Техническое описание свинцовых аккумуляторов

1 Техническое описание свинцовых аккумуляторов
1.1 Общие сведения
Источником оперативного постоянного тока служит аккумуляторная батарея, комплектуемая из свинцово-кислотных аккумуляторов (ограниченно применяют щелочные аккумуляторы, имеющие нестабильные электрические характеристики).
Свинцово-кислотный аккумулятор представляет собой электрохимический аппарат, в котором накапливается химическая энергия, преобразуемая затем в электрическую.
Аккумуляторные батареи на подстанциях работают, как правило, в режиме постоянного подзаряда на напряжении 220 В (стабильное напряжение на элемент составляет 2,15 В) и не требуют периодических тренировочных разрядов и уравнительных перезарядов. В нормальном и аварийном (режим разряда) режимах аккумуляторная батарея работает параллельно с выпрямительным агрегатом, поэтому все длительные нагрузки постоянного тока питаются от подзарядного агрегата. В качестве подзарядного устройства на подстанциях применяют выпрямительные агрегаты ВАЗП 380/260-40/80 (группы цифр показывают пределы изменения выпрямленного напряжения и тока) с автоматической стабилизацией напряжения.
Схема распределения оперативного тока с использованием блоков питания не предусматривает применения устройств АВР, потому что блоки питания и зарядные устройства блоков конденсаторов, а также выпрямительные устройства работают параллельно и при всех отклонениях от нормального режима резервирование осуществляется без перерыва питания.
1.2 Технические характеристики
Технические характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов С-1 (стационарный для продолжительный разрядов) и СК-1 (стационарный для кратковременного разряда) представлены в таблице 1.2.1. Аккумуляторы СК отличаются от элементов С большим сечением соединительных полос, поэтому допускают большие кратковременный разрядный ток.
Таблица 1.2.1 – Технические характеристики свинцовых аккумуляторов

1.3 Устройство и принцип действия
Аккумулятор состоит из положительной 4 (ребристой формы) и отрицательной 5 (коробчатой формы) пластин, помещенных в сосуд 1 с водным раствором серной кислоты (электролитом) плотностью 1,2—1,21 г/см3. В сосуд устанавливают определенное количество единичных элементов, которые соединяют параллельно (пластины каждой полярности спаивают соединительными полосами 3 и 6 в две изолированные группы и выступами 2 свободно опирают на стенки сосудов).
Во избежание соединения пластин разной полярности при возможном короблении между ними ставят изоляционные перегородки (сепараторы) в виде стеклянных трубок, эбонитовых или выщелоченных фанерных прокладок (последний вид прокладок используют в батареях большой емкости), а при возможном выпадении активной массы не допускают при их навеске касания дна сосуда.


