Фесенко В.И. - Электрооборудование промысловых судов - 1983

теля (200-400 А). Поэтому расстояние между электродами де­ лается как можно меньшим, чтобы снизить внутреннее сопротив­

ление аккумулятора. Пластины разделяются сепараторами, ко­

торые предохраняют их от короткого замыкания.

Сепараторы должны быть кислотоупорными и обладать хоро­ шей пористостью с тем, чтобы обеспечить необходимую циркуля­ цию электролита. Они выполняются из микропористого эбонита,

хлорвинила или стекловолокна. Сепараторы из микропористого

эбонита выдерживают температуру до +70 ОС.

Блок пластин с сепараторами помещают в сосуд с призмати­

ческими ребрами-опорами. на дне. Активная масса, выпадающая

из решеток, оседает на дне сосуда между ребрами, не вызывая замыкания пластин. Стартерные батареи состоят из аккумулято­ ров, соединенных последовательно и помещенных в общий бак

Рис. 1. :Кислотный аккумулятор

, - положительная пластина; 2 - призма· тичеСКlIе ребра; 3 - корпус; 4 - отрица­

цательная клемма

с перегородками. Последний выполняется из кислотоупорного ма­ териала и герметически закрывается крышкой, изготовленной из того же материала. Герметичность достигается путем заполнения

специальной мастикой пространства между крышкой 11 баком. Крышка каждого аккумулятора имеет четыре отверстия: два для выводных клемм, одно для заливки электролита (снабжено эбо­ нитовой или резиновой пробкой) и одно для выхода газов. Уплот­

нение между выводными клеммами и крышкой достигается путем

запрессовки свинцовых втулок. При сборке батареи блоки пла­

стин устанавливаются в сосудах так, чтобы отрицательная клемма

одного аккумулятора располагалась против положительной

клеммы соседнего, что сокращает длину перемычек при последо­

вательном соединении аккумуляторов в батарею.

Независимо от числа пластин заряженного кислотного акку­

мулятора напряжение на зажимах элемента равно 2 В. Вели­

чина напряжения определяется главным образом концентрацией

электролита, т. е. процентным содержанием серной кислоты

в воде. О концентрации электролита судят по его плотности, ко­

торая зависит от температуры электролита и состояния заряда

батареи. В полностью заряженном кислотном аккумуляторе

активная масса положительных пластин состоит из перекиси

9

свинца РЬ02, а отрицательных - из чистого губчатого свинца

РЬ. В процессе разряда активная масса на обеих пластинах за

счет поглощения серной кислоты из электролита превращается

в сульфат свинца РЬСОА• При разряде выделяется вода, и плот­ ность электролита уменьшает~я. При заряде происходят обрат­

ные процессы, т. е. выделяется серная кислота, а из электролита поглощается вода, в результате чего плотность электролита уве­

личивается.

Об окончании заряда можно судить по повышению темпера­

туры электролита и «кипению» аккумулятора, сопровождающе­

муся разложением воды и выделением водорода.

В зависимости от климатических условий и состояния заряда

плотность электролита кислотных батарей колеблется в преде­ лах от 1,1 до 1,32 г/см3• Напряжение одного аккумулятора изме­

няется соответственно от 1,94 до 2,16 В.

Емкость кислотного аккумулятора зависит от количества и

качества активной массы пластин, значения разрядного тока,

температуры и плотности электролита. Чем больше разрядный ток, тем меньшая часть активной массы успевает вступить в реакцию, и, следовательно, емкость падает. С понижением тем­

пературы или плотности электролита емкость аккумулятора также

уменьшается.

В табл. 1 и 2 приведены основные характеристии ак)~умуля­ торных батарей. Разрядный ток в стартерном режиме равен

утроенному числовому значению номинальн(')й емкости.

электростартеров и сети освеuцения.

10

ряда, ОС.

§ 3. Щепочные аккумупяторы

Щелочные аккумуляторы на судах применяются в основном

для питания схем сигнализации, телефонии, радиооборудования

и аварийного освещения. Разработанные в последнее время бата­

реи с малым внутренним сопротивлением позволяют ИСПО.'1Ьзо­

вать их и в качестве стартерных.

В щелочных аккумуляторах материалами электродов служат никель и кадм,иЙ. Электролитом является раствор едкого калия КОН. Активная масса положительных электродов (пластин)

уразряженного аккумулятора состоит из гидрата закиси никеля

Ni (ОН) 2 с добавлением чешуйчатого графита.

