки сети персонал соответственно изменяет сопротивление резистора. Ток, проходящий через амперметр, должен быть равен нулю.
Неисправности аккумуляторов, осмотры и уход за аккумуляторными батареями. Основными неисправностями являются следующие:
ненормальная сульфатация пластин - образование крупных кристаллов сульфата, не растворяющихся при чрезмерно высокой плотности электролита и высокой температуре, при систематических глубоких разрядах и недостаточных зарядах большими токами и длительном нахождении батареи в разряженном состоянии. Если сульфатация не очень глубокая, то она устраняется проведением уравнительного заряда. При глубокой сульфатации необходим десульфатационный заряд;
короткое замыкание между пластинами разной полярности. Причинами могут быть замыкания пластин шламом, накопившимся на дне сосуда, коробление положительных пластин и губчатые наросты на отрицательных пластинах, разрушения сепарации. Признаками КЗ является низкое напряжение на элементе в конце заряда и низкая плотность электролита в сосуде, а также слабое газовыделение. Неисправность выявляется тщательным осмотром;
коробление пластин. Причинами коробления положительных пластин могут быть большие зарядные и разрядные токи, высокое напряжение подзаряда, короткое замыкание, низкий уровень электролита, наличие вредных примесей в электролите (солей железа, азотистых и хлористых соединений, марганца, меди). Вырезать и выправить положительные пластины удается, если они эксплуатировались не более 3 лет. Коробление отрицательных пластин обычно является результатом давления соседней покоробленной положительной пластины;
чрезмерное образование шлама. Выпадение небольшого количества шлама на дне сосуда - явление обычное и неизбежное. Однако большое количество коричневого шлама свидетельствует о слишком высоком напряжении подзаряда или излишних перезарядах. Шлам светло-серого цвета указывает на систематически допускаемую сульфатацию пластин или присутствие в электролите примесей, содержащих хлор.

Рис. 6.6. :
1 - основные элементы; 2 - концевые элементы; 3 - подзарядный агрегат; 4 - сопротивление нагрузки; R - регулируемый балластный резистор
Среди прочих неисправностей аккумуляторов могут быть названы неисправности сосудов, изношенность и хрупкость сепарации, загрязнение электролита и понижение его плотности.
Характерными неисправностями аккумуляторов СН являются сульфатация пластин и загрязнение электролита вредными примесями. Признаки сульфатации - понижение разрядного напряжения и снижение емкости элементов. Устраняется сульфатация проведением тренировочных разрядов.

Рис. 6.7. Упрощенная структурная схема выпрямительного зарядно-подзарядного агрегата ВАЗП-380/220-40/80 :
SF - автоматический выключатель; L1, L2 - дроссели; SAC - переключатель режимов работы; Т1-Т4 - трансформаторы питания блоков управления и обратной связи; ТА, ТВ, ТС - трансформаторы каналов формирования импульсов управления соответственно фаз А, В, С;
R1-R4 - резисторы; PV1 - вольтметр цепи питания; РА2 и PV2 - амперметр и вольтметр цепи напряжения выхода

Помутнение или потемнение электролита указывает на его загрязнение. В этом случае производится химический анализ электролита. Если он подтвердит наличие вредных примесей, электролит заменяют.
На указанные неисправности аккумуляторов необходимо обращать внимание при осмотрах, которые проводятся по графику. При осмотрах проверяют так же:
- целость сосудов, состояние стеллажей и изоляции сосудов;
- защищенность контактных соединений и шинок от коррозии;
- положение покровных стекол, предотвращающих вынос электролита из сосуда пузырьками газа, образующимися при заряде аккумуляторов;
- уровень электролита в сосудах, который должен быть на 10-15 мм выше края пластин. При понижении уровня производится доливка, как правило, дистиллированной водой, а не электролитом. Частые доливки электролитом способствуют сульфатации пластин;
- напряжение на соединительных пластинах аккумулятора, плотность и температуру электролита каждого элемента. Измерения следует проводить не реже 1 раза в месяц. Результаты измерений записывают в журнал. Обращается внимание на отсутствие "отстающих элементов";
- исправность вентиляции и отопления. Температура в помещении аккумуляторной батареи должна быть не ниже 10°С.
При обслуживании аккумуляторных батарей персонал обязан соблюдать правила техники безопасности , так как приходится иметь дело с опасными для человека материалами. Серная кислота при попадании на кожу вызывает ожоги, а при попадании в глаза поражает их. Поэтому все работы с кислотой (электролитом) должны производиться в специальных костюмах, резиновых фартуках, перчатках и защитных очках. При приготовлении электролита концентрированную серную кислоту следует вливать тонкой струей в воду и непрерывно размешивать раствор. В помещении аккумуляторной батареи должен постоянно находиться 5%-ный содовый раствор и сосуд с большим количеством чистой воды для удаления и нейтрализации кислоты, случайно попавшей на кожу.
Курение и применение открытого огня в аккумуляторных помещениях запрещается по избежание взрыва смеси водорода, выделяющегося при электролизе воды и кислоты, с воздухом.

Таблица 6.1

Электрические характеристики аккумуляторов типов с-1 и ск-1

	Основной параметр для режима разряда, ч
Наименование параметра ак»)".г..\|ятора
аккумулятора
Разрядный ток, А
Емкость, А ч
Предельное напряжение разряда, В
Максимальный зарядный ток, А

Для аккумуляторных батарей типа СН дополнительно производят перезаряды после каждой доливки аккумуляторов.

Целость сосудов, состояние стеллажей и изоляции сосудов;

Защищенность контактных соединений и шинок от коррозии;

