3.3. Щелочные аккумуляторы

Условное обозначение щелочных батарей

Батареей называют группу отдельных аккумуляторов ( банок ), соединенных опре

деленным образом – последовательно, параллельно или по смешанной схеме.

В приведенных ниже таблицах условное обозначение батарей состоит из типа и ис

полнения.

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:

10. – 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 железони-

келевые аккумуля­торы (они одинаковы по конструк­ции и составу электролита).

Корпус 9 щелочного аккуму­лятора (рис. 5.9 ) изготовляют сварным из листовой ста

ли, 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 ще

лочных акку­муляторов обоих типов.

Активная масса отрицательных пластин у кадмиево-никелевых аккумулято­ров со-

стоит из смеси губчатого кадмия с железом, а у железо-никелевых - 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.

При сборе в батарею аккумуляторы монтируют на изоляционных прокладках в об-

щем деревянном или пластмассовом ящике и надежно изолируют от корпуса судна.

Электролитом служит раствор едкого кали КОН или натра NaOН в дистиллирован-

ной воде плотностью 1,19-1,21 г/см³ с небольшой добавкой едкого лития с небольшой до-

бавкой едкого лития КОН, который увеличивает срок службы аккумуляторов в 2-2,5 раза.

Реакции разряда-заряда (на примере кадмиево-никелевого акку­мулятора) следую

щие:

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 элек

тролита и температуры эксплуатации).

Напряжение заряженного аккумулятора составляет 1,25 В, разряжают его до напря

жения 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 продолжительно-

стью 6 час.

Номинальным разрядным током считается ток I_р = С / 8 = 12,5 А продолжительно-

стью 8 час.

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

Внутреннее сопротивление щелочных аккумуляторов R_вн = 0,03—0,05 Ом, т.е. в десятки раз больше внутреннего сопротивления кислотных аккумуляторов, у которых R_вн = 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 раство-

рения щелочи в железной, стеклянной или пластмассовой посуде раствор выдерживают в течение 3-6 ч до полного осветления.

Осветленную часть раствора при температуре не выше 30ºС 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 - 20ºС. 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 заря

да напряжение аккумулятора составляет 1,4-1,45 В, в конце - 1,75-1,95 В.

Конец заряда характеризуется бурным выде­лением газа и постоянством ЭДС акку

мулятора.

Разряд щелочных АБ

При разряде аккумулятора в 8-часовом или более длительном режиме ( I_р = 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, преду-

сматривающие непрерывные и полные заряды-разряды с заменой электролита.

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

Наличие примесей в электролите, отсутствие в нем присадки едкого лития, система

тические недозаряды, глубокие разряды, утечка тока и работа при температурах выше 35 ºС могут быть причиной понижения емкости щелочных АБ.

Работа при повышенных токах, низком уровне электролита и наличии неплотно-

стей 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 щелоч-

ные аккумуляторы, у которых активная масса нано­сится на стальную решетку пластин и спекается.

У этих аккумуляторов R_вн = 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

R_вн = 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.

ВОПРОС №23

. Класифікація електроприводів.

Электроприводы классифицируются ( различаются ) по нескольким признакам.

Рассмотрим основные признаки.

По области применения различают 2 вида электроприводов:

1. береговые;

2. судовые.

По роду тока различают 2 вида электроприводов:

1. постоянного тока;

2. переменного тока.

Переход судовых электроприводов на переменный ток завершился в начале 60-х

годов 20 столетия. Это стало возможным после начала производства ( в б. СССР ) элек-

трических машин , предназначенных специально для работы на судах. Такие электриче-

ские машины называют машинами морского исполнения.

По способу передачи энергии от электродвигателя к механизму различают 3 вида

электроприводов:

1. групповой;

2. одиночный;

3. многодвигательный.

Групповым называют электропривод, в котором один электродвигатель приводит в

движение несколько исполнительных механизмов. Пример: токарный станок, в котором электродвигатель вращает патрон с заготовкой и одновременно перемещает суппорт

станка с бабкой, в которой зажат резец. Суппорт при этом движется поступательно ( влево – вправо ) вдоль станины станка. На судах групповые приводы применяются крайне ред-

ко.

Одиночным называют электропривод, в котором электродвигатель приводит в движение только один исполнительный механизм. Пример: электропривод насоса или вентилятора, в котором крылатка насажена непосредственно на вал электродвигателя.

