Аварийное электроснабжение судов

3.3 Щелочные аккумуляторы

Маркировка батарей

В странах СНГ маркировка наносится на батарею и должна содержать:

1. товарный знак предприятия-изготовителя;

2. условное обозначение батареи;

3. знаки полярности: плюс «+» и минус «-«;

4. дату изготовления ( месяц, год );

5. обозначение технических условий батарей конкретного типа;

6. номинальную емкость в ампер-часах на батареях с общей крышкой;

7. номинальное напряжение в вольтах на батареях с общей крышкой;

8. клеймо технического контроля;

9. максимальная масса батареи ( без электролита ) по техническим условиям.

Условное обозначение щелочных батарей

Батареей называют группу отдельных аккумуляторов ( банок ), соединенных определенным образом - последовательно, параллельно или по смешанной схеме.

В приведенных ниже таблицах условное обозначение батарей состоит из типа и исполнения.

Обозначение типа состоит из цифр и букв, которые означают следующее:

1. 5, 10, 32 или 64 - число последовательно соединенных аккумуляторов (банок);

2. КН - кадмиево-никелевая;

3. ЖН - железоникелевая;

4. цифры после букв - номинальная емкость при 20-часовом режиме разряда, А-ч ( ампер-часы ).

Обозначение исполнения состоит из букв, которые обозначают следующее:

1. Б - безламельная.

Пример. В батарее типа 10КН-100 цифры и буквы обозначают следующее: - число последовательно соединенных аккумуляторов с общим напряжением 10 х 1,2 = 12В; КН - кадмиево-никелевая; 100 - емкость в А-ч.

Устройство щелочных аккумуляторов.

Если кислотные аккумуляторы используют в качестве стартерных, то для питания прочих низковольтных устройств применяют щелочные кадмиево-никелевые и железоникелевые аккумуляторы (они одинаковы по конструкции и составу электролита).

Корпус 9 щелочного аккумулятора (рис. 3.2 ) изготовляют сварным из листовой стали, покрытой никелем.

Технология изготовления положительных 4 и отрицательных 11 пластин одинакова: их выполняют из тонких перфорированных листов стали в виде ламелей-футляров 3, в которые помещается активная масса 1.

Гидрат окиси никеля Ni(ОН)3 служит активной массой положительных пластин щелочных аккумуляторов обоих типов.

Активная масса отрицательных пластин у кадмиево-никелевых аккумуляторов состоит из смеси губчатого кадмия с железом, а у железоникелевых - из смеси химически активного железа (губчатого железа) с его окислами и небольшого количества окиси ртути.

В электрохимических процессах участвуют кадмий Cd или железо Fe, а присадки улучшают электрохимические свойства масс.

Рис. 3.2. Устройство щелочного аккумулятора: 1 - активная масса; 2 - палочки распорные эбонитовые; 3 - ламель-футляр; 4 - положительные пластины; 5 - вывод; 6 - пробка; 7 - вывод; 8 - крышка стальная; 9 - корпус аккумулятора; 10 - баретки ( соединительные мостики ); 11 - отрицательные пластины; 12 - контактные пластины; 13 - эбонитовые пластины; 14 - стойки

С помощью контактных пластин 12 и соединительных бареток 10 пластины собирают в блоки и через выводы 5, 7 соединяют с внешней цепью.

В стальной крышке 8 расположены пробки 6, в которых устроены небольшие отверстия для вентиляции.

Изоляция пластин одна от другой и от корпуса достигается установкой распорных эбонитовых палочек 2 и эбонитовых пластин 13 со стойками 14.

У кадмиево-никелевых аккумуляторов крайние пластины всегда положительные, у железоникелевых отрицательные.

При сборе в батарею аккумуляторы монтируют на изоляционных прокладках в общем деревянном или пластмассовом ящике и надежно изолируют от корпуса судна.

Электролитом служит раствор едкого кали КОН или натра NaOН в дистиллированной воде плотностью 1,19-1,21 г/см3 с небольшой добавкой едкого лития с небольшой добавкой едкого лития КОН, который увеличивает срок службы аккумуляторов в 2-2,5 раза.

Реакции разряда-заряда (на примере кадмиево-никелевого аккумулятора) следующие:

у положительных пластин

Ni (ОН3 ) + К - Ni (ОН)2 + КОН;

у отрицательных пластин

Cd + 2OН - Сd(ОН)2

Образовавшиеся при разряде гидроокиси Ni(ОН)2 и Сd(ОН)2 не обладают какими-либо отрицательными свойствами, поэтому щелочные аккумуляторы могут длительное время находиться в разряженном состоянии, следовательно, их обслуживание упрощается.

Так как ионы К+ и ОН- или целые молекулы КОН присутствуют в левых и правых частях уравнений реакций, плотность электролита в процессе разряда-заряда почти не изменяется.