Современная техника располагает целым рядом электронакопительных устройств. Это - свинцовые , железо-никелевые , никель-кадмиевые , серебряно-цинковые , серно-натриевые , медно-литиевые и другие типы аккумуляторов . Наиболее распространенными являются свинцовые аккумуляторы .
Аккумуляторами называются химические источники тока, предназначенные для многократного использования их активных веществ, регенерируемых путем заряда.
Аккумуляторы являются химическими источниками электрической энергии многоразового действия. Они состоят из двух электродов (положительного и отрицательного), электролита и корпуса. Накопление энергии в аккумуляторе происходит при протекании химической реакции окисления-восстановления электродов. При разряде аккумулятора происходят обратные процессы.
Экономичнее свинцового аккумулятора до сих пор ничего не изобретено. Широкое распространение они получили благодаря высокой надежности и невысокой цене. Эксперты ООН считают, что в обозримом будущем свинцовые аккумуляторы сохранят свое значение как одних из самых удобных источников электрической энергии.
Основным достоинством свинцовых аккумуляторов является стабильность напряжения при изменении тока нагрузки и температуры. Напряжение аккумулятора - это разность потенциалов между полюсами при фиксированной нагрузке. В зависимости от электрохимической системы напряжение на зажимах аккумулятора составляет от 1,2 до 2 В.
Бытует ошибочное мнение, что основной сферой использования свинца является производство боеприпасов. Ежегодно только на свинцовые аккумуляторы расходуется немногим меньше половины добываемого в мире свинца.
Первый работоспособный свинцово-кислотный аккумулятор был создан французским исследователем Г. Планте (в 1859 г.). Электроды первого аккумулятора были изготовлены из листового свинца, а сепаратором служило полотно. Вся конструкция сворачивалась в спираль и вставлялась в емкость с 10% раствором серной кислоты.
Для увеличения емкости такого аккумулятора проводили многократные циклы заряда-разряда, чем формировали развитую поверхность пластин. Для такой тренировки требовалось от 1000 часов до двух лет. В последствии поверхностные пластины формировались гальваническим способом. Единственными источниками энергии в то время были первичные элементы. От них (в основном это были элементы Бунзена) осуществлялся заряд аккумуляторов.
Зарядом аккумулятора называется превращение электрической энергии в химическую, а разрядом - химической в электрическую. Процесс разряда - явление обратное заряду, когда сам аккумулятор отдает свой заряд во внешнюю электрическую цепь потребителю электроэнергии.
Значительно увеличить емкость электродов удалось в 1880 г. К. Фор стал изготавливать намазные электроды нанесением на поверхность пластин окислов свинца. Уже в 1881 году Э. Фолькмар предложил намазную решетку в качестве электродов. В том же году Селлону был выдан патент согласно которому решетки Фолькмара предлагалось изготавливать из сплава сурьмы и свинца.
Ускорению работ по совершенствованию свинцового аккумулятора способствовало изобретение Эдисоном лампы накаливания. В 1881 году по Сене ходила лодка с электрическим двигателем и батареей аккумуляторов Планте. В том же году создан электромобиль. Тогда же появились дешевые генераторы, позволившие начать коммерческое использование аккумуляторов.
В Кронштадте разработки конструкции аккумулятора начались в 1881 г., а уже в 1884-м на Неве прошел испытание электрический катер. Он мог пройти 30 миль при скорости до 6 узлов.
К 1890 году в промышленно развитых странах свинцово-кислотные аккумуляторы выпускались серийно. Первой патенты Фора, Фолькмара и Селлона купила Electrical Power Storage Company.
В 1900 году фирма VARTA выпустила стартерный аккумулятор для запуска автомобильного двигателя. VARTA является поставщиком заводов "Мерседес", "Фольксваген", "Ауди" и "Опель".
В 1938 году, Леопольд Джунгфер основал фирму Baren. Начиная с 1939 года фирмой были изготовлены батареи почти для каждой области применения.
В 1942 году в Италии Гиулио Долсетта основал фирму FIAMM. FIAMM выпускает стартерные, тяговые и стационарные аккумуляторы (см. гл. 2.3).
С появлением электростанций понадобились мощные стационарные аккумуляторы. На станциях постоянного тока они служили дополнительным источником энергии в моменты пиковых нагрузок. На станциях переменного тока стационарные аккумуляторы используются для вспомогательных целей. Так городские сети постоянного тока имели батареи аккумуляторов, которые развивали в 1927 году мощность:

80000 кВт - Берлин,
95000 кВт - Нью-Йорк.

Кроме аварийного освещения их используют для средств связи, в системах автоматики на железной дороге, в устройствах охранной и пожарной сигнализации и пр. Для телефонных станций они служили единственным источником постоянного напряжения.
Из большого разнообразия стационарных аккумуляторов , которые обеспечивают питание нагрузок на время отключения электроснабжения, в большей мере используются только свинцовые и никель-кадмиевые аккумуляторы (см. табл. П4 приложения).
Основные черты свинцовый аккумулятор приобрел на рубеже ХIХ...ХХ веков. Вместе с ними и проблемы, часть из которых не решены по сегодняшний день. Конструкция аккумуляторов непрерывно совершенствуется. Они давно являются объектом пристального внимания изобретателей.
Критерием состояния отрасли промышленности являются экономические показатели. На рис. p001 представлен объем продаж стартерных аккумуляторов мировыми производителями.
Начиная с 1970 года выпускаются малоуходные (требующие незначительного ухода) и герметизированные (необслуживаемые) аккумуляторные батареи. В таких аккумуляторах используют электроды с малым содержанием сурьмы - не более 3%.
С использованием сорбированного и гелеобразного электролита удалось получить герметизированный аккумулятор, который может работать в любом положении. В качестве загустителя электролита используется силикагель, алюмогель, сульфат кальция и др. Примерно в это же время были разработаны такие материалы для изготовления пластин, как медно-кальциевые сплавы покрытые оксидом свинца, титановые, алюминиевые и медные решетки.
Свинцовые аккумуляторы изготавливаются в различных исполнениях в зависимости от области применения. Основные типы - стартерные , тяговые и стационарные аккумуляторы . Выпускаемые серийно свинцово-кислотные аккумуляторы обладают емкостью от 0,5 до 12000 Ач.
Активные вещества аккумулятора заключены в положительном и отрицательном электродах и электролите. Совокупность активных веществ, применяемых в химическом источнике тока, называется электрохимической системой.
Распространенные электрохимические системы стационарных аккумуляторов приведены в табл. t032 .
В аккумуляторах находящихся в эксплуатации непрерывно повторяется последовательность электрохимических преобразований. Период заряда-разряда аккумулятора называют циклом. С каждым циклом аккумуляторы изнашиваются. Долговечность аккумулятора оценивают количеством циклов.
Долговечность аккумуляторов зависит от :

ресурса заложенного в электрохимическую систему и конструкцию аккумулятора,
условий ввода в эксплуатацию;
условий эксплуатации.

Наиболее широкое применение, как более дешевые, получили свинцовые аккумуляторы . Они обеспечивают срок службы до 20 лет, что обусловлено соответствующим конструктивным исполнением.
Почти все свинцовые аккумуляторы используют так называемую баночную конструкцию. При изготовлении корпусов используются: эбонит, полипропилен, и т.п. Эти материалы стойки к длительному воздействию серной кислоты.
Блок электродов каждой аккумуляторной ячейки помещается в изолированной банке. Между электродами устанавливаются сепараторы. Крайними всегда являются отрицательные электроды (рис. p070). Горизонтальные перемычки, соединяющие одноименные пластины в банке, называются баретками.
Во всех малоуходных аккумуляторах пластины приподняты над дном. В образующемся пространстве скапливается шлам - отделившаяся от электродов активная масса. В герметизированных аккумуляторах выполненных по технологии PLT пространство под пластинами отсутствует.
Для получения достаточно больших значений напряжений или разрядных токов отдельные ячейки соединяются между собой последовательно или параллельно в батареи.
Батареей аккумуляторов называется источник тока, состоящий из нескольких параллельно или последовательно соединенных аккумуляторных ячеек. Аккумуляторы содержащие несколько последовательно соединенных банок в одном корпусе называются моноблочными.
Все европейские производители и большая часть в Азии руководствуются стандартами DIN. Перечень стандартов по стационарным аккумуляторам приведен в табл. П3 приложения. Ряд условных обозначений стационарных аккумуляторов стандартизован.
Согласно DIN VDE 0510 ч. 2 расшифровка условных обозначений аккумуляторов приведена в табл. t035.
Номинальной емкостью аккумулятора называется емкость, гарантированная заводом изготовителем при определенных условиях разряда. Зарядной емкостью называется количество электричества, сообщаемое аккумулятору при заряде. Зарядная емкость всегда несколько больше разрядной из-за необратимых процессов, протекающих при заряде и разряде.
Величина разрядной емкости аккумулятора зависит от типа и конструкции используемых пластин, количества содержащихся в них активных веществ, материала электродов, режима разряда и температуры.
Совершенствование свинцовых аккумуляторов идет по пути изыскания новых сплавов для решеток, облегченных и прочных материалов корпусов (сополимер пропилена и этилена) и улучшения качества сепараторов.

