книги из ГПНТБ / Жильцов П.Н. Пособие электромеханику электрической централизации

Г Л А В А

5

АККУМУЛЯТОРЫ

1. Общие сведения

Электрическим аккумулятором называют химический источник постоянного тока, который обладает способностью накапливать (акку­ мулировать) электрическую энергию и отдавать ее по мере надобности.

В устройствах СЦБ в качестве резервных источников тока исполь­ зуются в основном кислотные свинцовые аккумуляторы двух видов: стационарные в открытом исполнении типов С и СК, применяемые при центральном питании устройств и устанавливаемые на посту централи­ зации; автоблокировочные закрытые типов АБН-72 и АБН-80, при­ меняемые при местном питании устройств и устанавливаемые в релей­ ных будках, батарейных шкафах и колодцах.

Кислотный аккумулятор в простейшем виде представляет собой две свинцовые пластины, погруженные в сосуд с раствором серной кислоты. Свинцовые пластины РЬ под действием серной кислоты H2S04 покры­ ваются слоем сернокислого свинца PbS04, при этом выделяется водо­ род Н:

РЬ + H2S04 = PbS04 + Н2, что соответствует разряженному состоянию аккумулятора (рис. 76, а).

Для создания необходимой электродвижущей силы (э. д. с.) акку­ мулятор заряжают, пропуская постоянный ток через его свинцовые пластины (электроды). Протекание тока через раствор серной кислоты (электролит) сопровождается ее электролизом. При этом на пластину, соединенную с плюсом источника тока, действует выделяющийся при электролизе кислотный остаток S04, который совместно с водой Н20 образует перекись свинца РЬ02 и серную кислоту H2S04 : PbS04 -f- + S04 + 2Н20 = Pb02 + 2H2S04.

На пластине, соединенной с отрицательным полюсом источника, водород восстанавливает свинец, образуя также серную кислоту

PbS04 + Н2 = РЬ + H2S04,

что соответствует заряженному состоянию аккумулятора (рис. 76, б). При этом изменяется цвет пластин: положительная приобретает темнокоричневый цвет (перекись свинца), а отрицательная становится светло­ серой (губчатый свинец).

Процесс заряда будет происходить до тех пор, пока на пластинах находится сернокислый свинец. Когда же он полностью превратится в перекись свинца на положительной пластине и в чистый свинец на

108

отрицательной, дальнейшее про­ хождение тока не будет вызывать изменения химического состояния пластин, а будет разлагать воду электролита на ее составные части, причем кислород будет выделяться на положительной пластине, а во­ дород на отрицательной. Аккуму­ лятор будет «кипеть», что будет указывать на окончание заряда. При заряде количество воды

в растворе уменьшается, плотность же электролита увеличивается. При разряде аккумулятора ток внутри него идет от губчатого свин­ ца к перекиси свинца. На отрицательной пластине происходит соедине­ ние свинца с кислотным остатком, в результате чего образуется серно­

кислый свинец

Pb + S04 = PbS04.

Выделяющийся на положительной пластине водород восстанавли­ вает перекись свинца в окись свинца, которая в присутствии серной кислоты переходит в сернокислый свинец

РЬ02 + Н2 + H2S04 = PbS04 + 2Н20.

Во время разряда благодаря образованию воды плотность электро­ лита уменьшается.

Химический процесс, происходящий в кислотно-свинцовом акку­ муляторе, можно выразить формулой

2PbS04 + 2Н20 = РЬ02 + Pb + 2H2S04.

Направление реакции слева направо соответствует заряду, а обрат­ ное направление — разряду.

Нормальная работа аккумулятора связана с качеством и плотностью электролита. Электролит приготовляют из аккумуляторной серной

109

нистую жидкость с удельным весом 1,84, и дистиллированной воды (ГОСТ 6709—53); не допускается пользоваться водой другого каче­ ства (водопроводной, речной, дождевой и пр.). Для получения электролита необходимой плотности пользуются данными табл. 21.

