Снижение емкости до какого уровня определяет ремонт или замену аккумулятора на судах
Обновлено: 02.05.2024
§ 19. КИСЛОТНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ
Устройство. Аккумуляторные батареи применяют в качестве резервных, аварийных, а иногда — основных источников питания для малого аварийного освещения, средств внутрисудовой связи, радиотехнических средств и сигнализации (телефонной, пожарной). Кроме того, они служат для питания стартеров дизелей.
Батареи являются независимым автономным источником питания, дающим постоянный ток без пульсации и высших гармоник. Их недостатки: необходимость, систематического ухода, частых подзарядок, контроля и замены электролита; низкий к. п. д.; незначительное время действия в режиме разряда; большие стоимость и масса.
В аккумуляторах может запасаться (аккумулироваться) энергия благодаря химическим преобразованиям, происходящим в активных материалах при заряде. Эту энергию можно сохранить в течение некоторого времени и использовать в виде электрического тока. Отдача аккумуляторами электроэнергии происходит посредством химических преобразований, при взаимодействии входящих в состав аккумуляторов активных материалов. Электроды в аккумуляторах должны быть нерастворимыми в электролите.
В электрических установках применяют .кислотные, щелочные, железоникелевые, кадмиево-никелевые и серебряно-цинковые аккумуляторные батареи.
Кислотный аккумулятор состоит из пластин с положительным 4 и отрицательным 1 зарядами (рис. 38, а, б), расположенных в сосуде 5 с электролитом — раствором химически чистой серной кислоты H2S04 в дистиллированной воде.
Сосуды для аккумуляторных батарей могут быть пластмассовыми, эбонитовыми и деревянными. Положительные пластины сделаны из перекиси свинца, а отрицательные — из губчатого металлического свинца.
Рис. 38. Кислотный аккумулятор
Положительные пластины выполняют поверхностными, панцирными и решетчатыми, а отрицательные — коробчатыми и решетчатыми. Поверхностную пластину, отлитую из чистого свинца, изготовляют ребристой. В панцирной пластине несколько трубчатых каналов с прорезями шириной 0,2 мм расположены друг над другом на расстоянии 1,3 мм. В каналах помещаются стержни каркасов, а пространство между стержнями и стенками каналов заполнено активной массой, взаимодействующей с электролитом через прорези. Решетчатую пластину изготовляют из сплава химически чистого свинца с сурьмой. Коробчатая пластина состоит из двух решеток с крупными ячейками, заполненных активной массой.
В сосуде аккумуляторной батареи положительные пластины размещаются между отрицательными. Отрицательных пластин всегда на одну больше, чем положительных. Между ними устанавливают пластинки из эбонита или другого пористого материала (2— выводные зажимы; 3 — соединительный мостик; 6 — межэлементное соединение; 7 — пробка). Пластины опираются на специальные призмы 8, установленные на дне бака. Химические реакции, протекающие в аккумуляторных батареях, обратимы. В процессе разряда кислотных аккумуляторов перекись свинца положительных пластин и губчатый свинец отрицательных переходят в сульфат свинца. При этом на пластинах выделяется сернокислый свинец и уменьшается плотность электролита (по ее изменению определяют степень зарядки аккумулятора).
Допустимый разряд батареи определяется конечным напряжением каждого элемента, которое должно быть не ниже 1,8 В. В процессе разряда накопленная химическая энергия превращается в электрическую. Для возвращения первоначальных свойств аккумулятор необходимо зарядить постоянным током от внешнего источника. При этом в аккумуляторе возникают электрохимические процессы, обусловливающие поляризацию электродов.
В процессе заряда сульфат свинца положительных пластин превращается в перекись свинца, а сульфат свинца отрицательных — в губчатый свинец.
Заряд аккумулятора производят определенным током, при этом э. д. с. на зажимах постепенно возрастает. На конечной стадии зарядки выделяют кислород, который производит окисление металлов в аккумуляторе, и водород, выделяющийся в атмосферу. Вследствие этого на поверхности электролита появляются пузырьки, создающие впечатление кипения. Водород в смеси с воздухом
образует взрывчатый гремучий газ, который должен быть немедленно удален.
Рис. 39. Кривые изменения напряжения кислотного аккумулятора
На судах применяют стартерные аккумуляторы — кислотные, предназначенные для транспортных машин, их технические данные приведены в табл. 6 приложения, а также специальные типа 6-СТК-135.
Изменение плотности электролита (главным образом внутри пластин) влияет на э.д.с. и, соответственно, на напряжение аккумулятора при разряде и заряде. На основании исследований установлена формула, определяющая зависимость э. д. с. Е аккумулятора от плотности d электролита:
(18)
где 0,84 — постоянная слагаемая э. д. с.
Пользуясь выражением (18), можно получить следующие зависимости для напряжений:
(19)
где /р, /з — разрядный и зарядный токи, А;
Rв — внутреннее сопротивление, равное 0,0005 Ом.
Из равенств (19) видно, что разрядное напряжение зависит почти исключительно от плотности электролита в порах активных масс пластин, так как внутреннее падение напряжения незначительно и изменяется в течение разряда. Отсюда можно сделать вывод: кривая разрядного напряжения кислотного аккумулятора по своему характеру аналогична кривой изменения плотности электролита в порах активных масс.
Кривую разряда 1 (рис. 39) можно разделить на три участка, из которых средний, самый значительный по времени, представляет собой почти прямую линию, медленно снижающуюся вследствие общего снижения плотности электролита во всем объеме аккумулятора. Первый участок кривой характеризуется заметным снижением напряжения вследствие такого же снижения плотности электролита внутри активных масс до момента установления равенства между расходованием кислоты в порах на химические реакции и поступлением ее в поры вместе с плотным электролитом из пространства между пластинами. Последний участок кривой характеризуется еще большим снижением напряжения из-за ослабления диффузии электролита вследствие закрытия пор сульфатом свинца. Разряд заканчивается, когда напряжение достигает 1,8 В.
