Аккумуляторные батареи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аккумуляторные батареи

Электрическим аккумулятором называют химический источник тока, который обладает способностью накапливать (аккумулирвать) электрическую энергию и отдавать ее по мере надобности. При заряде аккумуляторы подключают к постороннему источнику постоянного тока. Потребляемая ими электрическая энергия преобразуется в химическую, которая может сохраняться и легко переходить в электрическую энергию при разряде аккумулятора. Израсходованные при разряде аккумулятора активные вещества легко восстанавливаются при следующем заряде. Заряд и разряд аккумуляторов можно производить сотни раз, в то время как первичные элементы разряжаются только один раз. В этом заключается их принципиальное отличие от первичных элементов.

Для питания устройств связи на железнодорожном транспорте получили распространение свинцовые и щелочные (никель-железные или никель-кадмиевые) аккумуляторы. В стационарных электропитающих установках широко используются свинцовые аккумуляторы, имеющие высокий к.п.д. и незначительное снижение напряжения при разряде. Щелочные аккумуляторы имеют меньший к.п.д. и большее изменение напряжения при разряде, но обладают высокой механической прочностью. Поэтому их обычно применяют в качестве переносных или временных источников питания аппаратуры.

Простейший свинцовый аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин, погруженных в водный раствор серной кислоты.

Разрядной емкостью аккумулятора называется количество электричества, отдаваемого им при разряде до установленного конечного напряжения. Конечное разрядное напряжение стационарных свинцовых аккумуляторов составляет 1,8 В при длительных режимах разряда от 10-часового до 2-часового и 1,75 В при ускоренных режимах разряда от 1-часового до 0,25 - часового. Разрядная емкость измеряется в ампер-часах (А ч) и получается умножением значения разрядного тока в амперах на время разряда в часах. Аккумуляторам присуща также зарядная емкость, которую они получают в процессе заряда от других источников электрической энергии.

Разрядная емкость свинцового аккумулятора зависит от количества и формы его активных веществ, режима разряда и заряда, температуры электролита.

Номинальная емкость стационарных свинцовых аккумуляторов определяется при 10-часовом разряде до напряжения 1,8 В при средней температуре электролита 20С.

Емкость аккумулятора зависит от температуры электролита: чем ниже температура, тем меньше подвижность частиц электролита и емкость аккумулятора. Повышение температуры способствует увеличению емкости аккумуляторов. Однако при температуре +40С происходит коробление положительных пластин и резко увеличивается саморазряд аккумуляторов. Поэтому в аккумуляторных помещениях должна поддерживаться температура не ниже +15С и не выше +35С.

Емкость аккумулятора в течение срока его службы не остается постоянной. В начале эксплуатации происходит дополнительное образование активных масс на пластинах аккумулятора и его емкость увеличивается до 130% номинального значения. При дальнейшей эксплуатации емкость аккумулятора снижается из-за выкрошивания активной массы положительных пластин. Снижение емкости до 80-75% номинального значения принято считать окончанием срока службы аккумулятора.

Аккумуляторы, как и первичные элементы, подвержены саморазряду. Этот процесс приводит к бесполезному расходованию активных веществ пластин, снижает отдачу аккумулятора. Саморазряд вызывается неоднородностью пластин, наличием в электролите вредных примесей (хлора, мышьяка, железа и др.), коррозией электродов, несовершенством изоляции внешних выводов, неодинаковой плотностью электролита в сосуде. Свинцовая основа пластины и ее активное вещество имеют различные химические свойства. Поэтому между ними возникает разность потенциалов и местные токи, вызывающие изменение активных веществ пластин, снижение разрядной емкости.

Местные токи в пластинах возникают также в результате неодинаковой плотности электролита в различных частях сосудов. Плотность электролита в нижней части сосудов обычно выше, чем в верхней части. Саморазряд свинцовых аккумуляторов зависит от температуры электролита. При положительной температуре (до +30С) неработающие свинцовые аккумуляторы теряют за сутки приблизительно 1% своей емкости. При температурах, больших +30С, саморазряд свинцовых, аккумуляторов резко увеличивается. Интенсивность саморазряда снижается при отрицательных температурах (от 0 до - 30С).

Электролит свинцовых аккумуляторов составляется из серной кислоты и дистиллированной воды. Аккумуляторная серная кислота представляет собой прозрачную маслянистую жидкость плотностью 1,83 г./см. куб. Она легко растворяется в воде, разъедает кожу, бумагу, материю.

