Инструкция по эксплуатации стационарных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей в составе эпу на объектах всс россии

2.

3.

Приложение 2
Рекомендуемый перечень измерительных приборов для технического

обслуживания аккумуляторных установок
При проведении измерений на аккумуляторных установках допускаемая погрешность измерения не должна превышать значений, приведенных в табл. П2.1.
Таблица П2.1

Вид измерения	Допускаемая погрешность, %
Измерение напряжения постоянного тока в пределах: 1 - 10 В 10 -75 В 75 - 500 В Измерение постоянного тока Измерение сопротивления изоляции Измерение плотности электролита Измерение температуры	±0,5 ±1 ±1 ±1 10 ±1,5 ±1

Приведенный в табл. П2.2 перечень измерительных приборов выбран с учетом требований к допустимой погрешности измерения, указанной в табл. П2.1.

Примечание. Допускается замена вышеперечисленных приборов на другие с аналогичными метрологическими характеристиками.

Для выполнения работ на аккумуляторных установках оперативный (оперативно-ремонтный) персонал должен пользоваться спецодеждой и защитными средствами, предусмотренными по норме. Защитные средства не должны иметь просроченное время аттестации.

2. В производстве свинцово-кислотных аккумуляторов для обеспечения заданных характеристик и приемлемых сроков их службы применяются, как правило, материалы с достаточно регламентированными величинами примесей как для изготовления пластин, токосборов и борнов, приготовления свинцовой пасты, так и для составления электролита герметизированных аккумуляторов.

3. В процессе эксплуатации примеси попадают в аккумуляторы открытых типов как правило при использовании некачественной воды для выравнивания уровня и плотности электролита и, кроме того, при применении некачественной кислоты для приготовления электролита при вводе аккумуляторов в эксплуатацию.

4. Ниже рассмотрено влияние тех примесей, которые регламентированы стандартами на кислоту и на дистиллированную воду.

4.1. Марганец оказывает вредное влияние на электроды обеих полярностей, увеличивая их саморазряд. Образующаяся у положительных электродов марганцевая кислота окрашивает электролит в розово-малиновый цвет. Емкость положительных электродов сильно снижается вследствие закупорки пор активной массы двуокисью марганца. У отрицательных электродов наряду с образованием сульфата свинца выделяется черная пленка двуокиси марганца, всплывающая на поверхность и частично оседающая на стенки бака, а на поверхности электрода появляется рыхлый слой, постепенно опадающий на дно бака. Во время заряда аккумуляторов, электроды которых загрязнены двуокисью марганца, интенсивно выделяется водород, а электроды слабо подвергаются заряду, т.к. большая часть зарядного тока идет на окисление двуокиси марганца и частично на выделение кислорода, который у исправных аккумуляторов идет на окисление сульфата свинца в двуокись свинца. Процесс заряда не достигает глубинных слоев активной массы из-за закупорки поверхностного слоя двуокисью марганца. Практически способы удаления марганца из аккумуляторов не разработаны, поэтому, если в аккумуляторной кислоте или дистиллированной воде нормы примеси марганца превышают требования стандартов или технической документации изготовителя, применять их для приготовления электролита или доливки в аккумуляторы в процессе эксплуатации не следует.

4.2. Железо является наиболее часто встречающейся и достаточно опасной для аккумуляторов примесью. В процессе заряда аккумулятора соль окиси железа с положительных электродов переносится к отрицательным, окисляя губчатый свинец и, таким образом, разряжая последние. При разряде железо вновь переносится к положительным электродам и процесс повторяется. Судя по привесу, который получают отрицательные электроды при наличии в электролите количества железа, превышающего норму, последние более подвержены его влиянию, чем положительные электроды. Однако при больших количествах железа в аккумуляторе его воздействие на положительные электроды может стать разрушительным из-за потери ими механической прочности. Цвет положительных электродов приобретает красноватый оттенок, а емкость - существенно снижается. Вредное воздействие железа намного слабее воздействия марганца, однако превышение допустимой нормы железа в электролите в небольших размерах неизбежно ведет к увеличению саморазряда аккумуляторов, а при больших долях примеси - к выходу аккумуляторов из строя. Полное удаление железа из электролита весьма затруднено, однако для снижения примеси железа на практике применяют двух-трехкратную смену электролита в следующем порядке. Аккумуляторную батарею разряжают, удаляют электролит из аккумуляторов, заливают в аккумуляторы дистиллированную воду и ставят батарею на заряд.