Многодвигательным называют электропривод, в котором каждый рабочий орган

механизма приводится в движение отдельным электродвигателем. Пример: электропри-

вод грузового крана, имеющий 3 механизма – подъёма груза, поворота и изменения вылета стрелы. Каждый из этих механизмов имеет «свой» электродвигатель.

По степени автоматизации различают 3 вида электроприводов:

1. неавтоматизированные;

2. автоматизированные;

3. автоматические.

В неавтоматизированном электроприводе человек участвует на всех стадиях

управления электроприводом. Пример: электропривод вентилятора, управляемый при помощи поста управления с двумя кнопками «Пуск» и «Стоп». Оба действия – пуск и остановка, выполняет человек путём нажатия соответствующей кнопки.

В автоматизированном электроприводе функции управления разделены между человеком и управляющим устройством. Обычно человек задаёт программу работы электропривода, остальное же выполняет управляющее устройство.

Пример: электропривод грузовой лебёдки с 3-мя скоростями. Пусть оператор ( лебёдчик ) резко перевёл рукоятку командоконтроллера из нулевого положения сразу в 3-е в направлении «Подъём». Двигатель при этом включится не на 3-й скорости, а на 1-й, что позволит избежать поломки редуктора, а далее разгон электродвигателя произойдёт постепенно, с задержкой при переходе с 1-й скорости на 2-й, а затем со 2-й к 3-ю. Эту задержку обеспечивают два реле времени, входящие в состав управляющего устройства.

В автоматическом электроприводе роль человека сводится лишь к наблюдению за работой электропривода.

Пример: автоматический рулевой. На начальном этапе участие человека заключает

ся в подаче питания на рулевой электропривод ( электромеханик ) и в выведении судна на требуемый курс, например, при помощи штурвала ( рулевой матрос или вахтенный помощ

ник ). После этого на тумбе управления рулевым электроприводом ( мостик ) переключа-

тель видов управления устанавливают в положение «Автомат». В зависимости от условий плавания, такой режим может длиться от нескольких часов до нескольких десятков суток.

По возможности изменения скорости различают 2 вида электроприводов:

1. нерегулируемый, не предусматривающий изменение скорости;

2. регулируемый, имеющий 2 и более скоростей.

Пример нерегулируемого электропривода: электропривод вентилятора, управление

которым состоит только в пуске и остановке, а скорость не регулируется.

Примеры регулируемого электропривода: 1. электропривод грузовой лебёдки с 3-мя скоростями ; 2. электропривод якорно-швартовного устройства с 6-ю скоростями.

По возможности изменения направления вращения различают 2 вида электро

приводов:

1. нереверсивный;

2. реверсивный.

Пример нереверсивного электропривода: электропривод вентилятора, управление

которым состоит только в пуске и остановке, а направление вращения не изменяется.

Примеры реверсивного электропривода: 1. электропривод грузовой лебёдки с 2-мя режимами: «подъём» и «спуск» ; 2. электропривод якорно-швартовного устройства с 2-мя режимами: «травить» и «выбирать».

По назначению различают 5 видов судовых электроприводов:

1. рулевые;

2. якорно-швартовные ( брашпили и шпили );

3. грузоподъёмные ( грузовые лебёдки и краны, лифты );

4. электроприводы судовых нагнетателей ( насосы, вентиляторы, компрессоры );

5. механизмов специального назначения.

К последней группе относят электроприводы:

1. подруливающих устройств;

2. систем кренования и дифферента;

3. успокоителей качки;

4. систем откренивания судов;

5. автоматические швартовные лебедки.

ВОПРОС №24

Схеми захисту електрообладнання від струмів короткого замикання.

Надежность работы приемников электро­энергии и электрических сетей в нормаль-

ном и аварийном режимах обеспечивается комплексом мероприятий, в том числе примене

нием защитных устройств, обеспечивающих защиту от токов КЗ, токов перегрузки, пони-

жения напряжения, обрыва фазы и др.

В качестве ЗУ применяют предохранители, селективные и установочные АВ, реле и др. Развитие полупроводниковой техники позволило перейти от ЗУ, которые обеспечива

ли один, определенный вид защиты, к устройст­вам, совмещающим в одном изделии не-

сколько видов защит, - тем самым возможно обеспечить полноту, быстродействие и надеж

ность защит.

ЗУ электрических двигателей должны быть следующих видов: от токов КЗ, токов перегрузки, самопроизвольного повторного пуска ЭД при восстановлении напряжения после обесточивания или снижения напряжения до 60 % и менее (нулевая защита).

