Свинцовые аккумуляторы

Электрическим аккумулятором называют химический источник постоянного тока, который способен накапливать (аккумулировать) электрическую энергию и отдавать ее по мере надобности. Активные вещества, израсходованные при разряде аккумуляторов, легко восстанавливаются при заряде, когда аккумуляторы подключают к постороннему источнику постоянного тока При этом потребляемая ими электрическая энергия преобразуется в химическую

Заряд и разряд аккумулятора можно проводить сотни раз, в то время как первичные элементы разряжаются только один раз. В этом заключается его принципиальное отличие от первичных элементов.

Наибольшее применение получили три разновидности аккумуляторов: свинцовые (кислотные), в которых активной массой положительного электрода служит двуокись свинца, отрицательного электрода - губчатый свинец, а электролитом - водный раствор серной кислоты; никель-железные и никель-кадмиевые (щелочные), в которых активной массой положительного электрода служит гидроокись никеля. отрицательного электрода -- железо или кадмий, а электролитом - водный раствор щелочи; серебряно-цинковые, в которых активной массой положительного электрода служат окислы серебра, отрицательного электрода -- цинк, электролитом -- водный раствор щелочи

Для электропитания железнодорожной автоматики и телемеханики в основном применяют свинцовые аккумуляторы Они имеют высокий к и д. и незначительное снижение напряжения при разряде

По сравнению со свинцовыми аккумуляторами никель-железные и никель-кадмиевые аккумуляторы имеют меньший к п д и большее изменение напряжения при разряде, но обладают высокой механической прочностью Поэтому их обычно применяют в качестве переносных или временных источников электропитания различной аппаратуры

Серебряно-цинковые аккумуляторы имеют высокие удельные характеристики, стабильное напряжение при разряде, могут отдавать очень большие токи при кратковременных разрядах.

Стационарные свинцовые аккумуляторы. Применяют стационарные свинцовые аккумуляторы типов С и СК, СЗ и СН. Буквы обозначают: С - стационарный, К - допускает кратковременный разряд большим током, 3 - в закрытом исполнении, Н - с намазными пластинами.

Аккумуляторы типов С и СК используют в действующих электропитающих установках. У этих аккумуляторов нет крышки, поверхность электролита сообщается с окружающим воздухом. В зависимости от емкости аккумуляторам типов С и СК присваивают индекс от 1 до 148.

Для получения номинальной емкости необходимо индекс аккумулятора (1 -148) умножить на 36. Следовательно, номинальная емкость аккумуляторов С-1 и СК-1 равна 36 А • ч, С-2 и СК-2 - 72 А • ч, С-10 и СК-Ю - 360 А • ч.

Аккумуляторы типов С и СК состоят из: стеклянного сосуда (аккумуляторы типов С-1 и С-16) или деревянного бака, выложенного свинцом (аккумуляторы типов С-16 - С-148); блока положительных пластин поверхностной конструкции; блока отрицательных пластин коробчатой конструкции; сепараторов из кислотостойких синтетических микропористых материалов, предохраняющих пластины разной полярности от соприкосновения между собой; электролита (раствор серной кислоты).

Положительные пластины поверхностной конструкции (рис. 205, а) состоят из ребристой свинцовой решетки 1, на поверхности которой размещается активное вещество 2. Благодаря ребристости увеличивается поверхность активного вещества, повышается электрическая емкость пластин и всего аккумулятора. Активный слой образуется на ребристой поверхности в процессе специальной обработки пластин на заводе - при электрическом формировании. Аккумуляторные заводы выпускают положительные пластины белой формировки. Активное вещество таких пластин состоит из сернокислого свинца

Рис. 205. Поверхностная пластина (а) и свинцовая пластина коробчатой конструкции (б)

РЬ504. После заряда это вещество переходит в двуокись свинца РЬ02.

Отрицательные пластины коробчатой конструкции (рис. 205, б) состоят из двух свинцовых решеток 1 с крупными ячейками 2. В ячейках размещается пастообразная активная масса из свинцового порошка и серной кислоты. Для того чтобы активную массу пластин предостеречь от усадки, к ней добавляют небольшое количество сернокислого бария Ва504. Решетки, наполненные активной массой, накладывают одна на другую, с наружных сторон покрывают тонкими перфорированными листами свинца и соединяют заклепками. Различают средние и крайние отрицательные пластины. Крайние отрицательные пластины отличаются от средних тем, что они имеют только одну активную сторону. Другую сторону крайних пластин,обращенную к стенке сосуда, покрывают сплошным листом свинца. В стационарных аккумуляторах типов С и СК применяют три типа пластин: И-1, И-2, И-4, отличающихся друг от друга размерами и емкостью. Эти пластины соединяют в блоки. В каждом свинцовом аккумуляторе отрицательный блок содержит на одну пластину больше, чем положительный. Это необходимо для того, чтобы при работе аккумулятора положительные пластины, располагаясь между отрицательными, не коробились. Пластины типа И-1 устанавливают в аккумуляторах типов С-1 - С-5. Средние пластины этого типа имеют емкость 36 А • ч при 10-часовом режиме разряда. Поэтому в аккумуляторах типа С-1 устанавливают одну положительную и две отрицательные пластины типа И-1, а в аккумуляторах типа С-2 - две положительные и три отрицательные пластины того же типа.