Электролит приготовляют в стойком против действия серной кислоты сосуде — керамиче­ ском, эбонитовом или свинцовом. Сначала в сосуд вливают дистиллированную воду, а за­ тем тонкой струей кислоту, перемешивая ра­ створ стеклянной или эбонитовой палочкой (при смешивании раствор сильно нагревается). Температура электролита, заливаемого в ак­ кумуляторы, должна быть не ниже 15° С и не выше 25° С, а в жарких районах — не выше 35°С. Плотность электролита измеряют арео­ метром (рис. 77,а), который представляет собой

запаянную с обеих сторон стеклянную трубку. В нижней части трубки находится дробь, а в вёрхней — бумажная шкала. Опущен­ ный в электролит ареометр по делению шкалы, которое находится на уровне раствора, будет показывать плотность электролита.

При закрытых аккумуляторах электролит при помощи сифона на­ бирают из аккумулятора в мензурку, в которую и опускают ареометр. Применяют также сифоноареометры (рис. 77, б).

С электролитом надо обращаться осторожно, так как он вызывает сильные ожоги и разрушает как деревянные, так и металлические ча­ сти, на которые он попадает: стеллажи, провода, кронштейны и пр.

Брать серную кислоту из большой бутыли, наклоняя ее над банкой или другой посудой, в которую наливают кислоту, неудобно и опасно. Поэтому для переливания кислоты из бутылей в другие сосуды поль­ зуются сифонным и насосным способами. При сифонном способе бутыль нужно устанавливать выше сосуда, в который надо слить кислоту. При насосном способе горло бутыли закрывают резиновой пробкой, сквозь которую пропускают две стеклянные трубки: одну короткую, дру­ гую длинную, доходящую почти до дна бутыли. Короткую трубку соеди­ няют резиновым шлангом с автомобильным или ручным насосом; на­ качивая воздух в бутыль, заставляют кислоту выливаться через другую трубку, соединенную резиновым шлангом с сосудом, в который надо набрать кислоту.

2. Стационарные аккумуляторы типов С и СК

Стационарные аккумуляторы типа С предназначены для продолжи­ тельных режимов разряда, а типа СК — для коротких и отличаются от первых только усиленными соединительными полосами.

Аккумулятор типа С или СК состоит (рис. 78) из стеклянного сосуда 3 или деревянного бака, выложенного листовым свинцом; блока поло-

110

жительных пластин 5 поверхностного типа, изготовляемых из литого свинца ребристой формы и покрытых перекисью свинца; блока отрица­ тельных пластин 6 коробчатого типа, представляющих собой свинцо­ вые решетки с ячейками, заполненными активной массой из свинцовой пыли, замешанной на серной кислоте; сепараторов, состоящих из бере­ зовых палочек 1, в прорези которых вставлены листы однослойной бере­ зовой фанеры 2, отжимных пластмассовых пружин 7; электролита. Од­ ноименные пластины соединяются свинцовыми полосами 4. Аккуму­

111

Заряд аккумуляторной батареи. По окончании сборки аккумулято­ ров и соединения их в батарею спайкой свинцовых шин тщательно про­ веряют отсутствие коротких замыканий в них. Затем аккумуляторы за­ ливают электролитом удельным весом 1,18 так, чтобы уровень электро­ лита был выше верхнего края пластин на 10—15 мм. После этого бата­ рею оставляют стоять без заряда в течение 2—4 ч, чтобы пластины про­ питались электролитом и последний в достаточной мере остыл.

Первый заряд новой батареи производится двумя ступенями. В пер­ вой ступени батарею заряжают током, равным 3/4 максимального за­ рядного тока в течение 25 ч. Затем делается один двухчасовой перерыв. Во второй ступени продолжают заряжать батарею током половинной силы до интенсивного выделения газов как на положительных, так и на отрицательных пластинах, после чего заряд прекращают на 1 ч. Затем батарею снова заряжают и так поступают до тех пор, пока напряжение на зажимах аккумуляторов и удельный вес электролита достигнут по­ стоянства и во всех аккумуляторах наступит равномерное «кипение» с обильным газовыделением на пластинах. Общая продолжительность первого заряда батарей 50—60 ч.

Во время заряда не следует допускать повышения температуры электролита свыше 40°С. При превышении указанной температуры необ­ ходимо снизить силу зарядного тока вдвое, соответственно увеличив время заряда.

