Аккумуляторные батареи

Устройство и характеристики аккумуляторов. На под­станциях применяются главным обратом свинцово-кислотные аккумуляторы ти­па С (С К) в открытых стеклянных сосудах, а аккумуляторы большей емко­сти - в деревянных баках, выложенных внутри свинцом. Аккумуляторные пластины ратной полярности, находящиеся в одном сосуде, отделяются друг от друга сепараторами из минора .Сосуды заполняются электролитом (водным раствором чистой серной кислоты). Положительные пластины выпол­няются из чистого свинца и имеют сильно развитую поверхность. При форми­ровании собранною аккумулятора (особом режиме первого заряда) на поверх­ности положительных пластин из металлического свинца основы образуется слой двуокиси свинца,являющийся активной массой этих пластин. Отри­цательные пластины изготовляются также из металлическою свинца, но имеют коробчатую форму. Ячейки свинцового каркаса пластин заполняются активной массой, приготовляемой из окислов свинца и свинцового порошка. 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 минора, сосуды из прессованного стекла с уплотненными крышками Все это обеспечивает надежность и длительный срок службы аккумуляторов. В эксплуатации они не требуют столь частой доливки волы, снижаются требования к вен­тиляции помещений.

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).

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 норы пластин. Но с повышением температуры увеличиваются саморазряд и сульфата пня пластин.

Исследованиями установлено, что для стационарных аккумуляторов типа С(СК) оптимальным является плотность электролита в начале разряда 1,2- 1,21 г/см3 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 и 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 племен юн. Практически невозможно получить элек­тролит, свободный от примесей. Однако их содержание не должно пре­вышать установленных норм. С этой целью применяемые для составления электролит 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 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 п о д з а р я д а, что улучшило работу большей части аккумуляторов и упростило их эксплуатацию. Сущность режима заключается в том, что полностью заряженная акку­муляторная батарея включается параллельное 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

поднаряда.

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 СП 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 производится с учетом его температуры, так как плотность изменяется (умень­шается при повышении и увеличивается при понижении температуры электролита) на 0,003 г/ем3 на каждые 5 С по от ношению к нормативной температуре 25 С. На чрезмерно большой ток подзаряда указывает усиленное выпадение в сосуде коричневого шлама.

Уравнительные таряды и то за ряды 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 но мере необходимости подвергают уравни­тельным зарядам (перезарядам). При уравнительном заряде батарея предварительно разряжается током 10-часовою 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 Iч. 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 СП 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 сут 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 подзаряд- ного агрегата. Схема включения подзарядного агрегата на всю батарею . В схеме концевые элементы шунтируются регули­руемым балластным резистором, выбранным по току нагрузки батареи R=Uкон/Iнагр, 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.