Lead acid battery - це

Оскільки в установках свинцево-кислотних акумуляторів відбувається газоутворення, для забезпечення вибухобезпеки повинна бути налагоджена природна або примусова вентиляція- залежно від умов застосування та типу акумуляторів. З цієї причини акумуляторні установки не можна розміщувати в герметичних шафах, відсіках тощо.

Розряджені свинцево-кислотні акумулятори вимагають негайного заряду.В іншому випадку перехід дрібнокристалічного сульфату свинцю на поверхні електродів у великокристалічну фазу може призвести до безповоротної втрати ємності акумуляторів. У зв'язку з цим при тривалому зберіганні такі акумулятори (крім сухозаряджених) необхідно періодично дозаряджати.

Типи акумуляторів

По виконанню

Відповідно до класифікації МЕК (стандарт МЕК 50 (486)-1991) свинцево-кислотні акумулятори випускаються у відкритому та закритому виконанні.

Відкриті акумулятори - це акумулятори, що мають кришку з отвором, через який можуть видалятися газоподібні продукти, заливатися електроліт, проводитися вимірювання щільності електроліту. Отвори можуть бути забезпечені системою вентиляції.

Закриті акумулятори - це акумулятори, закриті у звичайних умовах роботи, але з пристроями, що дозволяють виділятися газу, коли внутрішній тиск перевищує встановлене значення. Додаткове доливання води в такі акумулятори неможливе. Ці акумулятори залишаються закритими, мають низьке газоутворення за умови дотримання умов експлуатації, зазначених виробником, і призначені для роботи у вихідному герметизованому стані протягом усього терміну служби. Їх ще називають акумуляторами з регульованим клапаном, герметизованим або бездоглядним.

У свинцево-кислотнихакумуляторах у всіх режимах їх роботи, у тому числі і при розімкнутому ланцюзі навантаження (холостий хід), відбувається сульфатація поверхні електродів і газоутворення з витратою на ці реакції води, що входить до складу електроліту. Це змушує при експлуатації звичайних відкритих акумуляторів проводити періодичний контроль рівня та щільності електроліту, долив дистильованої води з проведенням зрівняльних зарядів, що є досить трудомістким процесом.

За конструкцією електродів

Область застосування та особливості експлуатації свинцево-кислотних акумуляторів визначаються їхньою конструкцією. За типом конструкції позитивних електродів (пластин) розрізняють такі типи акумуляторів:

з електродами великої поверхні (за класифікацією німецького стандарту DIN VDE 510 – GroE);
з панцирними (трубчастими) позитивними електродами (за класифікацією DIN – OPzS та OPzV);
з намазними та стрижневими позитивними електродами (за класифікацією DIN - Ogi).

Герметизовані акумулятори зазвичай мають намазні позитивні та негативні електроди (за винятком акумуляторів OPzV).

Критерії вибору

При виборі типу стаціонарного свинцево-кислотного акумулятора, найбільш придатного для конкретної сфери застосування, необхідно керуватися такими критеріями:

режим розряду і ємність, що віддається при цьому;
особливості розміщення;
особливості експлуатації;
строк служби;
вартість.

Режим розряду

При виборі акумуляторів для певного режиму розряду слід враховувати, що при коротких режимах розряду коефіцієнт віддачі акумуляторів за ємністю менше одиниці. При однаковій ємності віддача елементів зелектродами великої поверхні вище вдвічі, ніж елементів з панцирними електродами, й у півтора разу - ніж елементів з намазними електродами.

Вартість акумулятора залежить від його типу: як правило, акумулятори з електродами великої поверхні дорожчі за панцирні, а намазні - дешевше і тих і інших. Герметизовані акумулятори коштують більше від відкритих.

Строк служби

Найдовговічнішими за дотримання правил експлуатації є акумулятори з електродами великої поверхні, для яких термін служби становить 20 і більше років. Друге місце за терміном служби займають акумулятори з панцирними електродами – приблизно 16-18 років. Термін служби акумуляторів із намазними електродами досягає 10-12 років. Приблизно такі терміни експлуатації мають герметизовані акумулятори.

