3.2. Подробный технологический процесс то и р электрооборудования

3.2.1. Аккумуляторные батареи

Основные неисправности свинцо­вых аккумуляторных батарей [9]: разряд и саморазряд, сульфатация и короткое замыкание пластин, трещины в банках и замыкание вы­водных штырей, коробление и замыкание пластин и другие неисп­равности. Причиной саморазряда может быть загрязнение аккуму­лятора, замыкание пластин осыпающейся активной массой, образо­вание местных (паразитных) токов, которые появляются в результате попадания металлических примесей в электролит. Сульфатация заключается в покрытии поверхности активного слоя пластин крупными кристаллами сернокислого свинца, в результате пони­жения уровня электролита, длительного хранения аккумулятора без дозаряда, высокой плотности электролита, эксплуатации силь­но разряженной аккумулятроной батареи и чрезмерного пользо­вания стартером. Короткое замыкание пластин происходит в ре­зультате выпадения из них на дно банок большого количества ак­тивной массы. Пластины коробятся и разрушаются при длительном перезаряде, повышении плотности и температуры электролита (более +45 °С), недостаточном креплении батареи в гнезде, замер­зании электролита и сильной сульфатации пластин, увеличении силы зарядного тока, коротком замыкании, а также при частом и продолжительном включении стартера. В конечном итоге все указанные неисправности приводят к уменьшению емкости аккуму­ляторных батарей.

Аккумуляторные батареи следует содержать в чистоте. Пробки заливных отверстий должны быть плотно завернуты, поверхность батарей сухая, а их вентиляционные отверстия прочищены.

При техническом обслуживании (ТО-1) аккуму­ляторную батарею очищают от загрязнений и следов электролита, для чего ее поверхность протирают ветошью, смоченной в 10%-ном водном растворе аммиака или соды. Уровень электролита проверяют стеклянной трубочкой с внутренним диаметром 5—6мм, который должен быть на 10...15 мм выше предохранительного щитка пластин с активной массой. Периодичность проверки в зимнее время не реже чем через 30 дней и летом — через 10—15 дней. Снижение уровня электролита ниже нормы может привести к суль­фатации пластин из-за их обнажения, так как обнаженные места (в первую очередь у отрицательных пластин) усиленно окисля­ются, образуя сульфат свинца. Кроме этого, затрудняется запуск двигателя стартером, он не развивает требуемой мощности вслед­ствие увеличения сопротивления в самом аккумуляторе (сульфат свинца не проводит электрический ток). Если в течение 2—3 недель верхняя часть пластин остается оголенной, пластины разрушаются, так как сульфат свинца выпадает из решеток. Уровень электро­лита доводят до нормы добавлением дистиллированной воды, получаемой при помощи различных дистилляторов. Дистиллиро­ванную воду хранят в стеклянной, фарфоровой, пластмассовой, эбонитовой и свинцовой посуде. Электролит добавляют только в случае его утечки.

Определяют также (при ТО-2) степень разряженности аккумуляторной батареи, измеряя с помощью денсиметра плотность электролита (табл. 3.1). При этом используют зависимость, согласно которой с уменьшением емкости аккумулятора понижается плотность электролита. Коли­чественно разряженность при этом оценивают по формуле

% (3.1)

где D — разряженность батареи, %;

γ_зар - плотность электролита полностью заряженного аккумулятора, г/см³ (табл. 3.1);

γ_разр - плотность электролита полностью разряженного аккумулятора, г/см? (табл.3.1);

Таблица 3.1

Плотность электролита для аккумуляторных свинцовых стартерных батарей для нашего климатического района

Плотность электролита, г/см3
Заливаемого перед началом эксплуатации батареи	Полностью заряженной батареи	Батареи, разряженной на 25%	Батареи, разряженной на 50%	Полностью разряженной батареи
1,27	1,29	1,25	1,21	1,17

γ_изм - измеренная плотность электролита, приведенная к температуре +15° С с помощью температур­ных поправок, г/см³ (табл.3.2).

