Аккумуляторные батареи

08.07.2010

Типовые технические требования по применению и унификации свинцово-кислотных аккумуляторных батарей



Обеспечение надежного электроснабжения является одной из приоритетных задач электроэнергетики. Применение более сложного электрооборудования, оснащенного микропроцессорными системами управления, компьютерных технологий, а также телекоммуникационных систем, обеспечивающих связь и обмен данными между объектами электроэнергетики, вызывает необходимость повышения требований к надежности систем электроснабжения. Даже кратковременный перерыв в электроснабжении такого оборудования может стать причиной повышенной опасности, вызвать большие технологические и экономические потери.

 

Особым элементом в системе обеспечения потребителей управляющих систем являются аккумуляторные батареи, которые используются как в нормальном, так и аварийных режимах работы установок. Существует нагрузка, которая получает питание от основного источника и лишь при аварийной ситуации от аккумуляторной батареи. Также имеется нагрузка, которая должна питаться только от аккумуляторных батарей. Аккумуляторные батареи являются неотъемлемой частью систем бесперебойного питания.

 

В настоящее время в основном применяются свинцово-кислотные аккумуляторы, как малообслуживаемые, так и герметичные необслуживаемые. Малообслуживаемые — это,  главным образом, аккумуляторы с трубчатыми положительными и намазными отрицательными пластинами (стандарт DIN: OPzS). Герметичные — это, чаще всего, аккумуляторы с абсорбированным в микропористом сепараторе электролитом и с внутренней рекомбинацией газа (технология AGM — Absorbed Glass Mat). В настоящее время данная технология является самой передовой, аккумуляторы, выполненные по данной технологии отличаются высокими электрическими характеристиками и компактностью. Герметичные аккумуляторы с абсорбированным электролитом имеют самую высокую удельную мощность. Соотношение удельной мощности по сравнению с аккумуляторами других технологий достигает 2:1. Аккумуляторные батареи, применяемые в электропитающих установках (ЭПУ), выбирают исходя из срока службы, продолжительности разрядки (короткие и длинные), эксплуатации (циклическая или флотирующая), обслуживания (малообслуживаемые или герметичные необслуживаемые), эксплуатационных характеристик и стоимости.

 

При выборе и эксплуатации стационарные свинцово-кислотные батареи должны удовлетворять следующим основным требованиям и предписаниям по обслуживанию.

 

