CВИНЦОВО-КИСЛОТНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ промышленного

CВИНЦОВО-КИСЛОТНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ
промышленного назначения
Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют пластины с активными материалами на базе
свинца и электролит на базе раствора серной кислоты.
Конструктивно подразделяются на заливные вентилируемые (обслуживаемые) и
герметизированные рекомбинационные (необслуживаемые).
В заливных вентилируемых аккумуляторах электролит заливается в элементы через
отверстие в верхней части контейнера, через это же отверстие доливается
дистиллированная вода в процессе эксплуатации.
Отверстия закрываются вентиляционными искро-безопасными пробками (чаще всегопористо-керамическими), которые пропускают наружу водород и кислород, но
задерживают пары воды и аэрозоли. Имеются варианты пробок с откидывающейся
крышкой для удобства долива воды и измерения параметров электролита.
Некоторые производители предлагают рекомбинационные вентиляционные пробки,
частично связывающие водород с кислородом в воду и существенно снижающие расход
электролита (достаточно дорогая опция).
Корпуса (контейнеры) аккумуляторных элементов изготавливаются из ударопрочного
прозрачного пластика SAN (стирен-акрил-нитрил).
Аккумуляторы чаще всего изготавливаются в виде 2-В элементов, но для емкостей менее
250...300 Ач нередко имеются также 6-В и 12-В моноблоки.
Заливные вентилируемые аккумуляторы делятся по типу используемых пластин на
следующие основные типы:
1. GroE (иногда называются Plante по имени изобретателя) - со сплошными пластинами из
свинца очень высокой чистоты; отличительные особенности – большой срок службы в
буферном режиме при Т=20 С (до 25 лет), повышенная механическая прочность и
устойчивость к коррозии, весьма высокие разрядные параметры в толчковых режимах;
малообслуживаемые (долив воды один раз в 1-2 года;
основные европейские производители – Sonnenshein (Германия, группа EXIDE), Нoppecke
(Германия), ВАЕ (Германия), Hawker (Великобритания, группа компаний Enersys).
СТОИМОСТЬ – очень высокая.
2. OPzS - c трубчатыми положительными и плоскими намазными отрицательными
пластинами; срок службы в буферном режиме при 20 С - от 15 до 20 лет (зависит от
производителя), очень высокая механическая прочность пластин, наибольший из всех
типов аккумуляторов циклический ресурс (1500-1800 циклов заряд -разряд при глубине
разряда 80%), применяется в основном для режимов разряда средней и большой
продолжительности, можно в сочетании с умеренными толчковыми токами;
малообслуживаемые (долив воды один раз в 1-2 года) .
Основные европейские производители: SUNLIGHT (Греция), Sonnenshein (Германия,
группа EXIDE), Нoppecke (Германия), ВАЕ (Германия), ТАВ (Словения), Varta (Германия,
группа Enersys).
.
СТОИМОСТЬ – средняя.
3. OGi - c плоскими намазными положительными и отрицательными пластинами;
срок службы в буферном режиме при 20 С - до10-12 лет; применение – главным образом
для режимов средней продолжительности в сочетании с высокими толчковыми токами;
циклический ресурс невелик; механическая стойкость пластин – средняя;
малообслуживаемые (долив воды раз в1-1,5 лет).
Основные европейские производители: Sonnenshein (Германия, группа EXIDE), Нoppecke
(Германия), ВАЕ (Германия),
СТОИМОСТЬ – средняя или чуть ниже.
4. Varta Vb - технология стержневых пластин; срок службы в буферном режиме при 20 С до20 лет; применение – как для режимов кратковременного (толчкового) разряда, так и
продолжительного; высокая механическая стойкость и надежность; большой циклический
ресурс (приближается к показателям OPzS); исключительно малообслуживаемые (долив
воды раз в 3-5 лет).
Производитель – Varta (Германия, группа Enersys).
