Статьи
Инструкция по эксплуатации стационарных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей в составе ЭПУ на объектах ВСС России
Опубликовано: 03.09.2018
Государственный комитет Российской Федерации по связи и информатизации
Утверждено
Госкомсвязи России
13 мая 1998 г.
ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ СТАЦИОНАРНЫХ СВИНЦОВО-КИСЛО ТНЫ Х АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ В СОСТАВЕ ЭПУ НА ОБЪЕКТАХ ВСС РОССИИ
М ос ква - 1 99 8
Предисловие
РАЗРАБОТАНА Ленинградским отраслевым научно-исследовательским институтом связи (ЛО НИИ С).
СОДЕРЖАНИЕ
Настоящая Инструкция устанавливает правила и методы технической эксплуатации вновь вводимых в действие аккумуляторных установок , составленных из современных стационарных свинцово-кислотных аккумуляторов, в составе ЭПУ на объектах Взаимоувязанной Сети Связи России.
Техническая эксплуатация аккумуляторных установок, составленных из широко распространенных ранее аккумуляторов типов С и СК, а также С Н, проводится согласно «Инструкции по техническому обслуживанию и настройке электроустановок на городских телефонных сетях. Часть 1. Эксплуатация оборудования эле кт роп ит ающ и х установок», М., «Радио и связь», 1985 г.
Требования настоящей Инструкции рекомендованы для всех предприятий и организаций отрасли «Связь» (независимо от форм собственности), занимающихся проектированием , монтажом и технической эксплуатацией установок стационарных свинцово-кислотных аккум у ляторов.
В настоя щ ей Инструкции приведены ссылки на следующую нормативно-техническую документацию:
• ГОСТ Р МЭК 896-1-95. Стационарные свинцово- ки сло тны е батареи. Общие требования и методы испытания. Часть 1: Открытые типы;
• ГОСТ 26881-86 . Аккумуляторы свинцовые стационарные. ОТУ;
• ГОСТ 12.4.026-76 . ССБТ. Цвета сигнальные и знаки безопасности;
• ГОСТ 667-73. Кислота аккумуляторная. ТУ;
• ГОСТ 4204-77. Кислота серная. ТУ,
• ГОСТ 14262-78. Кислота серная особой чистоты. ТУ;
• ГОСТ 7609-72. Вода дистиллированная. ТУ;
• Стандарт МЭК 50 (486)- 1 991. Международный электротехнический словарь. Гл. 486: Аккумуляторы и аккумуляторные батареи;
• Стандарт МЭК 896-2. Стационарные свинцово-кислотные батареи. Общие требования и методы испытания. Часть 2: Типы с регулируемым клапаном;
• Правила устройства электроустановок. Гл. 4.4. М ., Энергоатом и здат, 1986 г .;
• Правила эксплуатации электроустановок потребителей. Гл. 2 .1 0. М ., Энергоатомиздат, 1992 г .;
• СНиП 2.04.05-91 . Отопление, вентиляция и кондиционирование;
• Инструкция по проектированию электроустановок предприятий и сооружений электросвязи , проводного вещания, радиовещания и телевидения ( ВСН 332-93 );
• Инструкция по техническому обслуживанию и настройке электроустановок на городских телефонных сетях. Часть I . Эксплуатация оборудования электропитающих установок», М ., «Радио и связь», 1985 г .;
• Стандарт DIN VDE 0 510 , часть 2 «Аккумуляторы и батарейные установки. Стационарные батареи» (Германия).
Принятые в настоящей Инструкции терм и ны в основном соответствуют терминологии главы 486 Меж д ународного электротехнического словаря М Э К 50 (486 )- 1991 «Аккумуляторы и аккумуляторные батареи»:
3.1. Аккумулятор (элемент) ( cell , secondary cell ) - совокупность электродов и электролита , образую щ ая основу устройства аккумуляторной батареи.
3.2. Аккумуляторная батарея ( secondary battery ) - два или более аккумуляторов (элементов) , соединенных между собой и используемых в качестве источника электрической энергии.
3.3. Св ин цово-ки сл от н ая аккумуляторная батарея ( lead acid battery ) - аккумуляторная батарея, в которой электроды изготовлены главным образом из свинца , а электролит представляет собой раствор серной кислоты.
3.4. Заряд батареи ( charge of a battery ) - операция, в процессе которой батарея получает от внешней цепи электрическую энергию , которая преобразуется в химическую.
