Какие бывают акб: какие бывают виды АКБ для авто

Типы автомобильных аккумуляторных батарей

Типы автомобильных аккумуляторных батарей

Аккумуляторная батарея — химический источник электрического тока, состоящий из объединения (батареи) нескольких отдельных элементов питания. Использование нескольких элементов вместо одного позволяет получить большее напряжение или большую силу тока, в зависимости от способа подключения — последовательного или параллельного.

Существует несколько типов аккумуляторов, отличающихся материалом электродов и электролита. Многие слышали и знают, например, что есть всевозможные никель-кадмиевые, никель-металлгидридные, литий-ионные, свинцово-кислотные аккумуляторы.

Из всего разнообразия в автомобилях в качестве стартерных используются только свинцовые. Это обусловлено тем, что аккумуляторы этого типа обладают максимальной, по сравнению с другими, энергоемкостью и способностью за короткий момент времени отдавать большой ток.

При этом приходится мириться с тем, что как кислота, так и свинец — очень вредные вещества. Корпуса всех свинцовых аккумуляторов делаются из прочной кислотостойкой пластмассы, чтобы обеспечить максимальную безопасность во время транспортировки и эксплуатации.

В настоящее время в качестве материала для электродов используется свинец не в чистом виде, а с разнообразными добавками, в зависимости от которых АКБ делят на несколько типов.

В зависимости от добавок для материала электродов автомобильные аккумуляторы делят на:

• Традиционные («сурьмянистые»)
• Малосурьмянистые
• Кальциевые
• Гибридные
• Гелевые, AGM
  И дополнительно:
• Щелочные
• Литий-ионные

Традиционные («сурьмянистые»)

АКБ этого типа содержат в составе свинцовых пластин ≥5% сурьмы. Часто их еще называют классическими, традиционными. Но такое название на сегодняшний день уже не актуально, так как классическими уже стали АКБ с меньшим содержанием сурьмы.

Сурьму добавляют в свинец, чтобы увеличить прочность пластин. Но из-за этой добавки резко усиливается, ускоряется процесс электролиза, который начинается уже при 12 вольтах. Из-за выделяющихся газов (кислород и водород) кажется, что вода кипит. Из-за того, что вода улетучивается наружу в большом количестве, меняется концентрация электролита и оголяются верхние края электродов. Для компенсации «выкипевшей» воды в АКБ заливают дистиллированную воду.

Аккумуляторы с высоким содержанием сурьмы делают легкообслуживаемыми. Это вызвано тем, что приходится довольно часто, не реже одного раза в месяц, производить проверку плотности электролита и заливку воды.

Сейчас АКБ данного типа уже не устанавливаются на автомобили, т.к. прогресс уже давно ушел вперед. «Сурьмянистые» батареи могут устанавливаться на стационарные установки, где важнее неприхотливость источников питания и где нет особых проблем с их обслуживанием. Все автомобильные аккумуляторы изготавливаются с малым содержанием сурьмы или же совсем без нее.

Малосурьмянистые

Для уменьшения интенсивности «выкипания» воды в аккумуляторах стали использовать пластины со сниженным количеством сурьмы (меньше 5%). Это позволило избавиться от необходимости часто проверять уровень электролита. Также снизился уровень саморазряда АКБ при хранении.

Такие аккумуляторы чаще всего называют малообслуживаемыми или вовсе необслуживаемыми, подразумевая, что данные АКБ не требуют контроля и ухода. Хотя термин «необслуживаемый» больше маркетинговый, чем реальный, так как не получилось абсолютно избавиться от потерь воды из электролита. Вода все равно понемножку «выкипает», хоть и гораздо в меньших количествам, чем у обычных обслуживаемых аккумуляторов. Огромным плюсом малосурьмянистой батареи является ее нетребовательность к качеству электрооборудования автомобиля. Даже при перепадах напряжения бортовой сети характеристики данной АКБ не меняются так необратимо, как это бывает с более современными аккумуляторами, например, кальциевыми или гелевыми.

Малосурьмянистые аккумуляторные батареи больше подходят для легковых автомобилей российского производства, так как отечественные авто пока не могут похвастаться обеспечением стабильности напряжения бортовой сети. Тем более, малосурьмянистые аккумуляторы отличаются минимальной стоимостью по сравнению с другими.

Кальциевые

Еще одним решением снизить интенсивность «выкипания» воды в аккумуляторе было использование вместо сурьмы другого материала в решетках электродов. Наиболее подходящим оказался кальций. Аккумуляторные батареи данного типа часто имеют маркировку «Ca/Ca», что обозначает, что пластины обоих полюсов содержат в своем составе кальций. Также в состав пластин иногда добавляют еще и серебро в малых количествах, что снижает внутреннее сопротивление АКБ. Это положительно сказывается на энергоемкости и КПД батареи.

Применение кальция позволило значительно снизить интенсивность газовыделения и потери воды, по сравнению с малосурьмянистыми аккумуляторами. Фактически, потери воды за весь срок службы батареи составили столь малую величину, что отпала необходимость в проверке плотности электролита и уровня воды в банках. Таким образом, кальциевые аккумуляторные батареи имеют право называться необслуживаемыми.

Кроме низкой скорости «выкипания» воды, кальциевые аккумуляторы имеют еще и сниженный почти на 70%, по сравнению с малосурьмянистыми, уровень саморазряда. Это позволяет кальциевым батареям дольше сохранять свои эксплуатационные свойства при долгом хранении.

Т.к. использование кальция вместо сурьмы позволило повысить напряжение начала электролиза воды с прежних 12 до 16 вольт, перезаряд стал не так страшен.

Однако кальциевые аккумуляторные батареи имеют не только плюсы, но и минусы.

Одним из главных минусов аккумуляторов данного типа является капризность в отношении переразряда. Достаточно 3-4 раза чересчур разрядить, как необратимо снижается уровень энергоемкости, т.е. резко уменьшается количество тока, которое батарея способна накопить. Аккумуляторную батарею в таких случаях, как правило, просто меняют.

Кальциевые аккумуляторы чувствительны к напряжению бортовой сети автомобиля, крайне плохо перенося резкие перепады. Перед покупкой аккумуляторной батареи данного типа следует убедиться в стабильности напряжения автомобиля.

Еще одним минусом является более высокая цена кальциевых аккумуляторов. Но это уже не является недостатком, а вынужденной платой за качество.

Чаще всего кальциевые аккумуляторные батареи устанавливаются на иномарках среднего ценового диапазона и выше, т.е. на те автомобили, где качество и стабильность электрооборудования гарантировано. При покупке аккумулятора данного типа следует иметь в виду, что батарея в эксплуатации более требовательна, чем малосурьмянистая, но зато при должном уходе Вы получаете высококачественный и надежный источник питания для Вашего автомобиля.

Гибридные

Часто обозначаются как «Ca+». В гибридных аккумуляторах пластины электродов сделаны по разным технологиям: положительные – малосурьмянистые, отрицательные — кальциевые.

Это позволяет совместить положительные качества обоих типов аккумуляторных батарей. Расход воды у гибридных батарей в два раза меньше, чем у малосурьмянистых, но все равно больше, чем у кальциевых. Зато выше устойчивость к переразрядам и перезарядам.

По характеристикам гибридные аккумуляторные батареи находятся между малосурьмянистыми и кальциевыми.

Гелевые, AGM

Гелевые и AGM аккумуляторные батареи содержат электролит не в «классическом» жидком виде, а в связанном, гелеобразном состоянии (отсюда и название типа батареи).

Инженерам на протяжении более чем полторы сотни лет истории аккумуляторных батарей приходилось решать множество проблем, задач. Одной из важнейших проблем было осыпание активного вещества с поверхности пластин-электродов. Этот вопрос временно решили путем добавления в состав оксида свинца различных присадок — сурьмы, кальция и т.д. Еще одной очень важной задачей было обеспечение безопасности эксплуатации батарей, т.к. электролит — водный раствор серной кислоты — мог легко вытечь при повреждении корпуса АКБ.

Не надо рассказывать, насколько агрессивным химическим веществом является серная кислота. Необходимо было найти способ не допустить, минимизировать возможность утечки электролита при повреждении корпуса батареи.

Эта проблема была решена путем перевода электролита из жидкого в гелеобразное состояние. Т.к. гель гораздо более плотный и менее текучий, чем жидкость, это решило сразу обе проблемы — активное вещество уже не осыпалось (плотная окружающая среда фиксировала его) и электролит не вытекал (гель имеет низкую текучесть).

И в гелевых, и в AGM батареях электролит находится в гелеобразном состоянии. Отличие в том, что в AGM аккумуляторах помимо этого между пластинами-электродами находится специальный пористый материал, дополнительно удерживающий электролит и защищающий электроды от осыпания. Сама аббревиатура «AGM» так и расшифровывается — Absorbent Glass Mat (абсорбирующий стекломатериал). Т.к. гелевые и AGM аккумуляторы имеют почти схожие характеристики, далее по тексту под гелевыми будут иметься в виду и AGM батареи.

В случае имеющихся различий об этом будет указано отдельно.

Благодаря тому, что гель в аккумуляторах находится фактически в зафиксированном состоянии, данные батареи не боятся наклонов. Производители пишут даже, что эксплуатация батареи допустима в любом положении. Хотя это лишь маркетинговое высказывание, т.к. все равно не стоит держать гелевые АКБ в перевернутом состоянии.

Отличная виброустойчивость — это не единственное положительное качество гелевых аккумуляторов. Данные типы батарей имеют низкую скорость саморазряда, благодаря чему их можно хранить долгое время без критического снижения заряда. Хранить следует в заряженном состоянии.

Гелевые АКБ могут выдавать одинаково высокий ток вплоть до полного разряда. При этом они не боятся переразряда, полностью восстанавливая после подзарядки свою номинальную емкость.

Если при разряде гелевые аккумуляторы менее капризны, чем классические, то с зарядом батарей ситуация совсем иная. Недопустим ускоренный заряд — процесс зарядки гелевых аккумуляторных батарей должен происходить гораздо меньшим током. Для этого даже используются специальные зарядные устройства, подходящие для зарядки только гелевых аккумуляторов. Хотя на рынке имеются и универсальные ЗУ, умеющие, по заверениям производителей, производить зарядку всех типов батарей. Насколько это соответствует действительности — необходимо смотреть внимательно, обращая внимание на репутацию и гарантии производителя.

К сожалению, гелевые батареи при очень низких температурах ведут себя хуже, чем классические. Это связано с тем, что гель становится менее проводимым при снижении температуры. При благоприятных условиях эксплуатации гелевые аккумуляторные батареи могут работать до 10 лет.

Благодаря своей абсолютной герметичности, относительной виброустойчивости и своей фактической (а не просто маркетинговой) необслуживаемости гелевые батареи широко применяются там, где классические АКБ использовать опасно или невыгодно: внутри помещений (например, в источниках бесперебойного питания), в мототехнике (мотоцикл, в отличие от автомобиля, едет, периодически отклоняясь от вертикальной плоскости), в морском и речном транспорте (данные аккумуляторы не боятся качки, свойственной судам). Разумеется, гелевые батареи также применяются и в автомобилях. Чаще всего — в престижных иномарках, что обусловлено довольно высокой ценой этих АКБ (плата за качество и надежность).

Щелочные

Как известно, в качестве электролита в аккумуляторах может использоваться не только кислота, но и щелочь. Существует множество разновидностей щелочных АКБ, но мы рассмотрим только те, что нашли применение в автомобилях.

Автомобильные щелочные аккумуляторы бывают двух типов: никель-кадмиевые и никель-железные. В никель-кадмиевой батарее положительные пластины покрыты гидроксооксидом никеля NiO(OH) (он же гидрат окиси никеля III или метагидроксид никеля), отрицательные пластины — смесью кадмия и железа. В никель-железной батарее положительные пластины покрыты тем же составом, что и в никель-кадмиевой батарее — гидроксооксидом никеля. Отличие лишь в отрицательном электроде — в никель-железном аккумуляторе он сделан из чистого железа. Электролитом в обоих типах аккумуляторов является раствор едкого калия КОН.

Пластины-электроды в щелочных батареях упаковываются в «конверты» из тончайшей перфорированной металлической пластины. В эти же конверты запрессовывается активное вещество. Это позволяет сильно повысить виброустойчивость батарей.

У щелочных АКБ есть интересная особенность: в никель-кадмиевых аккумуляторах положительных пластин на одну больше, чем отрицательных, и находятся они по краям, соединяясь с корпусом. В никель-железных аккумуляторах все наоборот — отрицательных пластин больше, чем положительных.

Еще одной особенностью щелочных батарей является то, что в них при протекании химических реакций не расходуется электролит. По этой причине его требуется меньше, чем в кислотных, где приходится наливать электролит с запасом по причине его «выкипания».

У щелочных аккумуляторных батарей есть ряд преимуществ по сравнению с кислотными:

• Хорошая переносимость переразрядов. При этом батарея может храниться в разряженном состоянии без потери своих характеристик, чего нельзя сказать про кислотные АКБ.
• Щелочные батареи относительно легко переносят перезаряд. При этом есть мнение, что их лучше перезарядить, чем недозарядить.
• Щелочные аккумуляторы гораздо лучше работают в условиях низкой температуры. Это позволяет почти безотказно обеспечивать запуск двигателей в зимнее время.
• Саморазряд щелочных батарей ниже классических кислотных.
• Из щелочных АКБ не выделяются вредные испарения, чего нельзя сказать про кислотные АКБ.
• Щелочные аккумуляторы умеют накапливать больше энергии на единицу массы. Это дает возможность дольше выдавать электрический ток (при тяговом режиме эксплуатации).