Таблица 3.2

Температурные поправки к показаниям денсиметра

Температура электролита, оС	Поправка, г/см3
+60	+0,03
+45	+0,02
+30	+0,01
+15	+0,00
0	-0,01
-15	-0,02
-30	-0,03

Температурные поправки составлены с учетом того, что плотность электроли­та уменьшается на 0,0007 г/см" при повышении температуры и увеличивается при понижении ее на 1° С [10].

Если батареи разряжены более чем на 50% в летнее время и на 25% — в зим­нее, их снимают с автомобиля и отправляют на подзарядку. Разряженность ак­кумуляторной батареи определяют также с помощью нагрузочной вилки модели ЛЭ-2, нагрузочные сопротивления которой переключают и зависимости от ем­кости проверяемой батареи (табл.3.3). По шкале вольтметра прибора оценивают состояние аккумуляторов. При техническом обслуживании батарей используют также комп­лект приборов и инструментов модели Э-401.

Новые аккумуляторные батареи, как правило, поступают в эксплуатацию сухо заряженными, и для приведения их в рабочее состояние достаточно произ­вести заправку электролитом необходимой плотности. Электролит готовят из серной кислоты (ГОСТ 667—73) и дистиллированной воды (ГОСТ 6709—72), заливая кислоту в воду до получения необходимой плотности.

Таблица 3.3

Технические характеристики аккумуляторных свинцовых стартерных батарей

Параметр	КамАЗ	МАЗ
Тип батареи	6СТ-165ЭМС	6СТ-150ТР
Номинальное напряжение, В	12	12
Номинальная емкость при 20-часовом режиме разрядки, А/ч	190	182
Зарядный ток, А	19,0	18,2
Стартерный режим разряда: разрядный ток, А конечное разрядное напряжение при температуре электролита +30 оС, В конечное разрядное напряжение при температуре электролита -18 оС, В	570 9 6	546 9 6
Разрядный ток 10-часового режима разрядки, А	17,3	16,5
Разрядный ток 20-часового режима разрядки, А	9,5	9,1
Примерное количество электролита для заполнения батареи, л	-	11,5
Масса батареи без электролита, кг	-	-

Для получения электролита требуемой плотности необходимы определенные объемы серной кислоты (табл.3.4).

Таблица 3.4

Соотношение объемов воды и кислоты

Плотность электролита при 15о С, г/см3	Объем кислоты на 1 л воды , л
1,210	0,245
1,230	0,280
1,250	0,310
1,270	0,345
1,290	0,385
1,30	0,405

Если плотность электролита, измеренная через 0,3...2 ч после заливки электро­лита, не понизится больше чем на 0,03 г/см³ аккумуляторную батарею устанав­ливают па автомобиль для эксплуатации. В противном случае ее ставят на зарядку, устанавливая необходимую величину зарядного тока (табл.3.3). Зарядку произ­водят до тех пор, пока не появится интенсивное газовыделение и не установятся постоянное напряжение и плотность электролита в течение 2 ч.

Если в процессе зарядки температура электролита повышается до 45°С, зарядный ток уменьшают вдвое. После зарядки плотность электролита доводят до сезонной нормы.

Новые батареи без электролита хранят не более трех лет в помещениях при температуре па ниже —30° С. Батареи, бывшие в эксплуатации, перед установкой на хранение заряжают, доводят плотность электролита до нормы в соответствии с сезоном эксплуатации и для проверки технического состояния подвергают тренировочной разрядке током 10-часового режима. Для зарядки аккумулятор­ных батарей в стационарных условиях используют, главным образом, выпрями­тели электрического тока. При необходимости зарядки аккумуляторов непосред­ственно на автомобиле применяют передвижную установку модели Э-410.

