книги из ГПНТБ / Никифоровский Н.Н. Судовые электрические станции учеб. пособие

Кадмиево-никелевые аккумуляторы на судах находят применение для питания средств связи, сигнализации и для других целей.

В табл. 10.2 приведены основные технические данные щелочных ак­ кумуляторов.

Т а б л и ц а 10.2

Основные технические характеристики кадмиево-никелевых аккумуляторов

Сравнивая кислотные и щелочные аккумуляторы между собой, можно отметить следующие их основные особенности.

Достоинства кислотных аккумуляторов по сравнению со щелоч­ ными: большее напряжение на один элемент, более высокий коэффици­ ент полезного действия, меньшая стоимость на единицу мощности, мень­ шее снижение емкости при снижении температуры.

Достоинствами щелочных аккумуляторов являются более высокая механическая прочность, большой срок службы, малый саморазряд.

§10.4. СЕРЕБРЯНО-ЦИНКОВЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ

Внастоящее время разработаны новые серебряно-цинковые акку­ муляторы, имеющие большие весовые преимущества перед свинцовыми. Активным веществом положительных электродов этих аккумуляторов служит окись серебра, отрицательным — пористый цинк. В качестве электролита применяется водный раствор гидрата калия плотностью 1,4, который не принимает участия в электрохимических реакциях ак­

кумулятора. Последние могут быть представлены так: при разряде

2Ag 4- Zn (OH)a -> ... -+■ AgO 4- Zn + H.,0;

при заряде

Напряжение аккумуляторов на один элемент для рабочего состояния составляет 1,5—1,6 в, для зарядного — не должно превосходить 2,1 в.

Серебряно-цинковые аккумуляторы хорошо сохраняют свою ем­ кость при низких температурах: при температуре —20° С она составля-

397'

ет около 40% номинальной емкости, а также обладает способностью весьма быстрого заряда и высокими стартерными свойствами. Недостат­ ком аккумуляторов этого типа является их малый срок службы и высо­ кая стоимость.

§ 10 5. ПРАКТИКА ЗАРЯДА И РАЗРЯДА АККУМУЛЯТОРОВ

Перед вводом новых электрических аккумуляторов в эксплуатацию они должны быть залиты электролитом, плотность которого зависит от типа аккумулятора и условий его эксплуатации. Температура залива­ емого электролита не должна превышать 25° С. Каждый элемент дол­ жен быть залит на 10—15 мм выше верхних кромок пластин. По исте­ чении 3— 1 2 ч после заливки электролита аккумуляторы ставятся на зарядку. Перед началом зарядки температура электролита в аккуму­ ляторах не должна превышать 25—30° С. Одним из способов заряда яв­ ляется заряд при постоянной силе тока. Первый заряд свинцово-кис­ лотных аккумуляторов при вводе их в эксплуатацию производится током около 0 , 8 номинального значения и продолжается до начала обильного газообразования во всех элементах.

Признаком окончании заряда служит установление постоянства напряжения на зажимах аккумулятора и плотности электролита в те­ чение последних 3 ч. Во время заряда аккумуляторов производят конт­ роль их температуры. Если температура приближается к 45° С, то зарядный ток уменьшают вдвое либо аккумуляторы отключают и дают остыть до 30° С, после чего вновь продолжают заряд.

Увеличение температуры аккумуляторов более 45° С недопустимо, так как приводит в резкому снижению их срока службы. Продол­ жительность первого заряда, в зависимости от длительности хранения аккумуляторов до ввода их в эксплуатацию, составляет 25—50 ч. Как правило, к концу первого заряда плотность электролита оказывается отличной от нормальной величины, предусматриваемой инструкцией для данного типа аккумуляторов. В таких случаях ее доводят до но­ минальной величины доливкой дистиллированной воды, если плотность выше номинальной, или раствора серной кислоты с удельным весом 1,4, если она ниже номинальной. Доведение плотности электролита до номинальной производится обязательно в конце заряда, когда она до­ стигает уже неизменной величины и когда бурное газообразование хорошо способствует перемешиванию электролита.