3.5. Разряд батареи ( discharge of a battery ) - операция , в процессе которой батарея отдает ток во внешнюю цепь в результате превращения химической энергии в электрическую.
3.6. Открытый аккумулятор ( vented cell ) - аккумулятор, имеющий крышку с отверстием , через которое могут удаляться газообразные продукты. Отверстие может быть снабжено системой вентиляции.
3.7. Закрытый аккумулятор ( valve-regulated sealed cell ) - аккумулятор, который закрыт в обычных условиях , но имеет устройство, позволяющее выделяться газу, когда внутреннее давление превышает установленное значение. Обычно дополнительная заливка электролита в такой аккумулятор невозможна.
3.8. С ух озаря ж енная батарея ( dry charged battery ) - аккумуляторная батарея, хранящаяся без электролита , пластины (электроды) которой находятся в сухом заряженном состоянии.
3.9. Пластина Планте ( Plante plate ) - пластина очень большой эффективной поверхности , обычно изготавливаемая и з свинца , активная масса которой формируется в тонких слоях свин ц а путем электрохимического ок и сления.
3.10. Намазная (пастиро в ан н ая) пласт и на ( pasted plate ) - пластина , содержащая токопрово д я щую решетку, которая служит основой для активной массы.
3.11. Трубчатая (панцирная) пластина ( tubular plate ) - положительная пластина, которая состоит из комплекта пористых трубок , заполненных активной массой.
3.12. Вентиляционная пробка ( vent plug ( of a cell or battery )) - деталь, закрывающая заливочное отверстие, которое также используется для удаления газа.
3.13. Предохранительный клапан ( vent valve ) - деталь вентиляционной пробки, которая позволяет выходить газу в случае избыточного внутреннего давления, но не допускает поступления воздуха в аккумулятор.
3.14. Батарейный поддон ( battery tray ) - конте й нер со сплошными стенками для разме щ ения нескольких акк у муляторов или батарей.
3.15. Емкость батареи ( battery capacity ) - количество электричества или электрический заряд, которое( ый ) полностью заряженная батарея может отдать в заданных условиях. Единицей СИ для электрического заряда является кулон (1 Кл = 1 А·с), но на практике емкость обычно выражается в ампер-часах (А·ч).
3.16. Конечное напр я жение разряда ( final voltage , cut - off voltage , end voltage ) - заданное напряжение, при котором разряд батареи считается законченным.
3.17. Постоянный подзаря д (непрерывный заряд малым током) ( trickle charge ) - непрерывный заряд длительным режимом , который компенсирует саморазряд и поддерживает батарею в состоянии почти полной заряженности.
3 .18 . Режим разряда ( discharge rate ) - ток , при котором батарея разряжаетс я.
3.19. Ном и нальная емкость ( nominal capacity ) - соответствующее приближенное количество электричества , используемое для идентификации емкости аккумулятора или батареи. Эта величина обычно выражается в ампер-часах.
3.20. Срок службы ( service life ) - период полезной работы батареи в заданных условиях.
3.21. Газовыделение ( gassing ) - газообразование в процессе электролиза электролита.
3.22. Кажущееся внутреннее сопротивление ( apparent internal resistance ) - отношение изменения напряжения вторичного химического источника тока к соответствующему изменению тока в заданных условиях.
3.23. Ток короткого замыкания ( short - circuit current ) - максимальный ток , отдаваемый батареей в цепь с минимальным сопротивлением по сравнению с сопротивлением батареи в заданных условиях.
3.24. Саморазряд ( self - discharge ) - потеря химической энергии, обусловленная самопроизвольными реакциями внутри батареи, когда она не соединена с внешней цепью.
3.25. Ввод в эксплуатацию (батареи) ( commissioning ( of a battery ) ) - окончательная проверка оборудования и работы батареи на рабочем месте.
3.26. Тепловой разгон ( thermal runaway ) - критическое условие, возникающее в процессе заряда при постоянном значении напряжения, когда ток и температура батареи производят совокупный взаимно усиливающий эффект, который в дальнейшем увеличивается и может привести к разрушению батареи.
3.27. Перезаряд (элемента или батареи) ( overcharge ( of a battery ) ) - продолжение заряда после достижения полного заряда вторичного химического источника тока.
3.28. Заряд при постоянном значении тока ( constant current charge ) - заряд, в процессе которого поддерживается постоянное значение тока.