Однако у щелочных аккумуляторных батарей есть и недостатки, если сравнивать с кислотными:

• Щелочные аккумуляторы выдают напряжение меньше, чем кислотные, из-за чего приходится объединять большее количество «банок» для достижения нужного напряжения. По этой причине, при одинаковом напряжении, габариты щелочного аккумулятора будут больше.
• Щелочные батареи намного дороже кислотных.

Щелочные батареи в настоящее время используются чаще в качестве тяговых аккумуляторов, чем стартерных. Из-за своих габаритов большинство выпускаемых стартерных щелочных АКБ — для грузовиков.

Перспектива широкого использования щелочных батарей на легковых автомобилях пока туманна.

Литий-ионные

Литий-ионные аккумуляторные батареи (и ее подвиды) считаются наиболее перспективными в качестве дополнительного источника электрического тока.

В химических элементах этого типа носителями электрического тока являются ионы лития. К сожалению, нельзя однозначно описать материалы электродов, т.к. технология постоянно меняется, совершенствуется. Можно лишь сказать, что первое время в качестве отрицательных электродов использовался металлический литий, но подобные аккумуляторы оказались взрывоопасными. В дальнейшем стал использоваться графит. В качестве материала положительных электродов раньше использовались оксиды лития с добавлением либо кобальта, либо марганца. Однако сейчас они всё больше замещаются литий-ферро-фосфатными, т.к. новый материал оказался менее токсичным, более дешевым и экологичным (можно безопасно утилизировать).

Важнейшими достоинствами литий-ионных аккумуляторов являются:

• Высокая удельная емкость (емкость на единицу массы).
• Выдаваемое напряжение выше, чем у «обычных» — один элемент питания способен выдавать около 4 вольт. Напомним, что напряжение элемента классической АКБ — 2 вольта.
• Низкий саморазряд.

Однако все имеющиеся достоинства перевешивают недостатки, из-за которых не получается уже сегодня массово использовать литий-ионные батареи в качестве замены классических свинцово-кислотных.

Некоторые недостатки литий-ионных батарей:

• Чувствительность к температуре воздуха. При отрицательных температурах способность отдавать энергию очень резко снижается. И это одна из главных проблем, над решением которой и бьются разработчики.
• Число зарядов-разрядов пока слишком мало (в среднем, около 500).
• Литий-ионные аккумуляторы «стареют». При хранении происходит постепенное уменьшение емкости. В течение 2 лет — около 20% ёмкости. Просьба не путать с саморазрядом или эффектом памяти. Но хорошо, что работа над решением этой проблемы все-таки ведется.
• Литий-ионные аккумуляторы крайне чувствительны к глубоким разрядам.
• Недостаточная мощность для использования в качестве стартерной батареи. Силы тока, выдаваемой литий-ионным элементом, хватает для питания электронных приборов, но недостаточно для пуска двигателя.

Когда инженерам удастся решить эти недостатки, литий-ионные аккумуляторы станут отличной заменой классической кислотной АКБ.

Идет непрерывная работа над усовершенствованием существующих типов аккумуляторных батарей. В исследовательских центрах ищут способы увеличения энергоемкости источников питания, что позволит уменьшить размеры аккумуляторов. Для северных районов очень пригодится изобретение морозоустойчивой батареи (и тогда не было бы проблемы отказа завода двигателя в сильные морозы).

Очень важна работа и в направлении обеспечения экологичности, т.к. нынешние технологии производства аккумуляторных батарей не могут обойтись без использования ядовитых и просто опасных веществ (взять хотя бы свинец или серную кислоту).

Вряд ли у традиционных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей есть будущее. AGM батареи — это промежуточный этап в эволюции. Аккумулятор будущего не будет иметь в своем составе жидкость (чтобы ничего не вылилось при повреждении), будет иметь произвольную форму (чтобы была возможность использовать все возможные пустоты автомобиля), а также множество других параметров, которые позволят автовладельцам наслаждаться поездкой, а не нервничать по поводу того, что аккумуляторная батарея может отказать в самый неподходящий момент.

Другие статьи

#Палец штанги реактивной

Палец штанги реактивной: прочная основа шарниров штанг

23. 06.2021 | Статьи о запасных частях

В подвесках грузовых автомобилей, автобусов и другой техники предусмотрены элементы, компенсирующие реактивный момент — реактивные штанги. Соединение штанг с балками мостов и рамой осуществляется с помощью пальцев — об этих деталях, их типах и конструкции, а также о замене пальцев читайте в статье.

#Клапан МАЗ включения привода сцепления

Клапан МАЗ включения привода сцепления

16.06.2021 | Статьи о запасных частях

Многие модели автомобилей МАЗ оснащаются приводом выключения сцепления с пневматическим усилителем, важную роль в работе которого играет клапан включения привода. Все о клапанах включения привода сцепления МАЗ, их типах и конструкции, а также о подборе, замене и ТО данной детали — узнайте из статьи.

Виды и типы аккумуляторных батарей — подробно!

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям

Опубликовано 25.06.2015 19:00

Автор: Abramova Olesya

Аккумуляторная батарея – это источник постоянного тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Подавляющее число типов аккумуляторных батарей основано на циклическом преобразовании химической энергии в электрическую, это позволяет многократно заряжать и разряжать батарею.

Еще в 1800 году Алессандро Вольта произвел поразительное открытие, когда опустил в банку, наполненную кислотой, две металлические пластины – медную и цинковую, после чего доказал, что по соединяющей их проволоке протекает электрический ток. Спустя более чем 200 лет, современные аккумуляторные батареи продолжают производить на основе открытия Вольта.

Рисунок 1. Вольтов столб из шести элементов.	Рисунок 2. Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта

Со времени изобретения первого аккумулятора прошло не больше 140 лет и сейчас сложно представить современный мир без резервных источников питания на основе батарей. Аккумуляторы применяются всюду, начиная с самых безобидных бытовых устройств: пульты управления, переносные радиоприемники, фонари, ноутбуки, телефоны, и заканчивая системами безопасности финансовых учреждений, резервными источниками питания для центров хранения и передачи данных, космической отраслью, атомной энергетикой, связью и т. д.

Развивающийся мир нуждается в электрической энергии столь сильно, сколько человеку нужен кислород для жизни. Поэтому конструкторы и инженеры ежедневно ведут работу по оптимизации имеющихся типов аккумуляторов и периодически разрабатывают новые виды и подвиды.

Основные виды аккумуляторов приведены в таблице №1.

Тип	Применение	Обозначение	Рабочая температура, ºC	Напряжение элемента, В	Удельная энергия, Вт∙ч/кг
Литий-ионный (Литий-полимерный, литий-марганцевый, литий-железно-сульфидный, литий-железно-фосфатный, литий-железо-иттрий-фосфатный, литий-титанатный, литий-хлорный, литий-серный)	Транспорт, телекоммуникации, системы солнечной энергии, автономное и резервное электроснабжение, Hi-Tech, мобильные источники питания, электроинструмент, электромобили и т.д.	Li-Ion (Li-Co, Li-pol, Li-Mn, LiFeP, LFP, Li-Ti, Li-Cl, Li-S)	-20 … +40	3,2-4,2	280
никель-солевой	Автомобильный транспорт, Ж\Д транспорт, Телекоммуникации, Энергетика, в том числе альтернативная, Системы накопления энергии	Na/NiCl	-50 … +70	2,58	140
никель-кадмиевый	Электрокары, речные и морские суда, авиация	Ni-Cd	–50 … +40	1,2-1,35	40 – 80
железо-никелевый	Резервное электропитание, тяговые для электротранспорта, цепи управления	Ni-Fe	–40 … +46	1,2	100
никель-водородный	Космос	Ni-h3		1,5	75
никель-металл-гидридный	электромобили, дефибрилляторы, ракетно-космическая техника, системы автономного энергоснабжения, радиоаппаратура, осветительная техника.	Ni-MH	–60 … +55	1,2-1,25	60 – 72
никель-цинковый	Фотоаппараты	Ni-Zn	–30 … +40	1,65	60
свинцово-кислотный	Системы резервного питания, бытовая техника, ИБП, альтернативные источники питания, транспорт, промышленность и т.д.	Pb	–40 … +40	2, 11-2,17	30 – 60
серебряно-цинковый	Военная сфера	Ag-Zn	–40 … +50	1,85	<150
серебряно-кадмиевый	Космос, связь, военные технологии	Ag-Cd	–30 … +50	1,6	45 – 90
цинк-бромный		Zn-Br		1,82	70 – 145
цинк-хлорный		Zn-Cl	–20 … +30	1,98-2,2	160 – 250

Таблица №1. Классификация аккумуляторных батарей.

Исходя из приведенных данных в таблице №1, можно прийти к выводу, что существует достаточно много видов аккумуляторов, отличных по своим характеристикам, которые оптимизированы для применения в разнообразных условиях и с различной интенсивностью. Применяя для производства новые технологии и компоненты, ученым удается достигать нужных характеристик для конкретной области применения, к примеру, для космических спутников, космических станций и другого космического оборудования были разработаны никель-водородные аккумуляторы. Конечно, в таблице приведены далеко не все типы, а лишь основные, которые получили распространение.

Современные системы резервного и автономного электропитания для промышленного и бытового сегмента основаны на разновидностях свинцово-кислотных, никель-кадмиевых (реже применяются железо-никелевый тип) и литий-ионных аккумуляторах, поскольку эти химические источники питания безопасны и имеют приемлемые технические характеристики и стоимость.

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи

Этот тип является самым востребованным в современном мире по причине универсальных особенностей и невысокой стоимости. Благодаря наличию большого количества разновидностей, свинцово-кислотные аккумуляторы применяется в областях систем резервного питания, системах автономного электроснабжения, солнечных электростанций, ИБП, различных видах транспорта, связи, системах безопасности, различных видах портативных устройств, игрушках и т. д.

Принцип действия свинцово-кислотных батарей

Основа работы химических источников питания основана на взаимодействии металлов и жидкости – обратимой реакции, которая возникает при замыкании контактов положительных и отрицательных пластин. Свинцово-кислотные аккумуляторы, как понятно из названия, состоят из свинца и кислоты, где положительно заряженными пластинами является свинец, а отрицательно заряженными – оксид свинца. Если подключить к двум пластинам лампочку, цепь замкнется и возникнет электрический ток (движение электронов), а внутри элемента возникнет химическая реакция. В частности, происходит коррозия пластин батареи, свинец покрывается сульфатом свинца. Таким образом, в процессе разряда аккумулятора на всех пластинах будет образовываться налет из сульфата свинца. Когда аккумулятор полностью разряжен, его пластины покрыты одинаковым металлом – сульфатом свинца и имеют практически одинаковый заряд относительно жидкости, соответственно, напряжение батареи будет очень низким.

Если к батарее подключить зарядное устройство к соответствующим клеммам и включить его, ток будет протекать в кислоте в обратном направлении. Ток будет вызывать химическую реакцию, молекулы кислоты – расщепляться и за счет этой реакции будет происходить удаление сульфата свинца с положительных и отрицательных пластилин батареи. В финальной стадии зарядного процесса пластины будут иметь первозданный вид: свинец и оксид свинца, что позволит им снова получить разный заряд, т. е. батарея будет полностью заряжена.

Однако на практике все выглядит немного иначе и пластины электродов очищаются не полностью, поэтому аккумуляторы имеют определенный ресурс, по достижении которого емкость снижается до 80-70% от изначальной.

Рисунок №3. Электрохимическая схема свинцово-кислотного аккумулятора (VRLA).

Типы свинцово-кислотных батарей

• Lead–Acid, обслуживаемые – 6, 12В батареи. Классические стартерные аккумуляторы для двигателей внутреннего сгорания и не только. Нуждаются в регулярном обслуживании и вентиляции. Подвержены высокому саморазряду.

• Valve Regulated Lead–Acid (VRLA), необслуживаемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Недорогие аккумуляторы в герметизированном корпусе, которые можно использовать в жилых помещениях, не требуют дополнительной вентиляции и обслуживания. Рекомендованы для использования в буферном режиме.

• Absorbent Glass Mat Valve Regulated Lead–Acid (AGM VRLA), необслуживаемые – 4, 6 и 12В батареи. Современные аккумуляторы свинцово-кислотного типа с абсорбированным электролитом (не жидкий) и стекловолоконными разделительными сепараторами, которые значительно лучше сохраняют свинцовые пластины, не давая им разрушаться. Такое решение позволило значительно снизить время заряда AGM батарей, поскольку зарядный ток может достигать 20-25, реже 30% от номинальной емкости.

  Аккумуляторы AGM VRLA имеют множество модификаций с оптимизированными характеристиками для циклического и буферного режимов работы: Deep – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – для удобного расположения в телекоммуникационных стойках, Standard – общего назначения, High Rate – обеспечивают лучшую разрядную характеристику до 30% и подходят для мощных источников бесперебойного питания, Modular – позволяют создавать мощные батарейные кабинеты и т. д.

  Рисунок №4. AGM VRLA аккумуляторы EverExceed.