После окончания разряда вместе с повышением плотности электролита в порах возрастает э. д. с. аккумулятора (падение напряжения IRB равно нулю). Через некоторое время э. д. с. становится постоянной по времени (кривая 4) и равной Е=0,84+d.
Кривая заряда 2 (см. рис. 39) аккумулятора выражается зависимостью между напряжением и временем процесса. Кривая соответствует изменению плотности электролита в порах только до некоторого момента, после которого начинается ее резкое отклонение, обусловленное газовыделением, поляризацией электродов и возрастанием внутреннего сопротивления из-за наличия на пластинах пузырьков водорода и кислорода. Указанные причины вызывают рост зарядного напряжения.
В конце заряда вследствие прекращения реакции восстановления сульфата на пластинах в соответствующие активные массы зарядный ток целиком расходуется на электролиз воды, поэтому происходит бурное выделение газов—аккумулятор «кипит». Плотность электролита практически становится постоянной, зарядное напряжение не возрастает, в аккумуляторе происходит интенсивное выделение газов.
Кривую заряда можно разделить на четыре участка, которые характеризуются значением зарядного напряжения: 1 — подъем напряжения из-за увеличения плотности электролита в порах активных масс; 2 — очень медленный подъем напряжения в связи с повышением плотности электролита во всем аккумуляторе; 3 — крутой подъем напряжения вследствие поляризации пластин и увеличение вторичного сопротивления из-за покрытия пластин пузырьками водорода и кислорода; 4 — напряжение не возрастает вследствие постоянства плотности электролита в порах (кривая проходит параллельно оси времени).
После окончания заряда аккумулятора напряжение снижается из-за уменьшения э. д. с. Через 25—30 мин оно практически перестает уменьшаться и становится равным э. д. с. заряженного аккумулятора (кривая S).
Напряжение в конце заряда имеет прямую зависимость от силы зарядного тока. В конце заряда оно равно 2,5—2,8 В.
Емкость аккумуляторной батареи — это количество электричества, которое отдается при разряде до минимально допустимого напряжения в течение определенного времени. Емкость определяется формулой
С = It,
где С — емкость, К;
/ — разрядный ток, А; t — время разрядки, ч.
Емкость зависит от типа пластин, количества активной массы, состояния, плотности и температуры электролита, разрядного тока.
Зависимости емкости от разрядного тока и температуры электролита определяются формулами:
где Ст, C1— емкость при разряде током;
— значение тока соответственно в данный промежуток времени и текущее;
п — коэффициент, зависящий от типа аккумулятора (равен 1,31—1,41);
С25 — емкость аккумулятора при температуре +25° С, гарантированная заводом-изготовителем, А-ч; t — температура электролита, ° С.
Из формул следует, что с повышением температуры электролита емкость кислотного аккумулятора повышается, так как теплый электролит менее вязок и легче проникает в поры активной массы пластин.
Аккумуляторная батарея при разряде не может отдать всей энергии, полученной при заряде, так как часть энергии затрачивается на нагревание электролита, нормальный саморазряд и разложение воды. Нормальная саморазрядка (потеря заряженным аккумулятором с течением времени части энергии) обусловлена наличием посторонних металлов в электролите, разностью потенциалов в отдельных частях электролита, химическим действием кислорода на пластины, появлением в них местных токов.
В аккумуляторных батареях различают коэффициент отдачи по емкости и по энергии.. Коэффициент отдачи по емкости — отношение количеств электричества, отданного при разряде, к полученному при заряде. Коэффициент отдачи по энергии — отношение электроэнергии, отданной батареей при разряде, к сообщенной ей при заряде.
Коэффициенты отдачи определяются по формулам (%):
где Ср, /р, φ, Up — соответственно емкость, ток, время и среднее напряжение разряда;
Сз, Is, t3, U3 — то же, заряда.
В аккумуляторах коэффициент отдачи по энергии меньше, чем по емкости. При нормальном режиме заряда-разряда аккумуляторов коэффициенты отдачи по емкости составляют 85—90%, а по энергии — до 65—70%.
Коэффициенты отдачи характеризуют потери количества энергии в аккумуляторных батареях. Коэффициент отдачи по энергии повышается, если батареи работают параллельно с генератором и напряжения при заряде и разряде отличаются незначительно. В этом случае коэффициенты отдачи по энергии и емкости близки.
Обслуживание. Для приведения новой аккумуляторной батареи в рабочее состояние необходимо:
очистить ее элементы от пыли и ползучей соли, смазать вазелином зажимы и междуэлементные соединения;
приготовить электролит из раствора серной кислоты в дистиллированной воде. Кислоту следует разводить до плотности 1,4, затем из раствора приготовить электролит нужной плотности, соответствующей требованиям заводских инструкций, с учетом времени года и климатических условий. Для электролита использовать посуду, стойкую против серной кислоты, — керамическую, стеклянную, свинцовую;
Рис. 41. Кривые изменения напряжения кислотных аккумуляторов при различных зарядных режимах
Рис. 40. Кривые изменения тока (1) и напряжения (2) при ступенчатом заряде кислотного аккумулятора
освободить пробки и герметические диски, залить элементы аккумулятора электролитом с температурой не более 25° С;
через 4—6 ч после заливки измерить напряжение, уровень электролита и температуру во всех элементах (уровень электролита должен быть выше 12—15 мм предохранительного щитка сепараторов, температура электролита — не более 30° С). Для каждого типа аккумуляторов рекомендован ток заряда, продолжительность цикла 25—30 ч в зависимости ог длительности их хранения.
Аккумуляторные батареи целесообразно заряжать зарядным током не максимальным, а нормальным (0,75 максимального) с последующим его снижением до 0,25—0,5 при начавшемся газообразовании. Такой ступенчатый заряд (рис. 40) предохраняет пластины от разрушения при сильном выделении газов, которые отрывают от пластин (в основном от положительных) кусочки активных масс.
Для быстрого заряда кислотных батарей начальный зарядный ток не должен превышать максимально допустимого для данного типа батарей. Заряд чрезмерными токами разрушает и коробит пластины аккумуляторов. Окончание заряда характеризуется повышением напряжения на каждом элементе до 2,6—2,8 В, плотностью электролита до 1,4, температурой не более 45° С, сильным газообразованием и изменением цвета пластин (положительные пластины становятся темно-коричневыми, а отрицательные —- светло-серыми).