СТОИМОСТЬ – высокая.
СВИНЦОВО- КИСЛОТНЫЕ ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫЕ
КЛАПАННО- РЕКОМБИНАЦИОННЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ (VRLA)
Аккумуляторы этой группы часто обозначают сокращенно VRLA (Valve Regulated Lead
Acid , в переводе с англ. Клапанно-Регулируемые Свинцово-Кислотные).
Особенность VRLA – отсутствие необходимости долива воды в течение всего срока
службы и практически полное отсутствие выделения газов (водорода и кислорода) –
продуктов электролиза воды, входящей в состав электролита. Поэтому их нередко
называют герметизированными необслуживаемыми. Незначительное обслуживание тем
не менее необходимо (прежде всего, визуальный осмотр, протирание от пыли, подтяжка
соединений и контроль напряжений).
Благодаря особенностям конструкции и составу материалов пластин, сепараторов и
электролита продукты электролиза воды - молекулы водорода и кислорода – в
аккумуляторах данного типа рекомбинируют, превращаясь в молекулы воды и
возвращаясь в состав электролита.
Коэффициент рекомбинации про нормальных условиях эксплуатации достаточно высок и
может достигать >99 %. Поэтому лишь очень незначительная часть
непрорекомбинировавших газов накапливается внутри корпуса аккумулятора и затем при
превышении заданного уровня давления стравливается в атмосферу через клапаны.
Поэтому в большинстве случаев аккумуляторы VRLA могут эксплуатироваться в составе
электропитающего и пр. оборудования в помещениях без принудительной вентиляции
(достаточно естественной). Тем не менее существуют нормативы размещения
аккумуляторов в шкафах и помещениях, расчитываемые по формулам производителей.
Электролит в аккумуляторах VRLA находится в связанном состоянии.
В зависимости от способа иммобилизации электролита акк-ры делятся на две основные
группы - AGM и GEL:
1. AGM (от англ. Absorbed Glass Material) - стекловолоконный пористый материал, из
которого выполнен сепаратор, заполняющий пространство между пластинами. Сепаратор
напитан (как губка) жидким электролитом (водным раствором серной кислоты). Такой
конструкцией сепаратора достигается несколько целей:
- высокое качество изоляции пластин;
- усложняется выход за пределы капиллярной системы сепаратора газов ,облегчается их
рекомбинация с максимальной эффективностью (свыше 99% при нормальных условиях);
- подвижность ионов в жидком электролите остается высокой, обеспечивая отличные
динамические разрядные и зарядные характеристики;
- легко обеспечивается ускоренный заряд величиной до 0,3С10, а кратковременно – до
0,5С10; требования к качеству зарядного напряжения (стабильность, пульсации) –
умеренные;
- температурные неоднородности выравниваются благодаря подвижности жидкого
электролита внутри стеклокапиллярного материала;
- электролит связан в сепараторе благодаря капиллярным эффектам, не вытекает за
пределы сепаратора, аккумуляторы могут эксплуатироваться в любом положении (кроме
перевернутого);
- стекловолоконный сепаратор дополнительно фиксирует активный материал пластин,
предотвращая их осыпание из-за коррозии в процессе эксплуатации.
2. GEL (электролит –гелеобразный) получается добавлением к серной кислоте
силиконового наполнителя. Особенности такого электролита:
- гелевый электролит заполняет пространство между пластинами, но сепаратор не
исключается.
- рекомбинация газов в гелевых аккумуляторах имеет несколько меньшую эффективность
(до 97%) ,чем в AGM- типе.