• GEL Valve Regulated Lead–Acid (GEL VRLA), необслуживаниемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Одна из последних модификаций свинцово-кислотного типа аккумуляторов. Технология основана на применение гелеобразного электролита, который обеспечивает максимальный контакт с отрицательными и положительными пластинами элементов и сохраняет однообразную консистенцию по всему объему. Данный тип аккумуляторов требует «правильного» зарядного устройства, которое обеспечит требуемый уровень тока и напряжения, лишь в этом случае можно получить все преимущества по сравнению с AGM VRLA типом.

  Химические источники питания GEL VRLA, как и AGM, имеют множество подвидов, которые наилучшим образом подходят для определенных режимов работы. Самыми распространенными являются серии Solar – используются для систем солнечной энергии, Marine – для морского и речного транспорта, Deep Cycle – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – собраны в специальных корпусах для телекоммуникационных систем, GOLF – для гольф-каров, а также для поломоечных машин, Micro – небольшие аккумуляторы для частого использования в мобильных приложениях, Modular – специальное решение по созданию мощных аккумуляторных банков для накопления энергии и т. д.

  Рисунок №5. GEL VRLA аккумулятор EverExceed.

   

   

   

• OPzV, необслуживаемые – 2В батареи. Специальные свинцово-кислотные элементы типа OPZV произведены с применением трубчатых пластин анода и сернокислотным гелеобразным электролитом. Анод и катод элементов содержат дополнительный металл – кальций, благодаря которому повышается стойкость электродов к коррозии и увеличивается срок службы. Отрицательные пластины – намазные, эта технология обеспечивает лучший контакт с электролитом.

  Аккумуляторы OPzV устойчивы к глубоким разрядам и обладают длительным сроком службы до 22 лет. Как правило, для изготовления подобных элементов питания применяются только лучшие материалы, чтобы обеспечить высокую эффективность работы в циклическом режиме.

  Применение OPzV аккумуляторов востребовано в телекоммуникационных установках, системах аварийного освещения, источниках бесперебойного питания, системах навигации, бытовых и промышленных системах накопления энергии и солнечной электрогенерации.

  
  Рисунок №6. Строение OPzV аккумулятора EverExceed.

• OPzS, малообслуживаемые – 2, 6, 12В батареи. Стационарные заливные свинцово-кислотные аккумуляторы OPzS производятся с трубчатыми пластинами анода с добавлением сурьмы. Катод также содержит небольшое количество сурьмы и представляет собой намазной решетчатый тип. Анод и катод разделены микропористыми сепараторами, которые предотвращают короткое замыкание. Корпус аккумуляторов выполнен из специального ударопрочного, устойчивого к химическому воздействию и огню прозрачного пластика, а вентилируемые клапаны относятся к пожаробезопасному типу и обеспечивают защиту от возможного попадания пламени и искр.

  Прозрачные стенки позволяют удобно контролировать уровень электролита при помощи отметок минимального и максимального значения. Специальная структура клапанов дает возможность без их снятия доливать дистиллированную воду и промерять плотность электролита. В зависимости от нагрузки, долив воды осуществляется раз в один – два года.

  Аккумуляторные батареи типа OPzS обладают самыми высокими характеристиками среди всех других видов свинцово-кислотных батарей. Срок службы может достигать 20 – 25 лет и обеспечивать ресурс до 1800 циклов глубокого 80% разряда.

  Применение подобных батарей необходимо в системах с требованиями среднего и глубокого разряда, в т.ч. где наблюдаются пусковые токи средней величины.

  Рисунок №7. OPzS аккумулятор Victron Energy.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Анализируя приведенные в таблице №2 данные, можно прийти к выводу, что свинцово-кислотные аккумуляторы обладают широким выбором моделей, которые подходят для различных режимов работы и условий эксплуатации.

Тип	LA	VRLA	AGM VRLA	GEL VRLA	OPzV	OPzS
Емкость, Ампер/час	10 – 300	1 – 300	1 – 3000	1 – 3000	50 – 3500	50 – 3500
Напряжение, Вольт	6, 12	4, 6, 12	2, 4, 6, 12	2, 6, 12	2	2
Оптимальная глубина разряда, %		30	<40	<50	<60	<60
Допустимая глубина разряда, %		<75	<80	<90	<90	<100
Циклический ресурс, D.O.D.=50%		<250-300	<1000	<1400	<3200	<3300
Оптимальная температура, °С	0 … +45	+15 … +25	+10 … +25	+10 … +25	0 … +30	0 … +30
Диапазон рабочих температур, °С	–50 … +70	–35 … +60	–40 … +70	–40 … +70	–40 … +70	–40 … +70
Срок службы, лет при +20°С	<7	<7	5 – 15	8 – 15	15 – 20	17 – 25
Саморазряд, %	3 – 5	2 – 3	1 – 2	1 – 2	1 – 2	1 – 2
Макс. ток заряда, % от емкости	10 – 20	20 – 25	20 – 30	15 – 20	15 – 20	10 – 15
Минимальное время заряда, ч	8 – 12	6 – 10	6 – 10	8 – 12	10 – 14	10 – 15
Требования к обслуживанию	3 – 6 мес.	нет	нет	нет	нет	1 – 2 года
Средняя стоимость, $, 12В/100Ач.	70 – 150	200 – 250	250 – 380	350 – 500	1000 – 1400	1500 – 3500

Таблица №2. Сравнительные характеристики по видам свинцово-кислотных батарей.

Для анализа использовались усредненные данные более чем 10-ти производителей батарей, продукция которых представлена на рынке Украины в течение длительного времени и успешно применяется во многих областях (EverExceed, B.B. Battery, CSB, Leoch, Ventura, Challenger, C&D Techologies, Victron Energy, SunLight, Troian и другие).

Литий-ионные (литиевые) аккумуляторные батареи

История прохождения происхождения уходит в 1912 год, когда Гилберт Ньютон Льюис работал над вычислением активностей ионов сильных электролитов и проводил исследования электродных потенциалов целого ряда элементов, включая литий. С 1973 года работы были возобновлены и в результате появились первые элементы питания на основе лития, которые обеспечивали только один цикл разряда. Попытки создать литиевый аккумулятор затруднялись активностью свойств лития, которые при неправильных режимах разряда или заряда вызывали бурную реакцию с выделением высокой температуры и даже пламени. Компания Sony выпустила первые мобильные телефоны с подобными аккумуляторами, но была вынуждена отозвать продукцию обратно после нескольких неприятных инцидентов. Разработки не прекращались и в 1992 году появились первые «безопасные» аккумуляторы на основе ионов лития.

Аккумуляторы литий-ионного типа обладают высокой плотностью энергии и благодаря этому при компактном размере и легком весе обеспечивают в 2-4 раза большую емкость по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. Несомненно, большим достоинством литий-ионных батарей является высокая скорость полной 100% перезарядки в течение 1-2 часов.

Li-ion батареи получили широкое применение в современной электронной технике, автомобилестроении, системах накопления энергии, солнечной генерации электроэнергии. Крайне востребованы в высокотехнологичных устройствах мультимедиа и связи: телефонах, планшетных компьютерах, ноутбуках, радиостанциях и т. д. Современный мир сложно представить без источников питания литий-ионного типа.

Принцип действия литиевых (литий-ионных) батарей

Принцип работы заключается в использовании ионов лития, которые связаны молекулами дополнительных металлов. Обычно, в дополнение к литию применяются литийкобальтоксид и графит. При разряде литий-ионного аккумулятора происходит переход ионов от отрицательного электрода (катода) к положительному (аноду) и наоборот при заряде. Схема аккумулятора предполагает наличие разделительного сепаратора между двумя частями элемента, это необходимо для предотвращения самопроизвольного перемещения ионов лития. Когда цепь аккумулятора замкнута и происходит процесс заряда или разряда, ионы преодолевают разделительный сепаратор стремясь к противоположно заряженному электроду.

Рисунок №8. Электрохимическая схема литий-ионного аккумулятора.

Благодаря своей высокой эффективности, литий-ионные аккумуляторы получили бурное развитие и множество подвидов, например, литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4). Ниже приведена графическая схема работы этого подтипа.

Рисунок №9. Электрохимическая схема процесса разряда и разряда LiFePO4 батареи.

Типы литий-ионных аккумуляторов

Современные литий-ионные аккумуляторы имеют множество подтипов, основная разница которых заключается в составе катода (отрицательно заряженного электрода). Также может изменяться состав анода для полной замены графита или использования графита с добавлением других материалов.

Различные виды литий-ионных аккумуляторов обозначаются по их химическому разложению. Для рядового пользователя это может быть несколько сложно, поэтому каждый тип будет описан максимально подробно, включая его полное название, химическое определение, аббревиатуру и краткое обозначение. Для удобства описания будет использоваться сокращенное название.

• Литий кобальт оксид (LiCoO2) – Обладает высокой удельной энергией, что делает литий-кобальтовый аккумулятор востребованным в компактных высокотехнологичных устройствах. Катод батареи состоит из оксида кобальта, тогда как анод – из графита. Катод имеет слоистую структуру и во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду. Недостатком этого типа является относительно короткий срок службы, невысокая термическая стабильность и лимитированная мощность элемента.

  Литий-кобальтовые батареи не могут разряжаться и заряжаться током, превосходящим номинальную емкость, поэтому аккумулятор с емкостью 2,4Ач может работать с током 2,4А. Если для заряда будет применяться большая сила тока, то это вызовет перегрев. Оптимальный зарядный ток составляет 0,8C, в данном случае 1,92А. Каждый литий-кобальтовый аккумулятор комплектуется схемой защиты, которая ограничивает заряд и скорость разряда и лимитирует ток на уровне 1C.

  На графике (Рис. 10) отражены основные свойства литий-кобальтовых аккумуляторов с точки зрения удельной энергии или мощности, удельная мощность или способность обеспечивать высокий ток, безопасности или шансы воспламенения при высокой нагрузке, рабочая температура окружающей среды, срок службы и циклический ресурс, стоимость.

  Рисунок №10. Диаграмма основных свойств LiCoO2 аккумуляторов.

   

• Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.

  Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.

  Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов. 

• Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.

  Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.

  Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов.

  Гибкость конструкции позволяет инженерам оптимизировать свойства батареи и достичь длительного срока службы, высокой емкости (удельная энергия), возможности обеспечивать максимальный ток (удельная мощность). Например, с длительным сроком эксплуатации типоразмер элемента 18650 имеет емкость 1,1Ач, тогда как элементы, оптимизированные на повышенную емкость, – 1,5Ач, но при этом они имеют меньший срок службы.

  На графике (Рис. 12) отраженны не самые впечатляющие характеристики литий-марганцевых аккумуляторов, однако современные разработки позволили существенно повысить эксплуатационных характеристики и сделать этот тип конкурентным и широко применяемым.

  Рисунок №11. Диаграмма основных свойств LiMn2O4 аккумуляторов.

  Современные аккумуляторы литий-марганцевого типа могут производиться с добавлениями других элементов – литий-никель-марганец-кобальт оксид (NMC), подобная технология существенно продлевает срок службы и повышает показатели удельной энергии. Этот состав привносит лучшие свойства из каждой системы, так называемые LMO (NMC) применяются для большинства электромобилей, таких как Nissan, Chevrolet, BMW и т. д. 

• Литий-Никель-Марганец-Кобальт оксид (LiNiMnCoO2 или NMC) – ведущие производители литий-ионных батарей сосредоточились на сочетании никеля-марганца-кобальта в качестве материалов катода (NMC). Похожий на литий-марганцевый тип, эти аккумуляторы могут быть адаптированы для достижения показателей высокой удельной энергии или высокой удельной мощности, однако, не одновременно. К примеру, элемент NMC типа 18650 в состоянии умеренной нагрузки имеет емкость 2,8Ач и может обеспечить максимальный ток 4-5А; NMC элемент, оптимизированный к параметрам повышенной мощности, имеет всего 2Втч, но может обеспечить непрерывный ток разряда до 20А. Особенность NMC заключается в сочетании никеля и марганца, в качестве примера можно привести поваренную соль, в которой основные ингредиенты натрий и хлорид, которые в отдельности являются токсичными веществами.

  Никель известен своей высокой удельной энергией, но низкой стабильностью. Марганец имеет преимущество формирования структуры шпинели и обеспечивает низкое внутреннее сопротивление, но при этом обладает низкой удельной энергией. Комбинируя эти два металла, можно получать оптимальные характеристика NMC аккумулятора для разных режимов эксплуатации.

  NMC аккумуляторы прекрасно подходят для электроинструмента, электровелосипедов и других силовых агрегатов. Сочетание материалов катода: треть никеля, марганца и кобальта обеспечивают уникальные свойства, а также снижают стоимость продукта в связи с уменьшением содержания кобальта. Другие подтипы, как NCM, CMN, CNM, MNC и MCN имеют отличное соотношение тройки металлов от 1/3-1/3-1/3. Обычно, точное соотношение держится производителем в секрете.

  Рисунок №12. Диаграмма основных свойств LiNiMnCoO2 аккумуляторов.

• Литий-Железо-Фосфатные (LiFePO4) – в 1996 в университете штата Техас (и другими участниками) был применен фосфат в качестве катодного материала для литиевых аккумуляторов. Литий-фосфат предлагает хорошие электрохимические характеристики с низким сопротивлением. Это стало возможным с нано-фосфатом материала катода. Основными преимуществами являются высокий протекающий ток и длительный срок службы к тому же, хорошая термическая стабильность и повышенная безопасность.