1.1.1. СЕПАРАТОРЫ

Во всех аккумуляторах между электродами устанавливаются изолирующие пластины. Они выполняются в виде:

разделителей;
пористых сепараторов;
мембран.

Разделители используются для отделения электродов друг от друга. Они изготавливаются в виде прокладок или решеток из перфорированного или гофрированного синтетического диэлектрика (рис. p009). Разделители имеют отверстия диаметром от 1 до 5 мм.
Пористые сепараторы, кроме непосредственного разделения пластин, удерживают активную массу электродов и препятствуют росту дендритов (дендриты - незавершенные в своем развитии кристаллы, по форме напоминающие ветвистое дерево, папоротник, хвою и т.п.) при заряде аккумулятора.
В некоторых типах аккумуляторов пористый сепаратор удерживает электролит за счет капиллярных сил вблизи поверхности электродов. Диаметр пор таких сепараторов находится в интервале от 0,001 до 200 мкм. Такой вид сепараторов имеет наибольшее распространение в современных моделях аккумуляторов.
Мембраны (набухающие сепараторы) изготавливаются из материалов без геометрически четко выраженной системы пор. В отличие от пористых сепараторов в них ярко выражены силы взаимодействия между определенными видами ионов и молекул.
Сепараторы изготавливают из диэлектрических материалов с ребрами, гофрированными или тиснеными для предупреждения плотного прилегания к электродам. Размер сепаратора всегда больше размера пластины аккумулятора. В первых аккумуляторах в качестве сепараторов использовались керамические сосуды или перегородки. До второй мировой в качестве сепараторов использовался шпон (шпон - тонкий лист древесины, получаемый лущением кряжей различных пород дерева).
Длительное время сепараторы изготавливали из мипора - вулканизированного натурального каучука с присадками. В современных аккумуляторах широкое применение нашел мипласт, получаемый спеканием порошкообразной поливинилхлоридной смолы.
В Англии разработан материал порвик, изготавливаемый из поливинилхлоридной смолы. Отечественный аналог - поровинил. Юмикрон - материал для сепараторов разработанный в Японии - выпускается в виде тонкой пленки или тисненых "вафлеобразных листов" (рис. p010).Наиболее дешевыми материалами для сепараторов являются картон и бумага на основе целлюлозы и асбеста (асбест [гр. asbestos] - группа минералов (серпентин, амфиболы) волокнистого строения; огнестойкий, кислотостойкий, и неэлектропроводный материал).
В качестве дополнительных разделителей, в комбинации с сепараторами, применяются нетканные маты. Они изготавливаются из полипропилена или стекловолокна с добавлением связующих веществ.
В современных моделях аккумуляторов используют многослойные сепараторы. Использование нескольких слоев одного вида сепараторов более выгодно, так как в этом случае дефекты в одном из слоев защищены другими и рост дендритов затруднен при переходе от слоя к слою.
Если в аккумуляторах используются многослойные сепараторы из разных материалов, то каждый из них выполняет определенную функцию. Так же используются сочетания простых разделителей с мембранами.
В ряде случаев в аккумуляторах используют конверты-сепараторы. Конверт-сепаратор полностью окружает один из электродов аккумулятора для ограничения возможного проникновения нежелательных веществ или распространения дендритов в обход сепаратора по краям электродов.

1.1.2. ЭЛЕКТРОЛИТ

В качестве электролита для аккумуляторных батарей применяют раствор серной кислоты в дистиллированной воде. Для различных климатических и температурных условий, в которых батарее предстоит работать, используют электролит различной плотности.
Плотность электролита зависит от концентрации раствора серной кислоты - чем больше концентрация раствора, тем больше плотность электролита и от температуры раствора - чем выше температура, тем ниже плотность.
Концентрация или плотность электролита является точным критерием степени разряженности аккумулятора. В качестве точки отсчета, для определения текущей степени разряженности аккумулятора, принимается нормативная плотность электролита, т.е. плотность, приобретенная после первого полного заряда.
Для уравнивания плотности электролита, т.е. доведения ее до плотности, равной плотности в начале эксплуатации, следует измерить фактическую плотность и температуру. Уравнивание можно проводить только в полностью заряженном аккумуляторе, когда электролит имеет плотность, не искаженную недозаряженностью последнего.
Для свинцовых аккумуляторов характерно сильное разбавление электролита во время разряда из-за участия в реакции серной кислоты с образованием воды. В заряженных аккумуляторах концентрация кислоты равна 30...40%.
Чем меньше объем электролита, в сравнении с массой электродов, тем быстрее снижается концентрация кислоты при разряде. В конце разряда она составляет от 10 до 25%.
Многие вещества, например, незначительное количество солей железа попадая в электролит ускоряют выделение водорода и увеличивают саморазряд аккумулятора. Поэтому при приготовлении электролита следует использовать только дистиллированную воду и использовать неметаллическую посуду.

1.2. СТАЦИОНАРНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ VARTA

Применение различных типов положительных пластин отражается на электрических характеристиках аккумуляторов. В первую очередь это связано с внутренним сопротивлением, которое состоит из омического внутреннего сопротивления аккумулятора и сопротивления поляризации.
Поляризацией называется изменение электродных потенциалов под влиянием прохождения постоянного тока вызывающего изменения концентрации электролита, химического состава активных веществ и поверхности электродов.
В зависимости от причин вызывающих поляризацию, она делится на концентрационную, химическую и электрохимическую, а в зависимости от того, исчезает или остается поляризация при отключении тока, последнюю делят на устранимую и неустранимую.
Химическая поляризация и частично концентрационная относятся к неустранимой поляризации не исчезающей при прекращении тока .
Сопротивление поляризации является мерой увеличения внутреннего сопротивления химического источника тока обусловленного поляризацией. Оно имеет размерность сопротивления, но не подчиняется закону Ома, так как зависит от величины проходящего тока. Значения внутреннего сопротивления 100 Ач пластин различных типов аккумуляторов приведены на рис. p073.
При высокой скорости разряд реально оказывается ограниченным, поскольку из-за наличия внутреннего сопротивления аккумулятора напряжение уменьшается ниже напряжения отсечки (напряжением отсечки называется минимальное напряжение, при котором аккумулятор способен отдавать полезную энергию).
При времени разряда свыше трех часов отличие внутренних сопротивлений не сказывается на разрядных характеристиках различных типов пластин. Для более короткого времени разряда величина внутреннего сопротивления в значительной степени влияет на разрядные характеристики (рис. p074):

100 Ач аккумулятор OPzS за 10 минут отдает ток 100 А;
100 Ач аккумулятор Vb за то же время отдает 170 А.