Однак ряд виробників випускає герметизовані акумулятори і з меншим терміном служби, але дешевші. За класифікацією європейського об'єднання виробників акумуляторів EUROBAT ці герметизовані акумулятори поділяються на 4 класи за характеристиками та терміном служби:

Акумулятори з короткими термінами служби, як правило, дешевші за інші і призначені в основному для використання як резервні джерела струму в установках безперебійного живлення змінним струмом (UPS) і на тимчасових об'єктах зв'язку.

Слід враховувати, що вищезазначені значення терміну служби відповідають середній температурі експлуатації 20 °С. При збільшенні температури експлуатації на кожні 10 °С за рахунок збільшення швидкості електрохімічних процесів в акумуляторах їх термін служби скорочуватиметься в 2 рази.

Розміщення

За величиною площі при експлуатації перевагу мають герметизовані акумулятори. За ними гараздЗростання займаної площі слідують акумулятори відкритих типів з намазними електродами, панцирними електродами та з електродами великої поверхні.

Розміщувати герметизовані акумулятори при експлуатації, як правило, допускається і у вертикальному, і горизонтальному положенні - це дозволяє більш економно використовувати площу під розміщення електроустаткування. При горизонтальному розміщенні герметизованих акумуляторів, якщо немає інших розпоряджень виробника, акумулятори встановлюються таким чином, щоб пакети електродних пластин займали вертикальне положення.

Експлуатація

Мінімальних трудових витрат під час експлуатації вимагають герметизовані акумулятори. Інші типи акумуляторів вимагають великих трудовитрат обслуговуючого персоналу, особливо пристрої, у яких величина домішки сурми в позитивних ґратах перевищує 3%.

Якість складання, а також закупорювання з'єднання кришки з транспортувальною пробкою (для акумуляторів відкритих типів) або запобіжним клапаном (для герметизованих акумуляторів) повинні забезпечувати герметизацію акумуляторів при надмірному або зниженому на 20 кПа (150 мм рт. ст.). атмосферного кисню та вологи, здатних прискорювати сульфатацію електродів та корозію струмозборів та борнів у сухозаряджених акумуляторів при зберіганні, а також виключати вихід зсередини кислоти та аерозолів при їх експлуатації. Для герметизованих акумуляторів, крім того, якість закупорювання має забезпечувати нормальні умови рекомбінації кисню та обмежувати вихід газу при заданих виробником експлуатаційних режимах роботи.

Електричні характеристики

Основним параметром, що характеризує якість акумулятора при заданихмасогабаритних показниках, є його електрична ємність, яка визначається за кількістю ампер-годин електрики, що отримується при розряді акумулятора певним струмом до заданої кінцевої напруги.

За класифікацією ГОСТ Р МЕК 896-1-95 номінальна ємність стаціонарного акумулятора (С10) визначається за часом його розряду струмом десятигодинного режиму розряду до кінцевої напруги 1,8 В/ел. за середньої температури електроліту при розряді 20 °С. Якщо середня температура електроліту при розряді відрізняється від 20 °З, отримане значення фактичної ємності (Сф) призводять до температури 20 °З, використовуючи формулу:

де z - температурний коефіцієнт ємності, що дорівнює 0,006 ° С -1 (для режимів розряду більше години) і 0,01 ° С -1 (для режимів розряду, рівних одній годині і менше); t – фактичне значення середньої температури електроліту при розряді, °С.

Місткість акумуляторів при більш коротких режимах розряду менша за номінальну і при температурі електроліту (20 ± 5) °С для акумуляторів з різними типами електродів повинна бути не менше зазначених у таблиці значень (з урахуванням забезпечення прийнятних меж зміни напруги на апаратурі зв'язку).

Як правило, при введенні в експлуатацію акумуляторів з малим терміном зберігання на першому циклі розряду батарея повинна віддавати не менше 95% ємності, зазначеної в таблиці для 10-, 5-, 3- та 1-годинного режимів розряду, а на 5-10- м циклі розряду (залежно від розпорядження виробника) -не менше 100% ємності, зазначеної в таблиці для 10-, 5-, 3-, 1- та 0,5-годинного режимів розряду.

Крім того, при оцінці акумулятора слід враховувати вихідне значення щільності електроліту, при якій задається ємність: якщо вихідна щільність підвищена, то ймовірно, що термін служби акумулятора скоротиться.