  Литий-железо-фосфатные аккумуляторы терпимее к полному разряду и менее подвержены «старению», чем другие литий-ионные системы. Также LFP более устойчивы к перезаряду, но как и в других аккумуляторах литий-ионного типа, перезаряд может вызвать повреждение. LiFePO4 обеспечивает очень стабильное напряжение разряда – 3,2В, это же позволяет использовать всего 4 элемента для создания батареи стандарта 12В, что в свою очередь позволяет эффективно заменять свинцово-кислотные батареи. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы не содержат кобальт, это существенно снижает стоимость продукта и делает его более экологически чистым. В процессе разряда обеспечивает высокий ток, а также может быть заряжен номинальным током всего за один час до полной емкости. Эксплуатация при низких температурах окружающей среды снижает производительность, а температура свыше 35ºС – несколько сокращается срок службы, но показатели намного лучше, чем у свинцово-кислотных, никель-кадмиевых или никель-металлогидридных аккумуляторов. Литий-фосфат имеет больший саморазряд, чем другие литий-ионные аккумуляторы, которые могут вызвать потребность балансировки батарейных кабинетов.

  Рисунок №13. Диаграмма основных свойств LiFePO4 аккумуляторов.

   

• Литий-Никель-Кобальт-Оксид Алюминия (LiNiCoAlO2) – литий-никель-кобальто-оксид алюминиевые батареи (NCA) появились в 1999 году. Этот тип обеспечивает высокую удельную энергию и достаточную удельную мощность, а также длительный срок службы. Однако существуют риски воспламенения, в следствие чего был добавлен алюминий, который обеспечивает более высокую стабильность электрохимических процессов, протекающих в аккумуляторе при высоких токах разряда и заряда.

  Рисунок №14. Диаграмма основных свойств LiNiCoAlO2 аккумуляторов.

• Литий-титанат (Li4Ti5O12) – аккумуляторы с анодами из литий-титаната были известны с 1980-х годов. Катод состоит из графита и имеет сходство с архитектурой типичной литий-металлической батареи. Литий-титанат имеет напряжение элемента 2,4В, может быть быстро заряжен и обеспечивает высокий разрядный ток 10C, который в 10 раз превышает номинальную емкость батареи.

  Литий-титанатные аккумуляторы отличаются повышенным циклическим ресурсом по сравнению с другими Li-ion видами батарей. Обладают высокой безопасностью, а также способны работать при низких температурах (до –30ºC) без ощутимого снижения рабочих характеристик.

  Недостаток заключается в достаточно высокой стоимости, а также в небольшом показателе удельной энергии, порядка 60-80Втч/кг, что вполне сопоставимо с никель-кадмиевыми аккумуляторами. Области применения: электрические силовые агрегаты и источники бесперебойного питания.

  Рисунок №15. Диаграмма основных свойств Li4Ti5O12 аккумуляторов.

• Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol, Li-polymer, LiPo, LIP, Li-poly) – литий полимерные аккумуляторы отличаются от литий-ионных тем, что в них используется специальный полимерный электролит. Возникший ажиотаж к этому виду батарей с 2000-х годов длится до сегодняшнего времени. Основан он не безосновательно, т. к. при помощи специальных полимеров удалось создать батарею без жидкого или гелеобразного электролита, это дает возможность создавать батареи практически любой формы. Но основная проблема заключается в том, что твердый полимерный электролит обеспечивает плохую проводимость при комнатной температуре, а лучшие свойства демонтирует в разогретом состоянии до 60°С. Все попытки ученых обнаружить решение этой задачи оказали тщетны.

  В современных литий-полимерных батареях применяется небольшое количество гелевого электролита для лучшей проводимости при нормальной температуре. А принцип работы построен на одном из описанных выше типов. Самым распространенным является литий-кобальтовый тип с полимерным гелеобразным электролитом, который применяется в большинстве случаев.

  Основная разница между литий-ионными аккумуляторами и литий-полимерными заключается в том, что микропористый полимерный электролит заменяется традиционным разделительным сепаратором. Литий-полимер имеет немного больший показатель удельной энергии и дает возможность создавать тонкие элементы, но стоимость на 10-30% выше, чем литий-ионных. Существенная разница есть и в структуре корпуса. Если для литий-полимерных применяется тонкая фольга, которая дается возможность создавать настолько тонкие элементы питания, что они похожи на кредитные карты, то литий-ионные собираются в жестком металлическом корпусе для плотной фиксации электродов.

  Рисунок №17. Внешний вид Li-polymer аккумулятора для мобильного телефона.

Характеристики литий-ионных аккумуляторов

В таблице отсутствует максимальная емкость элементов, т. к. технология литий-ионных аккумуляторов не позволяет производить мощные отдельные элементы. Когда необходима высокая емкость или постоянный ток, батареи соединятся параллельно и последовательно при помощи перемычек. Состояние обязательно должна контролировать система батарейного мониторинга. Современные батарейные кабинеты для ИБП и солнечных электростанций на основе литиевых элементов могут достигать напряжения 500-700В постоянного тока с емкостью около 400А/ч, а также емкости 2000 – 3000Ач с напряжением 48 или 96В.

Параметр \ Тип	LiCoO2	LiMn2O4	LiNiMnCoO2	LiFePO4	LiNiCoAlO2	Li4Ti5O12
Напряжение элемента, Вольт;	3.6	3.7	3.6-3.7	3.2	3.6	2.4
Оптимальная глубина разряда, %;	85-90	85-90	85-90	85-90	85-90	85-90
Допустимая глубина разряда, %;	100	100	100	100	100	100
Циклический ресурс, D.O.D.=80%;	700 — 1000	1000 — 2000	1000 — 2000	1000 — 2000	1000 — 2000	5000 — 8000
Оптимальная температура, °С;	+20…+30	+20…+30	+20…+30	+20…+30	+20…+30	+20…+30
Диапазон рабочих температур, °С;	–10 …+60	–10 …+45	–10 …+55	–10 …+60	–10 …+55	–10 …+45
Срок службы, лет при +20°С;	5 – 7	10	10	20 — 25	20 — 25	18 — 25
Саморазряд в мес., %	1 – 2	1 – 2	1 – 2	1 – 2	1 – 2	1 – 2
Макс. ток разряда	1C	10C/30C 5с	2C	25 — 30C	1C	10C/30С 5с
Макс. ток заряда	0,7-1C	0,7-1C	0,7-1C	1C	0,7C	1C
Минимальное время заряда, ч	2 — 3	2 — 2.5	2 — 3	2 — 3	2 — 3	2 — 3
Требования к обслуживанию	нет	нет	нет	нет	нет	нет
Уровень стоимости	высокий	средний	средний	низкий	средний	высокий

Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи

Изобретателем является шведский ученый Вальдемар Юнгнер, который запатентовал технологию производства никель кадмиевого типа в 1899 году. D 1990 году возник патентный спор с Эдисоном, который Юнгнер проиграл в силу того, что не владел таким средствами, как его оппонент. Компания «Ackumulator Aktiebolaget Jungner», основанная Вальдемаром, оказалась на грани банкротства, однако, сменив название на «Svenska Ackumulator Aktiebolaget Jungner», предприятие все же продолжило свое развитие. В настоящее время предприятие, основанное разработчиком, носит название «SAFT AB» и производит одни из самых надежных никель-кадмиевых аккумуляторов в мире.

Никель-кадмиевые аккумуляторы относятся к очень долговечному и надежному типу. Существуют обслуживаемые и необслуживаемые модели с емкостью от 5 до 1500Ач. Обычно поставляются в виде сухо-заряженных банок без электролита с номинальным напряжением 1,2В. Несмотря на схожесть конструкции со свинцово-кислотными, никель- кадмиевые батареи имеют ряд существенных преимуществ в виде стабильной работы при температуре от –40°С, возможности выдерживать высокие пусковые токи, а также оптимизированы моделями для быстрого разряда. Ni-Cd батареи устойчивы к глубокому разряду, перезаряду и не требуют моментального заряда как свинцово-кислотный тип. Конструктивно производятся в ударопрочном пластике и хорошо переносят механические повреждения, не боятся вибрации и т.п.

Принцип действия никель-кадмиевых батарей

Щелочные аккумуляторы, электроды которых состоят из гидрата окиси никеля с добавлениями графита, окиси бария и порошкового кадмия. В качестве электролита, как правило, выступает раствор с 20%-ным содержанием калия и добавлением моногидрата лития. Пластины разделены изолирующими сепараторами во избежании замыкания, одна отрицательно заряженная пластина расположена между двумя положительно заряженными.

В процессе разряда никель-кадмиевой батареи происходит взаимодействие между анодом с гидратом окиси никеля и ионами электролита, образуя гидрат закиси никеля. В это же время катод из кадмия образует гидрат окиси кадмия, тем самым создавая разность потенциалов до 1,45В обеспечивая напряжение внутри аккумулятора и во внешней замкнутой цепи.

Процесс заряда никель-кадмиевых аккумуляторов сопровождается окислением активной массы анодов и переходом гидрата закиси никеля в гидрат окиси никеля. Одновременно катод восстанавливается с образованием кадмия.

Достоинством принципа действия никель-кадмиевой батареи является то, что все составляющие, которые образуются в процессе циклов разряда и заряда, почти не растворяются в электролите, а также не вступают в какие-либо побочные реакции.

Рисунок №16. Строение Ni-Cd аккумулятора.

Типы никель-кадмиевых аккумуляторов

В настоящее время батареи Ni-Cd используют чаще всего в промышленности, где требуется обеспечивать питанием разнообразные приложения. Некоторые производители предлагают несколько подвидов никель-кадмиевых аккумуляторов, которые обеспечивают наилучшую работу в определенных режимах:

• время разряда 1,5 – 5 часов и более – обслуживаемые батареи;

• время разряда 1,5 – 5 часов и более – необслуживаемые батареи;

• время разряда 30 – 150 минут – обслуживаемые батареи;

• время разряда 20 – 45 минут – обслуживаемые батареи;

• время разряда 3 – 25 минут – обслуживаемые батареи.

Характеристики никель-кадмиевых аккумуляторов

Параметр \ Тип	Никель-кадмиевые / Ni-Cd
Емкость, Ампер/час;	1 – 1500
Напряжение элемента, Вольт;	1,2
Оптимальная глубина разряда, %;	60 — 80
Допустимая глубина разряда, %;	100
Циклический ресурс, D.O.D.=80%;	2300
Оптимальная температура, °С;	0 … +20
Диапазон рабочих температур, °С;	-50 … +70
Срок службы, лет при +20°С;	25
Саморазряд в мес., %	4
Макс. ток разряда	10 C5
Макс. ток заряда	0.4 C5
Минимальное время заряда, ч	5
Требования к обслуживанию	Малообслуживаемые или необслуживанемые
Уровень стоимости	средняя (300 – 400$ 100Ач)

Высокие технические характеристики делают этот тип аккумуляторных батарей очень привлекательным для решения производственных задач, когда требуется высоконадежный источник резервного питания с длительным сроком службы.

Никелево-железные аккумуляторные батареи

Впервые были созданы Вальдемаром Юнгнером в 1899 году, когда он пытался найти более дешевый аналог кадмию в составе никель-кадмиевых батарей. После долгих испытаний Юнгнер отказался от применения железа, т. к. заряд осуществлялся слишком медленно. Несколькими годами позднее, Томас Эдисон создал никель-железный аккумулятор, который осуществлял питание электромобилей «Baker Electric» и «Detroit Electric».

Дешевизна производства позволили никель-железным аккумуляторам стать востребованными в электротранспорте в качестве тяговых батарей, также применяются для электрификации пассажирских вагонов, питания цепей управления. В последние годы о никель-железных аккумуляторах заговорили с новой силой, т. к. они не содержат токсичных элементов вроде свинца, кадмия, кобальта и т. д. В настоящее время некоторые производители продвигают их для систем возобновляемой энергетики.

Принцип действия никелево-железных батарей

Аккумуляция электроэнергии происходит при помощи никель оксида-гидроксида, применяемого в качестве положительных пластин, железа – в качестве отрицательных пластин и жидкого электролита в виде едкого калия. Никелевые стабильные трубки или «карманы» содержат активное вещество

Никелево-железный тип очень надежный, т.к. выдерживает глубокие разряды, частые перезаряды, а также может находится в недозаряженном состоянии, что очень пагубно для свинцово-кислотных батарей.

Характеристики никелево-железных аккумуляторов

Параметр \ Тип	Никель-кадмиевые / Ni-Cd
Емкость, Ампер/час;	10 – 1000
Напряжение элемента, Вольт;	1,2
Оптимальная глубина разряда, %;	50 — 80
Допустимая глубина разряда, %;	100
Циклический ресурс, D.O.D.=80%;	1800 — 2300
Оптимальная температура, °С;	+15 … +25
Диапазон рабочих температур, °С;	-40 … +60
Срок службы, лет при +20°С;	20
Саморазряд в мес., %	15
Макс. ток разряда	0.25C 5
Макс. ток заряда	0.25C 5
Минимальное время заряда, ч	12 – 16
Требования к обслуживанию	Малообслуживаемые
Уровень стоимости	средняя, низкая

Использованные материалы

Исследования компании Boston Consulting Group

Техническая документация ТМ Bosch, Panasonic, EverExceed, Victron Energy, Varta, Leclanché, Envia, Kokam, Samsung, Valence и других.