После окончания первого заряда аккумуляторы разряжают до на­ пряжения 1,8 в на каждом элементе. Последующие заряды аккумуля­ торной батареи проводят током установленной величины. Заряд мож­ но производить меньшим током, но для этого требуется больше времени. В конце заряда следует уменьшить силу зарядного тока примерно на 25—50% во избежание сильного «кипения», вредного для пластин, и непроизводительной траты энергии.

Заряд должен продолжаться до появления усиленного газообразо­ вания и считается законченным при достижении постоянного напряже­ ния в течение 2 ч в пределах 2,7—2,8 в на элемент и плотности электро­ лита в пределах 1,20—1,21.

Во время заряда необходимо наблюдать за одновременным началом и одинаковой интенсивностью газообразования во всех аккумуляторах. Если отдельные аккумуляторы отстают в заряде, их нужно внимательно осмотреть и проверить, не имеют ли они повреждения (например, внут­ реннего короткого замыкания). При обнаружении повреждения его нужно немедленно устранить и принять меры к подзарядке отстающих аккумуляторов. Гарантированную заводом емкость аккумуляторы приобретают после трех описанных выше зарядов—разрядов.

После снятия батареи с заряда через 20—30 мин измеряют напряже­ ние и плотность каждого элемента. Установившееся напряжение должно быть 2,1 в при нормальной плотности электролита, одинаковой во всех элементах. Если в помещении аккумуляторной температура ниже -10° С, то плотность электролита заряженной батареи может быть увеличена на 3—5%.

При заряде батарей в помещении должна работать вентиляция для охлаждения аккумуляторов и удаления водорода и кислорода.

112

Разряд батарей. Максимальная сила разрядного тока батарей не должна превышать значений, указанных в табл. 21. Разряд аккуму­ ляторов следует считать законченным, если напряжение хотя бы на одном из аккумуляторов понизилось до 1,8 в, а плотность электролита соответственно до 1,15—1,17. При этом положительные пластины ста­ новятся бурыми, а отрицательные — темно-серыми. Разряженную батарею нужно сразу же ставить на заряд (во всяком случае не позже чем через одни сутки).

Содержание аккумуляторов. При эксплуатации аккумуляторов в режиме постоянного подзаряда нормальным напряжением аккуму­ лятора должно быть 2,1—2,2 в.

При понижении уровня электролита ниже чем на 10 мм над верхни­ ми кромками пластин заряженные аккумуляторы доливают: при плот­ ности электролита 1,20 и выше— дистиллированной водой, а при плот­ ности электролита ниже 1,20 — раствором серной кислоты плотностью 1,20—1,21. Применять крепкую концентрированную кислоту для на­ полнения или доливки аккумуляторов нельзя.

В процессе эксплуатации необходимо систематически тщательно проверять аккумуляторы. При наружном осмотре проверяют отсутст­ вие в элементах сульфатации и изломов пластин, выкрашивания ак­ тивной массы, а также отсутствие коробления пластин и короткого за­ мыкания между ними, уровень осадка (шлама) и т. д. Надо постоянно следить за тем, чтобы аккумуляторы не были загрязнены какими-либо посторонними веществами и шлам не касался пластин, для чего при­ нимать своевременные меры к его удалению; изолирующие подставки были в исправном состоянии. Образующиеся на соединениях и полюс­ ных зажимах окислы нужно осторожно удалять. Осадок следует удалять при выключении отдельных аккумуляторов с разборкой пластин и про­ мывкой сосуда или же без разборки пластин специальными насосами.

Одновременно с осмотром аккумуляторов протирают банки и сма­ зывают вазелином болтовые соединения, неокрашенные части и про­ вода.

Электрическое состояние аккумуляторов на Московской дороге проверяют при помощи пробника типа АП следующим образом: отклю­ чают переменный ток от выпрямителя; после 20 мин перерыва про­ веряют аккумулятор пробником, предварительно установив на нем шунт, при котором суммарный ток нагрузки и шунта был бы равен Ѵ4 номинальной емкости аккумулятора. Исправным и нормально заряженным считают аккумулятор, напряжение на котором под шун­ том пробника не будет падать ниже 1,85 в.

Кроме аккумуляторов, систематически осматривают вентиляцион­ ные установки в аккумуляторном помещении и при обнаружении дефек­ тов устраняют их.