- в гелевом электролите ионы имеют худшие показатели подвижности (в силу большей
плотности среды), что отрицательно сказывается на динамических разрядных и зарядных
характеристиках гелевых аккумуляторов (развиваемые толчковые токи на 20-40% ниже,
чем у AGM); более того, может наблюдаться временный провал в напряжении при
набросе нагрузки, что может приводить к срабатыванию автоматики и защит и
неадекватному поведению оборудования в целом; поэтому следует с осторожностью
применять гелевые аккумуляторы в системах управления током и т.п устройствах с
коммутацией быстроизменяющихся токов;
- зарядка гелевых аккумуляторов ограничивается током не более 0,2 С10, в противном
случае возникает опасность „вспучивания ” геля избыточными газами из-за меньшей
эффективности рекомбинации и ограниченной теплопроводности; гелевые аккумуляторы
предпочтительней питать от зарядных устройств с высоким качеством напряжения
(стабильность, минимум пульсаций) во избежание перезаряда и перегрева;
- гель эффективнее фиксирует материал пластин, снижая их износ в режимах глубоких
разрядов, поэтому циклический ресурс гелевых аккумуляторов в 2-3 раза выше, чем у
АGM; это главное (и, пожалуй, единственное) преимущество гелевых аккумуляторов,
поэтому их целесообразно применять в тех случаях, где такое применение (циклический
режим с глубоким разрядом) востребовано;
- гелевые аккумуляторы также могут эксплуатироваться в любом положении (кроме
перевернутого).
По типу пластин имеется несколько вариаций аккумуляторов VRLA.
Прежде всего, большая часть как АGM, так и GEL аккумуляторов выпускается с плоскими
намазными пластинами, которые могут иметь отличия по толщине, структуре и составу
активных материалов.
От толщины зависит при прочих равных условиях срок службы (ресурс) аккумулятора
(растет с увеличением толщины).
Благодаря особенностям структуры и вариациям толщины пластин (поверхности и
решетки) можно достигать улучшения динамических разрядных характеристик и, отчасти,
срока службы.
Количество пластин N определяет динамические характеристики аккумуляторов (с
увеличением N растет уровень развиваемых аккумулятором токов, особенно
кратковременных). У ряда производителей имеются типы аккумуляторов с повышенной
отдачей в режимах коротких разрядов с габаритами, как у обычных аккумуляторов 6(для
применения, в частности, в источниках бесперебойного питания).
Состав активных материалов также влияет на срок службы пластин, динамические
разрядные характеристики, газовыделение и эффективность рекомбинации (как,
например, замещение добавки в свинец сурьмы кальцием значительно снижает
разложение воды и повышает коэффициент рекомбинации). Практикуются также добавки
олова и селена.
Кроме плоских пластин применяются трубчатые (аналогичные OPzS) в сочетании с
гелевым электролитом (OPzV-тип). Аккумуляторы этого типа применяются в режимах
глубоких разрядов средней и большой продолжительности, имеют невысокие
динамические характеристики, но высокие показатели цикличности . При их применении
следует учитывать все достоинства и недостатки гелевых аккумуляторов и пластин OPzS.
По сроку службы (а также показателям качества и надежности) аккумуляторы делятся на
категории в соответствии с классификацией ЕUROBAT (ассоциация европейских
производителей аккумуляторов):
- коммерческого назначения со сроком службы до 3-5 лет;
- повышенного качества со сроком службы до 6-7 лет;
- высокого уровня со сроком службы до 10-12 лет;
- длительной эксплуатации со сроком службы свыше 12 лет (Long Life 12 Years+).
Срок службы – расчетный, для режима постоянного (буферного) подзаряда и Т = 20 С.
Аккумуляторы категорий большего срока службы имеют и большую надежность, а также
лучшую отдачу своей емкости уже с первых циклов заряда-разряда.
По конструктивному исполнению аккумуляторы VRLA делятся на 2-В элементы и
4-В, 6-В, 8-В и 12- В моноблоки, а также подразделяются по расположению полюсных
терминалов. Так, у большинства производителей наряду с обычными аккумуляторами с
полюсными терминалами на верхней крышке имеется тип аккумуляторов с фронтальным
расположением терминалов, что удобно для стоечного/шкафного размещения
аккумуляторов, соединения их друг с другом и обслуживания /контроля (однако, они
несколько дороже обычных).