Работоспособность батареи оценивают постоянством на­пряжения под нагрузкой, соответствующей работе стартера. Про­верить работоспособность аккумуляторной батареи, установлен­ной на автомобиле, можно путем запуска двигателя стартером, так как ее исправность отражается на работе стартера. Если стар­тер развивает мощность, достаточную для нормального запуска двигателя, то это свидетельствует об исправности аккумулятор­ной батареи. Оценить работоспособность аккумуляторных батарей, снятых с автомобиля, можно, проверив напряжение батареи под большой нагрузкой. Для этого применяют нагрузочные вилки, которые искусственно создают нагрузку, равную на­грузке при включенном стартере. Если показания вольтметра на­грузочной вилки в течение всего испытания (до 5 с) будут устой­чивыми и соответствовать 1,5—1,8 В, то аккумулятор исправен. Категорически запрещается проверять работоспособность батарей коротким замыканием на «искру».

Диагностику технического состояния пластин акку­мулятора без разборки можно осуществить при помощи специ­ального кадмиевого электрода, предложенного И. Проскудиным и А. Швецом (чего нельзя сделать при применении нагру­зочной вилки). Применение такого дополнительного электрода позволяет обнаружить большинство неисправностей отрицатель­ных и положительных пластин по каждому аккумулятору отдельно, в том числе переплюсование пластин. Принцип диагностики осно­ван на измерении потенциала проверяемых пластин относительно электролита. В полностью заряженном аккумуляторе при исправ­ных пластинах потенциал положительных пластин относительно электролита будет 2,25-2,28В (в конце зарядки повышается до 2,55В и более), потенциал отрицательных пластин 0,12-0,13В (в конце зарядки снижается до 0,07-0,08В). В этом случае на­пряжение аккумулятора на зажимах полюсов будет составлять 2,13—2,15В. В исправном аккумуляторе, но разряженном до 1,75—1,80 В, потенциал положительных пластин составит 1,90-2,0В, отрицательных 0,15-0,20В. Признаком неисправности (снижения емкости) положительных пластин будет понижение их потенциала относительно электролита ниже 1,90-1,95В ( в зави­симости от плотности электролита). У неисправных отрицательных пластин потенциал выше 0,20-0,25В. Наиболее точные резуль­таты при использовании кадмиевого электрода будут получены на аккумуляторных, разряженных до 1,75-1,80В. Измеритель­ным прибором служит вольтметр постоянного тока на два предела измерения 0-0,3 и 0-3В. Кадмиевый электрод проводником соединяют с отрицательной клеммой вольтметра, а провод от по­ложительной клеммы поочередно подсоединяют к положительному и отрицательному выводам аккумулятора. В зависимости от со­стояния аккумуляторных пластин будет изменяться показание вольтметра. Повысив точность замера можно, выдержав новый кадмиевый электрод в электролите плотностью 1,20-1,25 г/см² в течение не менее 10 часов и опустив его перед началом измерений в электролит проверяемого аккумулятора на 5—10 мин, если кад­миевый электрод был сухим.

Для зарядки аккумуляторных батарей используют различные устройства (выпрямители тока или силовые подзарядные агрегаты постоянного тока). Заряжать батареи можно при посто­янной силе тока (аккумуляторы соединяются между собой после­довательно) или постоянном напряжении (аккумуляторы соединя­ются между собой параллельно).

Аккумуляторные батареи один раз в три месяца снимают и под­заряжают на аккумуляторно-зарядной станции, а при длительном хранении — один раз в год проводят контрольно-тренировочный цикл (зарядка током нормального заряда с последующей разряд­кой током 10-часового разрядного режима до напряжения 1,7 В).

Новые батареи могут быть поставлены на зарядку через 4—6 ч после заливки электролита, состоящего из серной кислоты и ди­стиллированной воды. Приготовляют электролит в эбонитовой, керамической или фаянсовой посуде. При этом следует помнить, что с целью предупреждения ожогов необходимо заливать тонкой струей кислоту в воду, а не наоборот.

В процессе зарядки периодически замеряют температуру и плот­ность электролита. Когда начинается обильное выделение газов и температура поднимается выше 44 °С, зарядный ток снижают наполовину. Конец зарядки определяется постоянным напряжением на клеммах аккумулятора и постоянной плотностью электролита, которые не должны изменяться не менее трех часов.