При неисправности батарей (систематических недозарядах, чрезмерно глубоких разрядах, использовании электролита повышенных плотности и температуры, частых форсированных зарядах, отсутствии заряда в течение нескольких суток) пластины подвергают сульфатации.
Сульфатация — образование в активной массе пластин слоя крупнокристаллического сернокислого свинца (сульфата), который является плохим проводником электрического тока, поэтому при заряде ток не проходит полностью в активные вещества пластин. Сульфатированные аккумуляторы имеют пониженную емкость, при заряде — повышенное напряжение (до 3 В и более), а при разряде — пониженное.
Для устранения сульфатации батареи заряжают постоянным током путем их подключения через регулировочный резистор к зарядной сети с неизменным напряжением. При этом аккумуляторы соединяют последовательно с учетом напряжения (на каждом аккумуляторе— около 2,75 В). В процессе заряда напряжение возрастает, а зарядный ток уменьшается. Для поддержания тока неизменным необходимо постепенно выводить регулировочный реостат. Один раз в месяц аккумуляторы заряжают током нормального режима.
Для устранения остатков сульфата свинца и уравнивания характеристик отдельных элементов аккумуляторы, залитые электролитом, один раз в 6 мес подвергают контрольно-тренировочному циклу. Он состоит из заряда батарей нормальным зарядным током с последующим разрядом током 10-часового режима. Заряд длится до постоянства плотности электролита и напряжения в течение 4 ч, затем прерывают заряд на 1 ч и после перерыва продолжают ее в течение 2 ч. После часового перерыва вновь включают аккумулятор на заряд. Если через 2 мин начинается обильное газовыделение, заряд считают законченным. При контрольно-тренировочном цикле заряда плотность электролита доводят до требуемой для данной климатической зоны. После заряда батарею разряжают током 10-часового режима до напряжения на аккумуляторе 1,7 В (контрольный разряд).
Если при нормальном разряде аккумуляторной батареи отдаваемая ею энергия составляет 90% гарантируемой, то батарея считается работоспособной.
Кислотный аккумулятор можно разряжать в любом из допустимых по продолжительности режимов. Кривые разряда большими токами начинаются при меньших напряжениях и расположены ниже, чем при заряде нормальным током, при разряде меньшими токами кривые располагаются выше (рис. 41).
Конец разряда характеризуется понижением напряжения аккумулятора до 1,8—1,45 В, уменьшением плотности электролита до 1,17—1,15, изменением цвета пластин (положительные пластины становятся бурыми, отрицательные — темно-серыми). В процессе разряда батарей контролируют напряжение, силу разрядного тока, температуру и плотность электролита, исправность вентиляции. После окончания разряда следует протереть все зажимы и элементные соединения, смазать их техническим вазелином, прочистить вентиляционные отверстия пробки, остудить аккумулятор в течение 3—4 ч при открытых пробках, затем завернуть их.
В процессе эксплуатации аккумулятор нельзя разряжать до напряжения менее 1,83 В и током выше указанного в инструкции по обслуживанию, недозаряжать или перезаряжать его.
Ставить на заряд разряженные батареи следует в течение времени, оговоренного в инструкции. Не реже одного раза в месяц аккумуляторы необходимо подвергать эксплуатационному и контрольно-тренировочному зарядам. Готовят электролит из чистой серной кислоты и дистиллированной воды. Следует систематически протирать аккумуляторы чистой ветошью, смоченной слабым раствором соды или нашатырного спирта, и вытирать насухо, доливать электролит и периодически удалять осадки активной массы пластин со дна сосудов.
В процессе эксплуатации необходимо в специальный журнал вносить данные о режимах заряда и разряда, состоянии электролита, а также о замеченных неисправностях аккумуляторов и выполненных ремонте и чистке.
В помещениях, где устанавливают и заряжают аккумуляторы, должна быть надлежащая вентиляция, так как аккумуляторы выделяют водород, который в смеси с кислородом воздуха образует взрывчатую смесь. В этих помещениях категорически запрещается курить, зажигать спички и выполнять работы, вызывающие искрообразование. Обслуживающий персонал должен иметь фартуки, резиновые перчатки и обувь, а также 100%-ный раствор соды для нейтрализации серной кислоты в случае попадания ее на кожу или одежду.
Единственный в мире Музей Смайликов
Самая яркая достопримечательность Крыма
Вопросы электриков для устного собеседования при проведении
квалификационных испытаний
1 ЭК. Какова периодичность ТО трансформаторов?
шлюпочной лебедкой?
Выключатель силовой цепи ЭД.
3 ЭК Допускается ли с помощью мегомметра измерять сопротивление изоляции
полупроводниковых вентилей?
4 ЭК Какой танк на судне предназначен для хранения нефтесодержащих вод?
Сборный танк для нефтяных останков (шлама). ОТСТОЙНЫЙ ТАНК.
5 ЭК Снижение ёмкости до какого уровня определяет ремонт или замену аккумулятора?
До 80% от номинальной.
6 ЭК Кто должен выполнять проверку датчиков, контролирующих основные параметры
энергетической установки, электростанции, вспомогательных механизмов и систем?
Специализированная береговая организация.
нагрузку, подключенную к аварийному распределительному щиту?
8 ЭК Каковы требования МК МАРПОЛ 73/78 сбрасывать в отношении сброса за борт
сепарационныхи упаковочных материалов?
9 ЭК Спасательный жилет позволяет прыгать в воду без получения телесных повреждений
и без смещения или повреждения самого жилета с высоты не менее… м.
10 ЭК Какое напряжение подводится к судовым силовым электрическим розеткам -
однофазное напряжение 220 В или двухфазное напряжение 220 В?
Двухфазное напряжение 220 В.
11 ЭК Как часто необходимо производить запуск аварийного генераторного агрегата с
обесточиванием главного распределительного щита и приемом нагрузки?
1 раз в 6 месяцев.
