Аккумуляторные батареи
СОДЕРЖАНИЕ: Характеристика технических данных, устройства и работы аккумуляторной батареи. Особенности приготовления электролита из твердой и жидкой щелочи. Принципы приведения в рабочее состояние гальванических элементов. Правила безопасной эксплуатации прибора.Оглавление
1. Общие положения
2. Технические данные
3. Устройство и работа аккумулятора и батареи
4. Электролит
5. Приведение аккумуляторов в рабочее состояние и монтаж батареи
6. Эксплуатация батарей
7. Источники
1. Общие положения
Аккумуляторы являются гальваническими элементами, в которых электроды изготовлены из таких материалов, что они восстанавливают свои первоначальные свойства при пропускании тока (зарядке) в обратном направлении по сравнению с током при разрядке. Количество электричества, которое может быть получено от аккумулятора при данных условиях работы (температуре, разрядном токе, начальном напряжении), называется емкостью, аккумулятора. Емкость аккумулятора выражается в кулонах.
Аккумуляторы характеризуются к. п. д., емкостью и э. д. с. Коэффициентом полезного действия аккумулятора называют число, показывающее, какую часть энергии, затраченной на его зарядку, он отдает при разрядке:
Емкостью аккумулятора называют максимальное количество электричества, которое может пройти по цепи за все время разрядки полностью заряженного аккумулятора. За единицу емкости аккумулятора обычно принимают ампер-час: 1 А-ч=3600 Кл.
2. Технические данные
Технические данные аккумуляторов и их электрические характеристики указаны в табл. 1.
Таблица 1
Тип аккумулятора |
Номин. емкость Ач | Начальное напряжение, В | Режим заряда | Режим разряда (5 час) | |||
Ток, А |
Время, ч | Ток, А |
Напряжение, В | ||||
| Среднее | Конечное | ||||||
| ТНЖУ-280П | 280 | 1,25 | 70 | 6 | 55 | 1,2 | 1 |
| ТНЖ – 300 | 300 | 75 | 60 | ||||
| ТНЖ-350 | 350 | 90 | 70 | ||||
| ТНЖК-450П | 450 | 115 | 90 | ||||
| ТНЖЩ-500 | 500 | 125 | 100 | ||||
Падение напряжения в межэлементных соединениях должно составлять не более 2%. Допускается кратковременная нагрузка на аккумулятор током, численно равным номинальной емкости, при этом минимальное напряжение не должно быть ниже 0,5 В.
Максимальные размеры и масса аккумуляторов должны соответствовать величинам, указанным в табл. 2.
Таблица 2 - Размеры максимальные, мм
| Тип аккумулятора | Длина, В | Ширина,L | Высота, Н | Масса аккум. с электроли-том, кг | Масса электролита, кг | Объем электро-лита, л | Тип изоляции, материал бака |
| ТНЖУ-280П | 142 | 175 | 461 | 16,5 | 5,7 | 4,75 | Капрон Б |
| ТНЖ-300 | 132 | 167 | 457 | 20 | 6,2 | 5,15 | Резин, чехол |
| ТНЖ-350 | 155 | 167 | 537 | 27 | 6 | 5 | Резин. чехол |
| ТНЖК-450П | 133 | 174 | 510 | 16,7 | 5,2 | 4,33 | Полиамидная смола |
| ТНЖШ-500 | 155 | 169 | 520 | 27 | 8,4 | 7 | ПЭП с поддоном |
3. Устройство и работа аккумулятора и батареи
Бак аккумулятора выполнен из металла с электроизоляционным щелочестойким покрытием (АБ типа ТНЖШ) или из капроновой (АБ типа ТНЖУ-280П) и полиамидной (тип ТНЖК-450П) смолы.
В баке аккумулятора помещены:
- положительные электроды;
- отрицательные электроды;
- сепаратор;
- прокладка изоляционная винипластовая каландрированная 0,4.
Положительные электроды состоят из ламелей. Электроды в блоке соединяются междусобой двумя способами, а именно - путем сварки или болтового соединения. При сварной конструкции применяется мост, к которому привариваются контактные планки электродов и борны. При сболченной конструкции электроды через контактные планки соединяется между собой с помощью шпильки, промежуточных колец и стягивающих гаек.
