Электрические характеристики модернизированных стационарных аккумуляторов типа ТБ-М

Коликова Г. А., Баюнов В. В., кандидаты техн. наук, Барсукова М. М., Юдилевич С. Р., Подалинский Ю. А., инженеры

ОАО “Научно-исследовательский аккумуляторный институт “Источник”, Санкт-Петербург

Основными требованиями, предъявляемыми к	В значительной степени этим требованиям
стационарным аккумуляторным батареям (АБ)	удовлетворяют аккумуляторы типа СК или GroE с
энергопредприятиями, являются длительный срок	поверхностными пластинами Планте (òàáë. 1).
службы, высокая надежность и способность АБ от-	Эти аккумуляторы надежны, имеют срок службы
давать расчетную емкость при всех эксплуатацион-	20 – 30 лет, обладают низким внутренним сопро-
ных режимах в течение всего срока службы [1].	тивлением и обеспечивают как длительные, так и
Ò à á ë è ö à 1

9 * , 2			- 7 ,
+ , $ ;0"0
					Тип аккумулятора
Параметр
					GroE,	OGi,	OPzS,	Vb Varta,
	Ñ, ÑÊ, ÑÊÝ	ÑÍÓ		ÑÍ					CCÀÏ	ÒÁ-Ì
					Hoppecke	Hoppecke	Hoppecke	Hawker
Ãîä ðàç-	1935	1975		1979	–	–	–	–	1999	2001
работки
		Закрытые,		Закрытые,	Закрытые,	Закрытые,	Закрытые,	Закрытые,	Закрытые,	Закрытые,
Конструкция	Открытые	ударостой-		фильтр-	фильтр-	фильтр-	фильтр-	фильтр-	фильтр-	фильтр-
					пробки, “	пробки, “	пробки, “ак-
		êèå		пробки	акваген”	акваген”	ваген”	пробки	пробки	пробки
		Эбонит
Материал	Стекло,	армиро-						Прозрачная
	дерево,	ванный,		ÑÀÍ	ÑÀÍ	ÑÀÍ	ÑÀÍ	пластмасса	ÑÀÍ	ÑÀÍ
áàêà
	эбонит	ïîëè-						ABS
		пропилен
Положитель-	“Планте”	Намазной		Намазной	“Планте”	Намазной	Панцирный	Намазной,	Монопан-	Монопан-
ный электрод								стержневой	цирный	цирный
Отрицатель-	Коробчатый	Намазной		Намазной	Намазной	Намазной	Намазной	Намазной	Намазной	Намазной
ный электрод
Диапазон ем-	36 – 5828	72 – 2016		36 – 1152	75 – 2600	200 – 3500	200 – 12 000	18 – 2000	75 – 3100	350 – 600
костей, А ч
Диапазон раз-	1 ìèí – 10 ÷	30 ñ – 10 ÷		1 ìèí – 10 ÷	30 ñ – 10 ÷	1 ìèí – 10 ÷	15 ìèí – 10 ÷	30 ñ – 10 ÷	30 ñ – 10 ÷	30 ñ – 10 ÷
рядов
Удельные ха-
рактеристики,	6,3 – 9,3	16,8		17,9 – 20,8	8,6 – 15,6	16,1 – 26,0	21,6 – 26,8	17,2 – 20,0	15,2 – 21,7	14,0 – 18,1
Âò ÷/êã
Саморазряд,	0,7	0,7		0,7	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
% /ñóò.
Срок службы,	20 (30)	10 (14)		10 (12 – 15)	20	10 – 12	13 – 15	20	20	20
ëåò
Число циклов	200	800		800	300	800	1200	1200	1200	1200
Число:
типораз-	41	6		11	8	8	19	6	8	2
меров
аккумуля-	45	6		16	42	42	26	22	42	6
торов

П р и м е ч а н и я : 1. В скобках указан фактический срок службы. 2. Для аккумулятора типа ССАП разработаны техпроект и документация.