3.29. Заряд при постоянном значени и напряжен и я ( constant voltage charge ) - заряд, в процессе которого поддерживается постоянное значение напряжения на выводах батареи.
3.30. Модифициро в анный заряд при постоянном значении напряжения ( modified constant voltage charge ) - заряд при постоянном значении напряжения методом ограниченного тока.
3.31. Форсированный заряд ( boost charge ) - частичный заряд, обычно в ускоренном режиме, в течение короткого периода времени.
3.32. Уравн и тельный заряд ( equalizing charge ) - продолжительный заряд, обеспечивающий полный заряд всех аккумуляторов в батарее.
3.33. Двухступенчатый заряд, дву х ре ж имн ы й заряд ( two - step charge , two - rate charge ) - заряд, который начинается при заданном токе, а с определенного момента продолжается при меньшем токе.
3.34. Начальный заряд ( initial charge ) - подготовительный заряд с целью приведения батареи в состояние полной заряженности.
3.35. Буферная батарея ( buffer battery ) - батарея, соединенная параллельно с источником постоянного тока , чтобы уменьшить влияние колебаний мощности источника.
3.36. Флотирующая батарея ( floating battery ) - батарея, выводы которой постоянно соединены с источником постоянного напряжения, чтобы поддерживать батарею в состоянии почти полной заряженно сти , предназначенная для питания цепи при временном отключении ее обычного снабжения.
Правила и методы настоя щ ей Инструкции обосновыва ютс я особенностями конструкции, техн и ческих характеристик и применения современных типов стационарных свинцово-кислотных аккумуляторов.
4 .1.1 . Согласно классификации МЭК (стандарт МЭК 50 (48 6)-1991) аккумуляторы выпускаются открытыми и закрытыми.
4 .1 .2. Открытые аккумуляторы - аккумуляторы, имеющие крышку с отверстием , через которое мог у т удаляться газообразные продукты, заливаться электролит, производиться замер плотности электролита. Отверстия могут быть снабжены системой вентиляции.
4.1.3. Закрытые аккумуляторы - это аккумуляторы, закрытые в обычных условиях работы, но имеющие устройства , позволяющие выделяться газу, когда внутреннее давление превышает установленное значение. Обычно дополнительная доливка электролита в такие аккумуляторы невозможна. Эти аккумуляторы остаются закрытыми и не пропускают газ или жидкость при соблюдении условий эксплуатации , указанных изготовителем , и предназначены для работы в исходном герметичном состоянии на протяжении всего срока службы. Их еще классифицируют как аккумуляторы с регулируемым клапаном , герметизированные или без у ходн ы е.
4.1.4. Из теории двойной сульфа т ации известно, что в свинцово-кислотных аккумуляторах во всех режимах их работы , в том числе и при разомкнутой цепи нагрузки (холостой ход), происходит превращение активной массы электродов ( с винца и окиси свинца) в сульфат свинца с расходом на эти реакции воды, входящей в состав электролита. Э то вынуждает при эксплуатации обычных открытых аккумуляторов производить периодический контроль уровня и плотности электролита , доливку дистиллированной воды с проведением уравнительных зарядов, что является довольно трудоемким процессом.
4 .1 .5. Принцип без у ходно ст и в свинцово-кислотных аккумуляторах основан на проведении комплекса технических мероприятий при их изготовлении и эксплуатации, основными из которых являются:
• использование исходных материалов с малым содержанием примесей;
• отказ от применения для формирования основы электродов сурьмы, вызывающей повышенное газовыде л ен и е в аккумуляторах , или применение малосурьмянистых сплавов при отливке электродов;
• «связыва н ие» электролита путем абсорбирования его специально изготовленной микропор и стой сепарацией или его загущением;
• применение в конструкции аккумуляторов специальных клапанов, стравливающих избыток газа при повышенном давлении внутри аккумуляторов;
• применен и е режимов заряда аккумуляторов, исключающих повышенное газообразование.