12 ЭК С какой максимальной высоты в случае необходимости можно спрыгнуть на
спасательный плот, не опасаясь его повредить?
13 ЭК К чему приводит заедание якоря электромагнита переменного тока?
К сгоранию обмотки электромагнита.
14 ЭК Как часто и при каких обстоятельствах производится периодическая проверка
исправности аварийного освещения?
Не реже одного раза в неделю и перед выходом в рейс. – АКБ авар. освещение.
Один раз в 6 мес. – авар. освещение от АДГ.
15 ЭК Почему щелочные аккумуляторы не рекомендуются использовать в качестве
стартерных?
Потому что они имеют большое внутреннее сопротивление при разряде.
16 ЭК Каковы причины сульфатации пластин кислотных аккумуляторных батарей?
Систематический недозаряд аккумуляторных батарей. Нахождение АКБ длительное время в разряженном состоянии.
17 ЭК Укажите максимально допустимый интервал продолжительного нерабочего
периода, после которого следует измерить сопротивление изоляции электропривода
ответственного назначения при подготовке его к работе
Более одной недели.
18 ЭК Как должен располагаться персонал при выполнении ремонтных работ в
электроустановках с частичным снятием напряжения по отношению к токоведущим
частям, находящиеся под напряжением
Лицо, производящее работу вблизи токоведущих частей, находящихся под напряжением, должно располагаться так, чтобы эти токоведущие части были перед ним. Работы выполняются под наблюдением второго лица - страхующего. Только с одной боковой стороны и перед лицом, производящим работу
19 ЭК Укажите правильный порядок включения на параллельную работу силового
трансформатора напряжения
В судовых электростанциях аккумуляторные батареи резервируют электрическую энергию на случай отключения генераторов, обеспечивая при этом энергией сети аварийного освещения, радио- и телефонии, сигнализации, аварийного питания систем дистанционного управления главными дизелями, рулевого управления и станций сигнальных огней; аккумуляторы используются также для стартерного пуска дизелей.
Применение химических источников тока (аккумуляторов) вызвано необходимостью иметь постоянно готовый к действию источник энергии при аварийном режиме работы судовой электростанции, а также для питания электрических сетей, требующих постоянного напряжения.
Виды судовых аккумуляторов
В зависимости от состава электролита аккумуляторы бывают кислотные и щелочные; щелочные в свою очередь разделяются на железо-никелевые, кадмиево-никелевые и серебряно-цинковые.
Кислотные аккумуляторы на судах используют главным образом в качестве стартерных, при пуске в ход дизелей. Основные технические данные кислотных аккумуляторов приведены в таблице 1.
Как видно из таблицы, кислотные аккумуляторные батареи состоят из трех или шести последовательно включенных элементов, соединенных в одном блоке или ящике; их общее напряжение соответственно 6 или 12 В.
Каждая кислотная батарея имеет условное обозначение (маркировку), которое ставится на межэлементных соединениях и на деревянном ящике. По маркировке можно определить номинальные емкость, напряжение, материал сепаратора и моноблока или бачка, а также месяц и год выпуска.
Первая цифра условного обозначения показывает количество элементов в батарее. Буквы, следующие за ней, обозначают назначение батареи: СТ — стартерная, СТК — стартерная для катеров. Цифры после букв характеризуют номинальную емкость в ампер-часах. Буквы, стоящие в конце, обозначают материал блоков: Э — эбонит, П — пластмасса, М — моноблок из эбонита, а также материал сепараторов: М — мипор, мипласт или материал, комбинированный с ними. Если батарея сухозаряженная, то после буквы, указывающей материал сепаратора, ставят букву С.
Кислотные аккумуляторы имеют сравнительно малое внутреннее сопротивление, поэтому их широко используют в судовых электростартерных установках. Однако в связи с падающей вольт-амперной характеристикой, зависящей от степени разряда, сравнительно слабой механической прочностью активной массы пластин и химически неустойчивыми соединениями с образованием в конечном итоге крупнозернистого сульфата свинца требуется тщательное соблюдение инструкции при их эксплуатации и хранении.
Емкость аккумуляторов зависит от плотности электролита. Для каждого аккумулятора существует оптимальная плотность электролита (в пределах 1,2 - 1,3 г/см3) в зависимости от режима разряда, температуры электролита и пр. В начале эксплуатации аккумулятора емкость его несколько ниже той, которую он получает после нескольких циклов заряда и разряда, так как формирование пластин аккумуляторов заканчивается в процессе их эксплуатации. При правильной эксплуатации емкость аккумуляторов остается в течение продолжительного времени неизменной, а затем вследствие постепенного выпадения активной массы из пластин, их сульфитации и увеличения саморазряда уменьшается. На рис. 1 приведены кривые, характеризующие работу кислотных аккумуляторов при различных условиях их разряда.
Кадмиево-никелевые аккумуляторы на судах находят применение для питания средств связи, сигнализации и для других целей. В табл. 2 приведены основные технические данные щелочных аккумуляторов.
Щелочные аккумуляторные батареи имеют значительные преимущества перед кислотными: возможность длительного хранения в полузаряженном и даже разряженном состоянии; большая перегрузочная способность по току и стойкость к коротким замыканиям; большой срок службы (в 3—4 раза больше, чем у кислотных аккумуляторных батарей); значительно большая механическая прочность; простота эксплуатации; несущественная зависимость емкости от разрядного тока.
Значительное внутреннее сопротивление кадмиево-никелевых и железоникелевых щелочных аккумуляторов ограничивает возможность их применения в стартерных установках вместо кислотных. Внутреннее сопротивление аккумуляторов определяется отношением напряжения к току разряда по характеристикам, указанным на рис. 2. Состав и изменение активных масс аккумуляторов при заряде и разряде приведены в табл. 3.
Размеры аккумуляторной батареи определяются ее напряжением и емкостью. Для повышения напряжения аккумуляторы включают последовательно, для увеличения емкости - параллельно.
В зависимости от назначения аккумуляторной батареи ее емкость и условия эксплуатации регламентируются Правилами Регистра.