Затем воду в аккумуляторах заменяют электролитом, батарею разряжают и берут пробу электролита на анализ. Если величина примеси остается еще большой, электролит заменяют на электролит слабой плотности и проводят повторный заряд. После смены электролита и разряда батареи берут повторную пробу электролита. Если результаты анализа пробы показывают, что содержание железа в электролите еще велико, процесс лечения продолжают.

4.3. Мышьяк действует на отрицательные электроды, вызывая их сульфатацию. Из-за повышения поляризации отрицательных электродов при заряде стабилизированным током напряжение на аккумуляторах достигает величин 2,8 - 3,0 В. Обычно мышьяк в электролите находится в небольшом количестве и постепенно выходит из него в виде ядовитого мышьяковистого водорода, обладающего запахом чеснока.

4.4. Сурьма в производстве открытых типов свинцово-кислотных аккумуляторов применяется для повышения технологичности сборки и обеспечения необходимой прочности положительных электродов. Наличие сурьмы в составе сплава решеток положительных электродов способствует малому разбросу напряжения аккумуляторов в составе батареи как при ее заряде, так и при разряде. Однако эти положительные качества примеси сурьмы оборачиваются повышенным саморазрядом аккумуляторов вследствие того, что при заряде аккумуляторов часть сурьмы через электролит переносится на отрицательные электроды, оседая на губчатый свинец и образуя со свинцом короткозамкнутые пары (губчатый свинец сульфатируется). Процесс идет интенсивнее с ростом величины примеси сурьмы в решетках положительных электродов и с увеличением наработки к концу срока службы аккумуляторов.

4.5. Хлор попадает в электролит аккумуляторов с дистиллированной водой или с аккумуляторной кислотой, содержащей соляную кислоту или ее соли. На положительных электродах в результате взаимодействия соляной кислоты с двуокисью свинца образуется хлористый свинец. При этом выделяется свободный хлор, создавая характерный резкий запах. На отрицательных электродах результат аналогичного взаимодействия приводит также к образованию хлористого свинца с выделением водорода.

Под влиянием серной кислоты хлористый свинец обоих типов электродов превращается в сульфат свинца с образованием соляной кислоты, и далее процесс повторяется. Сульфат свинца, образовавшийся на электродах, приводит к уменьшению емкости аккумуляторов, поскольку корка сульфата, закупоривая поры активной массы, мешает участию лежащих под этой коркой активных материалов в токообразующих электрохимических процессах. Таким образом, хлористые соединения вызывают повышенный саморазряд аккумуляторов и снижают срок службы вследствие коррозии основы положительных электродов.

Благоприятным для аккумуляторов, загрязненным хлором, является то, что хлор сам медленно удаляется из электролита, особенно у батарей, подвергаемых частым циклам заряда-разряда. Поэтому радикальным методом лечения батарей, загрязненных хлором, является проведение трех-четырех полных циклов разряда-заряда нормальным (десятичасовым) режимом, а лучшим средством борьбы с хлором - профилактические мероприятия, направленные на предотвращение попадание его в аккумуляторы.

4.6. Окислы азота и азотная кислота оказывают в основном вредное влияние на активную массу отрицательных электродов, окисляя свинец в окись. Окись свинца, в свою очередь, вступая в реакцию с оставшейся неиспользованной кислотой, образует азотнокислую соль свинца и воду. Азотнокислая соль свинца при реагировании с серной кислотой превращается в сульфат свинца. При этом выделяется свободная азотная кислота и далее процесс повторяется, в результате чего растет количество сульфата на отрицательных электродах. Воздействие азотистых соединений на положительные электроды менее заметно и приводит в основном к корродированию их основы, снижая механическую прочность электродов.