Количество (r) подключенных батарей, заряжаемых при посто­янной силе тока, рассчитывают по формуле:

ед (3.1)

где U - напряжение в сети,В;

2,7 - напряжение в конце зарядки аккумуляторов, В.

Заряжают батареи в две ступени; на вторую ступень переходят, когда начинается газовыделение (уменьшают ток на 50 %). Основ­ное преимущество зарядки этим способом — возможность регу­лировать величину силы тока, что позволяет проводить обычную подзарядку новых батарей; недостатки — большая продолжи­тельность зарядки, все подключаемые батареи должны иметь оди­наковую емкость, необходимость постоянно следить за величиной силы тока.

Заряжать батареи различной емкости можно при постоянном напряжении. Этот способ менее продолжителен, но не дает возмож­ности регулировать величину силы зарядного тока (начальный зарядный ток создает опасность перегрузки зарядного устройства). Поэтому зарядка при постоянном напряжении наиболее удобна для очередных ускоренных подзарядок батарей.

Общими недостатками обоих способов зарядки аккумулятор­ных батарей являются: относительно большая продолжительность (порядка 10—14 ч); емкость аккумулятора после 10—12 зарядных циклов за счет сульфатации пластин и неполной формовки актив­ной массы снижается на 20—25 %; необходимость проведения конт­рольно-тренировочных циклов для снятия сульфатации пластин; значительные затраты электрической энергии в зарядных сопро­тивлениях и автотрансформаторах. Кроме того, применяемые для этих целей зарядные устройства, также имеют ряд существенных недостатков: на селеновых нельзя одновременно заряжать более 6—8 аккумуляторных батарей; ртутные сложные в эксплуатации и потребляют большое количество электроэнергии; роторно генераторные имеют низкий коэффициент полезного действия и требуют тщательного ухода.

Указанные недостатки устраняет установка, разработанная в БелГосавтотрансНИИпроекте для ускоренной зарядки аккуму­ляторных батарей, в основу которой положен принцип использо­вания постоянного тока переменной полярности. Сущность ее в том, что пластины аккумуляторных батарей подвергаются анодной и ка­тодной поляризации, которая обеспечивается периодический из­менением направления тока, подводимого к клеммам заряжаемых батарей. Периодическое изменение направления тока создает усло­вия для восстановительной реакции и роста кристаллов внутри активной массы. Эти факторы положительно влияют на механичес­кую прочность пластин и электрические характеристики аккуму­лятора. Режим зарядки следующий: в течение 5 мин производится зарядка батареи током, равным 1/3-1/5 ее емкости, затем произ­водится разрядка в течение 25—35 с током, равным 1/3—1/5 емко­сти аккумулятора. Эти циклы повторяются в течение всей зарядки. Об окончании зарядки судят по плотности электролита. Если в те­чение 30 мин плотность не меняется, процесс зарядки считается оконченным. Такой режим зарядки позволяет в 3,—3,5 раза сокра­тить продолжительность процесса зарядки (температура электро­лита и интенсивность газовыделения при этом не выше, чем при зарядке постоянным током в нормальном режиме); уменьшить ми­нимально необходимое напряжение для зарядки одной батареи, что позволяет при одном и том же напряжении источника заряжать большее количество аккумуляторных батарей, увеличить на 10— 25 % срок службы их за счет снижения температуры электролита и замедления коррозии решеток положительных пластин. На уста­новке одновременно заряжают от одного до тридцати аккумуля­торных батарей. Экономический эффект от внедрения устройства в АТП с количеством автомобилей 250—300 составляет около 2,5 тыс. руб. в год.