Аккумуляторную серную кислоту хранят в стеклянных бутылях вместимостью 20-30 л, плотно закрытых притертыми пробками или навинчивающимися полиэтиленовыми и пластмассовыми крышками. Бутыли устанавливают в ивовые корзины или деревянные обрешетки соответствующей формы. Такие бутыли переносят два работника при строгом соблюдении правил техники безопасности. Дистиллированная вода отличается от водопроводной или речной воды почти полным отсутствием примесей. Такую воду получают при помощи перегонных кубов-дистилляторов.

Для электропитания узлов связи применяются стационарные свинцовые аккумуляторы типов С, СК, СЗ, СЭ, СЗЭ и СН. Буквы обозначают: С - стационарный; К - допускает кратковременный разряд большим током; 3 - в закрытом исполнении; Э - аккумуляторы собираются в эбонитовом баке (сосуде); Н - с намазными пластинами.

Рассмотрим конструкцию и электрические характеристики аккумуляторов С и СК. В этих аккумуляторах нет верхней крышки, зеркало электролита непосредственно сообщается с окружающим воздухом. В зависимости от емкости аккумуляторам типов С и СК присваивается индекс от 1 до 148. Причем аккумуляторы небольшой емкости СК-1 - СК-8 изготовляются только с индексом «К».

Для получения номинальной емкости необходимо индекс аккумулятора (1-148) умножить на число 36. Следовательно, номинальная емкость аккумуляторов СК-1 равна 36 А ч, СК-2 - 72 А ч, а С-148 или СК-148 - 5328 А ч.

Аккумуляторы переносного типа имеют закрытую конструкцию, сравнительно небольшую массу и габаритные размеры. Для уменьшения массы в этих аккумуляторах применяются пластины намазной конструкции.

В электропитающих установках связи используются стартерные батареи (для управления дизелем резервных электростанций), автоблокировочные аккумуляторы (для питания устройств железнодорожной автоблокировки, электрической централизации и связи), радиоканальные батареи (для питания небольших телефонных станций).

Стартерные свинцовые батареи обычно изготовляют в виде моноблока с тремя или шестью отделениями. Одиночные аккумуляторы устанавливают в отделения моноблока, а затем соединяют последовательно межэлементными свинцовыми соединителями. Каждое отделение моноблока закрывается крышкой. Для герметизации стык крышки со стенками отделения моноблока заливается специальной кислотостойкой мастикой. Заливочные отверстия каждой крышки закрываются пробками. Перед зарядом стартерной батареи эту пробку необходимо вывинчивать.

Аккумуляторы АБН-72 и АБН-80 предназначены для питания цепей железнодорожной сигнализации, автоматики и связи. В условном обозначении типа аккумуляторов буквы АБ характеризуют назначение (для автоблокировки), Н конструкцию пластин (намазные), число после букв - номинальную емкость (при 24-часовом разряде для аккумулятора АБН-72 и при 25-часовом разряде для аккумулятора АБН-80).

Радионакальные аккумуляторные батареи ЗРН-75-УХЛ4 и ЗРН-115-УХЛ4 применяются для питания аппаратуры связи и приборов. В условном обозначении цифра перед буквами указывает число последовательно соединенных аккумуляторов в батарее, число после букв - номинальную емкость при 10-часовом режиме разряда, буквы РН - назначение батареи (радионакальная), буквы УХЛ-климатическое исполнение, цифра 4 - категорию размещения.

Заряд. Существует несколько способов заряда свинцовых аккумуляторов, отличающихся друг от друга режимом, зарядным током, конечным напряжением. Наибольшее распространение получили следующие способы: двухступенчатый и одноступенчатый заряд при постоянном значении тока, заряд плавно убывающим током, одноступенчатый заряд при постоянном напряжении, модифицированный заряд при постоянном напряжении. Разработан новый способ заряда аккумуляторов током переменной полярности. Способ заряда выбирают с учетом условий эксплуатации аккумуляторов, допустимой продолжительности заряда, наличия соответствующих зарядных устройств.

Двухступенчатый заряд при постоянном значении тока производится в две ступени. Наибольший зарядный ток аккумуляторов СК (в амперах) на первой ступени составляет 0,25 их номинальной емкости 9N. Этот ток можно снизить до 6N. Заряд таким током ведут до напряжения 2,4 В на аккумулятор. Затем зарядный ток снижают до величины 4N и продолжают заряд до конца. Снижение зарядного тока во второй ступени необходимо для того, чтобы избежать слишком большого газовыделения, которое ведет к порче пластин и излишнему расходу электрической энергии.