Второй и последующие заряды аккумулятора производятся постоян­ ным током номинальной величины. Как и при первом заряде, оконча­ ние заряда контролируется следующим путем: обильным газообразова­ нием, постоянством в течение последних 3 ч заряда — напряжения и плотности электролита, а также количеством ампер-часов, сообщен­ ных аккумуляторной батарее во время заряда.

Срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов увеличивается, если в конце заряда, во время обильного газообразования, снижать силу зарядного тока. Поэтому заряд свинцово-кислотных аккумулято­ ров целесоооразно производить двумя ступенями; у щелочных же ак­ кумуляторов применяется обычно одноступенчатый заряд. Первая

398

ступень заряда производится при номинальном токе до начала силь­ ного газообразования, вторая ступень начинается обычно при дости­ жении напряжения 2,35—2,4 в на один элемент. Продолжительность заряда током первой ступени составляет около 8 ч. За это время ак­ кумуляторам, если они были полностью разряжены, сообщается около 90% а-ч. Вторая ступень заряда производится током около 0,5 но­ минального значения. Продолжительность заряда этим током состав­ ляет 3—7 ч. При нормальном заряде аккумулятору надо сообщить около 115—120% емкости, полученной от него при предшествовавшем

разряде. Перезаряды аккуму­ ляторов, так же как и недо­ заряды, нежелательны и вред­ ны для свинцово-кислотных аккумуляторов. Аккумулято-

током второй ступени. Напряжение свинцово-кислотных аккуму­ ляторов в конце заряда зависит от силы зарядного тока, темпе­ ратуры электролита, внутреннего сопротивления, наличия в электро­ лите вредных примесей. На рис. 10.8 приведены кривые зависимости конечного напряжения от силы зарядного тока и от температуры электролита.

Щелочные аккумуляторы заряжаются током номинальной величи­ ны до конца заряда. Так же как и кислотные, щелочные аккумуля­ торы не допускают повышения температуры более 45СС. На рис. 10.9 приведена кривая зависимости конечного зарядного напряжения ще­ лочных аккумуляторов от температуры электролита. Признаком окон­ чания заряда щелочных аккумуляторов служит бурное газообразова­ ние, постоянство напряжения в течение последних 3 ч заряда и коли­ чество сообщенных аккумулятору во время заряда ампер-часов.У ще­ лочных аккумуляторов, в отличие от свинцово-кислотных, плотность электролита остается постоянной и потому не может служить призна­ ком окончания заряда.

Свинцово-кислотные аккумуляторы, находящиеся в состоянии нор­ мального разряда, допускают без большого газообразования и пере­ гревов в начале заряда зарядные токи значительно большие, чем ток нормального заряда, без ущерба для их последующего срока службы, так как значительное газообразование и связанный с ним перегрев

399

аккумуляторов начинаются в конце зарядного режима, но при этом конец заряда должен происходить при номинальном токе или меньшем

номинального.

Результаты экспериментальных исследований свинцово-кислотных аккумуляторов показали, что начальный зарядный ток может быть при­ нят, без вреда для них, численно равным ампер-часам, отданным ак­ кумулятором при предшествовавшем разряде. Затем ток должен умень­ шаться так, чтобы его величина всегда была меньше числа ампер-часов,

/ — при постоянном то­ ке; 2 — при постоянном

напряжении

которых аккумулятору недостает до полного заряда («закон амперчасов»).

На рис. 10.10 показана кривая изменения силы зарядного тока, полученная при применении описанного метода.

Режим, близкий описанному, получается при заряде аккумуля­ торов при постоянном зарядном напряжении, которое для свинцово­ кислотных аккумуляторов должно составлять около 2,35 в на один элемент.