Иногда аккумуляторные батареи заряжаются микро­токами (20—500 мА). Для этого батареи, когда автомобиль не экс­плуатируется, подключают к зарядному агрегату до полной зарядки. Такой способ имеет ряд преимуществ по сравнению с ранее рас­смотренными. Для зарядки большого количества аккумуляторных батарей требуются малогабаритные агрегаты малой мощности. Кроме того, не расходуется электроэнергия на перезаряд батарей и последующую их доводку до нормы. Аккумуляторные батареи могут заряжаться непосредственно на автомобиле в любое время суток. При зарядке микротоками крышки банок батарей не откры­вают, а выделяющееся при зарядке количество водорода незначи­тельно, что улучшает санитарные условия рабочих мест. Зарядка микротоками может осуществляться при постоянной величине и за­рядного тока, и напряжения. Второй вариант (при постоянной величине напряжения), несмотря на несколько большую стоимость зарядного агрегата (на 10—15 %), имеет ряд преимуществ: нет необходимости контролировать процесс зарядки, уменьшается и об­легчается труд аккумуляторщика, упрощается электрическая схема. «Сухозаряженные» аккумуляторные батареи приводят в рабочее состояние после трехчасовой пропитки электролитом и пятичасо­вого подзаряда. При заливке таких батарей электролитом проис­ходит интенсивное взаимодействие серной кислоты с оксидом свинца, в результате чего на поверхности и в порах активных масс отрицательных пластин образуется сульфат свинца, что по существу эквивалентно потере заряда батареи. Этой же реакцией объясняется понижение плотности электролита и некоторое повы­шение температуры во время пропитки пластин.

Таким образом, запас энергии «сухозаряженной» батареи после заливки ее электролитом может оказаться недостаточным для того, чтобы обеспечить надежный запуск двигателя стартером при отри­цательных температурах. Поэтому после заливки и трехчасовой пропитки электролитом производят пятичасовой заряд батарей минимальным током в соответствии с ТУ. Этот метод следует вы­держивать во всех случаях, когда предприятие располагает необ­ходимым оборудованием и временем.

На практике часто возникают такие обстоятельства, когда необходимо срочно привести в рабочее состояние аккумуляторные батареи после хранения их в сухом виде. Для таких случаев, в порядке исключения, допускается установка батареи на автомобили после трехчасовой пропитки их электролитом без подзаряда, если плотность электролита понизилась за это время не более чем на 0,04 г/см³. Указанные рекомендации для зимних условий нельзя признать эффективными.

При отрицательных и положительных температурах можно ускоренно привести в рабочее состояние аккумуляторные батареи, хранящиеся в сухом виде, следующим методом, основу которого составляет эффект повышения энергоемкости свинцового аккуму­лятора в результате заливки электролитом, имеющим температуру около 40 °С. Более высокую температуру применять не следует, так как сепараторы из мипласта при температуре 50 °С размят чаются и могут частично коробиться.

Следует помнить, что температура самой батареи перед залив­кой ее электролитом сравнительно мало влияет на температуру после заливки. Это можно объяснить тем, что теплоемкость электро­лита составляет 86—88 % от общей теплоемкости аккумулятора. Использование этого метода в эксплуатации показало, что надеж­ность последующего использования батарей не снижается, время стартерного разряда увеличивается примерно на 1 мин, что доста­точно для обеспечения надежного запуска двигателя при отрица­тельных температурах.

Для легкого пуска двигателя, кроме других требований при безгаражном хранении, необходим разогрев охлажденных аккумуляторных батарей до положительной температуры и создание нормальных условий разряда и заряда непосредственно на автомобиле, находящемся за пределами предприятия, обору­дованного специальными средствами разогрева.

Известны и другие способы разогрева аккумуляторных батарей (подачей тепла от змеевика с горячей водой, расположенного в ниж­ней части контейнера с аккумуляторами; отработавшими газами котла подогревателя или керосиновых ламп, подаваемыми внутрь контейнера с аккумуляторами; электронагревателем, встроенным в корпус аккумулятора; наружным обогревом аккумуляторов.

Техническое состояние батарей и степень их разряженности зависят от

со­блюдения регулировочных параметров регуляторов напряжения и реле обратного тока в реле-регуляторах.