Активная масса отрицательных электродов (пластин) в этом

случае состоит из ридрата окиси кадмия Cd(OH)2 с добавлением гидрата закиси железа Ре(ОН)2' При заряде окисляется актив­

пая масса положительных пластин, и гидрат закиси никеля пере­

ходит в гидрат окиси никеля Ni (ОН)З. Активная масса отрица­ тельных пластин .при этом вновь образует соединение металличе­ ских кадмия и железа CdFe в губчатом состоянии. В режиме

разряда процесс протекает в обратном порядке.

11

Рассмотрим устройство щелочного железоникелевого аккуму­ лятора, применяемого в качестве стартерного. Он представляет собой железный сосуд прямоугольной формы, В который встав­ лены две группы отрицательных и положительных пластин. Отри­

цате.1Ыiые пластины вставляются между положительными, по­

этому последних должно быть н-а одну больше. Между пласти­ нами прокладываются также эбонитовые палочки, заменяющие

сепаратор. Крайние положительные пластины примыкают к стен­

кам сосуда, который вследствие этого становится положителыlмм полюсом. Каждая пластина в виде рамки изготовляется из нике­ лированного железа. В нее вставляются пакеты, набранные из стальных никелированных трубок с большим количеством отвер­ стий. Таким образом, поверхность пластин имеет вид сетки, обес­ печивающей свободный доступ электролита к активной массе. В пакет отрицательных пластин запрессовывается активная масса

из ПОР9шка химически чистого железа Ре, а в пакет положитель­ ных - гидрат окиси никеля Ni (ОН) 3 в смеси с графитом. Сверху

ксосуду приваривается железная крышка с тремя отверстиями:

ных aI{КУМУЛЯТОрОВ между ними оставляются промежутки.

Емкость щелочных аккумуляторов зависит главным образом от количеС'I:ва активной массы пластин и температуры электро­ лита и совсем незначительно - от рязрядного тока. С повышением

температуры емкость увеличивается, но при температуре электро,

лита более +40 ос аккумулятор теряет большую часть емкости.

ряде аккумулятора восстанаВЛИl~ается первоначальный состав

активных масс. В обоих случаях плотность электролита остается

постоянной. Напряжение щелочного аккумулятора в заряженном

состоянии не зависит от плотности электролита и в средн_еll1

равно 1,25 В. Уменьшение содержания чистого железа и гидрата

окиси никеля приводит к ·снижению напряжения на зажимах

аккумулятора, предельно допустимое значение которого в щелоч­

кая стоимость перечисленных выше типов аккумуляторов застав­

ляют искать новые пути решения вопроса аккумулирования элек­

трической энергии. В последние годы начали разрабатывать новые

типы аккумуляторов: цинко-воздушный, литий-никелевый, пат­

риево-сернистый, серебряно-цинковый.

12

Т а б л и ц а 3. Технические характеристики щелочных аккумуляторных батарей

дорогостоящие материалы, обладает удельной' энергиеи около

200 Вт· ч/кг. В нем предусмотрено перемешивание электролита, обеспечивающее ускорение процесса заряда.

Литий-никелевый аккумулятор имеет удельную энергию при­

мерно 250 Вт· ч/кг. Его недостаток - малый ток разряда. для

увеличения тока разряда в· целях использования в стартерном

режиме намечается объедиинть этот аккумулятор с никель-кад­

миевым.

Натриево-сернистый аккумулятор обладает удельной энергией

около 375 Вт· ч/кг. В нем применяется твердый электролит. В ка­

честве реагента выбрана сера. Трудности в создании этого акку­ мулятора обусловлены тем, что в рабочем состоянии сера и нат­

рий должны находиться при температуре 300 ОС.

Серебряно-цинковый аккумулятор по сравнению с кислотными имеет меньшие массу и габариты. Активным веществом положи­

тельных электродов в нем служит окись серебра, а отрицатель­ ных -'пористый цинк. В качестве электролита применяется вод,

ный раствор едкого кали с плотностЬ'ю 1,4 г/смЗ, который не у.ча­

ствует в электрохимических реакциях.