Рис. 2. Кривые изменения напряжения кадмиево-никелевого аккумулятора в зависимости от времени разряда при режимах: 1 — 2-часовом; 2 — 5-часовом; 3 — 10-часовом: 4 — 20-часовом
Например, емкость аккумуляторной стартерной батареи для главных двигателей должна обеспечивать не менее 10 последовательных пусков дизеля от его холодного состояния без дополнительного подзаряда.
Стартерные аккумуляторные батареи могут заряжаться в буферном режиме от навешенных на дизели зарядных генераторов. Мощность этих генераторов должна быть достаточной для питания на ходу судна работающих приемников энергии и заряда батареи. Для заряда аккумуляторных батарей на судах, имеющих электростанцию на переменном токе, предусматривается зарядное устройство.
На серийных судах применяются автоматические зарядные устройства типа ВАКЗ (выпрямительные агрегаты кремниевые зарядные) или типа УЗА (устройство зарядное автоматическое). Основными элементами силовой части устройства ВАКЗ-2-40-2И (рис. 3) являются силовой трансформатор трехфазного тока Т1 с двумя вторичными обмотками и управляемый тиристорный выпрямитель V1—V3. Элементами управления устройства служат блок обратной связи по току БОС, блок стабилизации тока БСТ и блок формирования импульсов БФИ.
Принцип действия схемы основан на свойстве тиристоров изменять в широких пределах среднее значение выходного напряжения путем фазового регулирования, т. е. вследствие задержки момента открытия тиристоров по отношению к началу положительной полуволны питающего напряжения. Выпрямительный мост выполнен по несимметричной трехфазной мостовой схеме и состоит из тиристоров V1—V3 и вентилей V4—V6. Управление тиристорами осуществляется блоком формирования импульсов. Автоматическая стабилизация среднего значения зарядного тока обеспечивается с помощью отрицательной обратной связи. В качестве датчиков обратной связи используются трансформаторы тока Т2. Сигнал обратной связи от трансформаторов тока через выпрямительный мост диодов V7—V12 и переключатель зарядного тока S1 поступает в блок стабилизации тока БСТ, который в свою очередь определяет текущее значение фазы управляющих импульсов блока БФИ. Таким образом, аккумуляторная батарея заряжается при стабилизации зарядного тока, выпрямленное напряжение при этом растет по мере заряда батареи. Зарядное устройство имеет два параллельных блока, что позволяет вести заряд двух аккумуляторных батарей. Контроль тока и напряжения осуществляется амперметром и вольтметром, включаемыми переключателями S2, S3.
Устройство УЗА-60-32 аналогично устройству типа ВАКЗ, получает питание от судовой трехфазной сети и на таком же принципе обеспечивает автоматическую стабилизацию зарядного тока. Оно имеет автоматическое выключение аккумуляторной батареи в конце заряда. Специальным переключателем устанавливают длительность цикла заряда, по истечении которого срабатывает программное реле времени и отключает устройство.
Включение его возможно лишь при правильно подключенной аккумуляторной батарее, от напряжения которой срабатывает реле подготовки цепи магнитного пускателя.
Автоматизация судовых электростанций обеспечивает возможность непрерывного питания ответственных приемников энергии при переключении на аварийные источники тока.
Если напряжение на шинах ГЭРЩ внезапно снижается или отключается, ответственные приемники ходового режима (рулевой электропривод, ДАУ с электроприводом, аварийное освещение, рулевые указатели, машинный телеграф и сигнальные огни) получают питание от аварийных аккумуляторных батарей, схема которых приведена на рис. 4.
Включение батарей на разряд и на подзарядку происходит автоматически. Во время хода судна пакетный выключатель Q на щите батарей включен. При исчезновении напряжения на шинах ГЭРЩ или уменьшении его до 90 В реле напряжения К2 размыкает свой контакт К2.1, и катушки контакторов К1, К3, К4 обесточиваются. Главные контакты К1.1 отключают шины основных приемников от ГЭРЩ. Контакты К4.1 и К4.2 размыкаются, а К3.1 и К3.2 замыкаются.
Две группы батарей напряжением 56 В каждая с помощью контакта К3.2 соединяют последовательно и подключают на разряд. Одновременно получает питание катушка реле времени К5, контакты которого мгновенно замыкаются, подготавливая цепь для включения катушки контактора К4. Через вспомогательный контакт К3.1 включается звонок Н1, установленный в рубке и сигнализирующий о разрядке батарей.
При появлении на ГЭРЩ напряжения 100—110 В катушка реле напряжения К2 получает питание, и реле, замыкая свой контакт К2.1, включает контакторы К1 и К3. Контакт К3.2 размыкается, а контакты К1.1 замыкаются. Одновременно получает питание катушка контактора К4 через замкнутый контакт реле времени К5.1. Контакты К4.1 и К4.2 замыкаются.
Батареи соединяются параллельно двумя группами и через аккумуляторы идет зарядный ток. Контакт К3.1 размыкается, и катушка реле времени К5 обесточивается, но вследствие выдержки времени будет удерживать контакт К5.1 в замкнутом положении в течение 3 с после момента отключения.
Если батарея не разрядилась, зарядный ток будет небольшой и падение напряжения на регулирующем резисторе R5 будет недостаточным для срабатывания реле напряжения К6.
Поэтому по истечении выдержки времени реле К5 отключит питание катушки контактора К4. Контакты К4.1 и К4.2 разомкнутся, отключив батарею от шин ГЭРЩ.
Если же батарея сильно разрядилась и зарядный ток составляет более 6 А, на резисторах R5 и R6 создается падение напряжения, достаточное для срабатывания реле напряжения К6.
Контакт К6.1 замыкается и шунтирует контакт реле времени К5.1, который по истечении выдержки времени размыкается. Катушка контактора К4 получает питание через замкнутый контакт К6.1, и контакты К4.1 и К4.2 остаются замкнутыми.