Типы аккумуляторных батарей для систем автономного электроснабжения

В этой заметке содержатся общие советы по выбору аккумуляторов для систем с возобновляемыми источниками энергии. В заметке затронуты 3 основные технологии: литий-ионные, никель-металл-гидридные и свинцово-кислотные (AGM, или Gel).

Мы постараемся избегать формул и научных обоснований, просто приведем причины, по которым нужно выбирать тот или иной тип аккумуляторов в зависимости от конкретного применения системы электроснабжения.

Основные типы аккумуляторов

Существует 3 лидирующих технологии аккумуляторных батарей: свинцово-кислотные, щелочные и литий-ионные. Каждая из этих технологий имеет свои уникальные достоинства и недостатки, которые определяют их применение в различных случаях. Смотрите по ссылкам для более подробной информации о каждом из типов аккумуляторов:

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Наиболее распространенным типом АБ являются свинцово-кислотные, как с жидким электролитом, так и герметизированные (в последнее время становятся все более популярными вследствие снижения цены).

Специальные батареи с намазными пластинами для использования в системах автономного электроснабжения часто собираются из отдельных аккумуляторов с напряжением 2 вольта, соединенных вместе. АБ меньшей емкости с напряжением 6 и 12 вольт также используются, но реже. Такие батареи выпускаются в основном в Европе и в США. Они сравнительно дорогие. В последнее время на российском рынке появились такие аккумуляторы китайского производства. При практически таких же характеристиках, китайские аккумуляторы значительно (в полтора-два раза) дешевле.

Тяговые аккумуляторы, как с жидким электролитом, так и герметизированные, предназначены для цикличных режимов работы. Аналогичными параметрами обладают и модификации deep cycle (глубокого разряда). Они более подходят для автономных систем энергоснабжения. Они дороже обычных герметизированных АБ, но и срок службы у них больше.

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы имеют аналогичный принцип действия, как и обычные автомобильные стартерные аккумуляторы. Это наиболее зрелая технология, и по некоторым уникальным параметрам ей до сих пор не найдена замена. Эти аккумуляторы нельзя выбрасывать просто на свалку, так как они содержат высокотоксичные свинец и серную кислоту. Однако они очень легко утилизируются и свинец может быть использован повторно. Эти аккумуляторы заряжаются гораздо медленнее, чем другие аккумуляторы (примерна в 5 раз медленнее), но зато в состоянии обеспечивать гораздо больше мощности для питания мощных потребителей.

Самым большим недостатком свинцово-кислотных аккумуляторов является их вес. Из-за этого они имеют наихудшие показатели по удельной плотности энергии. Однако, широкое распространение элементов, используемых в этих аккумуляторах и простота их производства обуславливают не только их широкое применение, но и намного меньшую цену.

Подробно различные типы свинцово-кислотных АБ рассмотрены в статье “Типы свинцово-кислотных аккумуляторов“.

Щелочные аккумуляторы

Кислотный аккумулятор не переносит глубокой разрядки, но не прочь подзаряжаться порциями при каждом удобном случае. Щелочной наоборот, не любит отдавать больших токов, зато токи в количестве примерно 1/10 емкости готов отдавать долго и до изнеможения. То есть полный разряд он не только допускает, но и всячески приветствует (поскольку, если зарядить не разряженный полностью щелочной аккумулятор, он не наберет полной емкости – действует так называемый “эффект памяти”, наиболее выраженный у никель-кадмиевых аккумуляторов). Короче, заряжать/разряжать щелочной аккумулятор порциями нельзя – только "от и до". Зато при правильной эксплуатации (помимо зарядки/разрядки она подразумевает промывку банок и замену электролита раз в сезон ) щелочники служат до 20 лет (точнее, 1000-1500 полных циклов). Также, щелочные аккумуляторы плохо заряжаются малыми токами. То есть, ток через них течет, а заряда нет.

Этим объясняется тот факт, что щелочные аккумуляторы не нашли широкого применения в системах автономного электроснабжения с возобновляемыми источниками энергии. Никель-кадмиевые и никель-металгидридные герметичные батареи могут использоваться в некоторых случаях. Хотя они намного дороже кислотных, зато имеют очень большой срок службы и имеют более стабильное напряжение в процессе разряда. Применяются обычно в переносных или мобильных источниках питания, т.к. позволяют запасать большее количество энергии на кг веса.

NiMh аккумуляторы появились на массовом рынке в 1980-х годах как более экологически чистая альтернатива никель-кадмиевым аккумуляторам. NiCd батареи используют высокотоксичный элемент кадмий в своем составе, и так как массовый бытовой потребитель не особо задумывается об утилизации отработанных аккумуляторов, это представляло большую проблему для окружающей среды. К недостаткам NiMh батарей относится сравнительно высокий саморазряд, который приводит к потере примерно 30% энергии в течение 1 месяца. Они также заряжаются в 2 раза дольше, чем литиевые или никель-кадмиевые аккумуляторы.

Хотя электрические параметры NiMh батарей не такие хорошие, как у NiCd, никель-металлгидридные батареи более стабильны и не так страдают от “эффекта памяти” никель-кадмиевых батарей. Их не нужно полностью разряжать перед зарядом, так как это требуют NiCd аккумуляторы, для предотвращения роста внутренних кристаллов, которые приводят к трещинам корпуса NiCd батареи. NiMh аккумуляторы формата “АА” соответствуют обычным алкалиновым батарейкам, и поэтому наиболее популярны при использовании в цифровых фотоаппаратах и камерах, портативных плеерах, радиоприемниках и фонариках.

Никель-кадмиевые и никель-железные аккумуляторы с жидким электролитом дешевле герметичных, но содержат жидкий электролит, выделяют газы при заряде и требуют периодического обслуживания и специального вентилируемого помещения. По стоимости запасенной энергии в цикле заряд-разряд сопоставимы или даже дешевле герметичных свинцово-кислотных батарей.

Мы рекомендуем использовать никель-железные аккумуляторы (обычно их используют в качестве тяговых на электротранспорте, а также на железной дороге) только в одном случае – в составе автономной дизель-аккумуляторной системы, в которой топливный генератор является единственным источником энергии. Из нашего опыта знаем, что свинцово-кислотные АБ не долго держатся в таких системах – глубокие циклы и хронический недозаряд делают свое черное дело. В этих условиях работы можно смириться с такими недостатками щелочных АБ, как невозможность заряда малыми токами (можно от генератора выставить любой, и даже лучше если ток будет большой – быстрее зарядится), эффект памяти (циклы будут как раз глубокие) и низкий КПД заряда. Для генераторной системы эффект памяти не важен – АБ разряжаются как можно сильнее, чтобы запускать генератор как можно реже.

По поводу КПД – если щелочные АБ можно заряжать большим током, то его низкий КПД с лихвой окупится более эффективным режимом работы генератора. Ведь для дозаряда свинцовых АБ требуется долго заряжать их малыми токами, т.е. практически на холостом ходу генератора. А у щелочных ограничения при заряде – это температура аккумуляторов, а также газовыделение.

Еще раз подчеркнем, что не для всякой резервной или автономной системы подходят щелочные аккумуляторы. Если есть солнечные батареи или ветроустановки, т.е. источники, которые выдают разные токи, в т.ч. и малые, щелочные аккумуляторы ставить смысла нет – энергия малых токов будет просто теряться без пользы.

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы

Это одна из наиболее новых технологий, которая развивается быстрее других. Существуют несколько вариаций химических процессов литий-ионных технологий, но их обсуждение здесь не затрагивается. Литий-ионные аккумуляторы широко применяются в малых электронных устройствах, таких как мобильные телефоны, гаджеты и аудиоплееры, электронные часы, карманные компьютеры и ноутбуки. Эти аккумуляторы очень хорошо снабжают малой мощностью в течение длительного времени. Они имеют очень высокую удельную плотность заряда, что значит они могут хранить значительное количество электрической энергии в малом объеме. Однако, такая концентрация энергии приводит в определенной уязвимости литий-ионных батарей.

Химия процесса литий-ионных аккумуляторов требует строгого соблюдения технологии изготовления, и загрязнения при производстве этих аккумуляторов часто приводят к ухудшению качества аккумуляторов. Многие возможно помнят отзыв тысяч ноутбуков Dell и Apple летом 2006 года, когда оказалось, что их аккумуляторы, произведенные Sony, содержат загрязнители, приводящие к их перегреву. Литиевые батареи не переносят перегрев, поэтому часто имеют встроенные электронные схемы, которые обеспечивают их безопасность за счет предотвращения перезаряда – заряд прекращается, если напряжение достигло предельного значения.

Литий-полимерные батареи, которые разработаны в последнее время, являются ‘сухой’ версией литий-ионных батарей. Они лучше себя ведут при высоких температурах (более 25C), а также позволяют изготавливать исключительно плоские батареи, вплоть до толщины кредитной карты. Вследствие особенностей технологии производства, эти батареи очень дороги, и редко их использование оправдано по сравнению с более обычными литий-ионными батареями.

Для систем электроснабжения лучше всего подходят литий-железо-фосфатные аккумуляторы. См. по ссылке подробную информацию по этому типу аккумуляторов. Купить такие аккумуляторы можно в нашем магазине.

В последнее время на российском рынке появились относительно недорогие литий-железо-фосфатные аккумуляторы производства завода Лиотех. Выпускаемые емкости – от 250 А*ч, поэтому их применение ограничено относительно мощными системами автономного или резервного электроснабжения.  Также, есть неоднозначные отзывы об этих батареях.

Одни из новейших разработок – литий-титанатные аккумуляторы. Они имеют срок службы до 25000 тысяч циклов.

Как выбрать правильную батарею?

Итак, главный вопрос – какая батарея наиболее подходит для моего случая? Ответ довольно прост, а предопределяется природой каждой из вышеперечисленных технологий аккумуляторов.

Для маленьких, маломощных электронных устройств

Литиевые аккумуляторы применяются в карманных компьютерах, мобильных телефонах, и т.п. Они обеспечивают быстрый заряд, малый вес и компактные размеры, и не требуют обслуживания. Обычно вы скорее замените свое электронное устройство, чем литиевая батарея выработает своей ресурс.

Автомобильные адаптеры существуют для большинства этих электронных устройств, и эти же адаптеры можно использовать с 12V солнечной батареей (обычно мощностью до 10 Вт).

Для цифровых фотоаппаратов и камер, радиоприемников и фонариков

Здесь применяются NiMh аккумуляторы как замена стандартных алкалиновых элементов типа ‘AA’ или ‘AAA’. Они питают достаточно хорошо вспышки фотоаппаратов, доступны повсеместно и есть очень много зарядных устройств хорошего качества в любом специализированном магазине.

основным недостатком NiMh аккумуляторов является их неспособность сохранять заряд в течение длительного времени. В 2008 году появились новые технологии NiMh батарей, которые преодолевают эти недостатки (например PowerEx Imedion).

Когда дело доходит до заряда АА батарей, появляются много возможностей. Но лучше купить хорошее зарядное устройство. Многие зарядные устройства, которые позволяют быстро заряжать аккумуляторы, приводят к их перегреву. Помните, что оптимальный ток заряда составляет 200-300 мА. Появившиеся в последнее время мощные зарядные устройства с током до 1 А не позволяют полностью заряжать ваши батареи и сокращают их срок службы.

Для солнечных электростанций

Когда нужно сохранить энергию, выработанную солнечными батареями, королями по прежнему являются свинцово-кислотные аккумуляторы. Домашние фотоэлектрические системы используют специальные аккумуляторы глубокого разряда (похожие на аккумуляторы для гольф-каров). Они имеют низкую цену, широко доступны и способны сохранять энергию месяцами при очень малом саморазряде. когда вы инвестируете в солнечные батареи, очень важно не терять так дорого достающуюся электроэнергию. Работа свинцово-кислотных батарей показала в течение многих лет эксплуатации их стабильность и предсказуемость.

Маленькие переносные устройства с солнечными батареями используют маломощные литиевые аккумуляторы для того, чтобы обеспечить их малый вес и не повлиять отрицательно на их дизайн.

Почему не применяются щелочные и метал-гидридные аккумуляторы в солнечных электросистемах, предлагаемых компанией “Ваш Солнечный Дом”?

Химические процессы в литиевых и метал-гидридных аккумуляторах становятся нестабильными при больших размерах батарей. Сложность регулирования и схемы управления сильно возрастает при увеличении емкости литиевых аккумуляторов. Было бы конечно заманчиво иметь батарею намного более легкую, чем свинцово-кислотная, но, к сожалению, сейчас литиевые и металгидридные аккумуляторы наиболее подходят только для маломощных потребителей постоянного тока. Исключение составляют современные литий-железо-фосфатные аккумуляторы. При правильном подборе системы управления зарядом они могут быть заменой свинцово-кислотным аккумуляторам в системах автономного и резервного электроснабжения.