Во избежание коробления пластин аккумуляторов при заряде температура электролита не должна превышать 40 'С. Если температура электролита приближается к указанному пределу, следует уменьшить зарядный ток. Во время заряда, особенно к концу его, должна работать вентиляция аккумуляторного помещения. Прежде чем отключить батарею от зарядного агрегата, следует проверить, во всех ли элементах равномерно и одновременно начинается газовыделение.

Отстающие элементы следует дозарядить. Для этого увеличивают время заряда всей батареи или подключают отстающие элементы к специальному зарядному выпрямителю временной проводкой. До заряда и после него необходимо измерить плотность электролита в одном контрольном элементе батареи. Время от времени следует проверять плотность электролита всех элементов и выравнивать разницу добавлением раствора серной кислоты или дистиллированной воды. Электролит в аккумуляторах должен полностью покрывать пластины. У аккумуляторов С и СК слой электролита над верхними кромками пластин должен быть не менее 15 мм.

Заряд плавно убывающим током выполняют за рядными выпрямительными устройствами с особой внешней характеристикой. По мере заряда их ток автоматически уменьшается, а напряжение увеличивается. При этом способе начальный зарядный ток аккумуляторов С и СК составляет 9N, а конечный - примерно 4N. Конечное зарядное напряжение аккумулятора 2,7 - 2,8 В.

Одноступенчатый заряд при постоянном напряжении находит все более широкое распространение. Для передачи остальной емкости затрачивается значительно больше времени (до нескольких суток). Одноступенчатый заряд при постоянном напряжении заканчивается, если зарядный ток и плотность электролита не будут изменяться в течение последних 10 ч заряда.

Разряд. Аккумуляторы можно разряжать токами различного значения. Чем больше разрядный ток, тем меньше время разряда и емкость аккумуляторов.

Номинальную емкость стационарные аккумуляторы отдают при 10-часовом режиме разряда. Максимально допустимый разрядный ток аккумуляторов типа С соответствует 2-часовому режиму разряда.

Аккумуляторы СК можно разряжать также токами 1 - 0,25 - часовых режимов разряда. По мере разряда аккумулятора уменьшаются его напряжение и плотность электролита.

Окончание разряда характеризуется следующими признаками: напряжение одного аккумулятора типа С становится равным 1,8 В, а типа СК - 1,75 В; плотность электролита понижается до 1,15-1,17 г./см. куб. положительные пластины становятся бурыми, а отрицательные - темно-серыми; емкость, полученная от аккумулятора, соответствует данному режиму разряда: Разряженные аккумуляторы следует поставить на заряд не позднее чем через 24 ч с момента окончания разряда.

При эксплуатации аккумуляторных батарей в режимах непрерывного или импульсного подзаряда ежегодно проводят контрольные разряды. При котрольных разрядах батарею разряжают током 10-часового разряда до напряжения 1,8 В на один аккумулятор, а затем заряжают до достижения постоянного напряжения и нормальной плотности электролита. Если при контрольном разряде полученная от батареи емкость окажется меньше номинальной, то производят дополнительный заряд батареи с перезарядом.

Перезаряд. При нормальных зарядах аккумуляторов некоторая часть сернокислого свинца PbSQ4 не восстанавливается, превращаясь в твердое крупнокристаллическое вещество. В результате этого пластины аккумуляторов постепенно сульфатируются. Для предохранения пластин от сульфатации производят перезаряд аккумуляторных батарей следующим образом. Батарею разряжают до напряжения 1,8 В на каждый элемент, а затем заряжают до кипения током, равным 0,1 номинальной емкости, делают перерыв 1 ч; продолжают заряд тем же током до кипения электролита, перерыв 1 ч; батарею заряжают тем же током до кипения и т.д. Перезаряд заканчивается тогда, когда батарея, включенная на заряд после часового перерыва, сразу начинает кипеть.

Хранение бездействующей батареи. Если аккумуляторная батарея выключена из работы не более чем на два месяца, ее следует предварительно зарядить с перезарядом. При длительном хранении через каждые два месяца батарею разряжают нормальным током, а затем заряжают. Перед включением в работу батарею заряжают с перезарядом.

аккумулятор железнодорожный выкрошивание батарея

Размещено на Allbest.ru