При всех работах, производимых в аккумуляторном помещении, например, при смазывании и окраске кронштейнов и проводов и т. п. необходимо закрывать аккумуляторы, чтобы в них не попали краска, окислы или какой-либо мусор, которые могут загрязнить электролит или закоротить пластины. Запасные части, сосуды, баки, ареометры, мензурки и т. п. должны содержаться в полной исправности и чистоте.

113

вышедшими из строя, когда отдаваемая ими емкость будет меньше 75% от номинальной.

Приведение аккумуляторов в рабочее состояние. В зависимости от климатического района аккумуляторы заливают различными по плотности растворами аккумуляторной серной кислоты, указанными в табл. 24.

Для заливки одного аккумулятора АБН требуется около 2 л электролита. Для получения электролита плотностью 1,17 на 1 л во­

пробки и снять с них герметизирующие пленки, а у полиэтиленовой пробки — срезать выступ, закрывающий вентиляционное отверстие.

Аккумуляторы АБН-72 заливают так, чтобы уровень электролита на 20—30 мм был выше предохранительного щитка, устанавливаемого на сепараторах. Уровень электролита в аккумуляторах АБН-80 дол­ жен быть выше предохранительного щитка на 30—40 мм.

115

Проверку уровня электролита в аккумуляторах АБН-80 произво­

электролит до упора в предохранительный щиток, зажимают пальцем ее верхний конец, затем трубку приподнимают и по ее заполнению опре­ деляют уровень электролита в аккумуляторе.

Первый заряд. Аккумуляторы ставят на заряд через 3—6 ч после заливки, чтобы пластины успели пропитаться электролитом. Если в те­ чение этого времени уровень электролита несколько понизится, его под­ нимают до нормального, доливая электролит той же плотности. Перед началом заряда проверяют правильность соединения батареи с заряд­ ным агрегатом.

Заряд начинают током силой 9 а и производят его непрерывно в те­ чение 26 ч, после чего делают перерыв на 2 ч. Затем заряд продолжают током силой 4,5 ö в течение 22 ч.

Признаками окончания заряда являются: повышение, напряжения аккумуляторов до 2,6—2,8 в, увеличение плотности электролита до но­ минальной величины (табл. 23), постоянство напряжения и плотности электролита в течение не менее 3 ч.

Если за указанное время заряда не будет достигнута неизменность напряжения и плотности электролита, заряд прерывают на 1 % затем возобновляют его током 4,5 а в течение 3 ч, после чего опять делают перерыв на 1 ч. Такие циклы повторяют до наступления постоянства указанных параметров в течение 3 ч.

Во время заряда надо следить за тем, чтобы температура электроли­ та не превышала 45° С. В необходимых случаях уменьшают силу заряд­ ного тока вдвое или временно прекращают заряд для остывания элек­ тролита до температуры ниже 35° С. Если конечная плотность электро­ лита отличается от нормы, указанной в табл. 23, то доливают аккумуля­ торы дистиллированной водой, когда плотность электролита будет вы­ ше нормы, или электролитом удельного веса 1,4, когда плотность элек­ тролита будет ниже нормы.

Перед доливкой часть электролита из аккумуляторов отбирают при помощи резиновой груши.

Доведение плотности электролита до нормы производят только в кон­ це заряда, когда «кипение» электролита обеспечивает быстрое и полное его перемешивание. При повторении доводки промежуток времени меж­ ду ними должен быть 30—40 мин. Доливку электролита в аккумулято­ ры производят, убедившись в том, что пластины не сульфатированы. Если при заряде обнаружатся аккумуляторы, отстающие в кипении или греющиеся, то их проверяют, нет ли в них короткого замыкания.

Аккумуляторы после первого формовочного заряда подвергаются не менее чем трем тренировочным разряд-зарядам для обеспечения пол­ ной однородности их.

Разряд. Разряд аккумуляторов АБН можно вести силой тока не более 5 а, а при кратковременных нагрузках —не более 20 а, при этом не допускается разряжать аккумулятор ниже 1,8 в. Напряжение изме­ ряют подтоком, так как при отключении нагрузки получаются более высокие значения напряжения.

116