NiMh батареи трудно сделать большими, и максимальная емкость одного аккумулятора из тех, которые есть на рынке, составляет 4 А*ч. При неправильном заряде, NiMh аккумуляторы могут выделять водород . Это не проблема для пальчиковых батарей, но если аккумуляторная батарея довольно большая, то это нужно учитывать при эксплуатации. Также, если NiMh батарея выходит из строя, это происходит практически сразу. т.е. один день она работает хорошо, но на следующий день она может выдать не более 50% емкости – это не очень хорошо, если вы находитесь далеко от электрической розетки.

Литиевые батареи содержать специальные электронные схемы для обеспечения безопасной работы, и которые не позволяют их заряжать слишком быстро или перезаряжать, а также ограничивают разрядные токи. Большинство литиевых батарей не смогут выдать больше, чем их двойная номинальная емкость. Это означает, что самые большие батареи для ноутбука не могут обеспечить более 100Вт мощности. Попробуйте подключить инвертор к 12В литиевой батареи, и он даже не сможет распознать, что к нему подключена батарея. Почти все аккумуляторные батареи на литиевых аккумуляторах не поддерживают даже самые маленькие инверторы, если к ним подключена нагрузка. Также, как и NiMh аккумуляторы, литиевые выходят из строя неожиданно, когда приближается окончание их срока службы. Многие замечали, что их сотовые телефоны неожиданно начинают работать намного меньше, чем совсем недавно. Это также не добавляет уверенности в работе аккумуляторов, если вы уезжаете далеко от электрической розетки, от которой можно в любое время подзарядить аккумулятор.

Поэтому, для использования в автономных системах электроснабжения остаются только “медленные” свинцово-кислотные аккумуляторы. Они имеют большой срок службы, просты в эксплуатации и предсказуемы в работе. Эти батареи работают как резервуары, которые хранят вашу солнечную энергию до тех пор, пока она не понадобится. Они также работают как буфер для тех моментов, когда ваша солнечная батарея не может полностью обеспечить нагрузку. Они могут быть подключены к оборудованию и заряжаться одновременно – в отличие от литиевых аккумуляторов. Даже 7 А*ч аккумулятор, такой как используется в комплекте для ноутбука, может питать ноутбуки, зарядные устройства для батарей, может заряжаться от солнечных батарей и весит не так уж много.

Почитайте разделы по солнечным батареям и по контроллерам заряда, чтобы иметь более ясное представление о том, как работает солнечная энергосистема, какие режимы заряда и разряда необходимы для обеспечения надежного обеспечения энергией вдали от сетей централизованного электроснабжения.

Выбор батарей: итоговые замечания

Литиевые батареи

• могут обеспечивать до 5000 зарядных циклов
• Наиболее длительный срок службы при разряде на 80%
• Могут заряжаться за 1-2 часа
• Могут работать при минусовых температурах, но заряжать нужно при плюсовых температурах
• Не могут заряжаться малыми токами
• Требуют обслуживания,  выравнивания и специальной системы управления зарядом и разрядом
• Саморазряд на уровне примерно 10% в месяц
• Можно хранить в холодном месте при заряженности не менее 40% от полной
• Низкая токсичность, но желательно утилизировать после окончания срока службы

Никель-металгидридные батареи

• Могут обеспечить до 3000 зарядных циклов
• Заряд происходит за 2-4 часа
• Могут работать при минусовых температурах
• Не могут заряжаться малыми токами, низкая устойчивость к перезаряду
• Могут обеспечивать большие токи при мощности до 200Вт (для самых больших NiMh батарей)
• Требуют периодического обслуживания и выравнивания (каждые 3 месяца)
• Саморазряд на уровне примерно 30% в месяц
• Можно хранить в холодном месте при заряженности не менее 40% от полной
• Низкая токсичность, но желательно утилизировать после окончания срока службы

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы

• Могут обеспечить до 3000 зарядных циклов
• Заряжаются за 8-16 часов
• Могут работать при минусовых температурах
• Могут заряжаться малыми токами
• Не требуют обслуживания, но желательно следить за уровнем заряженности и периодически проводить тренировочные циклы
• Могут обеспечить высокие разрядные токи при больших мощностях
• Желательно не разряжать более, чем на 50%
• Саморазряд – около 3% в месяц
• Хранить при комнатной температуре и полностью заряженными
• Содержат токсичные материалы и должны быть утилизированы после окончания срока службы

Подробно о видах и применении свинцово-кислотных аккумуляторов в статье Типы свинцово-кислотных аккумуляторов

Эта статья прочитана 25918 раз(а)!

Продолжить чтение

• 69

  Эксплуатационный ресурс герметичных свинцовых аккумуляторных батарей в составе электронного оборудования Мерунко Александр Анатольевич Технический директор ООО «Диск», г.Томск В настоящее время на потребительском рынке вторичных источников тока лидирующее положения (вследствие относительно низкой стоимости) занимают герметичные свинцовые аккумуляторные батареи. Их применяют…

• 68

  Какая емкость аккумуляторной батареи нужна в  системе электроснабжения? При расчете системы автономного или резервного электроснабжения очень важно правильно выбрать емкость аккумуляторной батареи. Специалисты компании «Ваш Солнечный Дом» помогут Вам правильно рассчитать необходимую емкость АБ для вашей энергосистемы. Для предварительного расчета…

• 68

  Классификация аккумуляторов для мобильных устройств Источник Идеального аккумулятора энергии до сих пор не существует — в разных областях для каждого типа мобильных устройств и конкретных решений сложилась определенная специфика применения источников питания, а также технологические предпочтения. Однако если вы хорошо…

• 65

  Аккумуляторы для систем электроснабжения. Руководство покупателя В интернете есть много разрозненной информации по разным типам аккумуляторов, их возможностям, характеристикам, областям применения, достоинствам и недостаткам. При этом во многих случаях информация эта однобокая — связано это бывает или с недостаточными знаниями…

• 61

  Применение и эксплуатация кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторов Автор: Журавлев О. В. В статье рассмотрены вопросы применения и эксплуатации кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторных батарей, наиболее широко используемых для резервирования аппаратуры охранно-пожарной сигнализации (ОПС) Появившиеся на российском рынке в начале 90-х годов кислотно-свинцовые герметичные…

• 60

  Как продлить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов? Зачастую представляет определенные трудности использовать напрямую энергию, генерируемую солнечными, ветровыми или микрогидроэлектрическими установками. Поэтому электричество обычно сохраняется в специальных аккумуляторных батареях для последующего использования. Эти батареи очень часто работают по тому же принципу, что…

Аккумуляторные батареи. Виды и устройство. Применение

АКБ или аккумуляторные батареи – это оборудование, которое состоит из нескольких аккумуляторов. Оно может накапливать, хранить и расходовать энергию. Благодаря обратимости химических процессов, происходящих внутри аккумулятора, такие устройства могут заряжаться и разряжаться многократно.

Сфера применения аккумуляторов весьма обширна. Они применяются в автомобилях и различной бытовой технике, например, в пультах ДУ и ноутбуках. Но также и в качестве резервных источников питания в медицинской сфере, производстве, космической отрасли, дата-центрах.

Виды и типы АКБ

Сегодня производят около 30 типов аккумуляторов. Такое большое количество обуславливается возможностью применять в качестве электродов и электролитов различные химические элементы. Именно от материала электрода и состава электролита зависят все характеристики аккумулятора.

Мы не будем приводить все типы, а лишь дадим небольшую таблицу с описанием наиболее распространенных:

Устройство

1 — Отрицательный электрод
2 — Разделительный слой
3 — Положительные электроды
4 — Отрицательный контакт
5 — Предохранительный клапан
6 — Положительные электроды
7 — Положительный контакт

Аккумуляторные батареи состоят из нескольких банок аккумуляторов, соединенных либо параллельно, либо последовательно. Последовательное соединение применяют в целях увеличения напряжения, а параллельное для увеличения силы тока.

Каждый из отдельно взятого аккумулятора в АКБ состоит из двух электродов и электролита, помещенных в корпус из специального материала.

Электрод с отрицательным зарядом – анод, с положительным зарядом – катод. Анод содержит восстановитель, катод – окислитель. Внутри корпуса аккумулятора стоит разделительная пластина, которая не позволяет электродам замыкаться.

Электролит – водный раствор, в который погружены оба электрода.

При разрядке аккумулятора восстановитель анода начинает окисляться и выделяются электроны. Электроны затем попадают в электролит и оттуда движутся к катоду, при этом создавая разрядный ток. Попадая в катод электроны восстанавливают его окислитель. Простыми словами можно описать процесс так: электроны идут от отрицательного электрода к положительному и создают разрядный ток.

При зарядке аккумулятора электроды меняются своим химическим составом и происходит обратная реакция. Электроны здесь двигаются от положительного анода к отрицательному катоду.

Особенности разных типов АКБ

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Разработан Гастоном Планте в 19 веке. Эти аккумуляторные батареи сегодня наиболее актуальны благодаря дешевизне и универсальности. Сфера их применения обширна ввиду большого количества разновидностей этого типа. В качестве отрицательно заряженных электродов здесь используется оксид свинца. Положительные электроды выполняются из свинца. Электролит – серная кислота.

У свинцовых-кислотных батарей есть следующие разновидности:

• LA – аккумуляторы с напряжением 6 или 12 Вольт. Традиционное устройство для осуществления запуска двигателей автомобилей. Требуют постоянного обслуживания и вентиляции.
• VRLA – напряжением 2, 4, 6 или 12 Вольт. Клапанно-регулируемая свинцово-кислотная аккумуляторная батарея. Как видно из названия этот АКБ укомплектован разгрузочным клапаном. Его роль – минимизировать выделение газа и расход воды. Такие батареи можно устанавливать в жилых помещениях.
• AGM VRLA – как и предыдущий тип оснащен клапаном, но имеет совсем другие свойства. В аккумуляторах, сделанных по технологии AGM роль сепаратора играет стекловолокно. Его микропоры пропитаны жидким электролитом. Такие АКБ не требуют обслуживания и устойчивы к вибрациям.
• GEL VRLA – подвид свинцово-кислотных аккумуляторов с гелеобразным электролитом. Благодаря этому увеличен их ресурс заряда/разряда. Не требуют обслуживания.
• OPzV – герметичные аккумуляторы используемые в области телекоммуникации и для аварийного освещения. Электролит, как и в предыдущем случае гелевый. В электродах содержится кальций, благодаря которому срок службы такого типа батарей – 20 лет.
• OPzS – катод таких аккумуляторов имеет трубчатую структуру. Это существенно повышает циклический ресурс этого типа батарей. Служит также около 20 лет. Выпускается в виде АКБ с напряжением от 2 до 125 В.

 Литий-ионные аккумуляторы

Был впервые выпущен Sony в 1991 году и с тех пор активно применяется в бытовой технике, электронных устройствах. Практически все мобильные телефоны, ноутбуки, фотоаппараты и видеокамеры оснащены таким видом батарей. Роль катода здесь играет литий-ферро-фосфатная пластина. Отрицательный анод – каменноугольный кокс. Положительный ион лития переносит заряд в таких батареях. Он может проникать в кристаллическую решетку других материй и образовывать с ними химическую связь. Преимуществом этого типа является высокая энергоемкость, низкий саморазряд и отсутствие нужды в обслуживании.

Литий-ионные аккумуляторные батареи также, как и их свинцовые аналоги имеют большое количество подтипов. В данном случае подтипы отличаются между собой составом катода и анода. Напряжение литий-ионных аккумуляторов варьируется в пределах от 2,4 до 3,7 В.

Одним из самых известных подтипов является литий-полимерные аккумуляторные батареи. Они появились сравнительно недавно и быстро завоевал популярность. Она обусловлена тем, что в литий-полимерных батареях используется твердый полимерный электролит. Это позволяет создавать батареи любой формы. При этом стоимость этих батарей всего лишь на 15% выше обычных литий-ионных.

Похожие темы:

Виды и типы аккумуляторов

На сегодня основным используемым типом аккумуляторов для ИБП и автономных решений являются кислотно-свинцовые и литий-ионные аккумуляторы.

 На рынке сегодня можно найти много разновидностей кислотно-свинцовых (LA = lead-acid) аккумуляторов и АКБ. Это стартерные, GEL, AGM, OPzV, OPzS. И из описаний «различных» типов LA аккумуляторов создаётся впечатление, что можно некоторым образом подобрать их и, заплатив таки весьма приличную сумму, надолго избавиться от этой проблемы. Однако это совсем не так.