1.2.1. ТИПЫ ПЛАСТИН АККУМУЛЯТОРОВ

Пластины аккумуляторов бывают поверхностные и пастированные.
Поверхностный электрод состоит из свинцовой пластины на поверхности которой электрохимическим способом формируется слой активной массы (рис. p012).
Аккумуляторы с поверхностными пластинами содержат относительно большую долю свинца по отношению к активной массе. Они используются в моделях GroE фирмы VARTA.
Пастированные электроды подразделяются на решетчатые (намазные), коробчатые, стержневые (рис. p079) и панцирные (рис. p078). Основой пастированных пластин является решетка-токовод.
При циклической работе аккумуляторов с большим содержанием сурьмы в материале решетки сурьма переходит в раствор в результате коррозии решетки положительного электрода. Осаждаясь на активной массе отрицательного электрода сурьма способствует выделению водорода и увеличивает скорость коррозии свинца. Такой процесс называется сурьмяным отравлением аккумулятора.
Осыпание активной массы и внутреннее сопротивление аккумулятора при использовании кальциевых решеток несколько больше, чем в случае свинцово-сурьмяных. Разрушение пластин преимущественно происходит при заряде аккумулятора и является одним из важнейших факторов ограничивающих ресурс аккумулятора. Для уменьшения осыпания в активную массу вводят волокнистые материалы, например, фторопласт и используют нетканные маты из стекловолокна прижатые к пластинам.
Сульфатация пластин - результат хранения аккумулятора в недозаряженном состоянии. Образующийся при этом плохо растворимый в воде сульфат свинца ограничивает емкость аккумулятора и способствует выделению водорода при заряде. Для восстановления емкости аккумулятора с сульфатированными электродами его заполняют электролитом низкой плотности или даже дистиллированной водой и заряжают малыми токами (примерно в сто раз меньше номинального зарядного тока).

1.2.2. МАТЕРИАЛ ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА

Ухудшение электрических характеристик аккумулятора и выход из строя обусловлены коррозией решетки и оползанием активной массы положительного электрода. Срок службы аккумулятора определяется, в первую очередь, типом положительных пластин и условиями эксплуатации.
В аккумуляторном производстве используется как чистый свинец, так и сплавы содержащие сурьму, которая неоднозначно воздействует на эксплуатационные характеристики аккумуляторов.
Положительное воздействие сурьмы связано с тем, что положительные электроды с легированными сурьмой решетками выдерживают более сильные циклические зарядно-разрядные нагрузки. Наличие сурьмы способствует более прочному электрическому контакту активного материала с решеткой, в то время, как в бессурьмянистых решетках активная масса полностью отслаивается и отпадает уже после нескольких циклов разряда-заряда. Поэтому все изготовители аккумуляторных батарей применяют в решетке положительных пластин сплавы содержащие 1...10% сурьмы (см. рис. p069). В тяговых батареях используют сплав содержащий более 4% сурьмы.
Следующим преимуществом решеток, выполненных из содержащих сурьму сплавов, является то, что на них не возникает блокирующего эффекта, который часто наблюдается в случае с бессурьмянистыми пластинами. Блокирующий эффект состоит в образовании токонепроводящих прослоек между решеткой и активным материалом. Это, в свою очередь, может привести к большим колебаниям емкости даже на новых батареях.
Отрицательный эффект заключается в том, что увеличение содержания сурьмы увеличивает ток постоянного подзаряда и относительное его увеличение во время эксплуатации аккумуляторов (см. рис. p071).
Между двумя крайностями - обычным и бессурьмянистым сплавами - располагается ряд малосурьмянистых сплавов.
Уменьшение содержания сурьмы ниже 3% вызывает образование кристаллических структур материалов решеток, которые приводят к быстрому образованию трещин. Это делает невозможным изготовление качественных решеток.
Фирме VARTA удалось разработать сплавы, которые даже при очень малом содержании сурьмы имеют очень тонкую структуру и, поэтому, могут использоваться для изготовления качественных решеток. При этом выполняется и такое требование, как неподверженность этого сплава повышенной коррозии. Для этих сплавов при изменении содержания сурьмы от 6% до 1,6% срок службы увеличивается в 5 раз .
По сравнению с сурьмянистыми сплавами других производителей преимущество сплавов фирмы VARTA состоит в том, что в аккумуляторах с такими решетками не возникают блокирующие эффекты, мешающие при заряде и разряде, а стойкость при циклических нагрузках хотя и меньше, по сравнению с обычными сплавами, но отличается от них незначительно. Это убедительно демонстрирует рис. p069.
Аккумуляторы, в которых используются малосурьмянистые сплавы имеют достаточно низкий ток подзаряда, что объясняется специальными добавками к активной массе. На практике саморазряд аккумуляторов с большим содержанием сурьмы доходит до 2...3% в месяц.
Из выше сказанного следует, что малосурьмянистые сплавы представляют собой выгодный компромисс, в котором недостатки сурьмы практически полностью исключены.
С другой стороны, остаются все преимущества которые дает сурьма обеспечивая стойкость к циклическим нагрузкам и безупречное поведение при заряде и разряде.
Применение мало- или бессурьмянистых сплавов значительно уменьшает разложение воды, однако, неизбежно происходит некоторый расход воды на газообразование, как неотъемлемое свойство свинцовых аккумуляторов. Поэтому свинцовые аккумуляторы не могут изготавливаться полностью герметичными, как щелочные.
Даже герметизированные свинцовые аккумуляторы, которые внешне выглядят полностью закрытыми, имеют клапан, который дает возможность газу выходить наружу. В герметизированных аккумуляторах потеря воды настолько незначительна в расчете на срок службы, что не требуется ее восполнения.
В отличие от герметизированных свинцовые стационарные аккумуляторы больших размеров, изготавливаемые из мало- или бессурмянистых сплавов, сконструированы таким образом, что позволяют долив воды. Такие аккумуляторы получили название "малоуходные".
В малоуходных аккумуляторах в процессе перезаряда происходит распыление электролита с выделением газов. Часть электролита разбрызгивается через вентиляционные отверстия, т.е. теряется. Уменьшение расхода жидкого электролита достигается использованием клапанов пропускающих газы, но задерживающих жидкость. В аккумуляторах используются пружинные и гидрофобные (гидрофобный [гр. hydor вода, влага + гр. phobos страх, боязнь] испытывающий слабое взаимодействие с водой) клапаны. Для увеличения интервалов между работами по уходу за аккумуляторами фирмы VARTA используются пробки с каталитическими насадки (см. рис. p072).
Они выполняются в виде ввинчивающихся пробок, закрывающих заливочное отверстие. Гидрофобные пористые фильтры пропускают газы, но не пропускают водный электролит. Эти насадки содержат в себе металлические катализаторы. Образующийся в аккумуляторах водяной пар конденсируется каталитическим (катализ [гр. katalysis разрушение] - возбуждение химической реакции или изменение ее скорости небольшими добавками веществ (катализаторов) состав которых в реакции не меняется) путем и стекает в аккумулятор.
Вопрос обслуживания свинцовых аккумуляторов сводится к вопросу о расходе воды. В этом смысле переход к закрытым аккумуляторам был шагом вперед, поскольку в открытых аккумуляторах 95% потерь воды происходит за счет испарения. Определенный расход воды имеется за счет электролитического разложения воды, который в известных пределах неизбежен.

1.2.3. ГЕРМЕТИЗАЦИЯ

Широкое распространение переносной аппаратуры, источников бесперебойного питания и другой мобильной техники потребовало разработки более удобных в эксплуатации герметизированных аккумуляторов . Герметизация затруднена тем, что при работе или хранении аккумуляторов может происходить выделение газов. Особенно интенсивное выделение газов (водорода и кислорода) наблюдается:

в конце заряда;
при перезаряде;
при переполюсовке вследствие глубокого разряда.