Исключение составляют ЭД электрогидравлических рулевых устройств, для кото­рых предусмотрена защита только от токов КЗ, а вместо защиты от перегрузки устанавли-

вается сигнализация и не допускается примене­ние нулевой защиты. Последнее обеспечива

ет повторный автоматиче­ский пуск ЭД после восстановления напряжения, тем самым по-

выша­ется надежность работы рулевого устройства.

ЗУ трансформаторов от токов КЗ и токов перегрузки уста­навливают в цепях пер-

вичных обмоток. Для трансформаторов мощ­ностью до 6,3 кВ*А допускается применение только предохранителей.

ЗУ измерительных и регистрирующих приборов и контрольных ламп должны обес-

печивать защиту от токов КЗ. Допускается применение устройств для ограничения токов

ВОПРОС №25

При выходе из строя обеих электростанций – основной и аварийной, автоматиче-

ски должен включаться третий источник электроэнергии – аккумуляторная батарея напря

жением 12 ( 24 ) В, от которой питается ограниченное число приемников небольшой мощ-

ности:

.1. аварийное освещения и необходимые сигнально-отличительные фонари;

.2. все средства внутренней связи и оповещения, необходимые в аварийных услови

ях;

.3. системы авральной сигнализации и сигнализации обнаружения пожара;

.4. лампы дневной сигнализации, звуковые сигнальные средств (свистки, гонги и

др.).

Приемники, перечисленные в .2, .3 и .4, могут не питаться от общей ( единой ) ак-

кумуляторной батареи, если они имеют собственные аккумуляторные батареи, обеспечива

ющие их питание в течение требуемого времени.

ВОПРОС №26

Приемники электроэнергии СЭЭС

По с т е п е н и в а ж н о с т и приемники электроэнергии подразде­ляют на 3 группы:

особо ответственные приемники, перерыв в питании которых может привести к аварии судна и гибели людей. К ним относятся радио- и навигационное оборудование в соответствии с Правилами по конвенционному оборудованию морских судов, рулевое устройство, пожарный насос, аварийное освещение и др. На грузовых судах валовой вместимостью 300 рег. т и более, а также на некоторых других судах приемники этой группы питаются практически бесперебойно от основной, а при ее обесточивании - от аварийной электростанции;

ответственные приемники, обеспечивающие работу СЭУ, управле­ние судном и сохранность груза. В эту группу входит основная часть судовых приемников электроэнергии - насосы, вентиляторы, компрес­соры, якорные и швартовные механизмы, грузовые устройства, средст­ва внутрисудовой связи и сигнализации и др. Эти приемники получают питание во всех режимах работы основной СЭС;

малоответственные приемники, допускающие перерыв питания в аварийных ситуациях или при перегрузке СЭС - бытовая вентиляция, камбузное оборудование и др.

ВОПРОС №27

Классификация электрических сетей

Электрические сети предназначены для распределения и передачи электроэнергии и состоят из электрораспределительных щитов и линий электропередачи. Электрические сети подразделяют на силовые, аварийные и приемников.

Силовая электрическая сеть предназначена для распреде­ления электроэнергии на участках от ГРЩ до приемников или преобра­зователей электроэнергии. Различают следу

ющие типы силовых элект­рических сетей: фидерную, магистральную и магистрально-фидерную ( рис. 6.1 ).

Рис. 6.1. Принципиальные схемы силовых электрических сетей:

а – фидерная; б – магистральная; в – магистрально-фидерная

В случае использования фидерной сети (рис. 6.1, а) ответственные и наиболее мощ-

ные приемники П1 и П2 получают питание непосредствен­но от ГРЩ по отдельным фиде-

рам, а приемники ПЗ-П8 - от электрорас­пределительных щитов (районного РРЩ1, отсеч-

ных ОРЩ1-ОРЩЗ и групповых ГрРЩ1-ГрРЩ2, соединенных с ГРЩ фидерами.

При использовании магистральной сети (рис. 6.1, б) приемники электроэнергии П1-П6 получают питание от электрораспределитель­ных щитов РЩ1-РЩЗ или магистраль

ных коробок МК1-МКЗ, присоеди­ненных параллельно к магистральным линиям МЛ1-МЛЗ.

На современных судах применяют смешанную, магистрально-фидерную сеть (рис. 6.1, в). В этой сети приемники П1 получают питание по фидерам, а приемники П2-П5 - по магистральным линиям МЛ1 и МЛ2.