Малообслуживаемые аккумуляторные батареи

1 . Обеспечивать нормальную работу при эксплуатации в закрытых вентилируемых помещениях при температуре от — 40 до +45 °С и без ущерба для эксплуатационных характеристик выдерживать при транспортировке и хранении в упаковке температуру в диапазоне от —50 до +50 °С.
2. Обеспечивать сейсмостойкость при условии установки в соответствии с требованиями изготовителя. Аккумулятор должен сохранять работоспособность при сейсмическом воздействии со значениями ускорений 0,9д и 0,6д — в горизонтальном и вертикальном направлениях соответственно, а также при их одновременном воздействии в частотном диапазоне от 3 до 35 Гц.
3. Аккумуляторы должны иметь герметичное соединение крышки с баком и пробкой, выдерживать избыточное или уменьшенное по сравнению с атмосферным давлением на 20 кПа, должны иметь специальные агломерированные керамические фильтр-пробки, чтобы исключить выход газа, аэрозоли и электролита из аккумулятора.
4. Желательно, чтобы контейнеры для малообслуживаемых аккумуляторов были из прозрачной пластмассы, что облегчит их обслуживание.
5. Аккумуляторы в сухом виде (без электролита) не должны иметь электрической проводимости. Внутреннее сопротивление заряженных аккумуляторов не должно превышать установленных значений.
6. Серная кислота (H₂SO₄) должна соответствовать ТУ на чистоту, предусмотренными стандартами BS 3031 и VDE 0510, удельный вес кислоты для батарей с пластинами «Планте» 1,20 кг/л ± 0,005 при +20 °С и для других типов 1,22 кг/л ±  0,005 при +20 °С. Плотность электролита заряженного аккумулятора должна составлять 1,24 кг/л ± 0,01 при +20 °С.
7. Емкость аккумулятора должна соответствовать стандарту DIN 40736, а также стандарту IEC. Ряд аккумуляторов одного наименования должен обеспечивать возможность как можно более точно подобрать требуемую емкость.
8. Эксплуатация аккумуляторов в батарее производится в режиме постоянного подзаряда напряжением 2,23 BxN+1 %, где N — число элементов в батарее. При этом отклонение напряжения на отдельных элементах может составлять +0,1 В... — 0,05 В. Допускается эксплуатация подзаряда 2,23 BxN+2 %, при этом срок службы аккумуляторов может снизиться на
1 5 %.
9. Аккумуляторы должны иметь 95 % номинальной емкости на первом цикле при 1 0, 5, 3, 1 , 1 /2, 1 /6 — часовых режимах разряда и 100 % емкости на третьем цикле. Номинальной емкостью аккумулятора считается емкость при 10-ти часовом разряде до конечного напряжения разряда 1,8 В на элемент и начальной плотности электролита 1 ,24 кг/л.
10. Во избежание глубоких разрядов аккумуляторы не должны разряжаться ниже значений конечных напряжений, указанных в документации на данный тип аккумулятора. Аккумуляторы должны допускать без ущерба для своих эксплуатационных характеристик кратковременные разряды до конечного напряжения 1,35 В на элемент. Аккумуляторы должны обеспечивать кратковременный (1 мин) разряд током 1,39 А, конечное напряжение на аккумуляторе не должно быть ниже 1 ,45 В.
11. Саморазряд полностью заряженных аккумуляторов при 30-ти суточном бездействии не должен превышать 3 % при температуре +20 °С и удваиваться с повышением температуры на каждые + 1 0 °С.
12. Аккумуляторы должны обеспечивать продолжительность работы в соответствии со значениями, определенными заводом-изготовителем. Срок службы аккумуляторов связан с такими параметрами как ток постоянного подзаряда, напряжение подзаряда, температура окружающей среды, характеристики зарядного агрегата, качество обслуживания.
1 3. В течение всего срока службы допустимо возникновение отказов, влияющих на работоспособность аккумуляторов, не более чем на одном аккумуляторе в год из 10 000 находящихся в эксплуатации.
14. Сохранность аккумуляторов без электролита (в заводской упаковке) от даты выпуска до приведения в рабочее состояние должна быть не менее четырех лет.

 