2003, ¹ 8 63

%

300

2

250

200

150

1

100

50

0

Наработка

Саморазряд (81цикл)

Газовыделение (100циклов)

Сульфатация(+) электродоввконце срокаслужбы

Сульфатация(–) электродоввконце срокаслужбы

! .

< , .

* +

короткие разряды в широком диапазоне токов. Но они имеют самую высокую стоимость, высокие материало- и трудоемкость и низкие удельные характеристики. К недостаткам аккумуляторов с пластинами Планте следует отнести их неустой- чивость к циклированию: число циклов, как правило, не превышает 300.

Срок службы аккумуляторов с намазными электродами типа СН по техническим условиям составляет 10 лет при 100%-ной остаточной емкости [2], аккумуляторов типа OGi – 10 – 12 лет при 80%-ной остаточной емкости. Фактический срок службы аккумуляторов СН, разработанных нашим институтом и изготовленных на заводе в г. Сребреница (Югославия), составил 12 – 15 лет, а в отдельных случаях – 17 лет.

За рубежом, а в последние годы и в России, выпускаются стационарные аккумуляторы типа OPzS с панцирными положительными электродами. Эти аккумуляторы по сроку службы занимают промежуточное положение между GroE и OGi (òàáë. 1). Они имеют довольно высокие удельные характеристики, но из-за большого внутреннего сопротивления не обеспечивают коротких (менее 15 мин) режимов разряда, поэтому имеют ограни- ченное применение на объектах энергетики.

Большой интерес из зарубежных аккумуляторов представляют стационарные аккумуляторы типа Varta Vb bloc концерна Hawker с намазными стержневыми положительными электродами, помещенными в конверт. По удельным электриче- ским характеристикам они сопоставимы с аккумуляторами типа СН (OGi), а по сроку службы (20 лет) приближаются к аккумуляторам типа GroE (òàáë. 1). Срок службы 20 лет обеспечивается при температуре эксплуатации 20°С. При повышении

температуры на 10°С, согласно техническим условиям, срок службы уменьшается в 2 раза.

В связи с тем, что за последние 10 лет стационарные аккумуляторы в нашей стране практиче- ски не выпускаются, разработка и постановка на производство Тюменским аккумуляторным заводом (ТАЗ) нового ряда стационарных аккумуляторов ТБ350 – ТБ600 с намазными электродами являются актуальными.

Стационарные аккумуляторы типа ТБ выпускаются в баках из прозрачного ударостойкого материала САН в закрытом исполнении, снабжены фильтр-пробкой для улавливания аэрозоля серной кислоты, оснащены перемычками с ПВХ-изоля- цией и резиновыми колпачками для укрытия болтовых соединений перемычек с борнами с целью предотвращения коротких замыканий. Особенностью аккумуляторов типа ТБ является ремонтопригодность, которая обеспечивается конструкцией соединения крышки с баком.

Комиссия по приемке установочной партии аккумуляторов ТБ с участием представителей РАО “ЕЭС России”, ОАО “Институт “Энергосетьпроект”, ОАО Тюменьэнерго, ОАО Свердловэнерго рекомендовала провести совместно с НИАИ работу по повышению электрических характеристик аккумуляторов ТБ и увеличению срока службы с 15 до 20 лет, т.е. довести характеристики аккумуляторов ТБ до достигнутого мирового уровня.

Основными причинами выхода из строя свинцовых аккумуляторов с намазными электродами являются оплывание активной массы и коррозия положительных токоотводов, поэтому для обеспе- чения срока службы 20 лет аккумуляторов ТБ институтом был разработан положительный электрод монопанцирной конструкции.

Предварительно было установлено, что применение электрода монопанцирной конструкции в АБ типа 3 МТ-8 позволяет увеличить их срок службы в 4 – 5 раз, а наработку тяговых аккумуляторов большой мощности – в 2,5 раза (ðèñ. 1).

Анализ конструкции аккумуляторов ТБ и проведенные расчеты показали, что основной причи- ной низких разрядных характеристик является высокое внутреннее сопротивление, обусловленное конструкцией блока аккумулятора.

