Аккумуляторы

3.3.1. Химические источники электроэнергии

Электрический аккумулятор - это химический источник электроэнергии. Его действие основано на обратимых электрохимиче­ских процессах.

Аккумулятор заряжается от зарядного устройств, превращая электрическую энергию в химическую, которая накаплива­ется в аккумуляторе. При подключении к аккумулятору приемника электроэнергии, аккумулятор разряжается, т. е. химиче­ская энергия вновь превращаться в электрическую.

На судах в качестве аварийных источников питания используются кислотные и щелочные аккумуляторы. Они резервируют электроэнергию на случай отключения генераторов, обеспечивая при этом сети энергией сети аварийного освещения, радиосвязи и телефонии, аварийного питания систем дистанционного управления движительной установкой, рулевого управления и станцией сигнальных огней; систем автоматики и сигнализации, а также для стартерного пуска дизелей.

Основными параметрами аккумуляторов являются ЭДС, внутреннее сопротивление, напряжение, ёмкость, энергия и отдача.

Емкость С аккумулятора это количество электричества, которое может дать полностью заряженный аккумулятор при разряде неизмен­ным током определенного значения до конечного напряжения:

С = I t ,

где I - ток разряда, А; t - продолжительность разряда, ч.

Емкость аккумулятора зависит от количества активной массы и конструкции пластин, количества и концентрации электролита, темпе­ратуры, степени изношенности аккумулятора, наличия примесей в электролите и многих других факторов.

Размеры аккумуляторной батареи определяются напряжением и ёмкостью. Для повышения напряжения отдельные аккумуляторы соединяются в батареи последовательно, для увеличения ёмкости – параллельно.

Заряженный аккумулятор подвержен саморазряду в результате протекающих побочных реакций, утечек тока через корпус и т. д., поэтому аккумуляторы периодически следует подзаряжать.

Гальванические элементы отличаются от аккумулято­ров необратимостью электрохимического процесса разряда (являются устройствами 1-разового использования).

Постоянная готовность ГЭ к работе позволяет применять их в переносных радиоустройствах, комбинированных измерительных приборах, электрических фонарях и спасательных средствах.

3.3.2. Кислотные аккумуляторы

Кислотный аккумулятор (рис. 3.2) состоит из эбонито­вого или пластмассового корпуса 5, отрицательных 1 и положительных 4 пластин, собранных с помощью соединительных мостиков (бареток) 3 в полублоки, и электролита, в который погружены пластины.

С по­мощью борнов 2 (полюсных выводов) и межэлементных соединений (перемычек) 6 блоки пластин соединяют в электрическую цепь. Для изоляции разноименных пластин в аккумуляторе применяют сепара­торы из различных пластмасс, на крышках аккумулятора устанавли­вают вывинчивающиеся пробки 7, в нижней части пластины опираются на изоляционные призмы 8.

Рисунок 3.2. Кислотный аккумулятор: а – пластины; б – общий вид

Положительные и отрицательные пластины отливают в виде реше­ток из химически чистого свинца с 5-10 %-ной присадкой сурьмы. Решетки пластин заполняют активными массами: активная масса положительных пластин состоит из свинцового сурика Рb0₂ и сульфата аммония, отрицательных - из свинцового глета (губчатый свинец) с добавлением сернокислого бария. Отрицательные пластины механи­чески более прочны, поэтому в блоке их на одну больше, они распола­гаются с обеих сторон.

Электролитом служит раствор химически чистой серной кислоты в дистиллированной воде. Основной характеристикой электролита является плотность. Для кислотных аккумуляторов плотность устанавливается в пределах 1,2 – 1,35 г/см³ .

Среднее рабочее напряжение заряженного аккумулятора равно 2В.. При разряде напряжение падает до 1,7В, что соответствует концом нормального разряда. При дальнейшем снижении напряжения пластины могут засульфатироваться, что может привести к глубокому разряду и выходу аккумулятора из строя. Следует учитывать, что саморазряд кислотных аккумуляторов составляет до 1,5% в сутки.

Кислотные аккумулятора используются на судах для обеспечения стартерного пуска дизелей, так как они имеют малое внутреннее сопротивление и способны обеспечить большой разрядный ток. При работе со стартером АБ разряжается током 300-400 А за короткое время. Стартерный режим при температуре 30ºС может длиться не более 5,5 мин, а при температуре -18ºС - всего 2 мин. Полную емкость аккумулятор, конечно, не отдает, но его напряжение понижается до 1,5В. Желательно держать аккумулятор всегда заряженным. Конец заряда определяют по обильному ­выделению газа ("кипению"), а также по постоянству напряжения и плот­ности электролита в течение последних 2 ч заряда.