Режим заряда при постоянном напряжении может быть применен и для щелочных аккумуляторов. В этом случае напряжение поддержи­ вается на уровне около 2 бна один элемент. Когда зарядные устройства аккумуляторных батарей имеют ограниченную мощность, заряд ак­ кумуляторов может осуществляться сначала при постоянном токе, вели­ чина которого (см. рис. 1 0 .1 1 ) определяется возможностями зарядного устройства, а затем — при постоянном зарядном напряжении.

В ряде случаев аккумуляторные батареи работают в режимах, тре­ бующих непрерывного заряда слабым током (при хранении батарей, заполненных электролитом, и при периодических малых разрядах). Такой заряд обычно ведется малым током, по величине близким к внут­ ренним потерям в аккумуляторах и способным поддерживать батарею полностью заряженной. Режим непрерывного заряда обычно осущест­ вляется при напряжении источника тока на один элемент, равном 2,1—2,2 в для свинцово-кислотных и 1,7—2 в для щелочных аккумуля­ торов.

Разряд свинцово-кислотных аккмуляторов можно вести при значи-

400

тельных токах. Разряд аккумуляторов ниже некоторого, минимального для каждого разрядного тока, напряжения производить не следует, так как это приводит к сокращению срока службы аккумулятора. Не позднее как через 1 2 ч после разряда ааккумуляторы должны ставиться

под заряд.

Хранение свинцово-кислотных аккумуляторов в незаряженном со­ стоянии существенно снижает срок их службы. В отличие от свинцово­ кислотных, щелочные аккумуляторы могут храниться в незаряжен­ ном состоянии и не боятся перезарядов.

§106. ЗАРЯДНЫЕ УСТРОЙСТВА

Всудовых установках зарядка аккумуляторных батарей может про­ изводиться различными способами: от судовой сети постоянного тока через балластный реостат, от судовой сети переменного тока через понижающий трансформатор и полупроводниковые выпрямители, от навешенного на первичный двигатель дизеля зарядного генератора, от специального электромашинного преобразователя. В каждом отдельном случае оказывается наиболее целесообразным выбор той или иной из перечисленных систем зарядки. Зарядка аккумуляторов от судовой сети постоянного тока через балластное сопротивление возможна при наличии сети постоянного тока. Этот способ прост. Он целесообразен тогда, когда сила зярядного тока невелика и напряжение аккумулято­

ров немного меньше напряжения сети, так как в противном случае в реостате расходуется значительное количество электрической энер­ гии, а реостат получается большим.

Способ зарядки от сети переменного тока через понижающий транс­ форматор и полупроводниковые выпрямители прост, надежен, эко­ номичен, так как вторичное напряжение трансформатора может быть выбрано исходя из величины зарядного напряжения, а при применении полупроводниковых кремниевых выпрямителей, коэффициент полез­ ного действия которых достигает 98%, потери в зарядном устройстве весьма невелики. Это способ возможен тогда, когда судовая установ­ ка выполнена на переменном токе. Весьма удобна также зарядка акку­ муляторов от сети переменного тока через индуктивное регулируемое сопротивление.

Отечественная промышленность выпускает селеновые полупровод­ никовые зарядные устройства, основные технические данные которых приведены в табл. 10.3.

Зарядка в установках постоянного тока от зарядного агрегата дви­ гатель—генератор целесообразна тогда, когда мощность аккумулятор­ ных батарей значительна и напряжение батареи существенно ниже напряжения сети.

В зарядных устройствах все более начинают находить применение элементы автоматического управления и регулирования. В качестве примера на рис. 1 0 . 1 2 приведена простейшая схема дроссельного регу­ лирования зарядного тока в функции сообщенных батарее амперчасов при двухступенчатом зарядном режиме. Как видно из этой схемы,

аккумуляторная батарея А получает питание от сети переменного тока

изводится током первой ступени. Счетчик ампер-часов, после того как количество ампер-часов, сообщенных батарее, достигнет задан­ ной величины, произведет размыкание своего контакта С1 и через промежуточное реле РП1 расшунтирует сопротивление в цепи управ­ ления регулируемого дросселя ху; благодаря этому зарядный ток ак­ кумуляторной батареи уменьшится до величины, соответствующей второй ступени заряда.