ЭДС заряженного аккумулятора составляет 1,35 В, при разряде уменьшается до 1 В ( это зависит от состояния активных масс пластин и в меньшей степени от плотности электролита и температуры эксплуатации).

Напряжение заряженного аккумулятора составляет 1,25 В, разряжают его до напряжения не ниже 1,1 В.

Например, батарея 10 КН-100 (кадмиево-никелевая батарея, собранная из 10 банок, общей емкостью 100 А-ч) имеет номинальное напряжение U = 12,5 В.

Номинальным зарядным током считается ток Iз = С / 4= 25 А продолжительностью 6 час.

Номинальным разрядным током считается ток Iр = С / 8 = 12,5 А продолжительностью 8 ч

Допускается 1-часовой режим разряда током Iр = 100 А.

Внутреннее сопротивление щелочных аккумуляторов Rвн = 0,03--0,05 Ом, т.е. в десятки раз больше внутреннего сопротивления кислотных аккумуляторов, у которых Rвн = 0,005 Ом. Поэтому щелочные аккумуляторы нельзя использовать в стартерном режиме.

Эксплуатация щелочных АБ.

Приготовление электролита и заряд щелочных АБ

Для пользования в судовых условиях едкие кали КОН и натр N304 поставляются в жидком (плотностью 1,41 г/см3) или твердом (иногда с добавкой едкого лития) виде.

Для приготовления электролита пригодна дождевая и питьевая вода. После растворения щелочи в железной, стеклянной или пластмассовой посуде раствор выдерживают в течение 3-6 ч до полного осветления.

Осветленную часть раствора при температуре не выше 30?С доводят до нужной плотности и заливают в аккумулятор.

Во избежание поглощения электролитом углекислого газа из воздуха в каждый аккумулятор вливают несколько капель вазелинового масла или керосина.

После заливки нового аккумулятора электролитом его выдерживают в течение 2-10 ч (для пропитки пластины) до появления начального напряжения.

Затем проводят 2- 4 цикла заряд-разряд в соответствии с инструкцией.

Смену электролита выполняют через каждые 100-150 рабочих циклов, а также при хранении аккумулятора без действия сроком более одного года или при использовании его при температуре ниже - 20?С. Перед сменой электролита аккумулятор разряжают до 1 В, промывают и немедленно заливают электролитом.

Кроме нормальных 6-часовых режимов заряда при Iз = С / 4 = 0,25С, через каждые 10 циклов (примерно 1 раз в месяц) или после глубоких разрядов делают усиленный заряд тем же током, но в течение 12 ч.

При зарядах температура аккумулятора не должна превышать 45°С. В начале заряда напряжение аккумулятора составляет 1,4-1,45 В, в конце - 1,75-1,95 В.

Конец заряда характеризуется бурным выделением газа и постоянством ЭДС аккумулятора.

Разряд щелочных АБ.

При разряде аккумулятора в 8-часовом или более длительном режиме ( Iр = С / 8 ) напряжение не должно уменьшиться ниже 1,1 В, при 1-часовом режиме разряда - ниже 0,5 В.

После 100-150 циклов работы проводят контрольно-тренировочные циклы, предусматривающие непрерывные и полные заряды-разряды с заменой электролита.

Если в конце этих циклов за 6 ч разряда током Iр = С / 8 напряжение уменьшается до 1 В и ниже, аккумулятор подлежит замене.

Наличие примесей в электролите, отсутствие в нем присадки едкого лития, систематические недозаряды, глубокие разряды, утечка тока и работа при температурах выше 35 ?С могут быть причиной понижения емкости щелочных АБ.

Работа при повышенных токах, низком уровне электролита и наличии не плотностей на выводах может, вызвать перегрев аккумулятора.

При КЗ, утечках тока и накоплении осадков аккумулятор может иметь пониженное напряжение.

В небольших количествах выпускаются никель-кадмиевые безламельные щелочные аккумуляторы, у которых активная масса наносится на стальную решетку пластин и спекается.

У этих аккумуляторов Rвн = 0,005 Ом, т.е. такое же, как и кислотных АБ. Поэтому они могут работать с большими разрядными токами со стабильным напряжением, но срок их службы мал (примерно 300 циклов).

В марку такого аккумулятора добавляется буква Б (безламельный).

Серебряно-цинковые аккумуляторы обладают высокой стабильностью напряжения при больших разрядных токах и имеют малые массу и габаритные размеры. Однако их стоимость высока, а ресурс довольно низок (до 100 циклов). Эти аккумуляторы имеют Rвн = 0,001 Ом, Е = (1,7-4,4) В, напряжение в заряженном состоянии U = 1,6-1,5 В.

Серебряно-кадмиевые аккумуляторы обладают несколько худшими рабочими характеристиками, но в эксплуатации выдерживают до 500 циклов.