Важным условием хорошей герметизации является плотное химически- и термостойкое соединение конструктивных элементов. Особое значение имеет герметизация выводов - контакта металлических токовыводящих элементов и неметаллических изоляционных материалов.
В аккумуляторах фирмы VARTA (см. рис. p080) с целью получения минимального сопротивления внутренняя часть вывода (3) выполнена из меди. Снаружи он покрыт свинцом (6). Конструкция вывода обеспечивает герметичность соединения с корпусом (4) за счет зажимаемых элементами конструкции резиновых прокладок (5). Защитный чехол (2) механически защищает место соединения вывода с токоведущими проводниками (1).
Для выпуска образующихся газов внутренняя полость аккумулятора должна сообщаться с атмосферой. Отрицательные последствия газовыделения - необходимость долива воды из-за ее разложения, вредное влияние на обслуживающий персонал и увеличение коррозионной активности атмосферы.
Частичная герметизация возможна при рекомбинации газов по кислородному циклу. Здесь используется тот факт, что при заряде аккумулятора сначала на положительном электроде выделяется кислород, а позднее на отрицательном - водород. Правда, в таких аккумуляторах ограничены зарядные и разрядные токи из-за недопустимости большого газовыделения.
Внутренняя циркуляция кислорода представляет собой последовательность реакций, в результате которых ионы кислорода, образующиеся на положительном электроде, перемещаются к отрицательному, соединяются с водородом и образуют воду. В свинцовых аккумуляторах такая реакция возможна благодаря использованию "связанного" электролита. "Связанный" электролит имеет внутри поры позволяющие ионам газов свободно перемещаться от одного электрода к другому.
Для связывания электролита существует два метода:

использование пористого материала, например, стекловолокна пропитанного электролитом;
использование гелеобразного электролита.

Стекловолокно, пропитанное дозированным количеством серной кислоты, образует пористую систему капиллярные силы которой удерживают электролит. Электролит дозируется таким образом, чтобы мелкие поры были заполнены, а крупные оставались пустыми. Через незаполненные поры и свободное пространство в аккумуляторе возможно свободное перемещение газа.
В гелеобразном электролите соответствующий раствор серной кислоты содержит примерно 6% силикагеля. Перед заполнением аккумулятора такое желе интенсивно перемешивают и оно становится текучим. После заполнения аккумулятора в результате застывания геля образуется много пор, которые распространяются в разных направлениях и способствуют свободному движению газообразного кислорода.
В герметизированных аккумуляторах VARTA со связанным электролитом используются стекловолоконные маты с дополнительными сепараторами. Желеобразный электролит применяется совместно с обычными сепараторами. Использование желеобразного электролита имеет те преимущества, что при цикличной работе аккумулятора мала разница концентрации электролита в верхней и нижней части аккумулятора.
Высокие аккумуляторы с сорбированным электролитом производители рекомендуют использовать в стационарных условиях "лежа", чтобы ограничить высоту сепаратора.

2.2.4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАТАРЕЙНЫХ УСТАНОВОК

Для успешной эксплуатации аккумуляторных батарей важно, чтобы в выпрямителях, используемых для заряда, были реализованы все требования, которые предъявляют к заряду аккумуляторов (см. гл. 3).
Аккумуляторы, изготавливаемые по технологии VARTA (см. табл. t033), рекомендуется заряжать по характеристике IU (см. рис. p077). Этот щадящий заряд с напряжением постоянного подзаряда является наиболее предпочтительным, хотя при определенных условиях могут потребоваться методы заряда с повышенным зарядным напряжением до 2,4 В/эл. При этом вполне достаточно напряжения постоянного подзаряда 2,23 В/эл.
Никель-кадмиевым аккумуляторам, в отличие от свинцовых, требуются уравнительные заряды для восполнения емкости. Они должны проводиться через равномерные промежутки времени. Полный заряд достигается при достаточно высоком напряжении на аккумуляторах и не может быть достигнут при напряжении постоянного подзаряда.
Свинцовые аккумуляторы должны эксплуатироваться в режиме постоянного подзаряда и не оставаться длительное время незаряженными, чтобы не допустить тяжелых коррозионных повреждений.
В никель-кадмиевых аккумуляторах практически нет проблемы с коррозией, поэтому батареи с такими аккумуляторами могут храниться длительное время как в заряженном, так и в разряженном состоянии.
Стационарные свинцовые аккумуляторы Vb и OPzS фирмы VARTA сконструированы таким образом, что оптимальный срок службы и состояние полной заряженности достигается при использовании графика IU при поддерживающем зарядном напряжении 2,23 В/эл (рис. p077).
Более высокое напряжение заряда ведет к перезаряду аккумуляторов и уменьшению их срока службы. Регулярный уравнительный заряд для этих аккумуляторов не требуется.
Ток постоянного подзаряда
Для постоянной готовности к работе свинцовые аккумуляторы должны находиться под напряжением постоянного подзаряда. Напряжение постоянного подзаряда - такая величина напряжения, непрерывно поддерживаемая на выводах аккумулятора, при которой протекание тока компенсирует процесс саморазряда аккумулятора.
Необходимо учитывать, что ток постоянного подзаряда зависит от:

напряжения постоянного подзаряда;
температуры аккумулятора.

Оба параметра изменяют силу тока постоянного подзаряда и, тем самым, влияют на расход воды посредством электролиза.
1 Ач сообщаемого аккумулятору заряда разлагает 0,34 г воды. При этом образуется:
0,42 л водорода;
0,22 л кислорода.
В герметичных никель-кадмиевых аккумуляторах газ не выделяется.
На рис. p075 показано, что при повышении напряжения закрытого свинцового аккумулятора только на 200 мВ ток постоянного подзаряда увеличивается в 10 раз. При возрастании напряжения на аккумуляторе только на 2,5%, что составляет 50 мВ, ток почти удваивается. Увеличение напряжения на аккумуляторах увеличивает скорость коррозии решеток и, тем самым, приводит к уменьшению срока службы.
Ток постоянного подзаряда зависит от типа аккумулятора. При постоянном подзаряде с напряжением 2,23 В/эл. и +20oС значения тока подзаряда на каждые 100 Ач аккумуляторов закрытого типа составят:
GroE - 15 мА;
OPzS - 20 мА;
Vb - 25 мА.
Особенно важно поддержание оптимального напряжения постоянного подзаряда для герметизированных аккумуляторов, в которых нет избыточного электролита и не представляется возможным добавлять его в процессе эксплуатации.
Влияние температуры
Аналогичное влияние, связанное с увеличением тока подзаряда, оказывает и температура. При повышении температуры на 10oС удваивается ток постоянного подзаряда и, тем самым, расход воды.
С ростом температуры увеличивается скорость коррозионных процессов, что сокращает срок службы аккумуляторных батарей.
Повышение температуры аккумулятора на 10oС удваивает скорость коррозионных процессов и вдвое сокращает срок службы.
От температуры зависит и отдаваемая емкость, что иллюстрирует рис. p076.
Режим разряда аккумулятора
При выборе аккумулятора необходимо учитывать то обстоятельство, что разные типы аккумуляторов имеют различные разрядные характеристики. В зависимости от скорости разряда отдаваемая емкость у разных типов батарей изменяется не одинаково. Рис. p086 показывает, что при токе 200 А требуемая номинальная емкость разных типов аккумуляторных батарей различна. Поэтому стоимость батареи, состоящей из дорогих аккумуляторов (Vb), может оказаться не выше стоимости батареи выбранной для тех же условий, но состоящей из более дешевых аккумуляторов (OPzS).