Как бы красиво не назывался LA аккумулятор, в нём всегда есть водный раствор серной кислоты, свинец и их многочисленные соединения. Все прочие добавки в виде кальция, сурьмы, серебра … если и влияют на химические реакции, протекающие в ячейках, то только в худшую сторону. Применение этих добавок вызвано в основном физическими свойствами чистого свинца, а именно его мягкостью, которая не позволяет применять чистый свинец в АКБ автомобилей и других транспортных средств из-за вибраций и ударов. Классическая призматическая компоновка ячеек LA АКБ, мягко говоря, малооптимальна, батареи же из ячеек рулонного (циллиндрического) типа стоят несоразмерно дорого.
LA АКБ лучше всего работают при температуре около 25°С, при понижении температуры теряется  их электрическая ёмкость, а при повышении температуры снижается ресурс (количество циклов заряда-разряда). Так AGM батарея при 25°С может работать 10 лет, а при 33°С — только 5 лет, а при 42°С — 1 год. Оптимальная глубина разряда LA аккумуляторов обычно не превышает 30%, а при превышении оптимальной глубины разряда опять-таки снижается ресурс, причём иногда для того чтобы необратимо «убить» такой аккумулятор достаточно один раз разрядить его в ноль (например, на сильном морозе это легко сделать, как и случается с незаводящимися автомобилями). Вообще LA АКБ не любят недозаряда, хотя и перезаряд также вреден для них, и лучше всего работают в буферном режиме, а в системе автономного энергоснабжения АКБ работает в циклическом режиме. А, поскольку, любая батарея это последовательная цепочка из первичных ячеек, которые не могут быть совершенно идентичными, всегда возникает проблема разбалансировки уровней заряда на разных ячейках. Либо одни ячейки недозаряжаются, либо другие ячейки перезаряжаются, и проконтролировать это подручными средствами очень трудно. Несмотря на то, что все эти проблемы давно известны, не существует за внятные деньги аппаратуры, следящей за уровнями заряда для каждой ячейки, вероятно из-за того, что эти АКБ умирают тихо, а простейшие стартерные батареи стоят сравнительно недорого и в любом случае эксплуатируются в недружественных температурных режимах.

Это далеко не все, но вполне достаточные причины, чтобы считать LA аккумулятор очень нежным устройством. Этот аккумулятор может отработать заявленное количество циклов, но Вы должны постоянно следить за уровнем заряда в каждой его ячейке и эксплуатировать его при 20-25°С. Насколько это реально? Думаю, что это совершенно невыполнимая задача для простого пользователя. А результатом будут убитые за год-два аккумуляторы, может быть самые дорогие и стойкие продержаться три-четыре года. Поскольку же время жизни LA АКБ очень сильно зависит от множества трудно выдерживаемых в реальной жизни параметров, не один продавец не сможет внятно сказать, сколько реально прослужат LA АКБ именно у Вас. Зато открывается широкое поле для всякого рода недоговорённостей и умных слов, смысл которых сводится к следующему: кислотно-свинцовые АКБ у рядового пользователя ВСЕГДА проработают в несколько раз меньше в сравнении с максимально заявляемым сроком. Выражение «в несколько раз» при интенсивной эксплуатации я оцениваю как число между двумя и семью. И, наконец,  последний гвоздь в крышку гроба кислотно-свинцовых аккумуляторов. Они заряжаются очень долго – просто непозволительно долго. Нормальный ток зарядки в амперах для них составляет всего лишь 10% от амперчасов ёмкости АКБ (такой ток называется C/10 или 0,1C). Это означает следующее: даже если Вы возьмёте самые стойкие элементы OPzS и будете разряжать их до допустимых (но не оптимальных!) для них 70% разряда, то заряжать их Вам придётся около 6 часов, а потом «добивать» в импульсном режиме оставшиеся 5-10% ёмкости ещё 3-5 часов. Это не проблема для резервных систем, заряжаемых от сети, но очень неэффективно для автономных, внесетевых систем, и уж совсем неэффективно для зимней автономии, когда по времени солнца очень мало. Для добивки (полной зарядки) АКБ в пасмурную погоду потребуется несколько часов малопродуктивной работы топливного генератора практически на холостом ходу. А ведь все топливные генераторы не очень любят работать без нагрузки, т.е. в режиме холостого хода, они быстро теряют свой ресурс. Если же LA АКБ не дозаряжать, в них активно развиваются процессы сульфатации пластин, приводящие к снижению срока службы и реальной ёмкости. Сейчас на рынке появились LA АКБ, которые производитель «позволяет» заряжать до 80% ёмкости токами 0,3С, однако все основные параметры паспортной ёмкости как и прежде позиционируются на 0,05С. Это значит, что заряжая LA АКБ в таком режиме мы уменьшаем их ресурс и снижаем электрический КПД* АКБ. Для LA АКБ КПД = 65-80% (в зависимости от конкретного производителя и скоростей заряда и разряда)

Литий-ионные аккумуляторы, а именно LiFePO₄ АКБ последнего поколения выглядят более предпочтительно как для использования в системах полной автономии так и для серьёзных резервных систем. Их КПД в автономных системах 96-99%. Диапазон рабочих температур от -40 до +60°С. В диапазоне от  0 до +35°С без существенного  снижения ёмкости и ресурса. Хорошо держат глубокий разряд. Циклический заряд-разряд до 60-80% от номинальной ёмкости абсолютно нормальное явление для литиевых АКБ. 100%-й разряд не убивает литиевую АКБ, а только незначительно (менее 0,1%) снижает её общий ресурс. Количество глубоких циклов заряда-разряда достигает 5-8 тысяч, что существенно превосходит показатели кислотно-свинцовых АКБ.  Ток зарядки литиевых АКБ может достигать 3С. Реально же нужны меньшие значения в диапазоне 0,3-0,5С, что позволяет за 1-2 часа заряжать АКБ. Причём необязательно заряжать АКБ на 100%, для литиевых батарей это несущественно. А ведь именно в режиме неполного заряда очень часто работает система автономного энергоснабжения.

Литиевая АКБ в сравнении с аналогичной по номинальной ёмкости AGM дороже последней приблизительно в 3,5 раза. Однако AGM имеет оптимальную глубину разряда около 40 %, и соотношение цен за эффективный ватт-час равно уже 2-м. Вспоминаем сроки жизни сравниваемых АКБ. Для AGM заявленный срок работы в буферном режиме при 25°С составляет 7 лет, при циклическом режиме 2-3 года, т.е. около 1000 циклов, для LiFePO₄ батарей срок жизни как таковой не существует, кол-во же циклов таково, что можно говорить о 25 годах циклической эксплуатации. Т.е. время жизни LiFePO₄ в 8-12 раз больше чем AGM. Подытоживая всё вышесказанное, итоговая стоимость 1 полезного кВт-ч в AGM будет в 5-8 раз выше чем в LiFePO4.

Кроме того важным преимуществом LiFePO₄ АКБ является то, что в процессе работы они ничего не выделяют, их можно устанавливать в любом месте дома или офиса. А вот кислотно-свинцовые АКБ изначально требуют отдельного помещения с вентиляцией и поддержанием температуры в +20 +25°С, что сразу же удорожает вроде бы небольшую начальную стоимость этих АКБ.

* Коэффициент использования энергии или КПД АКБ, показывает отношение энергии, отданной АКБ, к энергии, израсходованной для её заряда

какие бывают аккумуляторные батареи и для чего они используются

Аккумуляторы, которые можно использовать в разных сферах жизни, бывают разные. Самым распространенным является аккумулятор для автомобилей. Он включает в себя несколько элементов питания. Его называют еще и батареей. Когда все элементы соединяются в нем, возникает большой источник напряжения. Существует множество видов аккумуляторов для автомобилей.

Разновидности батарей по материалам

Аккумуляторы для автомобилей бывают разных типов:

• Сурьмянистые. В нем есть 5% сурьмы. Он считается устаревшим видом сегодня, так как современные аккумуляторы содержат меньше сурьмы. Такие АКБ сохранились в разных источниках тока.
• Малосурьмянистые. Чтобы снизить испарение воды из электролита, первый вид аккумуляторов заменили малосурьмянистыми. Эти АКБ имеют менее 5% сурьмы. Они во многом смогли решить проблему доливки воды. Но они тоже нуждаются в обслуживании, так как потери воды все равно есть. Когда говорят, что их не надо обслуживать, это просто реклама. По словам специалистов, такой вид лучше подходит для легковых автомобилей.
• Кальциевые. В таких современных АКБ стали использовать кальций вместо воды. На этих моделях есть маркировка, которая говорит о содержании кальция в положительных и отрицательных электродах. В современных кальциевых аккумуляторах не существует потеря воды. Если сравнить его с сурьмянистыми аккумуляторами, можно сказать, что саморазряд у этого вида меньше 70%. Вот почему они дольше работают по сравнению с другими. Цена таких батарей выше, чем малосурьмянистых. Такие аккумуляторы встречаются на иномарках. Во время использования не надо допускать глубокого разряда батареи.
• Гибридные и гелиевые. На них есть маркировка Ca +. Они производятся по нескольким технологиям. Есть варианты гибридных аккумуляторов, в содержании которых есть сурьма. Создатели этого вида попытались собрать положительные стороны всех батарей. Но результат получился средним. Среди разновидностей гелиевых батарей, есть такой тип, который выпускают по технологии AMG и GEL.
• Щелочные. Здесь используется щелочь, а не кислота. Есть довольно много видов щелочных батарей. Они редко могут использоваться в автомобилях. В основном их применяют в складской технике. Во время реакции таких АКБ электролит не расходуется.
• Литий-ионные. Такие батареи используются как дополнительный источник тока. Здесь ионы лития являются носителями тока. Один из наиболее популярных видов аккумуляторных батарей для автомобиля.

Классификация по мощности и уходу

Батареи можно разделить на несколько типов. По необходимости обслуживания выделяются:

• Необслуживаемые.
• Малообслуживаемые.

Аккумуляторы для автомобилей по мощности тоже различны:

• Маломощные.
• Средней мощности.
• С высокой мощностью.

Маломощные батареи сейчас не используют, но раньше их применяли в маленьких автомобилях. Батареи средней мощности широко используют почти во всех легковых автомобилях.

Батареи с высокой мощностью — в вездеходах и грузовых машинах.

Несомненно, АКБ — важная часть работы всех машин.

Именно от нее зависит, какой будет старт двигателя.

Специалисты говорят, что нужно регулярно проверять АКБ, чтобы не возникало никаких проблем.

Мнения пользователей

Не думаю, что когда-нибудь научусь разбираться в этом. Не сильно люблю автомобили, поэтому доверяюсь друзьям — обычно покупаю именно те модели, на которые они укажут. Проблем никогда не было. Однажды некому было помочь, а устройство надо было срочно менять. Решил довериться помощи консультанта — лучше бы подождал друга. Хотя заплатил больше, чем обычно, количество возникающих проблем тоже увеличилось.

Артем Зарубов

Считаю, что нет большой разницы, какой тип выбрать. Главное, чтобы само устройство было качественным. Конечно, я понимаю, что оно должно подходить для легкового автомобиля. А также нет нужды покупать разновидность, предназначенную для экстремально холодной местности, если ты живешь у моря. Достаточно проверить наличие нужных документов у продавца, чтобы не наткнуться на контрафакт.

Никита Колегов

Различают разные виды автомобильных аккумуляторов. Какие-то из них часто применяются для личного транспорта, какие-то редко. Я предпочитаю гелиевые АКБ. По всем характеристикам это более удобные и выносливые батареи, которые обеспечивают зажигание даже в большой мороз. Правда, придется следить за уровнем заряда и не допускать его падения до нулевой отметки.

Алексей Понамарев

Категорически не рекомендую гелиевые аналоги для невнимательных автомобилистов. Я никогда не слежу за уровнем заряда. Пополняю его только в случаях, когда это отражается на яркости ламп. Как-то раз затянул и накопитель разрядился полностью. Из-за большой чувствительности к таким ситуациям устройство стало работать хуже, теперь приходится заряжать его раньше. Не очень приятно.

Виктор Миронов

Раньше даже не знал, какие бывают аккумуляторы для автомобиля. Теперь я понимаю, что это очень просто. Не люблю тратить лишнее время и деньги на уход за личным транспортом, поэтому предпочитаю модели, которые не требуют обслуживания. Обычно они обладают самыми низкими показателями саморазряда. Ну а необходимость периодической зарядки касается любого устройства.

Анатолий Иванков

Какие бывают автомобильные аккумуляторы, и какой лучше выбрать?

Автомобильные аккумуляторы отличаются по типам и характеристикам, что достаточно сильно усложняет процесс их выбора для автовладельцев. Ведь характеристики аккумуляторных батарей для автомобилей определяют не только работоспособность автомобиля, но и дополнительных электронных устройств – магнитолы, кондиционера, прикуривателя. В вопросе, какие виды аккумуляторов есть, мы и попробуем сегодня разобраться, приведя краткое описание каждого из них.

Особенности традиционных «сурьмянистых» автомобильных аккумуляторов

Традиционный тип аккумуляторной батареи содержит в своих свинцовых пластинах более 5% сурьмы. Для современных аккумуляторов это уже не характерно, так как процент сурьмы в них разительно снизили. Необходимо это было для того, чтобы предотвратить резкое усиление процесса электролиза, который из-за сурьмы активизируется уже по достижении показателя напряжения в 12 В. Еще одним недостатком таких аккумуляторов является необходимость заливать в них дистиллированную воду, так как из-за испарения воды верхние края электродов постоянно выходят наружу.

Взирая на все это, хотя бы раз в месяц приходится проверять такой аккумулятор и контролировать, на каком уровне находится вода и достигает ли плотность электролита необходимого показателя.

Для чего же тогда в свинец нужно было добавлять сурьму? Делали это исключительно для увеличения прочности пластин внутри аккумулятора. Благодаря прогрессу необходимость в использовании сурьмы сегодня отпала, поэтому встретить так называемые «традиционные» аккумуляторные батареи для авто уже практически невозможно. Использовать такие батареи рационально только на стационарных установках, где они будет проявлять себя как неприхотливые в обслуживании.

Достоинства и недостатки малосурьмянистых батарей

Этот вид аккумуляторных батарей содержит менее 5% сурьмы, благодаря чему отпала необходимость в постоянном контроле уровня электролита в аккумуляторе. К тому же, малосурьмянистые батареи не так интенсивно разряжаются во время простоя (хранения).

