Газорекомбінаціонние батареї
акумуляторів
Тенденції застосування резервних джерел живлення
На ринку резервних джерел живлення домінують
тенденції децентралізації джерел і зниження їх вартості.
Децентралізація енергопостачання при встановленні батарей
акумуляторів в якості невід'ємних компонентів обладнання, або поблизу
устаткування, тобто в одній системі, вимагає мінімального виділення газу,
високої щільності енергії та терміну експлуатації батарей, який можна порівняти з терміном
служби обладнання.
Зменшення вартості на увазі зниження вимог
до терміну служби за рахунок скорочення капіталовкладень, тому ця тенденція
говорить не на користь таких хімічних джерел струму як нікель-кадмієві і
свинцево-кислотні батареї Plante. Важливими перевагами децентралізованої
установки є: відмова від спеціальних приміщень, супутніх будівельних
витрат і мінімальні вимоги до технічного обслуговування батарей.
Типи свинцево-кислотних батарей можна розділити на
категорії відповідно до терміну їх служби, які визначаються областю
застосування в тих чи інших пристроях. Батареї газорекомбінаціонного типу
задовольняють вимогам, які пред'являються до джерел живлення систем сигналізації,
малим джерел безперебійного живлення, джерел живлення автоматичних
телефонних станцій і систем аварійного освітлення [1].
Батареї служби з великим терміном, більше 10 років, у
основному, використовуються в системах телекомунікації, потужних ДБЖ, комутаторах, в
системах енергетики, і централізованих системах аварійного освітлення. Є
залишковий попит на акумулятори з рідким електролітом з підвищеним терміном
служби, які застосовуються на великих телефонних вузлах та інших системах,
особливо в тих країнах, де використовується не найсучасніше обладнання. У
основному, спостерігається тенденція до зменшення ємності і зниження вимог до
терміну служби акумуляторних батарей.
Серія батарей Powersafe компанії Chloride
розроблялася з урахуванням тенденцій ринку, і призначалася спеціально для
пристроїв з терміном служби більше 10 років з ємністю в діапазоні від 20 Аг до 1000
Ач (від 19 Аг до 1689 Ач).
Результати періодичних випробувань протягом 17
років служби, які вже пройшли з моменту випуску першої серії, показали, що
розрахунковий термін служби в 10 років був досягнутий (серійне виробництво
акумуляторів Powersafe розпочато в 1982 році).
Конструкція елемента Powersafe
Переваги газорекомбінаціонних елементів
обумовлені принципами, покладеними в основу конструкції, які визначають їх
експлуатаційні параметри.
У конструкції елемента Powersafe використовуються
електроди з свинцево-кальцій-олов'яного сплаву, розробленого компанією
Chloride. До складу сплаву не входить сурма, тому відсутній корозія поверхні
контакту пластини з монтажними стрижнями групи електродів, з якою
доводилося стикатися іншим виробникам, що використали сурму у складі
сплаву монтажних стрижнів і струмопідведення.
Використання низькоомних прошарків з мікростекловолокна,
оригінальної конструкції кришки і висновків, забезпечує високу здатність навантаження
здатність акумуляторів.
Особлива увага приділялася безпеки батарей. Всі
пластмасові деталі конструкції є вогнетривкими (по категорії UL94 V0).
Серед додаткових заходів слід відзначити суцільну ізоляцію, захист від
надлишкового тиску (відповідно до стандарту U0924 максимальний тиск 0,05 атм)
і надійність струмопідведення. Всі батареї Powersafe витримують коротке замикання
протягом 0,5 секунди, що вдвічі перевищує цей параметр для аналогічних
батарей від інших виробників.
Ефективність газорекомбінаціі
Реакція рекомбінації газів при роботі акумуляторної
батареї описана в [1]. Виділення незначної кількості газу, не вимагає
додаткової примусової вентиляції приміщення або обладнання, в якому
встановлені батареї.
Для стаціонарних умов роботи з малим струмом
безперервного підзарядки визначення виділення газу по втраті маси є
недостатньо точним.
В роботі [2] були проведені вимірювання, і аналіз
виділення газу за певний період часу. Понад 95% виділився газу --
водень, присутність азоту і кисню обумовлено наявністю повітря в корпусі
батареї.
Таблиця 1.