1.3. СТАЦИОНАРНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ FIAMM

Стационарные аккумуляторы - абстрактные и зачастую малоизвестные спутники будничной жизни. Мы не замечаем их присутствия на электрических подстанциях, в системах связи, в устройствах автоматики. Стационарные аккумуляторы предназначены для эксплуатации на постоянном месте или в условиях, исключающих перемещение машин, в которых они установлены.
Традиционные применения включают: источники бесперебойного питания (UPS), противопожарные и охранные системы сигнализации, компьютеры и медицинские приборы.
Ведущие аккумуляторные компании, такие, как VARTA, Bosch, FIAMM, Baren выпускают необслуживаемые аккумуляторные батареи. Такие аккумуляторные батареи могут эксплуатироваться на перемещаемых устройствах.
Фирма FIAMM занимает одно из ведущих мест в мире по производству аккумуляторов. Значительный объем производства FIAMM-GS составляют герметизированные аккумуляторы с сорбированным электролитом (AGM).
В первом выпуске серии Вы познакомились с автомобильными аккумуляторами FIAMM. В этой главе мы представляем стационарные аккумуляторы. Они характеризуются сокращением эксплуатационных затрат и перекрывают диапазон емкостей от 0,5 до 8000 Ач, что позволяет удовлетворить требования любого потребителя.

1.3.1. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Удельные весовые и объемные характеристики - наиболее общие характеристики, отражающие технологический уровень производства аккумуляторов. Для стационарных аккумуляторов FIAMM они представлены на рис. p002.
Аккумуляторы типов SD, SDH, SMZA, SMF, SMBF, PMF относятся к малоуходным. Их следует располагать в специальном помещении. Все они оснащены вентилями-пробками с керамическими искрогасителями.
Наиболее удобными и безопасными из кислотных аккумуляторов являются необслуживаемые герметизированные аккумуляторы VRLA (Valve Regulated Lead Acid), внешний вид которых показан на рис. p004.
Электролит в этих аккумуляторах находится в сорбированном или желеобразном состоянии. Это повышает надежность аккумуляторов, безопасность их эксплуатации и транспортировки.
Свинцовым аккумуляторам присуща уникальная особенность - способность выделять водород при перенапряжениях и кислород, когда напряжение свинцовой батареи приближается к значению, свойственному полному заряду. При этом происходит существенный подъем напряжения необходимый для прохождения заряжающего тока через электролит. Если напряжение, обусловливающее прохождение зарядного тока, фиксировано и достаточно высоко для заряда электродов, но не настолько, чтобы вызвать выделение газа, напряжение элемента будет расти до тех пор, пока не станет равным напряжению заряжающего источника.
В герметизированных аккумуляторах реализована рекомбинация газов, выделяющихся при заряде-разряде. Поэтому эксплуатационные расходы на содержание этих типов батарей меньше, в сравнении с обслуживаемыми.
Электролит сконструирован так, что генерация кислорода в процессе заряда компенсируется другими химическими реакциями поддерживающими условия равновесия, в которых батарея может длительно работать без потерь воды. Это принципиально важно для герметизированных аккумуляторов.
Герметизированные аккумуляторы: SMG, SLA, UPS, FG по степени воздействия на аппаратуру и людей отличаются от своих предшественников тем, что они могут находиться в помещении с естественной вентиляцией. Для них не требуется отдельного помещения. Они оснащены искрогасящим клапаном исключающим распыление электролита и воспламенения гремучей смеси. Согласно DIN 43 539 при возрастании давления выше 30 kPa клапан аккумулятора сбрасывает избыточное давление газа.

1.3.2. КОНСТРУКЦИЯ

В современных стационарных аккумуляторах применяются только пастированные электроды. Они могут быть решетчатыми, коробчатыми и панцирными.
В решетчатых электродах активная масса удерживается в решетке из свинцово-сурьмяного или свинцово-кальциевого сплава (см. рис. p003) толщиной 1...4 мм.
В коробчатых пластинах решетки с активной массой закрываются с двух сторон перфорированными свинцовыми листами. В коробчатых пластинах аккумуляторов SD и SDH сплав Sb-Pb легируется селеном.
Панцирные пластины (рис. p005) состоят из свинцово-сурьмяных штырей, которые помещаются внутри перфорированных трубок заполненных активированной массой. Использование коробчатых и панцирных пластин позволяет изготавливать аккумуляторы большой емкости с малым внутренним сопротивлением.
Для отрицательных электродов используются решетчатые и коробчатые пластины, для положительных - поверхностные, решетчатые и панцирные. В качестве сепараторов применяют микропористые пластины из вулканизированного каучука (мипор), поливинилхлорида (мипласт) и стекловолокна.
Традиционно, для увеличения прочности, пластины выполняют из сплава свинца и сурьмы. В современных моделях используют сплав свинца и кальция, а также свинца, сурьмы и селена.
Применение сурьмы приводит к тому, что электролиз воды начинается уже при сравнительно низких напряжениях. Это, в свою очередь, обусловливает потери воды. Присутствие сурьмы также вызывает образование дендритов в материале пластин. Поэтому, если не принимать дополнительных мер, такие пластины сильнее подвержены коррозии и механическому разрушению. Использование селена в коробчатых пластинах SD и SDH позволяет предотвратить сурьмяное отравление аккумуляторов.
Сплав свинца и кальция позволяет изготавливать более легкие и прочные пластины. Здесь электролиз воды начинается при более высоких напряжениях. Кристаллы, образующиеся в пластинах содержащих кальций - мелкие и однородные, а их рост ограничен.
Во многих моделях стационарных аккумуляторов FIAMM каждая пластина отделяется двойными сепараторами или упакована в микропористый конверт-сепаратор. В переводных инструкциях и проспектах к аккумуляторам часто встречается утверждение о том, что конверты-сепараторы выполнены из полиэтилена. Это заблуждение или ошибка перевода. Из полиэтилена (с радиационно привитой акриловой кислотой) изготавливают мембраны . Конверты выполняют из пористого мипласта. Он инертен по отношению к электролиту.
Конверт-сепаратор не только повышает стойкость пластин к вибрациям и ударам, но и предотвращает одну из основных причин выхода из строя батарей - иглообразное разрастание активной массы, ведущее к замыканию пластин внутри аккумулятора. Пластины, расположенные в конвертах-сепараторах могут располагаться значительно ближе друг к другу. При этом изменяются удельные характеристики аккумулятора, в частности, повышается номинальная емкость. Конверты-сепараторы применены в следующих моделях аккумуляторов: SD, SDH, SMZA, SMF, SMBF.
Сепараторы из стекловолокна изготавливаются в виде циновок и используются совместно с пористыми сепараторами PVC. Двойные сепараторы применены в моделях: SMZA, SMF, SMBF.
Малоуходные и герметизированные аккумуляторы доставляют меньше хлопот своим хозяевам. Это не означает, что обслуживание вообще исключается. В любом случае необходим контроль за состоянием аккумуляторных батарей. Но если они используются в устройствах с автоматическим контролем степени заряда (см. гл. 3), то не доставляют никаких хлопот.
При выборе аккумулятора для стационарных условий работы потребителю следует руководствоваться характеристиками, приведенными в табл. t001 и выбирать аккумуляторы в соответствии с условиями эксплуатации. Следует помнить, что приобретение аккумуляторов типов SD, SDH, SMZA, SMF, SMBF, PMF повлечет дополнительные затраты на обслуживание. Если у вас есть помещение, оборудованное для размещения обслуживаемых аккумуляторов, то его следует использовать по назначению.
Выбранный аккумулятор должен соответствовать режиму эксплуатации. В аккумуляторах находящихся в эксплуатации непрерывно повторяется замкнутый цикл электрохимических преобразований. Период заряда-разряда аккумулятора называют циклом. С каждым циклом аккумуляторы изнашиваются. Долговечность аккумулятора оценивают количеством циклов заряда-разряда.