13

Рабочее напряжение серебряно-цинковых аккумуляторов со­

ставляет 1,5-1,6 В на один элемент, а их зарядное напряжение

соответственно не должно превышать 2,1 В. Эти аккумуляторы

хорошо работают в режиме низких температур. Так, при -темпе­

ратуре -120 ос емкость аккумулятора составляет 40 % номиналь­ ной емкости. Кроме того, эти аккумуляторы обладают способ­ ностью быстрого заряда и хорошими стартерными свойствами. Их недостаток - небольшой срок службы и высокая стоимость.

Удельная энергия серебряно-цинкового аккумулятора достигает

480 Вт· ч/кг.

§ 4. Зарядка и эксппуатация аккумупяторных батаре"

Впроцессе эксплуатации аккумуляторных батарей необхо­

димо обеспечивать нормальные режимы разряда и заряда.

С целью исключения чрезмерного разряда батарей необходимо следить за напряжением и плотностью электролита. НаиБО:!lее

точно степень разряженности батареи можно определить, срав­

нивая плотности электролита в заряженном состоянии батареи,

.предшествующем данному режиму разряда, и в момент контроля.

При этом необходимо иметь в виду, что ареометр дает правиль­

ные показания лишь при температуре 20 0с. Поэтому наряду

с измерением плотности необходимо определить температуру 11 ввести в показания ареометра температурную поправку. Если температура электролита превышает 20 ос, то поправку к пока­

заниям ареометра надо прибавить, в противном случае - вычесть.

Можно считать, что понижение плотности электролита. в акку­

муляторе на 0,01 соответствует разряду аккумулятора на 6,25 %. В табл. 4 приведены поправки к показаниям ареометра в зави­

симости от температуры электролита.

т а б JI И Ц а 4. Поправки к показаниям ареометра в зависимости

от температуры электролита

Определить разряженность аккумуляторной батареи можно и путем изменения напряжения разряда. Значения напряжения одного элемента батареи в конце разряда при нагрузке прпве­

дены ниже:

14

Первую зарядку аккумуляторной батареи можно производить

при незаряженных пластинах через 4-6 ч после заливки, а при

заряженных - через 3 ч. Продолжительность зарядки зависит от

времени хранения батареи и составляет 25-30 ч для батарей

с незаряженными пластинами и 5-8 ч - для батарей с сухоза­

ряженными.

Зарядку аккумуляторов оtуществляют от машин постоянного

тока пли выпрямителей. Предварительно должны быть доведены до нормы уровень и плотность электролита. Включение батарей на зарядку производится с соблюдением полярности, т. е. поло­

жительная клемма батареи подключается к положительному

полюсу источника, а отрицательная - к отрицательному. Поляр­ ность кислотной батареи при отсутствии обозначений можно оп­ ределить по внешнему виду клемм: диаметр положительной 'клеммы больше, чем отрицательной.

Стартерные батареи обычно заряжаются в две ступени. На

второй ступени значение зарядного тока снижается вдвое по

сравнению с первой. Заряд на первой ступени длится до дости­ ж~ния напряжения 2,4 В на каждый аккумулятор, т. е. до на­ чала «кипения», а на второй - до полного заряда. Судить об

окончании последнего можно по постоянству в течение 2 ч на­

пряжения и плотности электролита. Зарядный ток на первой

ступени ограничивается температурой электролита, которая не

должна превышать 45 ос дЛЯ кислотных батарей и 40 ос для ще­ лочных. Его значение определяется из выражения l = 0;1.Q20 (Q20 - емкость 20-часщюго режима. разряда). НеоБХОДИМQСТЬ

уменьшения зарядного тока на второй ступени вызвана тем, что

интенсивное газовыделение - «кипение»- разрушает активную

массу положительных пластин.

Значение зарядного тока на первой и второй ступенях при первом заряде новой батареи берется в два раза меньшим по

сравнению с током батарей, бывших в эксплуатации. Это объяс­

няется тем, что новая батарея всегда частично сульфатирована. С у л ь Ф а т а Ц и я - образование крупных кристаллов суль­

фата свинца, которые покрывают ЭЛе'ктроды кислотного аккуму­ лятора, затрудняя доступ электролита внутрь пластин. Это явле­

ние наблюдается и при частых разрядах батарей ниже допусти­

мых значений напряжения.

Сульфатации способствуют повышенная плотность, колебания

температуры, загрязнение и недостаточный уровень электролита.

15

При незначительной сульфатации пластин ее можно устранить длительным зарядом пониженным током при слабом электролите

(плотностью 1,04-1,06 г/см3 ). При значительной сульфатации

батарея к работе непригодна.