Обсяг виділився газу при напругах безперервного
підзарядки акумуляторів 2,27 В і 2,40 В
Напруга
підзарядки,
В
Середній
ток підзарядки,
мА
Обсяг
H2 *,
літрів
2,27
(Powersafe)
25,2
0,20
2,40
(Powersafe)
487
1,17
2,27
(Звичайні)
95
40,70
+ 20,35 O2
* На
протягом періоду більше 6 тижнів
У табл. 1 наведені результати вимірювань об'єму
виділився газу в залежності від струму безперервного підзарядки при напругах
безперервного підзарядки 2,27 В і 2,40 В для газорекомбінаціонних елементів у
порівнянні зі звичайними акумуляторами. Елементи Powersafe володіють ефективністю
газорекомбінаціі не менше 98%. Результати спостереження двох значень струму
безперервного підзарядки в герметизованих елементах вказують на причину того,
що виробники газорекомбінаціонних батарей завжди рекомендують ретельно
контролювати умови заряду.
Дійсно, за результатами досліджень,
газорекомбінаціонная батарея при підвищеній напрузі безперервного підзарядки
2,40 У вийде з ладу протягом терміну від 18 місяців до 2 років [3].
Умови роботи і заряду
Відповідно до рекомендацій виробника для елементів
Powersafe рекомендуються такі умови праці:
Рекомендується використовувати лише зарядні пристрої
з постійним зарядним потенціалом.
Напруга безперервного підзарядки від 2,27 В до 2,30 В
при температурі 20 ° С. При цьому не потрібно застосовувати обмежувачі струму.
Характерне значення струму постійної підзарядки не перевищує 1 мА на кожен Ач
ємності батареї.
Для стабілізації струму максимальне додаткове значення
напруги може становити 2,40 В не більше 24 годин, при цьому характерне
значення струму безперервного підзарядки становить 5 мА на кожен Ач ємності
батареї.
Значення напруги безперервного підзарядки при
середньорічних температурах навколишнього середовища нижче 15 ° С або вище 25 ° С необхідно
коригувати [1].
Найменша допустима напруга постійної підзарядки
становить 1,60 В.
Кількість елементів, що включаються послідовно, не
обмежена.
Паралельно рекомендується підключати не більше 4
елементів. У кожному з паралельних банок елементів, що збираються в батарею
опір зовнішніх ланцюгів має відрізнятися не більше ніж на ± 5%.
Після 5 днів розряду батареї необхідно дозаряжать.
Це необхідно робити також у тому разі, якщо напруга холостого ходу
елемента знизилася в результаті зберігання нижче 2,11 В.
Амплітуда пульсацій струму повинна складати не більше 7%
для 3 Ач батарей в діапазоні частот від 100 Гц до 300 Гц. (Є ймовірність
того, що взаємодія компонент деяких систем може призводити до
неглибоким високочастотним циклів заряду-розряду).
Ці робочі характеристики відповідають верхньому
рівнем маси кислоти при заряді.
Очевидно, що виміряти рівень кислоти в
газорекомбінаціонних резервних елементах неможливо. Беручи до уваги
потреби в інформації про стан батарей, які знаходяться в процесі
експлуатації, компанія Chloride ввела систему моніторингу батарей [1].
Стандарти та атестації
Елементи Powersafe відповідають вимогам
Британського стандарту 6290, Частини 1, яка визначає методику випробувань, і Частини
4, 1986, яка відноситься головним чином до стаціонарних газорекомбінаціонним
свинцево-кислотних батарей з клапанним регулюванням.
Стандарт BS 6290, крім усього іншого, встановлює
критерії щодо терміну служби елемента, здатності витримувати короткий
замикання, виділення газу, вогнестійкості, а також параметрів навколишнього середовища і
електричних контрольних параметрів.
Елементи Powersafe також відповідають стандарту BS 2011
(Механічні навантаження) і BS 6334 (Пожежна безпека).
Конструкція батарей Powersafe розрахована на роботу в
газорекомбінаціонном режимі в процесі всього терміну експлуатації, що
підтверджується випробуваннями, проведеними на підприємстві-виготовлювачі.
Багато спеціалізовані газорекомбінаціонние
батареї, які повинні задовольняти вимогам стандарту BS 6290, Частину 4,
не забезпечені відповідними відомостями про параметри конструкції або
відповідними опублікованими даними. Будь-який продавець у разі сумнівів у
щодо призначення того чи іншого продукту повинен подати заяву з
висновок виробника батареї про результати випробувань, що підтверджує
батареї відповідність вимогам стандарту BS 6290 Частина 4.