Отрицательные электроды изготовляются в двух вариантах - ламель ном и безламельном.
Отрицательный электрод безламельной конструкции аккумуляторов типа ТНЖК может быть изготовлен из магнетита методом намазки на стальную решетку или из высоковосстановленной активной массы методом вальцевания на стальную сетку. К сетке или к решетке приваривается контактная планка.
Активная масса положительного электрода состоит из гидрата закиси никеля, графита и активирующих добавок. Активная масса отрицательного электрода состоит из магнетита или восстановленного концентрата руды.
От каждого блока через отверстие в крышке выведены борны (по 2 борна от каждого блока электродов), которые уплотняются резиновыми кольцами, втулкой и прижимной гайкой.
Сепаратор в аккумуляторе используется для изоляции положительных электродов от отрицательных и создания межэлектродных зазоров между ними, В качестве сепаратора применяются;
- эбонитовые палочки;
- резиновый шнур;
- пластмассовый шнур;
- пленка из гофрированного перфорированного винипласта.
Для изоляции блоков положительных и отрицательных электродов от металлического бак аккумулятора применяется изоляционная прокладка винипластовая каландрированная 0,4, которая вставляется в бак аккумулятора по его периметру.
Пространство, заключенное между нижней частью блока электродов и дном бака, называется шламовым. Оно предназначено для отстаивания вымывающихся активных масс.
Во избежание короткого внутреннего замыкания между электродами не допускается накопление значительного количества активных масс в осадке. Объем в аккумуляторе меду блоком электродов и крышкой называется газовым пространством.
Аккумуляторы, кроме ТНЖ, изготавливаются исполнения У категории 5, но предназначены для работы при температуре ОС от -20 до 45С. Оптимальная температура электролита в аккумуляторах от 15 до 45С. Допустимая влажность воздуха 98%. Нагрев электролита при заряде свыше 45С приводит к потере емкости аккумулятором и к сокращению срока службы. Во избежание выхода из строя сепаратора запрещается для промывки аккумуляторов с целью удаления карбонатов применение воды с I выше 6ОС.
Батареи, емкость которых при эксплуатации составляет не менее 80% номинальной, допускаются к дальнейшей эксплуатации. Вышедшие из строя аккумуляторы подлежат списанию в установленном порядке.
Сопротивление изоляции одного аккумулятора должно быть не менее; в металлическом баке с покрытием НЭП - 1,5 МОм; в пластмассовом баке —10 МОм.
Аккумуляторы в батарею соединяются между собой перемычками.
4. Электролит
Аккумуляторы, предназначенные для эксплуатации при температуре окружающей среды от 5 до 40С, должны быть залиты составным электролитом - раствором едкого натра плотностью 1,23-1,25 г/см с добавкой 20 г/л моногидрата гидроокиси лития (LiОН*Н2О). Для аккумуляторов, предназначенных для эксплуатации при температуре окружающей среды от -15 до ЗО С, в качестве электролита следует применить раствор едкого кали плотностью 1,19-1,21 г/см с добавкой 20 г/л моногидрата гидроокиси лития.
Для приготовления электролита следует применять: - едкий натр марки ТХ-1 или марки РХ-2 и моногидрат гидроокиси лития, поставляемые отдельно - едкое кали марки А (твердый) или марки В (жидкий) для аккумуляторной промышленности и моногидрат гидроокиси лития;
Щелочи могут поставляться в твердом (гранулированном) виде или в виде концентрированного раствора плотностью 1,41 г/см .
Твердые щелочи должны храниться в герметично закрытых сосудах. Воспрещается применять щелочь с содержанием алюминия выше 0,05%.
Для приготовления электролита следует применять дистиллированную воду или конденсат.
Электролит следует готовить в железных баках с плотно закрывающимися крышками и двумя кранами: один на высоте не менее 100 мм от дна, другой -для удаления скопившегося осадка, расположенного в дне. Не допускается пользоваться оцинкованной луженой, алюминиевой, медной, свинцовой и керамической посудой, а также посудой, в которой готовится электролит для свинцовых аккумуляторов.