Рисунок 1 – Свинцово-кислотный аккумулятор
Емкость аккумуляторной батареи, собранной из единичных элементов, определяется умножением емкости элемента при соответствующей длительности разряда (емкость элемента является переменной величиной, зависящей от разрядного тока) на номер батареи. При этом номер батареи кратен 'числу положительных пластин в сосуде (при пластинах И-1 число положительных пластин равно номеру батареи, при И-2 — в два раза меньше номера батареи, при И-4 — в 4 раза меньше ее номера).
Напряжение аккумуляторной батареи зависит от количества последовательно соединяемых банок-элементов и напряжения одного элемента.
Элементы аккумуляторной батареи, соединенные по определенной схеме, после заливки электролитом подвергают электрохимической обработке, называемой формовкой. В результате обработки у заряженных пластин образуется перекись свинца РbО2 (у положительных) и губчатый свинец Рb (у отрицательных). Процесс заряда и разряда аккумуляторной батареи представляет собой обратимую реакцию. Реакция заряда происходит при прохождении через аккумуляторную батарею постоянного тока от постороннего источника, подключенного к зажимам батареи одноименной полярности. Заряд считают законченным, если при неотключенном постороннем источнике питания напряжение на элементе установилось 2,15В и плотность электролита достигла 1,2—1,21г/см3. Реакция разряда происходит при присоединении к аккумуляторной батарее потребителей и сопровождается уменьшением плотности электролита. Разряд батареи допускается до 1,95—1,97В на элемент. В связи с присутствием в электролите посторонних вредных примесей происходит саморазряд аккумуляторной батареи даже при отсутствии подключенных к ней потребителей.
Для того чтобы поверхностные положительные пластины получили нормальный слой диоксида свинца, а сырая паста, которой заполнены решетки отрицательных пластин, превратилась в губчатый свинец, производят формовочный заряд батареи, который выполняют строго по заводской инструкции.
Установлено, что для обеспечения номинальной емкости необходимо при формовке сообщить им не менее девятикратной емкости; при этом ток для пластин И-0,5 должен составлять 3,5 А, пластин И-1—7 А, пластин И-2—10 А, пластин И-4—18 А (для каждой положительной пластины). Использование тока больше указанного может привести к короблению положительных пластин, коротким замыканиям в аккумуляторах и повреждению аккумуляторных сосудов.
Для первого заряда и формовки батареи к полюсам заряжаемой батареи подключают соответствующие зарядные выпрямительные устройства (через коммутационные устройства электропитающей установки). Перед включением аккумуляторной батареи на формовку проверяют ее полюса. Следует иметь в виду, что после заливки батареи электролитом она обладает небольшим напряжением, а иногда оказывается переполюсованной. Положительный полюс зарядного агрегата соединяют с положительным полюсом батареи, а отрицательный — с отрицательным полюсом. Выпрямительное устройство устанавливают в режим «стабилизация по току» и включают.
В начале заряда батарея имеет малое внутреннее сопротивление, и приборы выпрямительного устройства могут иметь отклонение стрелки за шкалу (особенно при заряде батарей большой емкости), поэтому первые два часа заряд батареи проводят с включенным добавочным сопротивлением типа НС (нагрузочное сопротивление). До получения батареей четырех- и пятикратной номинальной емкости процесс заряда продолжается без перерывов в течение 24 ч для аккумуляторов с пластинами И-0,5 и И-1, 23 ч — для аккумуляторов с пластинами И-2 и 36 ч — для аккумуляторов с пластинами И-4, после чего батарею отключают. Через час батарею снова включают на заряд тем же током до сильного газовыделения и в том же порядке продолжают периодические отключения и подключения батареи до тех пор, пока не начнется сильное «кипение» электролита сразу после очередного включения батареи. Общая продолжительность первого заряда составляет 60—100 ч. К концу формовки напряжение на элементах остается постоянным (2,6—2,8 В на элемент), а плотность электролита, достигнув величины 1,20—1,21 г/см3, перестает повышаться.
Для поддержания нужного уровня электролита в течение формовочного заряда систематически доливают аккумуляторы электролитом плотностью 1,18 г/см3. Во время заряда каждые два-три часа измеряют и записывают напряжение, температуру и плотность электролита каждого элемента.
После окончания формовочного заряда аккумуляторную батарею подвергают контрольному разряду. Для этого к ней подключают нагрузку, сопротивление которой должно обеспечить разрядный ток, равный 0,1 номинальной емкости батареи.
Во время разряда каждый час измеряют напряжение на каждом элементе и температуру электролита в контрольных элементах. Разряд прекращают, если напряжение хотя бы на одном из аккумуляторов батареи упадет ниже 1,8 В. Процесс заряда и разряда батареи называется циклом. По окончании первого цикла аккумуляторы должны отдать не менее 70% номинальной емкости.
Номинальная емкость аккумуляторов гарантируется заводом-изготовителем после проведения четвертого цикла при соблюдении следующих условий: плотность электролита в начале разряда должна составлять 1,205±0,005 г/см3, средняя температура электролита 25° С. Если средняя температура электролита во время разряда отличается от 25° С, то полученную емкость приводят к емкости при температуре 25° С по формуле С25 = Сф/[1 + 0,008 (Т— —25)], где Сф — фактическая емкость, А/ч; Т — средняя температура электролита при разряде, °С; 0,008 — температурный коэффициент.
После первого разряда аккумуляторную батарею снова заряжают, используя такой же ток, как и при формовке. Заряд производят без перерыва до тех пор, пока напряжение на всех аккумуляторах достигнет 2,5—2,75 В и будет держаться неизменно в течение 1 ч. Плотность электролита при этом должна составлять 1,20—1,21 г/см3.
После контрольных заряда и разряда проверяют сопротивление изоляции батареи, которое должно быть не менее 50 кОм. Перед проверкой сосуды и стеллажи насухо протирают ветошью или обтирочными концами. Затем вольтметром М 27М (с внутренним сопротивлением не менее 50 кОм, класс точности 1,5, шкала 0—100 В) измеряют напряжение между полюсами батареи и между каждым полюсом и землей. Чем выше сопротивление изоляции батареи, тем меньше напряжение между полюсами батареи и землей. Подсчет сопротивления изоляции производят по формуле
Rиз = [U/(U1 + U2) — 1]rвн, (1)
где Rиз — сопротивление изоляции, Ом; U — показания вольтметра при измерении между полюсами батареи, В; U1 — показания вольтметра при измерении между плюсовой клеммой и землей, В; U2 — показания вольтметра при включении его между минусовой клеммой и землей, В; rвн — внутреннее сопротивление вольтметра, Ом. Измерения производят при отключенных нагрузке, зарядных и подзарядных устройствах.