На основании расчетов были переработаны конструкция положительного и отрицательного токоотводов, сепарации, изменена конструкция блока и счет числа положительных и отрицательных электродов. Вследствие модернизации масса аккумулятора ТБ-450 увеличилась на 1,5 кг (примерно 2,9%). Кроме того, были откорректированы рецептура отрицательной активной массы, а также режим формирования электродов.

По разработанной документации Тюменским аккумуляторным заводом (ТАЗ) в 2001 г. совместно с институтом была изготовлена опытная партия аккумуляторов ТБ-450М. Одновременно со специ-

64

2003, ¹ 8

2,3
2,2
Â
2,1
2,0
1,9
Напряжение,		3	2		1
1,8
1,70	3		6	9	12
			Время, ч

) 0, * 2 * , + .

:K.56E$* 9!: )?(( /

1 – 10-часовой, 2 – 5-часовой; 3 – 3-часовой

	2,2
Â	2,1
Напряжение,	2,0
	1,9
	1,8				3
			3'	2'							1
	1,7						2	1'
	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
					Время, мин

& 0, * 2 * , + .

:K.56E$ + * * * < + , * 9!: )?(( /

1,1 – 1-часовой; 2,2 – 0,5-часовой; 3,3 – 0,25-часовой

алистами завода производилась отработка технологии изготовления монопанцирного электрода в условиях производства ТАЗ.

Результаты испытаний модернизированных стационарных аккумуляторов ТБ-450М, представленные в òàáë. 2, свидетельствуют о том, что разрядные характеристики увеличены на всех режимах разряда: на 10-, 5- и 3-часовых режимах на 13, 17 и 26% соответственно; на более коротких режимах (1-; 0,5- и 0,25-часовых) – в 1,9; 4 и 6 раз соответственно.

Длительность разряда аккумуляторов ТБ-М током 650 А (ток одноминутного режима по ГОСТ 26881 [1]) до напряжения 1,65 В составила 18 мин, что фактически соответствует 15-минутному режиму разряда, при этом напряжение разряда на протяжении 12 мин превышало 1,75 В.

Ò à á ë è ö à 2

Длительность разряда током 2,6Ñ10 А (30-се- кундный режим по ГОСТ Р МЭК 896-195 [3]) до напряжения 1,65 В составила 1,5 – 2 мин.

Испытания показали, что саморазряд модернизированных аккумуляторов ТБ-450М, определенный по методике ГОСТ 26881, уменьшен в 7 раз и составляет менее 0,1% в сутки. Внутреннее сопротивление (Râí) модернизированных аккумуляторов ТБ-450М, определенное по методике ГОСТ Р МЭК 896-1-95 [3], составляет 0,266 мОм, что более чем в 2 раза ниже первоначального и сопоставимо с Râí аккумуляторов Varta Vb bloc (òàáë. 3) [4].

Разрядные кривые, показанные на ðèñ. 2 è 3, свидетельствуют о том, что не только существенно повышена емкость как на коротких, так и на длительных разрядах, но и в соответствии с расчетами

! + * + ,

		ÒÁ-450	ÒÁ-450Ì
	Ток разряда
		Емкость C, приведенная к 20°С, А ч		C2/C1, %
Параметр	(ïî ÃÎÑÒ 26881),
	À
		C1	C2
Режим разряда:
10-часовой	45	451	510	113,3
5-часовой	74	370	435	117,6
3-часовой	122,5	315	399	126,6
1-часовой	225	169	333	197,0
0,5-часовой	315	66	266	403,0
0,25-часовой	396	33	193	643,0
Длительность разряда током 1,39 C10 À, ìèí	625	1,0	18	–
Внутреннее сопротивление, мОм	–	0,679	0,266	–
Удельная энергия:
Âò ÷/êã	–	17,3	19,0	–
Âò ÷/äì3	–	31,6	35,2	–
Срок службы (по ТУ), лет	–	15	20	–

П р и м е ч а н и е . Конечное разрядное напряжение при 10-, 5- и 3-часовых разрядах – 1,80 В; при 1-; 0,5- и 0,25-часовых – 1,75 В (по ГОСТ 26881); при разряде током 1,39C10 – 1,65 Â.