Для приготовления электролита из твердой щелочи требуется 1300 г едкого натра (МаОН) и 100 г моногидрата гидроокиси лития (ЬЮН*Н2 О) на 5 л воды или 1 кг едкого кали (КОН) и 60 г моногидрата гидроокиси лития на 3 л воды. Необходимое количество воды налить в бак, затем небольшими кусками насыпать твердый едкий натр или едкое кали, перемешать железным веслом для ускорения растворения. Затем к полученному раствору добавить моногидрат гидроокиси лития.
При применении жидкой щелочи разбавить ее водой до требуемой плотности с добавлением моногидрата гидроокиси лития из расчета 20 г на 1 л раствора. Приготовленный электролит должен остыть до температуры ЗО С, после чего следует окончательно откорректировать его до необходимой плотности путем добавления в него (при перемешивании) воды или щелочи. Для проверки плотности электролита применять аккумуляторный денсиметр с пипеткой. Затем электролит должен отстояться до полного осветления (обычно 3-6 ч), после чего осветлившуюся часть используют для заливки аккумуляторов. Для исключения поглощения углекислоты из воздуха исходные щелочи, а также электролит (при приготовлении его и хранении) необходимо содержать в плотно закрытых сосудах.
При наличии едкого лития в электролите улучшается заряжаемость положительного электрода, стабилизируется емкость и срок службы аккумуляторов при температурах электролита, близких к 45С.
5. Приведение аккумуляторов в рабочее состояние и монтаж батареи
Перед приведением аккумуляторов в рабочее состояние внешним осмотром необходимо проверить целостность изоляционного покрытия, поддона, крышек, чехлов, пробок клапанов, пластмассовых баков, сварных швов, отсутствие вмятин, сколов, исправность борнов.
Соединенные перемычками аккумуляторы залить электролитом и выдержать не менее 2 ч для пропитки электродов. Затем измерить уровень электролита и довести его до пределов, указанных в табл. 3. Аккумуляторы ТНЖ без резиновых чехлов ставить только на деревянные стеллажи, покрытые изоляционным материалом.
Таблица 3
| Тип аккумулятора | Уровень электролита, мм | |
| минимальный | максимальный | |
| Аккумуляторы с высокой горловиной | 15 | 50 |
| Аккумуляторы с низкой горловиной | 15 | 30 |
Категорически запрещается устанавливать на заряд аккумуляторы с уровнем электролита ниже верхних кромок электродов на 15 мм.
Уровень электролита определяется с помощью стеклянной трубки диаметром 5-6мм с метками. Трубку опустить в аккумулятор до упора. Зажимая пальцем верхний конец трубки, вынуть ее. При этом высота электролита в трубке будет соответствовать уровню электролита.
Отобранные для монтажа в батарею аккумуляторы необходимо отмыть от щелочи и произвести проверку полярности аккумуляторов.
Аккумуляторы установить на стеллажах согласно схемам, закрепить их, и произвести электрический монтаж батареи. В неотформированный аккумулятор (без электролита) залить электролит.
После монтажа батареи на стеллажах необходимо определить суммарное сопротивление изоляции аккумуляторов и изоляционного покрытия с помощью прибора контроля изоляции или по формуле Фриша с помощью вольтметра:
Rx = RB ((U/U1 +U2 )-1),
RХ - сопротивление изоляции батареи, Ом;
Rв - внутреннее сопротивление вольтметра (сопротивление вольтметра со шкалой на 150 В должно быть не менее 20000 Ом или 300 В - не менее 40000Ом);
U - напряжение на зажимах батареи. В;
U1 - напряжение между положительным выводом и стеллажом, В;
U2 - напряжение между отрицательным выводом и стеллажом, В.
Сопротивление изоляции батарей должно быть:
- при числе аккумуляторов до 120 шт. - 10 кОм;
- при числе аккумуляторов от 120 до 200 шт. - 15 кОм;
Если сопротивление изоляции ниже указанного, следует найти и устранить причины снижения сопротивления изоляции.
Аккумуляторы с электроизоляционным покрытием, имеющие сопротивление изоляции ниже 1,5 МОм, заменить.