В даний час Європейські і IEC стандарти на
даний вид продукції відсутні.
Переваги газорекомбінаціонной технології
Одним з основних переваг газорекомбінаціонних
батарей є висока щільність енергії, в порівнянні зі звичайними
свинцево-кислотними батареями, особливо при високих швидкостях розряду.
Таблиця 2.
Щільність енергії акумуляторів при високих швидкостях
розряду
Тип
Ємність
С10 до 1,85 В, Аг
Ток
розряду * до 1,62 В, А
Обсяг
корпусу, л
Питома
енергія *,
А
хв/л
POWERSAFE
300
916
9,3
493
PLANTE
300
714
24,6
145
TUBULAR
300
448
11,6
154
PASTED
300
606
14,8
205
* Для
розряду протягом 5 хвилин
У табл. 2 представлені 4 основних типи свинцево-кислотних
резервних батарей, кожна з яких має номінальною ємністю 300 Ач,
зіставляються струми 5-хвилинного розряду, а також обсяги, які займає кожним з
елементів. Завдяки низькому внутрішньому опору газорекомбінаціонних
елементів і їх значно меншому корисного об'єму при еквівалентної ємності,
в порівнянні із звичайними елементами, щільність енергії газорекомбінаціонних
елементів значно вище, що особливо сильно проявляється при високих
швидкостях розряду.
Таблиця 3.
Номінальна ємність акумулятора,
що забезпечує швидкість розряду 160 кВт/5 хв
Тип
Ємність С10 до 1,85 В, Аг
POWERSAFE
160
PLANTE
250
PASTED
255
TUBULAR
420
У табл. 3 зіставляються номінальні ємності,
необхідні для 4-х типів елементів для забезпечення виділення постійної
потужністю в 160 кВт протягом 5-хвилинного розряду.
Площа, призначена для установки елементів
харчування, може бути обмежена. Можна встановити елементи Powersafe на
вертикальній стійці, що істотно заощаджує площа підлоги в порівнянні з
звичайними акумуляторами.
Порівняння простору, необхідного для забезпечення
160 кВт/5мін розряду з використанням 180 елементів показує, що батарея
Powersafe займає 46% площі підлоги в порівнянні з площею, займаної
акумуляторами Tubular.
Додатковими перевагами використання батарей
Powersafe є:
Висока стійкість по відношенню до вібрацій в
навколишньому середовищу і стійкість по відношенню до ударів, що забезпечується щільної
і жорсткою конструкцією. Продукція атестована по сейсмічної стійкості.
Безпека і надійність експлуатації, яка
забезпечується застосуванням вогнетривких матеріалів конструкції, відсутністю
кислоти у вільному стані, мінімальним газовиділенням, цільної ізоляцією і
здатністю витримувати коротке замикання.
Зручність експлуатації, наявність конструктивних
пристосувань для підйому, різьбових висновків і можливість установки висновків
на лицьовій панелі, при необхідності, для зручності установки і обслуговування.
Установка і застосування
Батареї Powersafe можна встановлювати на стійках, в
відсіках, і всередині апаратури, для живлення якої вони призначені. Приклади
використання:
Контейнерное устаткування, таке як віддалені
телекомунікаційні станції.
Настінні стелажі або стійки при обмеженій
можливості використання поверхні підлоги.
Установка під підлогою при необхідності одержання
більшої енергії в межах наявної площі.
Установка в мобільному обладнанні, або вагонетках для
підземних робіт.
У шахтах чи на підприємствах хімічної
промисловості.
На бурових установках для забезпечення функцій
резервного електроживлення, в тому числі індукційне гальмування, управління
процесом буріння і т.п.
Установка в сейсмонебезпечних місцях.
Компанією випускається набір інженерних пристосувань,
включаючи стійки, відсіки і настінні стелажі. Для сільноточних пристроїв для
цілей безперебійного енергозабезпечення випускаються спеціальні щитки,
забезпечують підключення кабелів перерізом до 600 мм2.
Список літератури
Лаврус В.С. Джерела енергії. К.: Нит, 1997.
Harrison A.I. and
Wittey B.A. (1984) "Gas Recombination Lead Acid Stationary Batteries"
14th International Power Sources Symposium.
Harrison A.I.,
Bagshaw N.E., Thompson E. (1982) "Rack Mounted Power for Modern
Telecommunications Systems ", Intelec Proceedings.
Для підготовки даної роботи були використані
матеріали з сайту http://www.nt.org