Электролит для кислотный аккумуляторов приготовляют в чистой стеклянной, фарфоровой, эбонитовой или эмалированной посуде. В воду осторожно вливают кислоту, размешивая раствор стеклянной или эбонитовой палочкой. Раствору нужно дать остыть до температуры 25ºС. Обычно плотность электролита предварительно устанавливают 1,4 г/см , затем перед заливкой в аккумулятор плотность доводят до нормы.

При вводе в эксплуатацию новых АБ после заливки электролита в течение 3-6 ч дают возможность активной массе пластин хорошо про­питаться, проверяют уровень электролита в банках и заряжают током, несколько меньшим 10 % емкости. Через каждый час проверяют темпе­ратуру и плотность. В случае нагрева выше 45º С прекращают заряд и охлаждают АБ до 35ºС.

Батареи кислотных аккумуляторы имеют маркировку:

- первая цифра показывает число аккумуляторов в батарее;

- буквы обозначают назначение батареи - СТ – стартерная;

- цифры после букв – номинальная емкость при 20-часовом режиме разряда в ампер-часах.

После обозначения типа батареи указываются буквы, обозначающие:

- материал моноблока (корпуса): Э – эбонит, П – пластмасса, Т – термопласт К- керамика;

- материал сепараторов: М – мипласт; Р – мипор;

Обозначение исполнения батарей состоит из букв А или Н, которые означают следующее: А – с общей крышкой; Н – несухозаряженная.

3.3.3. Щелочные аккумуляторы

Щелочные кадмиево-никелевые и железоникелевые аккумуля­торы используются для питания низковольтных устройств (они одинаковы по конструк­ции и составу электролита).

Корпус 9 щелочного аккуму­лятора (рис. 3.3) изготовляют сварным из листовой стали, покрытой никелем.

Гидрат окиси никеля Ni(ОН)₃ служит активной массой положи­тельных пластин щелочных акку­муляторов обоих типов.

Активная масса отрицательных пластин у кадмиево-никелевых аккумулято­ров состоит 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.

У кадмиево-никелевых аккумуляторов крайние пластины всегда положительные, у железоникелевых отрицательные.

При сборе в батарею аккумуляторы монтируют на изоляционных прокладках в общем деревянном или пластмассовом ящике и надежно изолируют от корпуса судна.

Электролитом служит раствор едкого кали КОН или натра NaOН в дистиллированной воде плотностью 1,19-1,21 г/см³ с небольшой добавкой едкого лития, который увеличивает срок службы аккумуляторов в 2-2,5 раза.

1 – активная масса; 2 – палочки распорные эбонитовые; 3 – ламель-футляр; 4 – положительные пластины; 5 – вывод; 6 – пробка; 7 – вывод; 8 – крышка стальная; 9 – корпус аккумулятора; 10 – баретки (соединительные мостики); 11 – отрицательные пластины; 12 – контактные пластины; 13 – эбонитовые пластины; 14 – стойки.

Рисунок 3.3. Устройство щелочного аккумулятора

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 электролита и температуры эксплуатации).

Напряжение заряженного аккумулятора составляет 1,25 В, разряжают его до напряжения не ниже 1,1 В.

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.

Батареи щелочных аккумуляторов имеют следующую маркировку.

Обозначение типа состоит из цифр и букв, которые означают следующее:

- 5, 10, 32 или 64 – число последовательно соединенных аккумуляторов (банок);

- КН – кадмиево-никелевая;

- ЖН – железоникелевая;

- цифры после букв – номинальная емкость при 20-часовом режиме разряда, А-ч.

Обозначение исполнениясостоит из букв, которые обозначают следующее:

- Б – безламельная.

Для приготовления электролита пригодна дождевая и питьевая вода. После растворения 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.

Работа при повышенных токах, низком уровне электролита и наличии неплотностей на выводах может, вызвать перегрев аккумулятора.

При КЗ, утечках тока и накоплении осадков аккумулятор может иметь пониженное напряжение.

4.4. Выбор и размещение аккумуляторов, техника безопасности при обслуживании

Тип аккумуляторов, их количество и пара­метры определяются их назначением на судне.

