Аккумуляторные батареи

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 приготовлени

я 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.