2003, ¹ 7

65

Ò à á ë è ö à 3

! + , :K.56E$ .

LM )&E> LNOPN MQRS TNUVWO

		ÒÁ-450Ì	Vb 2309
Параметр	Ток разряда,			Côàêò/CVb, %
		Côàêò, приведенная к
	(ïî ÒÓ íà Vb), À		CVb, À ÷, (ïî ÒÓ)
		20°Ñ, À ÷
Режим разряда:
10-часовой	45	510	450	113,3
5-часовой	81	467	405	115,3
3-часовой	120	406	360	112,8
1-часовой	274	301	274	109,9
0,5-часовой	396	213	200	106,5
10-минутный	756	166,3	128,5	130,0
Длительность разряда током 2,6C10 (1170 À)	–	1,5 – 2 ìèí	30 ñ	–
Саморазряд, %/сут.	–	0,1	0,1	–
Внутреннее сопротивление, мОм	–	0,266	0,28	–
Удельная энергия:
Âò ÷/êã	–	19,0	19,5	–
Âò ÷/äì3	–	35,2	37,7	–
Срок службы (по ТУ), лет	–	20	20	–

П р и м е ч а н и е . Конечное разрядное напряжение: при 10-, 5- и 3-часовых разрядах – 1,80 В; при 1-, 0,5-часовых – 1,75 В (по ГОСТ 26881); при разряде токами 756 и 1170 А – 1,65 В.

значительно увеличено среднее разрядное напряжение.

Для сопоставления с лучшими зарубежными аналогами аккумуляторы ТБ-450М были разряжены повышенными токами, соответствующими требованиям технических условий на аккумуляторы Vb серии Varta Vb bloc. Сравнительные характеристики аккумуляторов ТБ-450М и Vb2309 (емкостью 450 А ч), приведенные в òàáë. 3, свидетельствуют о том, что на всех режимах разряда фактическая емкость аккумуляторов ТБ-450М превышает требования технических условий на зарубежный аналог.

Применение блока новой конструкции и монопанциря обеспечит увеличение срока службы до 20 лет при гарантируемом заводом сроке службы 15 лет для аккумуляторов типа ТБ.

Таким образом, модернизированные отечественные стационарные аккумуляторы типа ТБ-М с монопанцирными электродами по электрическим характеристикам соответствуют достигнутому мировому уровню (см. òàáë. 1) и конкурентоспособны.

Результаты модернизации были рассмотрены на расширенном заседании научно-технического совета ОАО “НИАИ “Источник” с участием пред-

ставителей и главных специалистов РАО “ЕЭС России”, МПС, Минсвязи и Минтранспорта России, энергопредприятий и заводов-изготовителей, и модернизированные аккумуляторы типа ТБ-М рекомендованы для промышленного использования на объектах энергетики, транспорта и связи.

Вывод

Проведена модернизация стационарных аккумуляторов ТБ350 – ТБ600, которая позволила увеличить срок службы с 15 до 20 лет, в 7 раз уменьшить саморазряд, в 2 раза уменьшить внутреннее сопротивление аккумуляторов и значительно повысить разрядные характеристики. Модернизированные аккумуляторы ТБ-М конкурентоспособны.

Список литературы

1.ÃÎÑÒ 26881-86. Аккумуляторы свинцовые стационарные. Общие технические условия.

2.Технические условия ФГЗ7543.526ТУ. Аккумуляторы СН и батарея 3СН-36.

3.ÃÎÑÒ Р МЭК 896-1-95. Свинцово-кислотные стационарные батареи. Общие требования и методы испытаний.

4.Технические условия. Аккумуляторы стационарные свинцовые типа Vb Varta, Хаген.

66

2003, ¹ 8