Для увеличения напря­жения АБ соединяют последовательно, для обеспечения режимов работы с большими токами - параллельно.

Разрядная емкость (А-ч) аккумуляторной батареи для сетей освещения и сигнализации

С = РТ / U,

где Р - потребляемая мощность, Вт; Т - длительность электро­снабжения, ч; U- номинальное напряжение батареи, В.

Для питания электростартеров устанавливают две АБ, причем емкости одной из них должно хватать на 6 пусков длительностью 5 с.

Емкость (А-ч) одной стартерной батареи

С =1 пt ,

где 1 - ток стартера (принимается равным 400 А); n - число пусков;

t - длительность пуска, ч.

Учитывая ухудшение свойств аккумуляторов в процессе эксплуа­тации, их расчетную емкость несколько увеличивают.

Аккумуляторные батареи малого аварийного освещения, связи, пожарной и аварийной сигнализации размещают в специальных поме­щениях выше палубы переборок, вне шахты МО, с выходом на откры­тую палубу.

Батареи другого назначения мощностью более 2 кВт или напряжением выше безопасного размещают в аналогичном помещении или на открытых палубах в аккумуляторных ящиках.

При мощности 0,2-2 кВт АБ устанавливают в ящиках, внутри корпуса судна (кроме жилых помещений), а при мощности менее 0,2 кВт - в таких же поме­щениях без специальных ящиков.

Совместная установка щелочных и кислотных АБ недопустима.

Аккумуляторы размещают на стеллажах, их надежно закрепляют.

Для вентиляции воздухом со всех сторон аккумулятора должен быть обеспечен зазор не менее 15 мм.

Во время работы АБ могут выделять взрывоопасный газ, поэтому аккумуляторные помещения, шкафы и ящики оборудуют приточно-вытяжной вентиляцией.

Через аккумуляторные помещения не прокла­дывают транзитные кабели и трубопроводы, в них устанавливают взрывобезопасные светильники с вынесенными наружу выключате­лями.

При снижении температуры ниже 5ºС помещения отапливают паровыми грелками. Установка электрических грелок запрещена.

Так как в аккумуляторе имеются химиче­ски опасные вещества и в процессе работы выделяются взрывоопасные газы, технике безопасности следует уделять особое внимание.

Серная кислота, попавшая на кожу, вызывает ожоги, а ее пары, попадая в дыхательные пути, вызывают раздражение или ожог слизистой оболоч­ки.

Попавшую на кожу кислоту или электролит нейтрализуют 5 %-ным водным раствором соды или 10 %-ным водным раствором нашатырного спирта.

Попадание щелочи на кожу или слизистую оболочку вызывает разрушение ткани (появление язв). Особо опасно попадание даже малых количеств щелочи в глаза.

Попавшую на кожу или в глаза, щелочь удаляют путем промывания раствором борной кислоты (10%-ный - для кожи, 2 %-ный - для глаз) и большим количеством воды, после чего необходимо обратиться к врачу.

Во время работы с электролитами нужно пользоваться специаль­ной одеждой: шерстяной костюм, резиновый фартук, очки, перчатки, сапоги.

Необходимо соблюдать особую осторожность при разливе кислоты и дроблении щелочи.

Все работы, связанные с монтажом или демонтажем, можно прово­дить только при отключенных АБ, а если применяется пайка или газовая резка, то АБ следует разрядить и хорошо проветрить помеще­ние.

Пользоваться металлическим инструментом надо с большой осторожностью, так как оставленные на аккумуляторе металлические предметы могут вызвать КЗ и взрыв.

Контрольные вопросы

1. Типы генераторных агрегатов и их сравнительная оценка.

2. Разновидности генераторов постоянного тока и область их использования.

3. Сравнение эксплуатационных качеств генераторов постоянного тока по их внешним характеристикам.

4. Принцип действия генератора постоянного тока независимого возбуждения.

5. Условия самовозбуждения генераторов постоянного тока.

6. Принцип действия синхронных генераторов с различными способами возбуждения.

7. Назначение аккумуляторов

8. Конструкция кислотных аккумуляторов.

9.Особенности эксплуатации кислотных аккумуляторов

10. Конструкция щелочных аккумуляторов

11.Особенности режима эксплуатации щелочных аккумуляторов.

12.Требования по размещению аккумуляторов.

13. Меры безопасности при работе с аккумуляторами.

14. Особенности приготовления электролита.

15. Особенности эксплуатации при переменных температурных условиях.