По сравнению с пластинами типа И-1 пластины типа И-2 имеют в 2 раза большие размеры и емкость. Эти пластины устанавливают в аккумуляторах типов С-6-С-20. В аккумуляторах большей емкости (начиная с аккумуляторов типа С-24) устанавливают пластины типа И-4 номинальной емкостью 144 А • ч. Основные конструктивные данные и номинальные емкости стационарных аккумуляторов типов С и СК, применяемых для электропитания устройств железнодорожной автоматики и телемеханики, приведены в табл. 12.

Для параллельного соединения нескольких одноименных пластин в одном сосуде и для последовательного соединения аккумуляторов в батарею применяют свинцовые соединительные полосы. В батареях небольшой емкости (с аккумуляторами типов С-1, СК-1, СК-2, СК-3) применяют боковые соединительные полосы (рис. 206). Пластины аккумуляторов в этом случае располагаются перпендикулярно продольной оси стеллажа. Аккумуляторы большей емкости, начиная

Номинальная емкость,

Число пластин в аккумуляторе

Тнп аккумулятора

Тип пластин

отрицательных

А-ч

тельных

средних

крайних

С-1, СЗ-1

36

И-1

і

2

С-2, СЗ-2

72

И-1

2

1

2

С-3, СЗ-З

108

И-1

3

2

2

С-4

144

И-1

4

3

2

С-5, СК-5 , СЗ-5

180

И-1

5

4

2

С-6, СК-6

216

И-2

3

2

2

С-8, СК-8

288

И-2

4

3

2

С-10, СК-Ю

360

И-2

5

4

2

С-12, СК-12

432

И-2

6

5

2

с типов С-4 и СК-4, соединяются в батарею поперечными соединительными полосами (рис. 207). Аккумуляторы типов С-1 - С-4 выполняют с соединительными полосами такого сечения, чтобы они были пригодны для продолжительных и для кратковременных разрядов. Аккумуляторы типа С-5-С-148 отличаются от аккумуляторов типов СК-5-СК-148 поперечным сечением соединительных полос. В аккумуляторах типа СК, предназначенных для разряда большими токами, эти полосы имеют большее поперечное сечение.

Стационарные свинцовые аккумуляторы С и СК монтируют из отдельных деталей на месте установки. Технологический процесс монтажа очень сложен, многие виды работ относятся к числу вредных. Из-за отсутствия верхней крышки в аккумуляторах С и СК интенсивно испаряется вода, а в конце заряда электролит разбрызгивается. Поэтому во время эксплуатации в аккумуляторы требуется периодически доливать дистиллированную воду, а поверхность сосудов и стеллажей очищать от осадка электролита. Для уменьшения испарения и разбрызгивания электролита аккумуляторы покрывают пластинами из оконного стекла. Для этого же поверхность раствора электролита в аккумуляторах покрывают пленкой вазели-

Рис. 207. Соединение аккумуляторов прн помощи поперечных соединительных полос
Рис. 208. П.шстины намазной конструкции (а) и сепаратор аккумуляторов типа СН (б)

нового медицинского масла толщиной 3 мм. Масляная пленка снижает расход воды для доливки в аккумуляторы в 3-4 раза.

Стационарные аккумуляторы типа СЗ выпускают в стеклянных сосудах, плотно закрытых эбонитовой крышкой. Через крышку от положительных и отрицательных пластин выводят контактные болты. В середине крышки имеется отверстие для заливки электролита, которое закрывается эбонитовой пробкой. В аккумуляторах СЗ установлены пластины той же конструкции, что и в аккумуляторах С и СК, поэтому электрические характеристики этих аккумуляторов одинаковы.

В стационарных аккумуляторах типа СН положительные и отрицательные пластины имеют намазную конструкцию. Блок отрицательных пластин опирается на призмы, установленные на дне стеклянного или эбонитового сосуда. Блок положительных пластин подвешивается на специальной колодке. На верхней крышке аккумулятора располагаются контактные болты и заливочное отверстие, в которое плотно ввинчивается пробка. Пробка имеет специальный фильтр, пропускающий газы, но задерживающий выход испарений электролита. Аккумуляторы СН герметизированы в выводах и зазорах между крышкой и стенками бака. Для этого применяют специальную мастику или используют контактно-тепловую сварку.