4.1.6. В соответствии с основами электрохимии потенциал перенапряжения по кислороду ниже потенциала перенапряжения по водороду. Поэтому при напряжениях подзаряда и заряда , установленных изготовителем для герметизированных аккумуляторов, основн ым газом, образую щ имся в этих аккумуляторах, является кислород, образующийся в результате разложе н ия воды на положительных электродах. Для его связывания на отри ц ательных электродах аккумуляторов обратно в воду необходимо нал и чие путей в разделяю щ ей электроды сепарации, позволяющих ему свободно перемещаться. Для этого в аккумуляторах с абсорбированным электролитом количество последнего ограничивается таким образом, чтобы примерно 15 % пор сепарации было свободно от электролита. В аккумуляторах с загу щ енным (гелев ы м) электролитом при отвердении электролита с помощью силиконовой добавки в теле геля образуется множество трещинок , являющихся путями перемещения кислорода.
4 .1 .7. Процесс восстановления кислорода в воду (рекомбинация) проходит под избыточным давлением в аккумуляторе и с выделением тепла. Поэтому такие аккумуляторы должны устанавливаться при монтаже с зазором для отвода тепла естественной вентиляцией. В случае , когда тем п ература окружающей среды значительно превышает норму, необходимо предпринять меры для снижения тока подзаряда изменением выходных параметров зарядного устройства (например, снижением подзарядного напряжения). В этих случаях необходимо учитывать рекомендации производителя. Кроме того, при малом соотношении свободного объема воздуха к объему, занимаемому аккумуляторной батареей в шкафу, необходимы также вентиляционные отверстия в горизонтальных плоскостях шкафа (отсека) для обеспечения необходимого воздухообмена. При установленных изготовителем значениях напряжения подзаряда степень рекомбинации кислорода достигает 95 - 98 %. Рекомбинации атомарного водорода при естественных условиях эксплуатации практически не происходит ( рекомбинир ую т только ионы водорода), поэтому водород с течением времени будет накапливаться и при давлении, превышающем пороговое для регулируемого клапана, будет стравливаться наружу.
4.1.8. Для нормальных климатических условий стандарт МЭК 896-2 регламентирует объем выделения водорода - не более 10 мл на А·ч емкости каждого аккумулятора в месяц при услов и ях буферного реж и ма работы. При напряжении продолжительного буферного режима , превышающем нормальное на 8 % , объем газовыделения ограничивается стандартом на уровне 30 мл на А·ч емкости аккумулятора за месяц. Таким образом , при рекомендуемых изготовителями условиях эксплуатации аккумуляторов количество водорода и тепла , выделяемых ими, является достаточно низким, что позволяет размещать такие аккумуляторы совместно с питаемым от них оборудованием.
4 .1 .9. Область применения и особенности эксплуатации свинцово-кислотных аккумуляторов определяются их конструкцией. По типу используемых положительных электродов различают следующие типы аккумуляторов:
• аккумуляторы с электродами большой поверхности (по классификации DIN - GroE );
• аккумуляторы с панцирными (трубчатыми) положительными электродами (по классификации DIN - OpzS и OPzV ) ;
• аккумуляторы с намазн ы м и и стержневыми положительными электродами (по классификации DIN - Ogi ).
• Герметизированные аккумуляторы, как правило, имеют н амазн ы е положительные и отрицательные электроды (за исключением аккумуляторов OPzV ) .
4.1.10. При выборе из гаммы различных видов стационарных свинцово-к и слотн ы х аккумуляторов типа , наиболее пригодного для конкретной области применения, необходимо руководствоваться следующими критериями выбора:
• режим разряда и отдаваемая при этом емкость;
• особенности раз м ещения,
• особенности эксплуатац и и;
• срок службы;
• стоимость.
4.1 .11 . При выборе аккумуляторов для определенного режима разряда следует учитывать, что при коротких режимах разря д а коэффициент отдачи аккумуляторов по емкости меньше единицы и определяется так называемым фактором внутреннего сопротивления. При одинаковой емкости фактор внутреннего сопротивления элементов с электродами большой поверхности в два раза ниже этого фактора для элементов с панцирными электродами и в полтора раза - для элементов с намазн ы ми электродами.
Отсюда, преимущество при использовании для коротких режимов разряда (менее 3-часового) имеют аккумуляторы большой поверхности, а затем намазн ы е. Аккумуляторы с панцирными положительными электродами наименее пригодны для коротких режимов разряда, хотя, если иметь в виду их преимущество по другим критериям выбора, эти аккумуляторы также нередко применяют в этих условиях , но с большим значением емкости для обеспечения заданной продолжительности аккумуляторного резерва.