3.4 Выбор и размещение аккумуляторов

Тип аккумуляторов, их количество и параметры определяются их назначением на судне.

Для увеличения напряжения АБ соединяют последовательно, для обеспечения режимов работы с большими токами - параллельно.

Разрядная емкость (А-ч) аккумуляторной батареи для сетей освещения и сигнализации

С= РТ / U

где Р - потребляемая мощность, Вт;

Т - длительность электроснабжения, ч;

U- номинальное напряжение батареи, В.

Для питания электростартеров устанавливают две АБ, причем емкости одной из них должно хватать на 6 пусков длительностью 5 с.

Емкость (А-ч) одной стартерной батареи

С =1пt

где 1 - ток стартера (принимается равным 400 А);

n - число пусков;

t - длительность пуска, ч.

Учитывая ухудшение свойств аккумуляторов в процессе эксплуатации, их расчетную емкость несколько увеличивают.

Аккумуляторные батареи малого аварийного освещения, связи, пожарной и аварийной сигнализации размещают в специальных помещениях выше палубы переборок, вне шахты МО, с выходом на открытую палубу.

Батареи другого назначения мощностью более 2 кВт или напряжением выше безопасного размещают в аналогичном помещении или на открытых палубах в аккумуляторных ящиках.

При мощности 0,2-2 кВт АБ устанавливают в ящиках, внутри корпуса судна (кроме жилых помещений), а при мощности менее 0,2 кВт - в таких же помещениях без специальных ящиков.

Совместная установка щелочных и кислотных АБ недопустима.

Аккумуляторы размещают на стеллажах, их надежно закрепляют.

Для вентиляции воздухом со всех сторон аккумулятора должен быть обеспечен зазор не менее 15 мм.

Во время работы АБ могут выделять взрывоопасный газ, поэтому аккумуляторные помещения, шкафы и ящики оборудуют приточно-вытяжной вентиляцией.

Через аккумуляторные помещения не прокладывают транзитные кабели и трубопроводы, в них устанавливают взрывобезопасные светильники с вынесенными наружу выключателями.

При снижении температуры ниже 5?С помещения отапливают паровыми грелками. Установка электрических грелок запрещена.

3.5 Зарядно-питающие устройства аккумуляторов

Инструкции заводов-изготовителей предусматривают заряд АБ в режиме постоянства тока (иногда в 2 ступени).

Такой режим заряда обеспечивает наибольший срок службы АБ.

Для того чтобы зарядный ток Iз не изменялся на протяжении всего цикла заряда, нужно увеличивать зарядное напряжение Uз, так как по мере заряда батареи ее ЭДС увеличивается, а при Iз = соnst зарядный ток будет уменьшаться.

Проще заряжать АБ при неизменном напряжении Uз. Этот режим протекает с уменьшающимся Iз. Его технически обеспечить проще, так как Uз = соnst, но такой заряд менее благоприятен для АБ.

Так как большинство судов построено с СЭЭС переменного тока, то для заряда АБ требуются преобразователи переменного тока в постоянный ( выпрямительные устройства ).

Их собирают на статических выпрямителях или тиристорах UZ (рис. 3.3), только на старых судах можно встретить вращающиеся преобразователи переменно-постоянного тока.



Рис. 3.3 Принципиальная схема зарядно-питающего устройства с автоматическим управлением

Большинство зарядных устройств работают параллельно с АБ, заряжая их и поддерживая напряжение на приемниках. Такой режим работы ЗУ называется буферным.

При отключении зарядных устройств АБ продолжает энергоснабжение приемников электроэнергии.

Зарядные устройства не включают непосредственно на стартер.

Комплекс оборудования, обеспечивающий заряд АБ, а иногда и одновременное питание низковольтных приемников, называется зарядно-питающим устройством.

Схемы и конструктивное исполнение ЗПУ отличаются большим разнообразием.

На рис. 5.10 показано ЗПУ с автоматическим зарядным устройством АZ.

В ЗПУ входят также электродвигатель М вентилятора аккумуляторного помещения с пускателем КМ2, аккумулятором GB и РЩ.

При наличии напряжения 380 В нажатием на кнопку SВ1 включают схему заряда и двигатель М. При его перегрузке с помощью тепловых реле FР1, FР2 отключаются М и зарядное устройство АZ.

Таким образом предотвращается накопление взрывоопасных газов в аккумуляторной.

Выпрямительное устройство UZ собрано на диодах и тиристорах. Сигнал управления зарядным током создается трансформатором тока ТА.

Блок БУ автоматического управления зарядным током имеет переключатель, позволяющий перейти на ручное управление.

Напряжение ЗПУ одновременно поступает на аккумуляторы и РЩ. Блок управления собран на операционных усилителях.

Переключателем SА можно выбрать один из трех режимов его работы.