Аккумуляторы типа СН выпускают в собранном виде с заряженными или разряженными пластинами, не залитыми раствором электролита. Пластины намазной конструкции (рис. 208, а) состоят из свинцово-сурьмянистой решетки 2 с мелкими ячейками, в которых располагается активное вещество 1. Пластины 1 (рис. 208, б) изолированы друг от друга тройным сепаратором, состоящим из стеклянного войлока 2, гофрированного перфорированного винипласта 3 и мипласта 5, Для увеличения срока службы кромки положительных пластин и края сепараторов в аккумуляторах типа СН обвертывают боковым изолятором из винипласта 4.

Аккумуляторам типа СН присваивают индекс от 1 до 20. Для получения номинальной емкости, соответствующей 10-часовому раз ряду, необходимо индекс аккумулятора умножить на 40. Аккумуляторы типа СН по сравнению с открытыми аккумуляторами типов С и СК имеют следующие преимущества: их собирают не на месте установки, а в заводских условиях; они обладают большим сроком службы, имеют меньшую массу и габаритные размеры, требуют минимального ухода во время эксплуатации, могут отдавать большие токи в разряде, длившемся 1 мин.

Переносные свинцовые аккумуляторы и батареи. Они имеют закрытую конструкцию, сравнительно небольшую массу и габаритные размеры. Для уменьшения массы в этих аккумуляторах применяют пластины намазной конструкции. Промышленность выпускает различные типы переносных свинцовых аккумуляторов и батарей. Наибольшее распространение получили свинцовые радиоанодные (РА), радионакальные (PH), стартерные (СТ) батареи.

Для питания устройств железнодорожной автоблокировки, электрической централизации широко используют автоблокировочные аккумуляторы (АБН). Для управления дизелем резервных электростанций применяют стартерные свинцовые батареи.

Аккумуляторы типов АБН-72 и АБН-80. В условном обозначении этих аккумуляторов буквы АБ характеризуют назначение (для автоблокировки), Н - конструкцию пластин (намазные), число после букв - номинальную емкость (при 25-часовом режиме разряда).

Аккумулятор типа АБН-72 (рис. 209) находится в стеклянном сосуде 3 с эбонитовой крышкой 4, к которой подвешены разноименные блоки пластин. Блок положительных пластин 8 состоит из трех, а блок отрицательных пластин 2 - из четырех пластин намазной конструкции. Пластины 9,12 изолируют друг от друга тройным сепаратором, состоящим из слоя фанеры 11, перфорированного и гофрированного винипласта 10 и стекловолокна.

Слои сепарации скреплены П-образным винипластовым боковым изолятором/. Электролит заливают в аккумуляторы типа АБН-72 через отверстие, которое закрывают пробкой 6. Пробка имеет клапан 7 для выхода газов. В промежутки между стенками сосуда и крышкой заливают кислотостойкую мастику. Выводы 5 соединяют с пластинами через полюсные штыри.

Аккумулятор типа АБН-80 собран в полиэтиленовом сосуде, а между пластинами установлен сепаратор из мипласта и мипора.

Электролит должен покрывать верхнюю кромку сепараторов на 20-30 мм в аккумуляторах типа АБН-72 и на 30-40 мм в аккумуляторах типа АБН-80.

Стартерные свинцовые батареи. Их собирают в моноблоке, изготовленном из эбонита, фенолита или полипропилена (рис. 210). Одиночные аккумуляторы устанавливают в отделения моноблока, а затем соединяют последовательно свинцовыми соединителями. Сверху батарею закрывают крышкой, которую соединяют с моноблоком герметически с помощью контактно-тепловой сварки. На крышке для каждого аккумулятора имеется заливочное отверстие, которое закрывают пробкой.

В условном обозначении типа стартерных батарей буквы и цифры расшифровываются следующим образом: цифра 6, стоящая впереди обозначения, указывает число последовательно соединенных аккумуляторов в батарее; буквы СТ - стартерная для автомобилей и автобусов; буквы ТСТ - стартерная для тракторов, дорожных машин и т. д.; число после черты указывает номинальную емкость батареи. А • ч, при 20-часовом режиме разряда.

Первичные химические источники тока | Электропитающие устройства и линейные сооружения автоматики, телемеханики и связи железнодорожного транспорта | Электролит и химические процессы в свинцовых аккумуляторах