По мере зарядки батареи зарядный ток уменьшается. При токе меньше 6 А падение напряжения на регулирующем реостате становится недостаточным для удержания реле напряжения К6. Контакт К6.1 размыкается, отключая питание катушки контактора К4, который размыкает зарядную цепь. Для принудительного включения батареи на зарядку предусмотрен выключатель S1. Падение напряжения, при котором срабатывает реле К6, регулируют с помощью движка резистора R4, а также изменением напряжения пружины реле К6.
Пример. На судах в качестве аварийных батарей используют девять аккумуляторов емкостью 45 А • ч, напряжением 12,5 В соединенных последовательно в две группы.
Изучение конструкции кислотных и щелочных аккумуляторных батарей. Изучение порядка подготовки, включения и производства зарядки кислотных и щелочных аккумуляторов. Снятие и исследование характеристик кислотных и щелочных аккумуляторов при зарядке и разрядке.
- Изучить конструкцию кислотных аккумуляторов.
- Провести подготовку 1-й кислотной аккумуляторной батареи к зарядке и включить ее на зарядку.
- Проверить состояние 2-й кислотной аккумуляторной батареи и включить ее на нагрузку.
- Снять характеристики кислотных аккумуляторов при зарядке и разрядке.
- Изучить конструкцию щелочных аккумуляторов.
- Провести подготовку 1-й щелочной аккумуляторной батареи к зарядке и включить ее на зарядку.
- Проверить состояние 2-й щелочной аккумуляторной батареи и включить ее на нагрузку.
- Снять характеристики щелочных аккумуляторов при зарядке и разрядке.
Аккумуляторы электрической энергии применяются в судовых электрических установках в качестве резервных, аварийных, а для отдельных устройств — основных источников электроэнергии. Они являются источниками питания малого аварийного освещения различных средств внутрисудовой связи, радиотехнических средств и сигнализации. Кроме того, аккумуляторные батареи служат для питания стартеров дизелей. Аккумуляторные батареи являются независимым источником питания, дающим постоянный ток без пульсации и высших гармоник.
В электрических установках применяются кислотные и щелочные кадмиево-никелевые аккумуляторы. Основным параметром аккумуляторов является емкость. Емкость аккумулятора определяется количеством электричества, которое отдается при разряде определенной величины тока до минимального допустимого напряжения. Емкость определяется формулой
где: I — величина разрядного тока;
t — время разряда до минимального напряжения в час.
Емкость аккумуляторов зависит от типа пластин, количества активной массы, состояния и толщины ее слоя, количества, плотности и температуры электролита и величины разрядного тока.
Аккумуляторная батарея не может при разрядке отдать потребителю всей энергии, полученной при зарядке, так как часть энергии теряется в аккумуляторе на нагревание электролита, нормальный саморазряд и на разложение воды. Различают отдачу аккумулятора по емкости и по энергии. Отдача по емкости η e есть отношение отданного при разрядке количества электричества к полученному количеству электричества при зарядке:
Отдача по энергии есть ηэ отношение электрической энергии аккумулятора при разрядке к энергии, сообщенной ему при зарядке:
где СР, IP , tP , UP — соответственно емкость, ток, время и среднее напряжение при разрядке;
СЗ, I З , t З , U З — емкость, ток, время и среднее напряжение при зарядке.
В нормальном режиме «зарядка-разрядка» кислотных аккумуляторов отдача по емкости составляет 85—90%, по энергии — 65—70%.
Кислотный аккумулятор состоит из сосуда с электролитом, в который погружаются блоки пластин положительных и отрицательных электродов. Сосуды могут быть пластмассовыми и эбонитовыми.
В качестве отрицательных электродов применяются пластины решетчатой формы, заполненные губчатым свинцом Рb.
В качестве положительных электродов применяются решетчатые пластины, изготовленные из сплава химически чистого свинца с сурьмой. Активная масса РbO2 вмазывается в мелкие ячейки решеток.
В качестве электролита применяется раствор химически чистой серной кислоты H2S04 в дистиллированной воде.
Электрический свинцовый аккумулятор является химическим источником электрической энергии, отличающимся от гальванических элементов тем, что протекающие в нем химические реакции обратимы. При пропускании через разряженный аккумулятор зарядного тока в нем происходит восстановление всех веществ до первоначального состояния. Во время разряда аккумулятора чистый свинец положительных пластин и перекись свинца отрицательных пластин превращаются в сульфат свинца;
Этот процесс сопровождается уменьшением плотности электролита в аккумуляторе за счет образования сульфата свинца и выделения воды. При заряде аккумулятора процесс восстановления протекает в обратном порядке:
Концентрация или плотность электролита в кислотных аккумуляторах является важнейшим фактором, определяющим его состояние во время работы. Изменение плотности электролита влияет на изменение ЭДС и соответственно на напряжение аккумулятора, как при разрядке, так и при зарядке.
На основании выполненных исследований установлена формула, определяющая зависимость ЭДС аккумулятора от плотности электролита:
где Е — ЭДС аккумулятора;
d — плотность электролита;
0,84 — постоянное слагаемое.
Напряжение при разрядке и зарядке определяется выражением:
где IP , I 3 — разрядный и зарядный токи;
RB — внутреннее сопротивление, равное примерно 0,05 Ом.
Из первого выражения видно, что изменение напряжения при разрядке U P зависит почти исключительно от изменения плотности электролита, так как внутреннее падение напряжения представляет собой малую величину.
Кривая разрядки может быть разделена на три участка. Первый участок кривой характеризуется заметным снижением напряжения, которое вызывается снижением плотности электролита внутри активной массы до момента установления равенства между расходованием кислоты в порах на химическую реакцию и приходом ее в поры из пространства между пластинами. Второй участок, самый значительный по времени, представляет собой почти прямую линию, медленно снижающуюся вследствие общего снижения плотности электролита во всем объеме аккумулятора. Последний участок характеризуется еще большим снижением напряжения, чем первый, вызываемым ослаблением диффузии электролита вследствие закрытия пор сульфатом свинца. Разрядка заканчивается, когда напряжение аккумулятора снижается до 1,8 В.