Первый режим (Uз = 25…27 В) нормального заряда и второй (Uз =27…31 В) ускоренного заряда фактически обеспечивают заряд с ручным управлением.

Регулирование напряжения в указанных пределах осуществляется переменным резистором RP.

В третьем, автоматическом, режиме в зависимости от значения зарядного тока напряжение изменяется автоматически в пределах 25…31 В.

Приемники, получающие питание от РЩ, могут работать при таких колебаниях напряжения питания.

При КЗ на выходе выпрямителя UZ автоматически увеличивается угол управления тиристорами и напряжение ЗПУ уменьшается до безопасного для приемников значения.

Контроль параметров заряда осуществляется по амперметру РА1 и вольтметру РV, контроль нагрузки - по амперметру РА2.

Повышенной надежностью и другими высокими эксплуатационными качествами обладают зарядные агрегаты типа ВАКЗ (выпрямительный агрегат, кремниевый, зарядный). Например, агрегат типа ВАКЗ-1-4-40М (морской, напряжение питания 220/380 В, частота 50 Гц, номинальная мощность 1 кВт) обеспечивает автоматическую стабилизацию зарядного тока в диапазоне 3…25 А при автоматическом изменении напряжения на выходе от 12 до 40 В.

На рис. 3.4 показаны схемы более простых ЗПУ с ручным регулированием значения зарядного тока.

Рис. 3.4. Принципиальная схема зарядно-питающих устройств с ручным управлением: а - с переключающим контактором; б - с секционированием первичной обмотки трансформатора

При наличии напряжения 220 В (рис. 3.4, а) включается реле КV и при нажатии на кнопку SВ1 включается контактор КМ.

Через его замкнувшиеся контакты и регулировочные резисторы RP протекает ток заряда аккумуляторов.

С помощью шунтов RS и переключателя SА контролируют ток заряда.

При отсутствии напряжения 220 В контактор КМ, потеряв питание, переключает аккумуляторы GВ1, GВ2 в последовательную цепь и на приемники.

В схеме ЗПУ, представленной на рис. 5.11, б, регулирование напряжения заряда выполняется с помощью переключателя SА, подключенного к секционированным первичным обмоткам трансформатора TV питания.

В обычном режиме контакторы КМ1 и КМ2 находятся под напряжением. Через выпрямитель UZ заряжается батарея GВ и одновременно напряжение поступает на цепи сигнализации.

В аварийном режиме контакторы обесточиваются, заряд аккумуляторной батареи GВ прекращается: теперь ее электроэнергия расходуется на питание сетей сигнализации и малого аварийного освещения МАО.

3.6 Правила техники безопасности при эксплуатации аккумуляторов

Так как в аккумуляторе имеются химически опасные вещества и в процессе работы выделяются взрывоопасные газы, технике безопасности следует уделять особое внимание.

Серная кислота, попавшая на кожу, вызывает ожоги, а ее пары, попадая в дыхательные пути, вызывают раздражение или ожог слизистой оболочки.

Попавшую на кожу кислоту или электролит нейтрализуют 5 %- ным водным раствором соды или 10 %-ным водным раствором нашатырного спирта.

Попадание щелочи на кожу или слизистую оболочку вызывает разрушение ткани (появление язв). Особо опасно попадание даже малых количеств щелочи в глаза.

Попавшую на кожу или в глаза, щелочь удаляют путем промывания раствором борной кислоты ( 10%-ный - для кожи, 2 %-ный - для глаз) и большим количеством воды, после чего необходимо обратиться к врачу.

Во время работы с электролитами нужно пользоваться специальной одеждой: шерстяной костюм, резиновый фартук, очки, перчатки, сапоги.

Необходимо соблюдать особую осторожность при разливе кислоты и дроблении щелочи.

Все работы, связанные с монтажом или демонтажем, можно проводить только при отключенных АБ, а если применяется пайка или газовая резка, то АБ следует разрядить и хорошо проветрить помещение.

Пользоваться металлическим инструментом надо с большой осторожностью, так как оставленные на аккумуляторе металлические предметы могут вызвать КЗ и взрыв.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лейкин В. С. Судовые электростанции и сети. - Москва: Транспорт, 1974. 296 c.

2. Роджеро Н. И. Справочник судового электромеханика и электрика. -- 2-е изд., перераб. и доп. -- М.: Транспорт, 1986. -- 319c.

3. Баранов А.П. “Автоматическое управление судовыми электроэнергетическими установками” - Транспорт, 1981.

4. Михайлов В.Л. “Автоматизированные электроэнергетические системы судов”, 1977.

5. Яковлев Г.С. “Судовые электроэнергетические системы”, 1987.

6. Зайцев А.И., Юдин В.В. “Судовые электроэнергетические системы”, 1986.

7. Правила классификации и постройки морских судов Регистра России, 2013 Том 2- 698с.

Размещено на Allbest.ur

...