4.1.12. По величине занимаемой пл оща д и при эксплуатации преимущество имеют герметизированные аккумуляторы. За ними в порядке возрастания занимаемой площади следуют аккумуляторы открытых типов с намазными электродами, панцирными электродами и с электродами большой поверхности.
4 .1.1 3. Минимальных трудовых затрат при эксплуатации требуют герметизированные аккумуляторы. Остальные виды аккумуляторов требуют боль ш их эксплуатационных затрат, особенно аккумуляторы, у которых величина примеси сурьмы в положительных решетках превышает 3 %.
4 .1 .14. Самыми долговечными при соблюдении правил эксплуатации являются аккумуляторы с электродами большой поверхности, для которых срок службы составляет 20 и более лет. Второе место по сроку службы занимают аккумуляторы с панцирными электродами - порядка 1 6 - 1 8 лет. Срок службы аккумуляторов с намазными электродами находится в пределах до 10 - 12 лет. Примерно такие же сроки эксплуатации имеют герметизированные аккумуляторы. Однако ряд европейских производителей выпускает герметизированные аккумуляторы и с меньшим сроком службы , но более дешевые. По классификации европейского объединения производителей аккумуляторов EUROBAT эти герметизированные аккумуляторы подразделяются на 4 класса по характеристикам и сроку службы:
• более 10 лет;
• 8 - 10 лет;
• 5 - 8 лет;
• 3 - 5 лет.
Аккумуляторы с короткими сроками службы, как правило, дешевые и предъявляют пониженные требования к условиям эксплуатации, к характеристикам зарядных устройств и предназначены, в основном , для использования в качестве резервных источников тока в установках бесперебойного питания переменным током (UPS ) малой мощности, на временных объектах связи, на объектах , где отсутствуют нормальные условия для эксплуатации батарей и для обеспечения необходимой надежности системы электропитания периодическая замена батарей более целесообразна.
4.1.15. По стоимости в зависимости от режима разряда, как правило, аккумуляторы большой поверхности дороже панцирных, а дешевле вышеназванных - намазн ы е. Герметизированные аккумуляторы имеют большую стоимость, чем открытые аккумуляторы.
4. 1 .16. Открытые типы ак ку муляторов в основном выпускаются в баках из прозрачного ударопрочного материала SAN (пол ист ирол-а к рило-н ит рил), а герметизированные - из непрозрачного высокопрочного материала ABC (акрило нит р и л-б ут а д иен- ст ирол). Используемые пластмассовые компоненты для изготовления баков и крышек должны быть огнестойкими , а изготовитель аккумуляторов должен указывать уровень их огнестойкости.
4 .1.1 7. Крышки аккумуляторов и моноблоков изготавл и вают из тех же типов пластмассы. Соединения баков с крышками в моноблоках и аккумуляторах малой емкости, как правило, осуществляются термосваркой. В аккумуляторах большой емкости соединения бака с крышкой выполняют в основном с помощью клея с выдержкой под весовой нагрузкой. Уплотнение крышки с выводами (борнами) блоков электродов обеспечивается в основном с помощью у пл отн ит ельн ы х колец и термоусадочных трубок. В герметизированных аккумуляторах для герметизации соединения крышки с борнами дополнительно применяют клеевой компаунд.
4 .1.1 8. Качество сборки, а также укупорка соединения крышки с транспортировочной пробкой (для аккумуляторов открытых типов) или предохранительным клапаном (для герметизированных ак ку м у ля т оров) должны обеспечивать герметизацию аккумуляторов при избыточном или пониженном на 20 кП а (15 0 мм рт.ст.) атмосферном давлении и исключать попадание внутрь атмосферного кислорода и влаги, способных ускорять сульфатаци ю электродов и коррозию токосборов и б о рнов у с у хозаряженн ы х аккумуляторов, а также исключать выход изнутри кислоты и аэрозолей при эксплуатации аккумуляторов. Для герметизированных аккумуляторов, кроме того, качество укупорки должно обеспечивать нормальные условия рекомбинации кислорода и исключать выход газа при заданных изготовителем эксплуатац и онных режимах работы.
4.1 .1 9. Полюсные выводы (б о рн ы ), как правило, имеют вкладыши из меди или латуни для уменьшения внутреннего сопротивления аккумулятора и для усиления механической прочности пакета электродов. Конструкция выводов аккумуляторов малой емкости предусматривает болтовое (резьбовое) соединение элементов в батарею. Аккумулято р ы ем