Кривую зарядки аккумулятора можно разделить на четыре участка. На первом участке наблюдается подъем зарядного напряжения, обусловленный возрастанием плотности электролита в порах активной массы до момента, когда наступает равенство между образованием новых количеств серной кислоты, расходованием воды в порах и действием диффузии. Второй участок характеризуется медленным возрастанием зарядного напряжения в связи с повышением плотности электролита во всем аккумуляторе. На третьем участке происходит крутой подъем кривой заданного напряжения, вызываемый поляризацией пластин и увеличением внутреннего сопротивления из-за покрытия пластин пузырьками водорода и кислорода. На четвертом участке кривая проходит параллельно оси времени вследствие постоянства плотности электролита.
После отключения аккумулятора с зарядки наблюдается снижение зарядного напряжения, так как исчезает внутреннее падение напряжения.
В зависимости от состояния кислотных аккумуляторов применяются следующие виды зарядки: а) нормальная зарядка; б) первая зарядка.
Нормальная зарядка является основным режимом зарядки аккумуляторов и производится током нормального зарядного режима в соответствии с паспортом аккумулятора.
Кислотные аккумуляторы должны заряжаться в две ступени. Величина зарядного тока первой ступени берется равной I ЗІ = 0,1С Н , т. е. одной десятой от величины паспортной емкости.
Данной величиной тока аккумулятор заряжается до начала газовыделения. Затем величину зарядного тока снижают: I ЗІІ = 0,4 I ЗІ .
Окончание зарядки характеризуется повышением напряжения до 2,6 ÷ 2,8В на каждом элементе, повышением плотности электролита до 1,26 ÷ 1,27 и сильным газовыделением.
Первая зарядка является основным режимом зарядки аккумуляторов и производится током нормального зарядного режима в соответствии с паспортом аккумулятора.
Первую зарядку необходимо вести токами, величины которых в зависимости от типа аккумулятора рекомендованы для этого. Продолжительность первой зарядки может колебаться от 25 до 50ч для аккумуляторов с «частично разряженными пластинами» в зависимости от длительности хранения батарей до пуска в эксплуатацию.
Во время первой и последующих зарядок необходимо периодически проверять температуру электролита и следить, чтобы она не поднималась выше 40°С. Признаком конца зарядки служит постоянство в течение 2—3 ч напряжения и плотности электролита, а также обильное газовыделение во всех элементах.
На судах широко применяются щелочные кадмиево-никелевые аккумуляторы, обладающие большим сроком службы, значительной механической прочностью, отсутствием взрывоопасных выделений, простотой обслуживания в эксплуатации, возможностью действия при низких температурах и стойкостью против коротких замыканий.
К недостаткам щелочных аккумуляторов можно отнести относительно малую ЭДС (1,25 В), большое падение напряжения во время разрядки, небольшую удельную емкость (т. е. емкость, приходящуюся на единицу веса аккумулятора), малую отдачу.
Щелочной аккумулятор состоит из стального бака, блока по-ложительных и отрицательных пластин и электролита.
Положительные и отрицательные пластины набирают из пакетов, оболочки которых изготовлены из стальной перфорированной ленты. Пакеты набивают активной массой. Разнополярные пластины изолируют друг от друга эбонитовыми палочками. Баки аккумуляторов изготавливают герметически закрытыми.
Активная масса положительных пластин состоит из гидрата окиси никеля Ni ( OH )2 с примесью графита для повышения проводимости активной массы. Активная масса отрицательных пластин состоит из губчатого кадмия Cd. В качестве электролита применяется водный раствор едкого кали КОН или едкого натра NaOH плотностью 1,19 ÷ 1,21 с небольшим добавлением едкого лития LiОН, увеличивающего срок службы аккумуляторов.
Если при зарядке подключить аккумулятор к источнику постоянного тока, то на положительных пластинах гидрат окиси никеля переходит в гидрат закиси Ni ( OH )3 , а на отрицательных пластинах гидраты закиси кадмия превращаются в губчатый кадмий. При разряде в щелочном аккумуляторе происходят процессы, обратные процессам заряда, при этом при зарядке и разрядке плотность электролита остается неизменной. Химическая реакция записывается в следующем виде:
При зарядке вода разлагается на водород и кислород, которые выделяются в виде пузырьков газа, объем электролита постоянно уменьшается и его нужно доливать дистиллированной водой.
Режимы щелочного аккумулятора определяются его электродвижущей силой, внутренним сопротивлением, напряжением на зажимах, емкостью, отдачей и саморазрядом.
Внутреннее сопротивление щелочного аккумулятора в начале разрядки представляет сравнительно небольшую величину и определяется формулой:
где СН — номинальная емкость, А/ч.
При разрядке до 80% сопротивление медленно возрастает, затем начинается более крутой подъем, и к концу разрядки сопротивление резко увеличивается. Такой характер кривой изменения внутреннего сопротивления отражается на кривой разрядки. Последний период разрядки характеризуется более быстрым снижением напряжения.
Напряжение аккумулятора как при разрядке, так и при зарядке зависит от силы тока:
Нормальным режимом зарядки щелочных аккумуляторов считается зарядка в течение 7 ч величиной тока, равной ІЗ =0,25 С H в одну ступень.
Разряжать щелочные аккумуляторы можно в течение 20, 10, 8, 5, 3, 2 и 1 ч. Во время разрядки должны быть вывернуты пробки аккумуляторов. Запрещается допускать при зарядке повышение температуры. электролита выше 45°С. При превышении температуры необходимо прерывать зарядку батареи.
Краткое описание лабораторной установки
Лабораторная установка включает в себя:
1) кислотные аккумуляторные батареи — 2 шт;
2) щелочные аккумуляторные батареи — 2 шт.;
3) контрольно-измерительные приборы — амперметры и вольтметры для измерения токов и напряжений при зарядке и разрядке;
4) нагрузочную вилку;
5) нагрузочные сопротивления;
6) автоматы АП-50 для подключения аккумуляторных батарей на зарядку и разрядку;
7) выпрямительный мост;
8) автотрансформатор для регулирования величин тока зарядки с выведенными рукоятками управления;
9) ареометр с грушей.