Аккумуляторы в пластмассовом баке, имеющие сопротивление изоляции ниже 10 Мом, заменить.
У аккумуляторов с изоляцией резиновым чехлом проверить чехлы и при наличии дефектных заменить.
6. Эксплуатация батарей
Объем работ, периодичность и технические критерии при профилактическом контроле аккумуляторных батарей, работающих в режиме постоянного подзаряда, приведены в табл. 4.
Таблица 4
| № п/п | Наименование работ | Периодичность |
| 1. | Проверка общего напряжения батареи на разрядном устройстве1 | 1 раз в месяц |
| 2. | Измерение сопротивления изоляции | 1 раз в год |
| 3. | При наличии загрязнения поверхности аккумуляторов необходимо отмыть или очистить от загрязнения | Постоянно |
| 4. | Проверка уровня электролита | 1 раз в месяц |
| 5. | Проверка плотности электролита | 1 раз в месяц |
| 6. | Проверка состояния контактов, устранение обнаруженных неисправностей | 1 раз в месяц |
| 7. | Проверка температуры электролита в 3-5 средних аккумуляторах | 1 раз в месяц |
| 8. | Проверка фактической емкости батареи по среднеразрядному току2 | 1 раз в год |
1 — если при разряде током 5-ти часового режима напряжение батареи ниже 0,7В в среднем на аккумулятор, то батарее необходимо сообщить усиленный заряд.
2 - фактическая емкость определяется:
C = Iср*t
где С - емкость, Ач;
Iср - среднеразрядный ток (это среднеарифметическое число, полученное при делении суммы измеренных значений тока в течение каждого часа на количество измерений);
t - время разряда, ч.
Например: при разряде током 5-часового режима батареи ТНЖШ-500:
| Время измерения | Ток, А | Напряжение батареи, В |
| 10 мин | 95 | 134 |
| 1ч | 92 | 127 |
| 2ч | 90 | 119 |
| 3ч | 90 | 114 |
| 4ч | 90 | 110 |
| 4 ч 20 мин (4,33 часа) | 87 | 96 |
I ср= (95 + 92 + 90 + 90 + 90 + 87) / 6 = 90, 7
С=90,7*4,33=392,7 Ач,
Для заряда батареи следует применять источник постоянного или выпрямленного тока, напряжение которого должно быть не ниже 2,0*п В (п -количество аккумуляторов, последовательно включенных в цепь заряда).
Перед включением на заряд аккумуляторов необходимо проверить:
- ЭДС каждого аккумулятора (если ЭДС равна 0, то аккумулятор имеет внутреннее короткое замыкание; правильность обозначенной полярности; правильность собранной электрической схемы.
При заряде напряжение на каждом аккумуляторе постепенно повышается от 1,4 В в начале заряда до 1,7-1,98 В в конце заряда. Если напряжение на аккумуляторе не повышается в процессе заряда, а температура электролита в нем достигает высоких значений, то это указывает на наличие в нем местных коротких замыканий. Такой аккумулятор необходимо изъять и произвести устранение короткого замыкания в соответствии с табл. 4.
Категорически запрещается проводить заряд аккумуляторов при температуре электролита выше 45С.
Количество карбонатов в электролите аккумулятора не должно превышать 70 г/л. Если количество карбонатов в электролите достигает 70 г/л, то необходимо произвести промывку аккумуляторов с целью удаления карбонатов и электролит заменить новым.
В процессе работы аккумулятора с положительных и отрицательных электродов вымывается активная масса, которая оседает на дно аккумулятора и на сепараторы, что может служить причиной местных коротких замыканий. Для предотвращения таких коротких замыканий не реже 1 раза в год, необходимо производить смену электролита с целью удаления шлама.
Источники
1. Инструкция по эксплуатации щелочных тяговых никель – железных аккумуляторовых батарей типа ТЖН – 300 – 500, Минтопэнерго Украины, ОАО Укрэнергоуголь, Донецкий филиал, г.Донецк 2007г.
2. Физика, Л.С. Жданов, изд. Наука, 1987г. .
3. Электромонтер опиративно-выездной бригады подстанций, А.А. Коптев, изд. Высшая школа, 1988г.