1.3.3. РЕЖИМЫ РАБОТЫ

Различают три режима работы учитывающих особенности зарядно-разрядных процессов аккумулятора:

буферный;
циклический;
смешанный.

Если периоды разряда непродолжительны, в сравнении с периодами заряда, такой режим работы аккумулятора называется буферным. В этом режиме аккумулятор постоянно подзаряжается.
Циклический режим работы характеризуется длительными периодами заряд-разряд-заряд. Полный циклический режим на практике используется редко, например, при контрольных зарядно-разрядных циклах аккумуляторов. В этом случае аккумулятор полностью заряжается, а затем разряжается до минимально допустимого напряжения и снова заряжается. Таким образом, определяют доступную емкость аккумулятора.
Под доступной емкостью следует понимать максимальное количество электричества в кулонах (ампер часах (1 Ач = 3600 Кл)), которое аккумулятор отдает при разряде до выбранного конечного напряжения. Минимальное конечное напряжение разряда батареи оговаривается изготовителем. Не рекомендуется использовать режим более глубокого, а также мягкого разряда, которые снижают продолжительность циклического срока службы аккумулятора.
Доступная емкость после ввода в эксплуатацию увеличивается, а затем, с увеличением числа циклов, уменьшается (рис. p006). Первоначальное увеличение емкости связано с активацией пластин при вводе аккумуляторов в эксплуатацию. Количество циклов работы зависит от степени разряда аккумулятора. Чем меньше глубина разряда аккумулятора, тем большее количество циклов он прослужит.
Считается, что аккумулятор отработал свой срок службы, если доступная емкость падает до 80% указанной первоначальной емкости. В этом случае 30% глубина разряда соответствует максимальному циклическому сроку службы аккумулятора .
Зарядные и разрядные характеристики аккумулятора изменяют в зависимости от режима работы. Напряжение заряда при циклическом режиме выше, чем для буферного (рис. p008). Изготовители оговаривают предпочтительные режимы эксплуатации батарей. В случае если изготовитель приводит параметры одного режима - это для буферного.
Техника заряда
Согласно рекомендаций изготовителя заряд всех типов аккумуляторов FIAMM может осуществляться в режиме плавающего и компенсационного заряда.
Режим плавающего заряда аккумулятора обеспечивается, если к нему приложен потенциал превышающий его рабочее напряжение. Ток заряда пропорционален разности приложенного напряжения и напряжения холостого хода аккумулятора. Напряжение аккумулятора возрастает по мере заряда до тех пор, пока не начинается электролиз. Одновременно с этим уменьшается эффективность заряда, а напряжение на зажимах аккумулятора увеличивается по мере уменьшения скорости заряда. При таком способе заряда удается запасти до 90% доступной емкости. Напряжение заряда для стационарных аккумуляторов указано в табл. t002.
Следует обратить внимание на тот факт, что малоуходные аккумуляторы могут поставляться с электролитом плотностью 1,21 и 1,25 г/см3, по требованию заказчика, в зависимости от климатических условий эксплуатации. При этом зарядное напряжение выше для аккумуляторов с электролитом более высокой плотности.
После полного заряда аккумулятора дальнейшее продолжение заряда вызывает выделение газов (происходит "перезаряд"). В обслуживаемых аккумуляторах FIAMM в процессе перезаряда распыление электролита ограничено конструкцией вентилей.
Режим компенсационного заряда (IU) для ячеек SD, SDH, SMZA, SMF, SMBF - позволяет зарядить аккумулятор на 100% в два этапа. Сначала батарею заряжают большим током, равным 15% емкости батареи при десятичасовом заряде до напряжения 2,3 В. Затем дозаряжают током, равным 5% емкости при десятичасовом заряде до напряжения 2,4 В. Свинцовые аккумуляторы должны эксплуатироваться в режиме постоянного подзаряда и не оставаться длительное время незаряженными, чтобы не допустить коррозионных повреждений пластин.
При изменяющейся температуре зарядное напряжение следует корректировать в соответствии с поправочными коэффициентами или графиками изготовителя. Характерная кривая зависимости напряжения батарей от температуры приведена на рис. p007. При этом напряжение заряда может изменяться в пределах, указанных в табл. t002.
Максимальный ток заряда герметизированных аккумуляторов SMG, SLA, UPS для режима плавающего и компенсационного заряда производитель ограничивает до 0,25% емкости. При плавающем заряде герметизированные батареи заряжают до напряжения 2,23 В/ячейку, при компенсационном - до 2,4 В/ячейку.
Изготовитель не рекомендует злоупотреблять режимом быстрого компенсационного заряда для всех типов аккумуляторов. Типичные кривые заряда для аккумуляторов FIAMM показаны на рис. p008. При зарядном напряжении большем 2,3 В следует ограничивать ток заряда до значения, указанного в табл. t002.
Техника разряда
Доступная емкость аккумуляторов нечувствительна к разрядам со скоростью ниже С/10. При более интенсивных разрядах емкость уменьшается по мере увеличения скорости разряда. Изготовителю достаточно привести относительно ограниченное число типичных кривых разряда. При работе аккумулятора доступная емкость определяется скоростью разряда. Типичная зависимость процентного соотношения емкости от максимального тока разряда аккумуляторов FIAMM представлена на рис. p093.
При разомкнутой батарее отдаваемая мощность равна нулю, поскольку ток равен нулю. Если батарея замкнута накоротко, то отдаваемая мощность снова равна нулю, так как напряжение близко к нулю, хотя ток может быть очень большим. Среднее напряжение зависит от отбираемого тока, но линейной зависимости между этими величинами нет. Для химических источников тока зависимость времени разряда от мощности показана на рис. p094. Из графика видно, что максимальная отдаваемая мощность имеет место при равенстве сопротивления нагрузки внутреннему сопротивлению батареи.
Предельная емкость аккумуляторных батарей достигается при нормальной температуре (20oС), малых скоростях разряда и низких напряжениях отсечки. Подвижность ионов и скорость их взаимодействия с электродами уменьшаются по мере снижения температуры. Большинство батарей с электролитами на водной основе уменьшают отдаваемую энергию в сравнении с той, которую они могут отдать при нормальной температуре. Если электролит замерзает, то подвижность ионов может упасть до такой степени, что батарея перестанет работать.
При разряде батареи в условиях низких температур увеличивается ее внутреннее сопротивление, что приводит к выделению дополнительного тепла. Оно в некоторой степени компенсирует понижение температуры окружающей среды. В таких условиях работоспособность батареи определяется ее конструкцией и условиями разряда.

1.4. АККУМУЛЯТОРЫ HAWKER BATTERIES GROUP

Несмотря на то, что свинцовый аккумулятор известен более ста лет, продолжаются работы по его усовершенствованию.
В аккумуляторах происходит газовыделение. Некоторое снижение газовыделения в окружающее пространство достигается при использовании специальных пробок с каталитическими насадками. Увенчалась успехом попытка создания герметизированных аккумуляторов, в которых используется рекомбинация газов по кислородному циклу.
В 1982 фирма Chloride Industrial Batteries (Chloride Industrial Batteries Ltd один из изготовителей аккумуляторных батарей. Фирма - член международной группы Hawker Batteries Group (см. рис. 2.1). Производство расположено в Манчестере (Великобритания). Дистрибьютор на украинском рынке - фирма Селком (см. стр. 106)) начала производство нового поколения герметизированных батарей. Их первым отличительным признаком является рекомбинация газов при заряде аккумулятора. Вторым - изготовление сетки пластин из чистого свинца. Аккумуляторы Chloride используются для питания автономных устройств телекоммуникаций, в авиации, в источниках бесперебойного питания. Удельные весовые характеристики аккумуляторов Chloride Industrial Batteries отображены на диаграмме рис. p043.