Методика выполнения работы
1. Ознакомиться с особенностями и техническим состоянием аккумуляторной батареи, расшифровать ее марку и определить номинальные характеристики.
2. Ознакомиться с эксплуатационным состоянием батарей, для чего:
а) произвести измерение уровня, плотности и температуры электролита у всех аккумуляторов. При необходимости довести уровень электролита до нормы;
б) измерить напряжение и ЭДС всех аккумуляторов батареи, установить, какие из них заряжены, а какие разряжены.
3. Определить величину тока зарядки.
4. Собрать электрическую схему зарядки и разрядки батареи (рис. 1 и 2). Определить полярность зажимов зарядного источника тока и аккумулятора.
Представить собранную схему и выбранный режим зарядки преподавателю (лаборанту) для проверки, и, получив его разрешение, включить батареи на зарядку и разрядку.
5. Установить реостатом соответствующую величину тока зарядки и поддерживать ее постоянной. Через каждые 15 мин производить измерения напряжения U, ЭДС — Е, плотности d, температуры электролита t и определять внутреннее сопротивление одного из аккумуляторов RB . Внутреннее сопротивление аккумуляторов определяется по формуле:
6. За 10 мин до конца занятия отключить батарею от зарядного источника, разобрать схему, протереть аккумулятор, термометр, ареометр и другие приборы, уложить приборы, зарядные концы и сдать их лаборанту.
Оформление отчета
1. Записать марки и данные аккумуляторных батарей, измерительных и других приборов, используемых в работе.
2. Описать техническое и исходное эксплуатационное состояние аккумуляторных батарей.
3. Обосновать выбранный режим зарядки.
4. Привести электрическую схему соединений и таблицу наблюдений.
5. Построить по данным таблиц графики зависимостей U=f(t).
6. Ответить на контрольные вопросы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Что такое отдача аккумуляторных батарей по емкости и по энергии?
2.Каковы признаки окончания зарядки кислотных и щелочных аккумуляторов?
3.Какие меры предосторожности необходимы при работе с аккумуляторами?
1. Никифоровский Н. Н., Норневский Б. И. Судовые электрические станции. М.—Л., «Транспорт», 1974.
2. Яковлев Г. С. Судовые электроэнергетические системы. Л., Судпромгиз, 1961.
Аккумуляторы применяют на судах в качестве источников аварийного питания сети освещения и сигнализации, а также для ряда других нужд. Наиболее часто используются кислотные аккумуляторы типа СТ и щелочные никель-кадмиевыс (НК] и никель-железные (НЖ), Выбор типа аккумуляторов зависит от условий эксплуатации, назначения и параметров судна [2,10].
Результаты технико-экономического сравнения указанных типов аккумуляторов приведены в табл. 8.1, из которой видно, что по всем основным параметрам, кроме удельной энергии, кислотные аккумуляторы имеют более высокие показатели. Обладая более низким внутренним сопротивлением, они в то же время обеспечивают высокую стабильность напряжения. Недостатком кислотных аккумуляторов является то, что они склонны к повышенной сульфитации пластин, которая при нарушении правил эксплуатации мажет оказаться необратимой. Это обстоятельство обусловливает необходимость более тщательного наблюдения за ними при эксплуатации в условиях низких температур. Снижение плотности электролита при их разряде приводит к тому, что допустимая минусовая температура резко уменьшается. Щелочные аккумуляторы свободны от этого недостатка, так как плотность электролита при работе у них не меняется. Кроме того, щелочные аккумуляторы обладают и большой механической прочностью.
§ 2. Техническое обслуживание
В процессе эксплуатации аккумуляторов необходимо выполнять все работы, предусмотренные перечнями работ по техническому обслуживанию ТО № 1 и ТО №2.
Техническое обслуживание (ТО) № 1 проводят ежедневно, при этом выполняются следующие работы:
очистка батареи от пыли и остатков электролита ветошью, смоченной в нашатырном спирте или 10%-ном растворе кальцинированной соды;
проверка отсутствия течи электролита;
проверка надежности контактных соединений;
проверка напряжения батареи по щитовому вольтметру.
Техническое обслуживание (ТО) № 2 проводят еженедельно дополнительно к перечню ТО № 1 выполняют следующие работы:
проверка аккумуляторным пробником степени разряженности каждого элемента;
восстановление нормального уровня электролита;
проверка сопротивления изоляции;
регистрация температуры электролита во всех элементах;
очистка вентиляционных каналов;
проверка работы вентиляции.
Перечень выполненных работ, а также результаты наблюдений за работой аккумуляторов записывают в судовой аккумуляторный журнал.
Приготовление электролита.
Электролит для щелочных аккумуляторов приготавливают в чистой стальной или чугунной посуде. Берут необходимые количества воды и щелочи из такого расчета, чтобы получить электролит плотностью 1,17— 1,28 г/см3. Последняя зависит от состава электролита и температуры окружающей среды. В посуду наливают нужное количество воды, затем пинцетом берут небольшие кусочки щелочи и опускают их в воду. Раствору дают остыть до температуры порядка 30° С и после того, как электролит отстоится, его сливают и, проверив плотность, заливают в аккумулятор. Электролит следует менять через 2-3 навигации (100-150 циклов работы). В случае если емкость аккумуляторов заметно снижается, то это нужно сделать и раньше. В помещениях, где находятся щелочные аккумуляторы, не должно быть принадлежностей кислотных аккумуляторов, гак как пары кислоты оказывают на них разрушающее действие. Электролит для кислотных аккумуляторов приготавливают в керамической или эбонитовой посуде. Стеклянную использовать нельзя, так как из-за бурного выделения тепла стекло может лопнуть.
Нужное количество дистиллированной воды определяют из того расчета, что кислота для аккумуляторов имеет плотность 1,84 г/см3, а плотность электролита должна быть в пределах 1,22-1,30 г/см3. В посуду сначала наливают воду, а затем тонкой струйкой при непрерывном помешивании вливают кислоту. Электролиту надо дать остыть до температуры 25° С и только затем, проверив плотность, можно заливать его в аккумуляторы.
Автор статьи
Читайте также: