Монтаж и наладка аккумуляторных установок

Оглавление

 

1.  Монтаж аккумуляторных установок (монтаж и наладка)…………..3

1. Принцип работы и эксплуатации аккумуляторов……………..3
2. Установка и монтаж батарейных шкафов……………………...9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Монтаж  аккумуляторных установок (монтаж  и наладка)

1.1. Принцип  работы и эксплуатации аккумуляторов

 

Химическим источником тока (ХИТ) называется устройство, преобразующее  химическую энергию активных веществ  в электрическую энергию. Основные элементы ХИТ -  два электрода  и электролит, помещенные в корпус. При взаимодействии активных веществ  электродов и электролита (электрохимическая  реакция) один электрод получает положительный  потенциал, другой – отрицательный. При подключении к электродам нагрузки вследствие разности потенциалов  в нагрузке протекает постоянный электрический ток. Этот процесс  называется разрядом ХИТ. ХИТ делятся  на два типа – первичные (однократного использования) и вторичные (многократного  использования). У первичных ХИТ активные вещества электродов и электролита, рекомендуемые при разряде, не восстанавливаются, у вторичных ХИТ  - восстанавливаются. Для восстановления активных веществ к электродам подключается источник постоянного тока, этот процесс называется зарядом ХИТ.

Аккумулятором называется, вторичный ХИТ, обладающий способностью накапливать (аккумулировать) электрическую энергию и отдавать ее в нагрузку. Последовательное соединение нескольких аккумуляторов называется аккумуляторной батареей.

В зависимости от состава электролита аккумуляторы делятся на кислотные (употребляются так же названия «кислотно-свинцовые» или «свинцово-кислотные») и щелочные. Кислотные аккумуляторы имеют более высокий коэффициент полезного действия и меньшее снижение напряжения при разряде, а щелочные обладают более высокой механической прочностью. Поэтому в качестве стационарных источников питания устройств СЦБ применяются в основном кислотные аккумуляторы, а щелочные  могут использоваться в качестве переносных или временных источников.

Аккумуляторы (аккумуляторные батарей) применяются в качестве резервных источников питания аппаратуры ЭЦ (в электропитающих установках постов ЭЦ), устройств автоматической переездной сигнализации, аппаратуры управления входными светофорами на станциях, рельсовых цепей постоянного  тока, а так же для запуска дизель-генераторных установок (стартерные батарей). Департаментом  автоматики и телемеханики ОАО «РЖД»  разрешены к применению в устройствах  электропитания аппаратуры СЦБ аккумуляторы следующих типов: кислотные АБН-72, ССАП-76, СКЗ-СК14, ОР, ОРSЕ, ОрzS. VE (аккумуляторы типа VE  - только с панелями типов ПР2-ЭЦ, ПВП1-ЭЦК, ПВВ-ЭЦ электропитающих установок); щелочные никель-кадмиевые KPL 70P, 5KPL 70P.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Принцип  действия кислотного аккумулятора: а  – разряд; б - заряд

Принцип действия кислотного аккумулятора показан на рисунке 1. Активными веществами, участвующими в электрохимической реакции, являются: на положительном электроде –  оксид свинца PbO₂ (темно-коричневого цвета); на отрицательном электроде – губчатый свинец Pb (серого цвета); электролит – водный (H₂O) раствор серной кислоты H₂SO₄. В водном растворе молекулы серной кислоты распадаются на положительно заряженные ионы водорода 2Н⁺ и отрицательно заряженные ионы кислотного остатка SO₄^2-. При подключении нагрузки r  аккумулятор начинает разряжаться, и через нагрузку протекает разрядный ток I_p  (рисунок 1,а). в процессе разряда за счет взаимодействия серной кислоты с активными массами электродов образуются молекулы сульфата свинца PbSO₄ (на электродах и воды. При этом плотность электролита уменьшается. При глубоком разряде сульфат свинца превращается в твердую крупнокристаллическую соль, которая плохо восстанавливается при заряде. Поэтому, если плотность электролита достигла 1,15 – 1,17 г/см³, дальше аккумулятор разряжать не следует.

Для разряда аккумулятор  подключается к источнику постоянного  тока ИП (рисунок 1,б). В процессе заряда под воздействие зарядного тока I₃ на отрицательном электроде восстанавливается свинец, на положительном оксид свинца. При этом образуются дополнительные молекулы серной кислоты. Плотность электролита увеличивается. При достижения плотности электролита 1,20-1,24 г/см³ (в зависимости от типа аккумулятора) процесс восстановления активных веществ прекращается, а дальнейшее воздействие зарядного тока может вызвать разложение воды на кислород и водород, при смешивании которых образуется взрывоопасная смесь («гремучий газ»). Поэтому при наличии признаков «кипения» электролита (образование пузырьков кислорода и водорода) заряд аккумулятора необходимо прекратить.

У щелочных никель-кадмиевых  аккумуляторов в качестве электролита  используется водный раствор гидроксида калия (КОН) или гидроксида натрия (NaOH) плотностью 1,19 – 1,21 г/см³ с добавление гидроксида лития (LiОН) для увеличения скока службы. Активная масса отрицательного электрода состоит из губчатого кадмия, положительного – из гидроксида никеля Ni(OH)₃. При разряде аккумулятора активная масса отрицательного электрода превращается в гидроксид железа Fe(OH)₂, положительного в гидроксид никеля Ni(OH) не расходуется, поэтому плотность электролита при разряде не изменяется. Часть воды под действием разрядного тока разлагается на кислород и водород, которые испаряются, поэтому в аккумулятор периодически требуется добавлять воду. При заряде аккумулятора активные массы электродов восстанавливаются.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2. Структурные  схемы буферного включения аккумуляторной батареи: а – в режиме непрерывного подзаряда;

б – в режиме импульсного подзаряда

Основным способом включения аккумуляторных батарей  являются буферное включение, при котором  батарей GB включается параллельно источнику постоянного тока – выпрямительному устройству (ВУ): при нормальной работе выпрямительного устройства батарея сглаживает пульсации выпрямительного напряжения, а при отключении внешнего питания или неисправности ВУ – обеспечивает питание нагрузки. При буферном включении используются два основным режима работы аккумуляторов – непрерывного подзаряда и импульсного подзаряда.

В режиме непрерывного подзаряда (рисунок 2,а) ВУ питает нагрузку Rн. Аккумуляторная батарея находится в заряженном состоянии и непрерывно подпитывается от ВУ небольшим постоянным током, компенсирующим саморазряд. В режиме импульсного подзаряда (рисунок 2,б) ВУ также питает нагрузку Rн и подзаряжает аккумулятор, но при этом значение силы тока подзаряда зависит от напряжения на батарее. Для контроля значения напряжения на батарее устанавливается реле напряжения РН. При разряде батарее до установленного порогового (минимального) значения напряжения реле РН отпускает якорь, его тыловой контакт замыкается, и значение силы тока, отдаваемого выпрямительным устройством, резко увеличивается. Происходит так называемый форсированный заряд батареи. Когда значение напряжения на батарее увеличится до установленного нормального значения, реле PH включится и разорвет цепь форсированного заряда.

В состав работ по техническому обслуживанию аккумуляторов  входят проверка состояния (осмотр и  чистка в случае необходимости), проверка уровня и измерения плотности электролита, измерение напряжения на аккумуляторах.

Аккумуляторы (аккумуляторные батарей) в зданиях постов ЭЦ размещаются  в специальных помещениях – аккумуляторных, внеслужебно-технических зданиях (у  сигнальных точек автоблокировки, на переездах, у входных светофоров и др.) – в батарейных шкафах или  батарейных ящиках.

В аккумуляторных помещениях аккумуляторы устанавливаются на специальных  деревянных стеллажах, количество и размеры которых зависят от типа и количества монтируемых аккумуляторов. Стеллажи располагаются таким образом, чтобы обеспечивался свободный доступ к аккумуляторам. Расстояние между стеллажами должно быть не менее 1 метра. Аккумуляторы располагаются таким образом, чтобы исключить возможность одновременного прикосновения человека к двум токоведущим частям, разность потенциалов которых превышает 250 В. Размещать в одном помещении кислотные и щелочные аккумуляторы запрещается. Аккумуляторные помещения оборудуются приточно-вытяжной вентиляцией, которая должна включаться перед началом заряда и отключаться не ранее, чем через 1,5 часа после окончания заряда. В аккумуляторном помещении запрещается хранить и принимать пищу, курить, входить в помещение с огнем, попользоваться электронагревательными приборами, а так же инструментом, который может дать искру.

При приготовлении кислотного электролита кислота медленно, тонкой струей, из кружки вливается в термостойкий (эбонитовый, фарфоровый, керамический, фаянсовый или др.) сосуд с дистиллированной водой. Электролит следует постоянно перемешивать стеклянным или эбонитовым стержнем (трубкой), либо мешалкой из огнеупорной пластмассы. Запрещается при приготовлении электролита заливать воду в кислоту, запрещается доливать воду в готовый электролит. Для приготовления щелочного электролита можно та же использовать железные или чугунные сосуды, запрещается использовать оцинкованную, луженую, алюминиевую, керамическую посуду, а так же посуду, которая использовалась для приготовления кислотного электролита. Раздробленные куски гидроксида калия следует опускать в дистиллированную воду при помощи стальных щипцов, пинцета или металлической ложки и перемешивать стеклянной или эбонитовой палочкой до полного растворения.

При работе с кислотой необходимо надевать грубошерстный  или хлопчатобумажный защитный костюм с кислостойкой пропиткой, при работе с щелочью – хлопчатобумажный. Так же следует надевать резиновые сапоги (под брюки) или галоши, резиновый фартук, резиновые перчатки и защитные очки. При попадании кислоты или щелочи на открытые участки тела, необходимо промыть эти участки сначала водой, затем нейтрализующим раствором соды или борной кислоты.

При монтаже и  обслуживании аккумуляторных батарей запрещается прикосновение голыми руками (без резиновых перчаток) к токоведущим частям (клеммам, контактам, проводам) и свинцовым пластинам. При работе с щелочными аккумуляторами следует использовать инструмент с изолированными ручками.

Перспективными  химическими источниками тока являются герметизированные аккумуляторные батареи, например кислотные батареи  серий 24v SPzV, OpzV Block, OGiV HP производств фирмы ВАЕ (Берлин, Германия). Такие батареи являются необслуживаемыми, что существенно сокращает расходы на их эксплуатацию, и имеют длительный срок службы, в 3 – 4 раза превышают срок службы негерметизированных аккумуляторов. Герметизированные аккумуляторы не выделяют в окружающий воздух продукты электрохимических реакций, поэтому для их установки не нужны специальные аккумуляторные помещения. Кроме того, такие аккумуляторы батареи более устойчиво работают в условиях низких температур.

 

1.2.Установка  и монтаж батарейных шкафов

 

Для установки шкафы  грузят с учетом последовательности из выгрузки, в соответствии с указанными на путевых планах.

Котлованы для установки  шкафов разрабатывают вручную или  с применением отбойных молотков бетоноломов. Котлован разрывают с  учетом размеров опорных стоек для  закрепления шкафов. Батарейные шкафы  устанавливают на предварительно закрепленных в грунте двух стойках для релейных шкафов, с соблюдением тех же размеров, что и для установки релейных шкафов (расстояние от поверхности  земли до дна шкафа должно быть не менее 150 мм и не более 200 мм.).

Кабель защищают от механических повреждений стальной трубкой с фланцем, входящей в  состав заводской поставки, вводят через отверстие в дне шкафа и закрепляют на задней стороне щитка с помощью отрезка стальной ленты или шурупов. До закрепления с части кабеля, прокладываемой внутри шкафа, снимают наружные защитные покровы и бронелетты. На щитке закрепляют в соответствии с монтажной схемой необходимое число двухконтактных выводов, к зажимам которых подключают жилы кабеля. Жилы подводят к зажимам через отверстие в щитке. В верхнем отсеке шкафа устанавливают выпрямители, в нижнем аккумуляторы АБН-72 или АБН-80 на деревянных подставках. Расстояние от стенок шкафа до аккумуляторов должно быть не менее 50, а между аккумуляторами – не менее 10мм. Зажимы двухконтактных выводов соединяют с выводами выпрямителей проводами марок ПРГ, ПВ-II-ПВ-IV на напряжении 500В сечением 1,5мм², а к аккумуляторам – сечением 2,5 мм².

К концам проводов, предназначенных для подключения к зажимам выводов и выводам выпрямителей, прикрепляют латунные обжимные наконечники. На концы проводов, предназначенных для подключения к аккумуляторам, напаивают свинцовые наконечники. Под нижние гайки зажимов двухконтактных выводов устанавливают фибровые или пластмассовые бирки с обозначением провода в соответствии с монтажной схемой. Выводы выпрямителей, к которым проводят переменный ток, соединяют между собой и с зажимом вывода перемычкой. Провода от выпрямителей к аккумуляторам прокладывают по задней стенке шкафа через отверстие в полке и увязывают жгут.

По нижней части  поверхности полок (внутри аккумуляторного отсека) проводов прокладывают по роликам, с закреплением просмоленным шпагатом из лубяных волокон или хлопчатобумажными нитками.