Во время каждого заряда часть азотной кислоты удаляется из электролита вместе с газами в виде двуокиси азота. Поэтому с течением времени ее количество в электролите уменьшается. Лечение аккумуляторов, электролит которых загрязнен примесями азотной кислоты, проводят аналогично описанному выше способу выведения из электролита примеси железа.

4.7. Аммоний влияет формирующе на положительные электроды, а также приводит к небольшому саморазряду электродов обеих полярностей. Возможное его появление в электролите - абсорбция аммиака серной кислотой.

4.8. Медь попадает в электролит как правило при доливке воды и не оказывает заметного влияния на электроды аккумуляторов, находящихся в работе. Однако, если аккумуляторы, электролит которых содержит примесь меди, находятся длительное время в состоянии покоя (например, хранения), электроды обеих полярностей могут покрыться тонким слоем меди, в результате чего аккумуляторы станут неспособными принимать заряд. У работающих аккумуляторов при наличии в электролите примеси меди наблюдается голубая окраска последнего. С течением времени медь откладывается в виде губчатого слоя на поверхности электродов и затем этот слой опадает на дно.

4.9. Платина является одним из самых вредных загрязнителей электролита и может попадать в аккумуляторы при использовании вентиляционных пробок с рекомбинацией газа. При попадании в электролит платина даже в ничтожных количествах вызывает бурное выделение водорода (аккумуляторы непрерывно «кипят»). Через 4-5 циклов заряда-разряда емкость аккумуляторов снижается более, чем наполовину. Отрицательные электроды размягчаются и становятся непригодными к дальнейшей работе. При заряде батареи стабилизированным током напряжение на аккумуляторах не повышается выше 2,4 В.

4.10. Кадмий, никель, олово и цинк не оказывают заметного вредного действия на работу аккумуляторов. Эти металлы, попадая на активную массу электродов, образуют короткозамкнутые элементы и сами превращаются в сульфат, избыток которого опадает на дно бака. Со временем большая часть примесей переходит в шлам и количество примесей в электролите резко уменьшается.

4.11. Алюминий, калий, магний и натрий влияют главным образом на положительные электроды, способствуя растворению сульфата и вызывая глубокое их формирование.

4.12. Кобальт снижает напряжение при заряде за счет уменьшения поляризации положительных электродов.

4.13. Кальций не оказывает вредного воздействия на электроды аккумуляторов, т.к. сульфат кальция в электролите растворяется слабо и выпадает в осадок.

4.14. Органические соединения (спирты кислоты и др.) как примеси электролита воздействуют в основном на положительные электроды аккумуляторов. Характерным представителем этих соединений является уксусная кислота, легко определяемая в аккумуляторах по характерному запаху. Дополнительным признаком присутствия в электролите уксусной кислоты является появление кристаллов сульфата свинца на хвостовых отводах электродов на уровне зеркала электролита (на границе раздела электролит - воздух). Действию уксусной кислоты подвержен в основном чистый свинец (решетки электродов, хвостовики, токосборы). Чистый свинец превращается под ее действием в уксуснокислый свинец, который способствует интенсивному образованию сульфата, особенно когда свинец в процессе работы аккумулятора становится анодом. При этом за счет сильной коррозии уменьшается механическая прочность электродов, особенно на уровне зеркала электролита, что часто приводит к обрыву положительных электродов.