После того как батарее будет сообщено количество ампер-часов, достаточное для ее полного заряда, счетчик ампер-часов замкнет свой

402

второй, нормально открытый контакт С2, который через промежуточное реле РП2 включает обмотки контактора К- Этот контактор, сработав, отключит от сети зарядное устройство вместе с аккумуляторной бата­ реей.

§ 10.7. МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

Эксплуатация аккумуляторных батарей судовых электрических

обходимо вливать серную кислоту в воду тонкой струйкой, все время перемешивая раствор стеклянной палочкой. Категорически запрещает­ ся вливать воду в кислоту: вода, влитая в кислоту, быстро нагревается, закипает и вместе с кислотой разбрызгивается; при этом возможно попадание брызг в лицо обслуживающего персонала. Работа с кисло­ той должна производиться в защитных очках, резиновых перчатках и кислотостойком костюме; рядом должна находиться бутыль с 5%-ным раствором соды для нейтрализации действия кислоты, попавшей на тело или одежду.

При обслуживании аккумуляторных батарей необходимо пользо­ ваться только электрическими лампами. Категорически запрещается пользоваться открытым огнем, так как последний может вызывать взрыв гремучего газа, скапливающегося под крышками аккумулятор­ ных баков.

При заряде аккумуляторов необходимо надежно закреплять на­ конечники проводов на зажимах, чтобы не могла возникнуть искра и произойти взрыв гремучего газа.

Ремонт аккумуляторных батарей, связанный с применением откры­ того огня и нагревательных приборов, необходимо, производить в от­ дельных, хорошо вентилируемых помещениях.

При заряде и ремонте аккумуляторных батарей нельзя касаться руками лица, необходимо мыть руки с мылом после работы и перед едой, нельзя принимать пищу в спецодежде.

В тех случаях, когда аккумуляторные батареи располагаются в спе­ циальных помещениях, последние должны хорошо вентилироваться во избежание скопления гремучего газа. Электрическая проводка и при­ боры, устанавливаемые в этих помещениях, должны удовлетворять требованиям взрывобезопасности. Установка кислотных и щелочных аккумуляторов в одном помещении не допускается, так как пары кислот разрушают щелочные, а пары щелочей — кислотные аккуму­ ляторы.

Категорически воспрещается курение в помещениях и применение отопительных электрических устройств.

Наиболее опасной при обслуживании щелочных аккумуляторов является операция по приготовлению электролита. При работе как с кислотными, так и со щелочными аккумуляторами надо применять за-

щитные очки, резиновые перчатки, халат и резиновый фартук. Щелочь, попавшая на кожу, может вызвать ожоги.

Твердый едкий калий при дроблении необходимо покрывать чистой тряпкой, чтобы осколки не попадали в глаза, на кожу и одежду. Кусоч­ ки едкого калия следует брать щипцами или пинцетом.

При попадании щелочи на кожу или одежду нужно быстро уда­ лять кусочки щелочи, а затем пораженное место промыть 1 0 ,%-ным

иметь в аккумуляторном помещении.

404

Г л а в а 11

Основные характеристика судовых электрических систем с разным режимом нейтрали

§ 11.1. ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА

Электрический ток, протекающий через тело человека, вызывает физиологическое действие, характер которого определяется величиной тока, продолжительностью его воздействия, родом тока и его частотой.

Подробное изучение воздействия тока привело к заключению, что наиболее опасен для жизни человека переменный ток частотой 50— 60 гц. При токе меньшей или большей частоты опасность поражения снижается.

За безопасную величину переменного тока частотой 50 гц наиболее часто рекомендуют считать ток в 10—30 ма. За безопасную величину постоянного тока принимают 50 ма.