Для предупреждения сульфатации батарею сле,цует поддер­

живать в полностью заряженном 'состоянии и при этом нужно

следить за тем, чтобы уровень электролита был на 12-15 мм

выше кромок пластин. '

Электролит кислотных аккумуляторов приготовляется из хи­

мически чистой серной кислоты и дистиллированной воды. Можно пользоваться дождевой или полученной от таяния снега водой. Нельзя применять техническую серную кислоту, а также воду из

естественных источников или хлорированную.

Для приготовления электролита следует применять чистую

стеклянную, фаянсовую или эбонитовую посуду. Серную кислоту

растворяют путем вливания ее тонкой струйкой в воду, а не на­

оборот. В последнем случае, поскольку происходит реакция с вы­

делением большого количества тепла, вода будет моментально испаряться, разбрызгивая кислоту. Плотность электролита стар­ терных кислотных батарей устанавливается в соответствии с за­ водской инструкцией.

После первой зарядки батарею следует разрядить током, соответствующим 10-часовому режиму разряда. Если при этом

батарея отдает около 90 % своей номинальной емкости, то ее можно считать готовой к эксплуатации. Если этой емкости бата­

рея не отдает, то следует провести еще несколько циююв (обычно

три-четыре) заряда-разряда. Если при первом заряде уровень

электролита понизился, то в электролит следует добавить дистил­

лированную воду.

Плотность "электролита в конце заряда, отнесенная к 15 ОС, должна быть 1,28-1,29 г/см3 . Если плотность ниже нормальной,

вплохо отапливаемых помещениях плотность электролита в конце

зарядки должна соответствовать указанным ниже значениям,

г/см3 :

:Крайние северные районы с температурой ниже 35 ос . . . . . 1,31

За срок службы кислотных аккумуляторов допускается не ме­

нее 200 циклов заряда-разряда.

16

Аккумуляторы, хранящиеся с залитым в них электролитом менее одного года, вводятся в эксплуатацию без его замены; при

более продолжительном хранении элеКТР<JЛИТ необходимо заме­

нить. Окончание заряда определяется по напряжению (1,9-2,0 В на элемент) и установившейся плотности электролита.

Электролитом в щелочных аккумуляторах может служить

также раствор едкого натра. Для приготовления электролита

рекомендуется применять готовые составные щелочи в твердом

или жидком виде, которые пред<;тавляют собой либо смесь едких лития и кали, либо смесь едких лития и натра.

На судах аккумуляторные батареи устанавливаются в спе­

подключение подводимых проводов и заливку электролита.

Стеллажи и аккумуляторные ящики покрываются кислотостой­ ким (для .кислотных батарей) или щелочестойким (для щелоч­ ных батарей) лаком. Не допускается установка кислотных и ще­

лочных батарей в одном 'помещении, так как их пары оказывают

взаимное разрушающее действие.

Аккумуляторные помещения должны оборудоваться вытяжной

вентиляцией для удаления испарений, выделяющихся при заряде батарей, так как водород с кислородом воздуха может образо­

вать взрывоопасную смесь - гремучий газ. Аккумуляторы на

современных судах применяются для питания ряда важных по­

требителей, поэтому их надежная работа является непременным условием безопасности мореплавания.

Безотказность работы аккумуляторов зависит от их правиль­ ной технической эксплуатации. Подробно правила технической эксплуатации аккумуляторных батарей приводятся в инструкциях

заводов-изготовителей и регламентируются правилами техниче­

ской эксплуатации судового электрооборудования.

Глава 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНbI ПОСТОЯННОГО ТОКА

§ 5. Общие сведения по судовому эпектрооборудованиlO

Судовое электрооборудование размещается в помеще­ пиях, которые согласно Правилам Регистра СССР делятся на сухие, с повышенной влажностью, влажные, особо сырые, зали­

ваемые водой, затопляемые, опасные и взрывоопасные.

К с у х и м п о м е Щ е н и я м относятся общественные, жилые,

закрытые помещения, рулевые, штурманские, радио- и трансля­

ционные рубки, специальные электротехнические помещения и ряд других служебных помещений, а также относящиеся к ним коридоры, вестибюли, тамбуры и трапы.

П о м е Щ е н и я с п о в ы ш е н н о й в л а ж н о с т-ь ю - это

помещения аварийных дизель-генераторов и пожарных насосов,

18