5. Требования к воде, применяемой для приготовления электролита, а также для коррекции плотности и уровня электролита в аккумуляторах в процессе эксплуатации, являются еще более жесткими, чем требования к серной кислоте. Поэтому недопустимо применение воды естественного происхождения: грунтовых, речных, родниковых и колодезных, поскольку они как правило содержат углекислые, хлористые и сернокислые соли натрия, кальция, магния, железа, солями щелочноземельных металлов. Дождевая вода также всегда содержит азот, углекислоту и т.д. В зависимости от района выпадения осадков в дождевой воде могут присутствовать аммиак, хлор, серный ангидрид. Летом под действием грозовых разрядов дождевая вода может содержать азотную кислоту. Стекающая с крыш вода может содержать кроме того окислы железа. Полученная таянием чистого снега вода содержит меньшее количество примесей, однако ее применение также нежелательно без предварительной очистки.

6. Все виды воды естественного происхождения, также как и водопроводную необходимо подвергать перегонке в дистилляторах. Однако есть примеси, от избавления которых не спасает даже дистилляция. К ним относятся летучие примеси: уксус, эфирные масла, жиры и спирты. Эти соединения испаряются при температурах ниже температуры кипения воды и поэтому попадают в холодильник дистиллятора, загрязняя перегнанную воду.

7. Определенные требования должны предъявляться и к дистилляторам, чтобы они не стали источником загрязнения дистиллированной воды. Наиболее частой примесью, попадающей в воду в дистилляторе является медь при нарушении целостности покрытия трубок. Поэтому необходимо следить за состоянием покрытия змеевика и крана дистиллятора или применять свинцовые трубки и краны из свинца, олова или керамики.

8. Применение для разлива воды армированных резиновых шлангов также не допускается ввиду возможности попадания в воду примеси железа.

- питаемая нагрузка - городская электронная подстанция емкостью 3000 номеров с типовыми параметрами энергопотребления:

• мощность, потребляемая подстанцией - 1 Вт/номер;

• допустимый диапазон изменения напряжения питания АТС - (48-72) В,

- параметры электроснабжения:

• источник электроснабжения - промышленная трехфазная сеть переменного тока напряжением 380/220 В частотой 50 Гц;

• по данным наблюдений частота перерывов в сети в месте размещения АТС не превышает 1 раза в месяц.

- условия размещения АТС:

• совместное размещение с ЭПУ в помещении площадью 10 м²;

• допустимый диапазон изменения температуры при эксплуатации - (10 - 45) °С;

• допустимое падение напряжения в токораспределительной сети постоянного тока не более 1 В.

- для комплектования батареи предполагается использовать герметизированные аккумуляторы, для которых согласно технической документации:

зависимость конечного напряжения разряда определена данными, приведенными в табл. П5.1

Таблица П5.1

температурный коэффициент изменения емкости при снижении температуры до 0°С - 0,01C_rt/ °С для режимов разряда менее часа и 0,006C_rt/ °C для режимов разряда более часа.

при длительно установившемся отклонении температуры окружающего воздуха от 20°С зарядное напряжение необходимо устанавливать согласно табл. П5.2
Таблица П5.2

Температура окружающего воздуха, °С	0	+10	+20	+30	+40	+45
Зарядное напряжение, В/элемент	2,33	2,29	2,25	2,21	2,19	2,18

Расчет:

2. Мощность, потребляемая станцией:

P_потр =1 Вт/номер  3000 номеров = 3 кВт

3. Число аккумуляторов в батарее для обеспечения минимально допустимого напряжения на оборудовании АТС:

4. Определяем коэффициент увеличения емкости батареи для обеспечения мощности, потребляемой нагрузкой во время ее разряда при допустимой по условиям размещения наиболее низкой температуре 10 °С (для одночасового режима разряда):

k₁ = 1 + 0,01  (20 - t) = 1 + 0,01  10 = 1,1

5. Определяем коэффициент увеличения емкости батареи для обеспечения отдаваемой мощности в конце срока службы батареи:

k₂ = C_н : 0,8С_н = 1,25

6. Величина мощности, отдаваемая батареей при температуре окружающей среды 10°С:

P_бат = k₁  k₂  P_потр = 1,1  1,25  3 кВт = 4,125 кВт

7. Мощность, отдаваемая одним элементом при разряде:

8. По данным разряда аккумуляторов постоянной мощностью до конечного напряжения разряда 1,75 В/эл одночасовым режимом (по данным производителя) определяем необходимый типоразмер аккумуляторов: для обеспечения расчетной мощности разряда для данного расчета можно выбрать ближайший по запасу элемент номинальной емкостью 180 Ач.