Герметичные необслуживаемые аккумуляторные батареи

1 . Обеспечивать нормальную работу при эксплуатации при температуре от —10 до +45 °С (рекомендуемая температура + 20 °С) и без ущерба для эксплуатационных характеристик выдерживать при транспортировке и хранении в упаковке температуру в диапазоне от —50 до +50 °С.
2. Обеспечивать сейсмостойкость при условии установки в соответствии с требованиями изготовителя. Аккумулятор должен сохранять работоспособность при сейсмическом воздействии со значениями ускорений 0,9д и 0,6д — в горизонтальном и вертикальном направлениях соответственно, а также при их одновременном воздействии в частном диапазоне от 3 до 35 Гц. По требованию заказчика должна предусматриваться возможность дополнительного усиления конструкции аккумуляторной батареи для сохранения работоспособности в сейсмоопасных районах.
3. Аккумуляторы должны быть герметизированы в выводах и в соединениях крышки с корпусом, выдерживать избыточное или уменьшенное по сравнению с атмосферным давление на 20 кПа при температуре +25+10 °С. Аккумуляторы должны выдерживать относительную влажность до 85 % при температуре 20 °С и пониженное атмосферное давление до 53 кПа.
4. Герметичные аккумуляторы не должны требовать дополнительной доливки дистиллированной воды в электролит и должны предназначаться для работы в исходном герметичном состоянии на протяжении всего срока службы. Аккумуляторы должны быть пожаро-взрывобезопасными и не выделять газов при снятии емкости в режимах, установленных ТУ.
5. Аккумуляторы должны выпускаться в корпусах из акрилбутилстирола (ABS). На корпусе не допускается наличия трещин и сколов, а также повреждения выводов. Конструкция герметичных аккумуляторов должна исключать выброс аэрозоли электролита и обеспечивать возможность их установки в одном помещении с электронным оборудованием и персоналом без применения принудительной вентиляции. Аккумуляторы должны быть снабжены системой аварийного снятия высокого внутреннего давления.
6. Внутреннее сопротивление аккумуляторов не должно превышать установленных значений, определенных при значении температуры 20 °С и степени заряда аккумуляторов.
7. Емкость аккумулятора должна соответствовать стандарту DIN 4534, а также стандарту IEC 896 — 2, BS 6290. Ряд аккумуляторов одного наименования должен обеспечивать возможность как можно более точно подобрать требуемую емкость.
8. Аккумуляторы должны быть рассчитаны на включение в батареи, работающие в буферном режиме или режиме постоянного подзаряда и полностью сохранять свою емкость при поддержании на них среднего напряжения 2,27 В на элемент +1 %. Допускается напряжение 2,27 В на элемент +2 %, при этом срок службы аккумуляторов может сократиться.
9. Напряжение постоянного подзаряда в зависимости от температуры окупающей среды должно поддерживаться в соответствии с данными табл. 4. 1 . Если температура окружающего воздуха, при которой используется батарея, колеблется в пределах +10 °С, то рекомендуется вводить поправку напряжения постоянного подзаряда U/T= —3 мВ/°С.
10. Время подзарядки разрешается сократить путем увеличения напряжения на аккумулятор Umax = 2,40 В на элемент.
11. Заряд аккумуляторов рекомендуется проводить при постоянном напряжении с ограниченным током (Jmax = 0,3 С10). Для избежания перезарядки аккумуляторов, приводящей к снижению срока службы, рекомендуется проводить заряд в режиме постоянного подзаряда напряжением U = 2,27 В на аккумулятор при температуре 20 °С.
12. Для избежания глубоких разрядов аккумуляторов в батарее конечное напряжение разряда отдельных аккумуляторов должно быть не менее указанных в таблице.

 

Изменение напряжения подзаряда от температуры окружающей среды

Напряжение	Температура,
подзаряда, В	°С
2,37	— 10 — 0
2,31	0—15
2,27	15 — 25
2,25	25 — 35
2,21	35 — 45

 

Значения конечного напряжения разряда аккумуляторов

Время разряда, ч	Конечное напряжение, В
До 1 1—3 3—5 5—10	1,60 1,65 1,70 1,75

13. После полного или частичного разряда аккумуляторы необходимо сразу установить на заряд (подзаряд).
14. Аккумуляторы должны обеспечивать кратковременный (1 мин) разряд током 1,39 С10 А. Конечное напряжение на аккумуляторе не должно быть ниже 1,55 В на элемент.
15. Характеристики саморазряда должны быть такими, чтобы при полугодовом бездействии при температуре окружающего воздуха 20 °С остаточная емкость на аккумуляторе должна быть не менее 75 % от номинальной. При этом саморазряд аккумуляторов будет увеличиваться с увеличением температуры и уменьшаться с ее понижением.
16. Срок службы аккумуляторов должен быть не менее 1 0 лет при выполнении требований эксплуатации. Некоторые типы аккумуляторов могут иметь меньший срок службы, при этом некоторые их параметры должны быть лучше. Например, такие аккумуляторы могут иметь меньшие габаритные размеры, вес, более высокие разрядные характеристики.
17. На протяжении всего срока службы батареи допустимое число отказов может составлять 1 из 1000 эксплуатируемых аккумуляторов в год.

 