Длительность воздействия тока чрезвычайно существенна глав­ ным образом потому, что с ростом ее электрическое сопротивление тела человека уменьшается и ток, следовательно, растет. При длитель­ ности воздействия не более секунды степень опасности зависит от того, совпадает ли время прохождения тока с наиболее чувствительной к то­ ку фазой работы сердца. Чем короче импульс тока через тело человека, тем больше вероятность несовпадения его с фазой наибольшей чувст­ вительности сердца, тем меньше опасность поражения.

Ток, протекающий через тело человека, естественно, определяет­ ся величиной приложенного напряжения и электрическим сопро­ тивлением тела, которое почти целиком зависит от величины сопро­ тивления поверхностного (рогового) слоя кожи. В зависимости от

За расчетное сопротивление чаще всего принимают 1000 ом. Со­ противление кожи зависит от ее состояния (сопротивление влажной кожи резко падает), величины и плотности контакта с электродами (сопротивление кожи тем меньше, чем больше площадь контакта), величины тока через тело (большой ток сильнее нагревает кожу, уве­ личивает потовыделение, что резко понижает ее сопротивление).

Сопротивление кожи существенно зависит от величины приложен­ ного напряжения. Особенно существенно сопротивление уменьшается прй напряжении 250 в и выше, когда наступает пробой поверхност-

405

ңого (рогового) слоя — основной составляющей электрического со­ противления тела человека.

В связи с тем что электрическое сопротивление человека зависит от целого ряда факторов и колеблется в очень широком диапазоне, определить заранее ток, протекающий через человека почти невозмож­ но. Границу безопасных условий принято поэтому ориентировать на допустимое напряжение, за которое принимают, в зависимости от окружающих условий, 65, 36 и 12 в.

§ 11.2. НАЗНАЧЕНИЕ И ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАЩИТНОГО И РАБОЧЕГО ЗАЗЕМЛЕНИИ

Поражение человека электрическим током чаще всего происходит в результате неосторожного прикосновения к голым незащищенным частям электрических установок, находящимся под напряжением. В установках высокого напряжения поражение может быть и в резуль­ тате приближения к токоведущим частям на расстояние, равное раз­ рядному, что приводит к электрическому пробою среды и возникнове­ нию дуги, замыкающей цепь тока через' человека.

Для предупреждения поражения человека в электрических уста­ новках голые токоведущие части следует обязательно ограждать или закрывать или же располагать в недоступных для прикосновения ме­ стах.

В судовых установках, где прикосновение особенно опасно, спе­ циальное внимание уделякп выбору такого режима работы нейтрали системы, при котором ток, проходящий через человека будет наимень­ шим.

Поражение током человека может явиться результатом порчи изо­ ляции, например, ее естественного старения и появления по этой при­ чине напряжения на кожухах, станинах машин и аппаратов, которые в нормальных условиях не находятся под напряжением. Контроль за состоянием изоляции в эксплуатационных условиях необходим.

Среди мер, уменьшающих опасность поражения в результате появ­ ления напряжения, наибольшее распространение получило защитное заземление. В береговых установках, кроме того, распространено за­ щитное зануление.

Защитным заземлением называется соединение токопроводом с кор­ пусом судна (землей) металлических нетоковедущих частей электри­ ческой установки, могущих в результате повреждения изоляции ока­ заться под напряжением. Корпус судна называют заземлителем. Сово­ купность заземлителя с заземляющим токопроводом называется зазем­ ляющим устройством.

При соединении корпусов аппаратов, машин, приборов и др. с кор­ пусом судна искусственно создается путь току, расположенный парал: лельно телу человека (рис. 11.1). Очевидно, что при этом ток через тело человека, касающегося корпуса поврежденной электрической установ­ ки, уменьшается. Выбирая сопротивление заземляющего устройства ■небольшим, уменьшают ток через тело человека до значения, безопас­ ного для его жизни.

406