С учетом обеспечения минимально возможного запаса по расчетной мощности в состав батареи выбираем элементы номинальной емкостью 180 Ач в количестве 28 штук.

9. Определяем необходимый объем циркулирующего воздуха для обеспечения условий взрывобезопасности при совместном размещении батареи с электрооборудованием

10. По справочным данным производителя определяем габаритные размеры элементов (с учетом установки межэлементных соединителей) - 205x177x286 мм.

11 По варианту планировки размещения элементов выбираем типовой аккумуляторный шкаф (габаритные размеры 1000x500x2250 мм).

12. Размер вентиляционных отверстий в шкафу для обеспечения циркуляции рассчитанного объема воздуха должен быть более

S  28  Q = 28  0,63 = 17,6 см²

13. Определяем объем, занимаемый оборудованием АТС и ЭПУ в помещении. Электронная подстанция вышеуказанной емкости состоит из трех стативов. Размер стативов - 980x900x2300 мм.

14. В качестве электропитающей установки выбираем типовую стойку (с номинальной выходной мощностью без учета резерва 6000 Вт), включающей в себя три выпрямителя с номинальным значением выходного тока 50 А. (желательно наличие у выпрямителей температурной компенсации выходного напряжения для сохранения срока службы батареи при длительных отклонениях температуры ее эксплуатации от номинального значения 20°С). Габаритные размеры установки - 900x450x2250 мм.

15. Объем, занимаемый оборудованием АТС и ЭПУ, составляет:

V₁ = (0,98  0,9  2,3)  4 + 0,9  0,45  2,25 + 1  0,5  2,25 = 10,15 см²

16. Определяем минимальный объем помещения, необходимый для обеспечения условий взрывобезопасности при совместном размещении аккумуляторной батареи с электрооборудованием:

V = V_св + V₁ = 2,5  Q + V₁ = 2,5  0,63 + 10,25 = 11,725 м².

При минимальной высоте помещения 3 м его минимальная площадь для размещения АТС с ЭПУ и аккумуляторной батареей при обеспечении условий взрывобезопасности составит:

Реальная площадь помещения превышает расчетную.

17. Определяем величину напряжения длительного подзаряда батареи для температуры эксплуатации 20°С:

U_пзб = U_пз  n = 2,25  28 = 63 В

Учитывая частоту перерывов в сети электроснабжения и условия размещения аккумуляторной батареи, выбираем режим заряда батареи при стабилизации напряжения подзаряда, для чего в ЭПУ должна быть заблокирована схема автоматического переключения уставок напряжения выпрямителей.

Величина напряжения длительного подзаряда батареи для крайних значений диапазона температуры эксплуатации составит:

- для нижнего значения температуры эксплуатации 10°С U_пзб = 2,29  28 = 64,12 В;

- для верхнего значения температуры эксплуатации 45°С U_пзб = 2,18  28 = 61,04 В.

18. Определяем ток нагрузки, потребляемый АТС в номинальном режиме работы ЭПУ:

I_н = P_потр : U_пзб = 3000 : 63 = 47,6 А

19. Определяем допустимый ток заряда разряженной батареи:

I_зар = 0,3С₁₀ = 0,3  180 = 54 А

Автоматика ЭПУ должна ограничивать ток в цепи заряда батареи на уровне не более 54 А.

20. Максимально допустимый ток ЭПУ при питании нагрузки и заряде батареи не должен превышать

I_макс = I_н + I_зар = 47,6 + 54 = 101,6 А

21. Величина конечного напряжения разряда батареи

U_{кон.раз} = 28  1,75 = 49 В