При организации поставки и эксплуатации свинцово-кислотных аккумуляторных батарей необходимо обратить внимание на следующее.
1. Аккумуляторы могут поставляться в следующем виде:
с сухозаряженными пластинами без электролита (для малообслуживаемых);
с сухозаряженными пластинами в комплекте с электролитом (для малообслуживаемых);
заряженные и заполненные электролитом (для малообслуживаемых и герметичных).
2. Комплектность аккумуляторных батарей должна быть достаточной для обеспечения надлежащего монтажа батарей, нормальной их работы в течение всего срока службы и обеспечения необходимого обслуживания.
3. Комплектация разделяется на необходимую и достаточную.
Необходимый комплект оборудования должен поставляться всегда. Он включает: элементы, межэлементные перемычки, транспортные пробки (для малообслуживаемых), керамические фильтр-пробки, комплект документации.
Достаточный комплект оборудования поставщик должен оговаривать с заказчиком. Он может включать: стеллажи, приспособления для монтажа и эксплуатации, электролит, ареометры, вольтметры, зарядные устройства и др.
4. Техническая характеристика аккумуляторного элемента должна соответствовать маркировке.
5. Упаковка аккумуляторов должна обеспечивать их безопасную транспортировку и хранение.
6. Помещения для установки аккумуляторов должны соответствовать установленным требованиям.
7. На заводе-изготовителе аккумуляторы должны быть приняты партиями и подвергнуться проверке по сплошному или выборочному плану в установленном объеме и последовательности. Должны проверяться: внешний вид, комплектность, маркировка, габаритные размеры, масса, электрические характеристики, сейсмо- и вибростойкость. Все испытания, условия которых не оговорены в ТУ, проводят при нормальных климатических условиях:
температура окружающего воздуха +25+1 0 °С; относительная влажность воздуха — 45 — 80 %; атмосферное давление 84— 1 07 кПа (630—800 мм рт. ст.).
8. Эксплуатация аккумуляторов должна производиться в соответствии с техническим описанием и инструкцией по монтажу и эксплуатации. Монтаж аккумуляторов в батареи должен производиться непосредственно на месте их эксплуатации в соответствии с проектной документацией для данного объекта.
Поставляемое аккумуляторное оборудование должно сопровождаться технической документацией, к которой предъявляются следующие требования:
1. Техническая документация является неотъемлемой частью комплекта поставки аккумуляторного оборудования.
2. Техническая документация для аккумуляторного оборудования, предназначенного для эксплуатации на территории Российской Федерации, должна быть на русском языке. Некоторые второстепенные виды технической документации могут быть на языке завода-изготовителя. По требованию Заказчика они должны быть переведены на русский язык.
3. Объем технической документации должен быть достаточным для проведения монтажа, ввода в эксплуатацию, эксплуатации, ремонта и обслуживания аккумуляторных батарей.
4. Техническая документация, как правило, должна включать следующие разделы: инструкцию по монтажу и вводу в эксплуатацию; инструкцию по эксплуатации; инструкцию по обслуживанию; технические условия; указания по технике безопасности; технические характеристики оборудования; установочные чертежи стеллажей и схемы электрических соединений.

 

Аккумуляторные батареи VARTA

Высокоресурсные промышленные батареи серии VARTA-блок предназначены для универсального применения в установках резервного питания с высокими требованиями безопасности эксплуатации. Применяются для резервного обеспечения питанием в электростанциях, трансформаторных подстанциях, системах бесперебойного электроснабжения, системах безопасности. Батареи серии VARTA-блок могут работать как в режимах кратковременной разрядки большими токами, так и в режимах длительной нагрузки. Отличаются повышенной энергоемкостью. Не требуют обслуживания в течение первых пяти лет эксплуатации.
Основные конструктивные элементы батарей серии Vb 12101...4118:
положительный электрод — стержневая пластина с селеновым легированным покрытием;
отрицательный электрод — пастированная решетчатая пластина из свинцового сплава;
электролит   —    раствор   серной   кислоты    плотностью
1 ,24 кг/л;
комбинированный сепаратор из микропористой и гофрированной частей;
корпус из акрилбутадиенстирола или негорючей пластмассы.
Батареи предназначены для работы при температуре окружающей среды от 0 до 55 °С.
Выбор типа и числа элементов батареи осуществляется по таблицам проектировочных данных в каталогах.

 

Пример выбора. Установка бесперебойного питания должна обеспечивать потребителей постоянным номинальным напряжением 220 В с отклонением +10 % (Umax = 242 В, Umin = = 197,6 В). В течение часа батарея должна обеспечивать постоянный ток 200 А. При параллельном резервном режиме эксплуатации допускается максимальное напряжение заряда Uaj, эл = 2,23 В на элемент. Определить число и тип элементов.

Требуемое число элементов составляет

K = Umax/Uзар.эл.= 242/2,23 = 108 элементов.