Придатність до буферної роботи

Іншим параметром, що характеризує стаціонарні свинцево-кислотні акумулятори, є їхня придатність до буферної роботи. Це означає, що попередньо заряджена батарея, підключена паралельно з навантаженням до приладів, повинна зберігати свою ємність при зазначеному виробником напрузі підзаряду і заданої його нестабільності. Зазвичай напруга підзаряду Uпз вказується для кожного типу акумулятора і знаходиться в межах 2,18-2,27/ел. (При 20 ° С). У разі експлуатації з іншими кліматичними умовами слід враховувати температурний коефіцієнт зміни напруги підзаряду.

Нестабільність підзарядної напруги для основних типів акумуляторів не повинна перевищувати 1%, що накладає певні вимоги на вибір випрямних пристроїв при проектуванні електроживлення установок зв'язку.

При буферній роботі для досягнення прийнятного терміну служби свинцево-кислотних акумуляторів необхідно не перевищувати допустимий струм заряду, який задається різними виробниками в межах 0,1-0,3 С10. При цьому слід пам'ятати, що струм заряду акумуляторів з напругою, що перевищує 2,4 В/ел, не повинен перевищувати 0,05 С10.

Розкид напруги елементів

Відсутність тенденції до зниження величини розкиду напруги протягом першого року після введення в дію або збільшення розкиду напруги при подальшій експлуатації свідчить про дефекти пристрою або порушення умов експлуатації.

Особливо небезпечно тривале перевищення напруги на окремих елементах у складі батареї, що перевищує 2,4 В/ел., оскільки це може призвести до підвищеної витрати води в окремих елементах при заряді або підзаряді батареї та скорочення терміну її служби або підвищеннятрудомісткості обслуговування (для акумуляторів відкритих типів це частіші доливки води). Крім того, значний розкид напруги елементів батареї може призвести до втрати її ємності внаслідок надмірно глибокого розряду окремих елементів при розряді батареї.

Саморозряд

Якість технології виготовлення акумуляторів оцінюється також за такою характеристикою, як саморозряд.

Саморозряд (за визначенням ГОСТ Р МЕК 896-1-95 - збереження заряду) визначається як процентна частка втрати ємності недіючим акумулятором (при розімкнутому зовнішньому ланцюзі) при зберіганні протягом заданого проміжку часу при температурі 20 °С. Цей параметр визначає тривалість зберігання акумулятора в проміжках між черговими зарядами, а також величину підзарядного струму зарядженої батареї.

Величина саморозряду значною мірою залежить від температури електроліту, тому для зменшення підзарядного струму батареї в буферному режимі її роботи або збільшення часу зберігання батареї в бездіяльності доцільно вибирати приміщення зі зниженою середньою температурою.

Зазвичай середньодобовий саморозряд відкритих типів акумуляторів при 90-добовому зберіганні при температурі 20 ° С не повинен перевищувати 1% номінальної ємності, зі зростанням температури на 10 ° С це значення подвоюється. Середньодобовий саморозряд герметизованих акумуляторів за тих самих умов зберігання, як правило, не повинен перевищувати 0,1% номінальної ємності.

Внутрішній опір та струм короткого замикання

Для розрахунку ланцюгів автоматики та захисту акумуляторних батарей ГОСТ Р МЕК 896-1-95 регламентує такі характеристики акумуляторів як їх внутрішній опір та струм короткого замикання. Ці параметри визначаються розрахунковим шляхом позначенням напруги, що встановилися, при розряді батарей струмами досить великої величини (зазвичай рівними 4 С10 і 20 С10) і повинні наводитися в технічній документації виробника. За цими даними може бути розрахований такий вихідний динамічний параметр електроживильної установки (ЕПУ), як нестабільність її вихідної напруги при стрибкоподібних змінах струму навантаження, оскільки в буферних ЕПУ вихідний опір установки в основному визначається внутрішнім опором батареї.

"Паперова" версія статті містить зведену таблицю характеристик акумуляторів (стор. 126-128). Так як формат таблиці дуже незручний для розміщення на сайті, ця таблиця не наводиться.