1.4.1. АККУМУЛЯТОРЫ СЕРИИ POWERSAFE

Аккумуляторы Powersafe - герметизированные аккумуляторы в моноблочном исполнении. Выпускаются в диапазоне емкостей от 19 до 1689 Ач. Аккумуляторы могут соединяться в батареи последовательно до 200 ячеек.
Положительные пластины выполнены из сплава свинец-кальций-олово. В батареях серии Powersafe осуществлена 95% рекомбинация газов. В них используются ионообменные мембраны-сепараторы осуществляющие транспортировку ионов кислорода от положительной пластины к отрицательной.
Так как скорость газовыделения при заряде на положительном и отрицательном электродах не одинакова используется тот факт, что кислород выделяется на положительном электроде прежде, чем на отрицательной выделяется водород. В то же время необходимо отвести кислород с целью предотвращения окисления положительной пластины аккумулятора. Использование сплава свинец-кальций-олово позволило увеличить напряжение электролиза воды на последней стадии заряда аккумулятора.
Ионообменная мембрана-сепаратор является направленным проводником ионов кислорода от положительной пластины к отрицательной. Мембрана-сепаратор имеет преимущественно горизонтальные поры. На отрицательном электроде происходит реакция соединения кислорода с водородом с образованием воды (рис. p041):
2e- + 2H + 1/2 O2 = H2O.
Таким образом, при эксплуатации аккумуляторов Powersafe выделяющиеся газы рекомбинируют с образованием воды.
Диапазон напряжений для каждой ячейки батареи Powersafe составляет 2,27...2,29 В при температуре 20oС. Минимальное напряжение разряда - 1,63 В.
Производитель предупреждает, что разряженные до напряжения 1,6 В батареи следует начать заряжать в течение двух минут. Возможно приобретение аккумуляторов со встроенной защитой от глубокого разряда, однако, применяются они исключительно редко.
При изменении температуры заряд и подзаряд аккумулятора следует осуществлять с учетом температурных коэффициентов, приведенных в табл. t024. Напряжение заряда определяется умножением номинального напряжения заряда на величину температурного коэффициента. Следует обратить внимание на отличие коэффициентов для различной скорости заряда. Максимальный зарядный ток батарей на протяжении всего времени заряда не должен превышать 10% номинальной емкости для режима трехчасового разряда.
В табл. П2 приложения представлены технические характеристики аккумуляторов Powersafe. В таблице представлены 4 типа аккумуляторов.
Оптимальные зарядные характеристики аккумулятора Powersafe приведены на рис. p038 и рис. p039. На графике (рис. p038) показана зависимость зарядного тока от времени заряда батарей, а на рис. p039 - типичное время заряда в зависимости от степени разряда.
Контроль степени заряда герметизированных аккумуляторов не может осуществляться по плотности электролита. Для аккумуляторов Powersafe изготовитель приводит зависимость напряжения ячейки и степени ее заряда (рис. p040).

1.4.2. АККУМУЛЯТОРЫ "PURE LEAD TECHNOLOGY"

Под надежностью аккумулятора понимают его способность сохранять оговоренные изготовителем характеристики при эксплуатации в течение заданного времени в заданных условиях. Для аккумуляторов характерен большой разброс параметров связанных с технологией изготовления, в частности, с колебанием свойств исходного сырья. Поэтому аккумуляторы часто имеют избыточный запас активных веществ.
Существует ряд факторов, которые ограничивают достижение высокой степени надежности батарей:
сильное влияние незначительных примесей на свойства активных масс;
большое количество технологических стадий;
использование широкого ассортимента материалов.
Повышение надежности связано, в первую очередь, с тщательным входным контролем всего поступающего сырья и используемых материалов.
Аккумуляторы Chloride Industrial Batteries выполнены по технологии Pure Lead Technology (PLT). К ним относятся батареи следующих типов:
CYCLON;
MONOBLOC;
GENESIS;
SBS.
Основа технологии PLT - увеличение коэффициента использования элементов конструкции и активных масс электродов. Обычная конструкция аккумулятора обеспечивает их высокую надежность за счет избыточности активной массы электродов, электролита и токоведущих элементов. В них избыток реагентов и электролита составляет 75...85% от теоретически необходимых .
Чистые свинцовые решетки пластин впервые были применены корпорацией Gates в 1973 г. (теперь Inc Hawker Energy Products.). Основной особенностью технологии является чистота материалов и использование более тонких пластин из чистого свинца без снижения ресурса аккумулятора. Пластины изготавливаются штамповкой с последующим прокатыванием. При прокатывании происходит уплотнение свинца, закрытие пор и, как следствие, высокая коррозионная стойкость решеток пластин.
В сравнении с аккумуляторами других производителей впечатляет температурный диапазон работы (см. табл. t025).
Первоначально были разработаны аккумуляторы типа SBS, которые появились в начале 1980 года. Они использовались в авиации и аппаратуре связи. В 1989 году начали выпускаться батареи серий Cyclon Monobloc и Genesis.
Пластины в этих аккумуляторах изготовлены из сплава олова и свинца.
SBS - батареи для широкого применения перекрывающие диапазон емкостей от 7 до 350 Ач. Высокая плотность энергии достигнута применением тонких намазных пластин, ионообменных сепараторов и сорбированного электролита. Отличительной особенностью SBS батарей является возможность быстрого перезаряда, т.к. 99% газов рекомбинирует при заряде.
Они терпимы к глубокому разряду и могут работать в циклическом и буферном режимах. Особенность конструкции позволяет использовать аккумуляторы в широком диапазоне температур. Верхний предел поднимается до 60oС при использовании дополнительного стального кожуха.
Конструкция аккумуляторов Cyclon и Monobloc аналогична аккумуляторам Планте (рис. p042). Их отличительной особенностью является спиральное расположение намазных пластин. Они устойчиво работают в циклическом режиме. Monobloc содержит в одном корпусе несколько банок, откуда и произошло название аккумулятора. Конструкция Genesis - также моноблочная. Технические характеристики аккумуляторов Genesis приведены в табл. П1 приложения.
Батареи от Chloride Industrial Batteries в широком ассортименте используются:

в аппаратуре связи;
в авиации;
в вычислительной технике;
в транспортных средствах;
в медицинском оборудовании;
в автономных возобновляемых источниках энергии.

Аккумуляторы Cyclon и Monobloc перекрывают диапазон малых емкостей и предназначены, в основном, для маломощных переносных устройств. Они хорошо работают в циклическом режиме и неприхотливы.
Аккумуляторы Cyclon кроме цилиндрического исполнения могут изготавливаться в заданных формах и габаритах для малогабаритной аппаратуры под заказ. Эффективность рекомбинации газов в них составляет 99,7%. Рабочее положение произвольное. Клапан избыточного давления предохраняет батарею от взрыва и срабатывает при давлении 50 МПа.