Напряжение на элемент в конце разряда должно быть не менее
Umin/K = 197,6/108 = 1,83 В на элемент.

Тип батареи определяется с помощью каталожной таблицы с признаком Uкон = 1,83 В на элемент. В первой строке таблицы находят время разряда — 1 ч, опускаются по столбцу до ближайшего большего по сравнению с заданным током разряда и, двигаясь по строке влево, определяют тип батареи. В данном примере для установки бесперебойного питания следует применить батарею из 108 элементов типа Vb 2308 (400 А-ч).
При вводе в эксплуатацию осуществляется заливка и заряд элементов аккумуляторных батарей. Элементы заполняются разбавленной серной кислотой (H₂SO₄) плотностью 1,24 кг/л. Если исходным материалом для заливки является концентрированная серная кислота, то она разбавляется дистиллированной водой (максимальная электропроводимость 30 mS/см) до достижения нужной концентрации. Температура электролита должна быть в пределах от 15 до 30 °С. Заливка осуществляется до уровня на 10 мм ниже отметки «max». Повышение температуры снижает, а понижение увеличивает плотность электролита. Коэффициент изменения плотности электролита с изменением температуры на 1 °С составляет — 0,0007 кг/л. Через 1 ч после заливки следует в каждом десятом элементе проверить температуру и плотность электролита. Время пропитки залитой батареи до начала заряда должно составлять от 2 до 15 ч. В случае, если к моменту заряда повышение температуры составило меньше 5 °С и плотность электролита упала менее чем на 0,02 кг/л, то достаточно упрощенного метода заряда согласно п. 1. Обычно применяют методы заряда согласно пп. 2 или 3. В случае более высоких отклонений указанных показателей заряд проводят по п. 4.
Заряд должен быть осуществлен полностью, без перерыва с постоянным контролем и протоколированием параметров в прилагаемом при поставке батарей формуляре. Температура электролита при зарядке не должна превышать 55 °С, иначе заряд следует прекратить.

 

Предельные значения токов заряда аккумуляторов серия Vb на каждые 100 Ач С10 по характеристикам I и W

Характеристика	Ток зарядки, А	Напряжение на элемент, В
Характеристика I	5	2,6-2,75
Характеристика W	7	2,40
Характеристика W	3,5	2,65

Методы заряда:
1. Упрощенный при постоянном напряжении заряда (характеристика IU). Заряд осуществляется  с  рабочим  напряжением, равным числу элементов, умноженному на 2,23 В на элемент с допустимым отклонением напряжения в пределах ±1 %. Через 24 ч батарея полностью заряжена. Выравнивание плотности электролита под пластинами до номинального значения может продолжаться до 6 мес.
2. Заряд с постоянным напряжением (характеристика IU). Заряд осуществляется на зарядных устройствах, оснащенных ступенью повышенного зарядного напряжения 2,33 — 2,40 В на элемент при отключенном потребителе. Номинальный ток зарядного устройства должен составлять минимум 0,5 I10. Время заряда от 12 до 24 ч. После чего переключают напряжение заряда на уровень подзаряда 2,23 В на элемент. Время достижения минимальной плотности электролита может длиться несколько дней.
3. Заряд с постоянными характеристиками (характеристика I) или падающим (характеристика W) током.
До достижения напряжения газообразования 2,40 В на элемент токи заряда не ограничиваются. После достижения напряжения газообразования токи заряда не должны превышать значений в табл. 4.5. Заряд продолжается до того момента, когда напряжение на всех элементах достигнет значения не меньше 2,60 В, плотность электролита поднимется до номинального (±0,01 кг/л) значения и эти параметры не будут изменяться в течение 2 ч. Затем осуществляется переключение на поддерживающее напряжение 2,23 В на элемент. Время заряда составляет 6 — 12 ч.
4. Расширенный заряд по вводу в эксплуатацию. Осуществляется в случае продолжительного хранения батарей или воздействия климатических факторов в течение четырех этапов.
Дополнительная информация, нормы и предписания указаны в специальных руководствах фирмы-производителя аккумуляторных элементов батарей.

Предыдущая статья