Корпуса аккумуляторов VRLA обычно изготовлены из ударопрочного термостойкого
пластика ABS (стандарт UL94 HB), некоторые производители опционно предлагают
огнестойкий (не распространяющий горения) АBS согласно стандарту UL94 VO.
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Основные производители герметизированных аккумуляторов
SUNLIGHT (Греция)
AGM –тип :
- серия SPa: 4-, 6-,8-, 12-В моноблоки емкостью от 0,7 до 28 Ач (срок службы 3-5 лет);
- серия SPb: 6- и 12-В моноблоки емкостью до 200Ач со сроком службы 10-12 лет;
- серия SPHR: 12-В моноблоки до 120Ач с повышенными разрядными характеристиками (
10 лет);
- серия SVTX /SVT: 2- В элементы от 200 до 3500 Ач (15 лет);
- серия STB: 12-В фронт-терминальные моноблоки 50-170 Ач (15 лет).
GEL –тип:
- серия SPG: 6- и 12-В моноблоки емкостью до 230Ач со сроком службы 10-12 лет;
- серия SVTG: 2- В элементы от 200 до 3500 Ач (15 лет);
- серия STBG: 12-В фронт-терминальные моноблоки 50-170 Ач (15 лет).
Группа EXIDE (Tudor/Испания, Sonnenshein/Германия, Fulmen/ Франция)
AGM-тип
- серия Powerfit : 6- и 12-В моноблоки емкостью 40...128 Ач (срок службы 5-7 лет);
- серия Sprinter-P: 6- и 12-В моноблоки емкостью 24-178Aч (срок службы 10 лет);
- серия Marathon–L: 2-В элементы 220-575Ач ( 10 лет);
- серия Marathon–M FT: 12-В фронт-терминальные моноблоки 35-155 Ач (12 лет).
GEL –тип:
- серия А400: 6- и 12-В моноблоки емкостью до 180Ач (12 лет);
- серия А700: 4- и 6-В моноблоки емкостью до 280 Ач (12+лет);
- серия А600/ОGiV : 2-В элементы, 91-3286 Ач (15-18 лет).
Группа ENERSYS (Нawker/Varta (Германия), Fiamm(Италия), Oldham (Россия)
AGM –тип:
-серия Powersafe –V: 2-В элементы емкостью 47- 516 Ач (10-12 лет);
-серия Powersafe –VE: 2-В элементы емкостью 47- 1793 Ач (12+ лет);
-серия Powersafe-FT: 12-В моноблоки 31-158 Ач (15 лет);
-серия Powersafe-SBS: 6-12-В моноблоки 7-360 Ач (15 лет).
GEL-тип:
- серия OPzV : 215-3170Ач (15-18 лет)
YUASA (Тайвань)
AGM –тип:
- серия NP : 6- и 12-В моноблоки 1,2 - 65 Ач (3-5 лет);
- серия NPL: 6- и 12-В моноблоки 65-200 Ач (10 лет).
ЗАРЯДНО-ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ СТАЦИОНАРНЫХ
БАТАРЕЙНЫХ СИСТЕМ
Наиболее расспространены и наилучшим образом зарекомендовали себя на практике на
объектах энергетики тиристорные ЗУ с микропроцессорным управлением следующих
типов:
- “THYROTRONIC” производства BENNING (Германия), поступал в продажу также под
торговой маркой SUNLIGHT;
- “TPR” производства SAFT-AEG (Франция-Германия).
Обе модели позволяют питать нагрузку по постоянному току и содержать/заряжать
батарею в трех режимах : постоянного (буферного) подзаряда, ускоренного (бустерного)
заряда и выравнивающего заряда. Устройство и параметры обеих моделей
приблизительно одинаковы, лишь по пульсациям несколько лучше выглядит ТРR.