В сравнении с сурьмянистыми аккумуляторами, данный тип батарей практически не приходится обслуживать, хотя необходимость в пополнении запаса воды все же периодически возникает. Самым большим достоинством этих аккумуляторов принято считать их «неприхотливость» к электронному оборудованию автомобиля. То есть, даже если к электрической сети будут подключены некачественные приборы, из-за которых постоянно будет меняться напряжение, необратимых изменений с аккумулятором не произойдет (как известно, более современные аккумуляторы в таком случае могут безвозвратно терять свою емкость).

Важно! Характеристики малосурьмянистых аккумуляторных батарей для автомобиля позволяют их использовать только на старых авто, произведенных еще в СССР или в России. Подходят они для таких автомобилей и своей низкой стоимостью.

Чем отличаются кальциевые аккумуляторы?

В этом случае вместо сурьмы в решетки электролитов добавляется кальций, на что при покупке вам укажет специальная маркировка «Са/Са» (маркировка гласит, что в состав пластин обоих полюсов входит кальций). Добиться дополнительной энергоемкости кальциевых аккумуляторных батарей удалось еще и благодаря добавлению в состав их пластин небольших частичек серебра. Благодаря серебру также было снижено внутреннее сопротивление аккумулятора, и значительно вырос коэффициент полезного действия.

К достоинствам данного типа аккумуляторной батареи также следует отнести:

• Отсутствие необходимости обслуживать такую батарею, поскольку в процессе ее эксплуатации вода из нее практически не испаряется. Благодаря этому кальциевые аккумуляторы стали необслуживаемыми.

• По сравнению малосурьмянистыми аккумуляторами, кальциевые практически не подвергаются саморазрядке. Эта разница между двумя типами батарей составляет около 70%, что говорит о длительном сроке службы кальциевых батарей, а также о возможности их длительного хранения.

• Кальциевым батареям не так страшен перезаряд, а электролиз в них благодаря наличию кальция начинается с 16 В.

Но вот если слишком интенсивной зарядки эти батареи не боятся, то если их несколько раз подряд посадить «в ноль», они сразу же потеряют половину своей емкости. Зачастую подобное приводит к необходимости полной замены аккумулятора. Еще один недостаток – чувствительность к перепадам напряжения, поэтому при установке кальциевого аккумулятора необходимо проверить исправность бортовой сети автомобиля.

Встретить такие аккумуляторы чаще всего удается на иномарках, которые относятся к среднему ценовому диапазону. Если же говорить о стоимости самой кальциевой батареи, то она в разы дороже вышеописанных, однако это компенсируется сроком ее службы (но, чтобы он был как можно более длительным, батареей необходимо правильно пользоваться и не допускать полной разрядки).

Общая характеристика гибридных аккумуляторов

Из названия понятно, что данный вид аккумуляторной батареи имеет набор разных пластин. При этом положительные изготавливаются с добавлением сурьмы (но меньше 5%), а отрицательные – с добавлением кальция. Поэтому и обозначаются такие аккумуляторы как «Са+». Благодаря такому подходу удалось добиться:

1. Снижения расхода воды по сравнению с малосурьмянистыми аккумуляторами.

2. Повышения устойчивости батареи к перепадам напряжения, а также к слишком интенсивной зарядке и разрядке.

Таким образом, гибридные аккумуляторы не превосходят по своим качествам вышеописанные, а находятся ровно посередине между ними, если оценивать их качество.

Гелевые и AGM аккумуляторы – в чем особенности?

Если вы интересовались вопросом, какие виды аккумуляторов есть, то наверняка сталкивались и с гелевыми батареями, и с батареями AGM. От всех остальных автомобильных аккумуляторов их отличает то, что электролит внутри них находится не в жидком, а в гелеобразном состоянии.

Необходимость в использовании гелеобразного электролита возникла по причине того, что жидкий электролит очень часто может вытекать из корпуса аккумулятора. Поскольку он является раствором воды и серной кислоты, такая жидкость повреждала не только корпус самой батареи, но и все другие системы автомобиля. К тому же, такой электролит со временем приводил к разрушению свинцовых пластин, что автоматически снижало мощность аккумулятора.

Добиться решения всех этих проблем получилось путем использования гелеобразного электролита. При этом в батареях AGM, помимо гелеобразного электролита, для предотвращения осыпания частичек электродов используется специальный пористый материал, изготовленный из абсорбирующего стекловолокна. Но в целом гелевые и AGM не имеют существенных различий между собой и отличаются следующими преимуществами:

• Такие виды аккумуляторов совершенно не боятся наклонов, поэтому даже для эксплуатации их можно устанавливать в любом удобном положении, но все же переворачивать их вверх дном не стоит.

• Устойчивы к воздействию вибраций, так как они не приводят к обсыпанию поверхности электродов.

• Имеют низкую скорость саморазряда, поэтому если их хранить в заряженном состоянии, они даже через несколько месяцев будут оставаться пригодными для эксплуатации.

• Не боятся переразряда, и когда батарея садится, автомобиль этого не чувствует, поскольку высота тока при этом не падает.

Но есть у них и недостатки – гелеобразные батареи очень боятся перезаряда, да и сам процесс зарядки обязательно необходимо проводить постепенно, при использовании низкого тока. Специально для этого выпускаются особые зарядные устройства, которыми мы и рекомендуем пользоваться.

Стоит также учитывать, что гелевые батареи очень плохо работают на морозе, хотя, если не допускать их к эксплуатации при низких температурах и правильно заряжать, они могут прослужить около 10 лет. Но и стоят они при этом недешево, поэтому встретить такой тип аккумуляторной батареи вам может посчастливится только на престижном авто.

Изучаем характеристики щелочных батарей для авто

В автомобильных аккумуляторах роль электролита может выполнять и щелочь. При этом можно встретить сразу два типа таких батарей:

1. Никель-кадмиевые. Положительные пластины электродов в таких аккумуляторах покрываются гидроксидом никеля, а отрицательные – кадмием и железом.

2. Никель-железные. Положительные электроды имеют тот же состав, что и в никель-кадмиевых батареях, а вот отрицательные изготавливаются из железа без использования каких-либо примесей.

Но, независимо от типа пластин, электролит в таких аккумуляторах применяется один – раствор едкого калия КОН. При этом, по сравнению с кислотными батареями, щелочные имеют следующие преимущества:

1. Не боятся переразрядов, и допускается даже хранение в полностью разряженном состоянии.

2. Не боятся избыточной зарядки.

3. Хорошо функционируют при отрицательных температурах.

4. Саморазряд еще ниже, чем в кислотных калиевых батарей.

5. Испарения щелочи не являются вредными для человеческого организма.

6. Такие батареи отличаются большой емкостью.

Что же касается недостатков, то щелочные батареи не способны выдавать одновременно большое количество тока. Это и объясняет большие размеры щелочных батарей, поскольку в них приходится вставлять больше «банок». К тому же и стоят такие батареи дороже, нежели кислотные.

Важно! Щелочные аккумуляторы чаще используются не для старта, а для тяговых функций, поэтому и применяются они преимущественно на грузовых авто.

Какими преимуществами отличается литий-ионный тип аккумуляторных батарей?

Литий-ионные батареи являются наиболее перспективными в современном автомобилестроении. При этом разработчики их постоянно совершенствуют, делая менее токсичными и более доступными в ценовом аспекте.

Преимуществами литий-ионного типа аккумуляторов являются следующие характеристики:

• Максимально высокая емкость заряда батареи, которой не достигает ни один другой тип автомобильных аккумуляторов.

• Высокое выдаваемое напряжение, позволяющее сделать аккумулятор максимально компактным.

• Отсутствие интенсивного процесса саморазряда.

Но все же присутствует у них и целый ряд недостатков, по причине чего сегодня чаще используются свинцово-кислотные аккумуляторы для авто:

• Когда температура падает до отрицательных отметок, сила тока, которую отдает аккумулятор, существенно снижается.

• Литий-ионный аккумулятор может «пережить» только 500 процедур зарядки-разрядки.

• Им характерен процесс «старения» – снижения емкости с возрастом. За 2 года уходит около 20% емкости.

• Нельзя допускать глубокой разрядки литий-ионного аккумулятора.

• Мощность такого аккумулятора не обеспечивает старт двигателя.

Тем не менее, согласно прогнозам, именно литий-ионные батареи в скором времени будут использоваться на автомобилях. Правда, инженерам придется хорошенько поработать, чтобы устранить все озвученные недостатки данного типа аккумуляторных батарей.

Следует заключить, что на сегодняшний день не существует идеального типа аккумуляторной батареи для авто, поскольку у каждого из существующих есть свои недостатки. По этой причине, при выборе аккумулятора каждый автовладелец должен ориентироваться на особенности своего автомобиля и личные предпочтения.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

ACB】 | Все, что вам нужно знать о воздушном автоматическом выключателе

Что такое ACB — воздушный автоматический выключатель?

Воздушный выключатель (ACB) — это электронное оборудование, которое используется для защиты электрических цепей от коротких замыканий или перегрузки по току. ACB работает при атмосферном давлении в воздухе. ACB используется в механизме переключения и защите электрической системы.

Принцип действия воздушного выключателя

Когда в цепи возникает неисправность, первые главные контакты ACB разъединяются, и ток схемы переключается на другой контакт, называемый дугогонным контактом.Дугогасительные контакты размыкаются, и дуга отводится от контактов. Благодаря эффекту электромагнита дуга перемещается вверх. Дуговый бегун позволяет дуге перемещаться вместе с самим собой. При перемещении бегунка дуги, дуга может двигаться вверх, и соединение таким образом разъединяется.

Ток продолжает течь, когда цепь разомкнута, поэтому необходимо погасить электрическую дугу, чтобы предотвратить ее повторное преобразование. Используются различные диэлектрические материалы, такие как масло или газ, а для воздушных выключателей в качестве диэлектрика используется атмосферный воздух.

Воздух действует как сопротивление дуге. Воздух действует как изолятор и заставляет дугу гаснуть быстрее. Это также предотвращает преобразование дуги, когда она достигает нуля, в случае переменного тока во время ее смены цикла. Для высоковольтных приложений, таких как электрические подстанции, используется сжатый воздух, поэтому автоматические выключатели могут использоваться в этих высоковольтных устройствах. В системах с высоким напряжением в качестве диэлектрика используется сжатый воздух, поскольку он имеет более высокое значение диэлектрической проницаемости, чем атмосферный воздух.

Что такое ACB — воздушный выключатель

Функция воздушного выключателя:

Воздушный выключатель выполняет следующие функции:

• Открывает или замыкает цепь автоматически или вручную.
• Автоматическое размыкание цепи при возникновении неисправности, такой как перегрузка по току, короткое замыкание, замыкание на землю, повышение частоты, обратная мощность и т. Д.
• Гасит искрение в случае перегрузки

Тип ACB:

• Обычный прерыватель типа ACB.
• Магнитный противовыбросовый клапан типа ACB.
• Воздушный желоб ACB.
• Воздушный прерыватель цепи

Простой выключатель ACB:

Обычный автоматический выключатель — это простейший вариант воздушных автоматических выключателей. Их точка соприкосновения имеет форму двух рогов. В схемах этого типа дуга выключателя проходит от одного наконечника до другого наконечника.

Магнитный противовыбросовый привод ACB: Автоматические выключатели с магнитным предохранителем

— это выключатели, которые используются при напряжении до 11 кВ.Дуга в этой схеме расширяется за счет тока в обдувающих катушках, которые создают магнитное поле, вызывающее удлинение дуги.

Воздушный желоб ACB:

В ACB этого типа главные контакты сделаны из меди. Ток проводится в закрытых положениях контактов. Их контактное сопротивление очень низкое. Их контакты покрыты серебром. Они прочные и термостойкие.

Воздушный прерыватель цепи

Эти типы автоматических выключателей используются для высоких напряжений 245 кВ, 420 кВ и более.У них есть следующие категории:

• Дробилки осевые
• Осевая струя со скользящим подвижным контактом

Подробнее: MCCB in Electrical: Типы, характеристики и принцип работы

Применение ACB:

Некоторые области применения воздушных автоматических выключателей:

• ACB используется для защиты промышленных предприятий и электрических машин, таких как конденсаторы, генераторы, трансформаторы и т. Д.
• ACB в основном используется на заводах, где существует риск пожара или взрыва.
• ACB также используется в NGD и системе распределения электроэнергии
• Они также используются для управления вспомогательным оборудованием электростанции.
• Также используется в приложениях с низким / высоким током и напряжением
• Также используется для обслуживания распределительного устройства и среднего напряжения в помещениях.

Недостаток автоматического выключателя

Некоторые недостатки ACB:

• Неэффективность при слабом токе при слабом электромагнитном поле.
• Желоб выключателя не менее эффективен в удлинении при высоких токах, вместо этого движение дуги в желоб выключателя имеет тенденцию замедляться.

Рейтинги ACB

Рейтинг ACB

Воздушные автоматические выключатели

бывают разных номиналов, поскольку в разных цепях используются разные номиналы тока и напряжения. Однако стандартные номинальные значения ACB лежат в диапазоне от 400 до 1600 А. Точно так же другой класс ACB находится в диапазоне от 2000A до 5000A.Стандартные номинальные токи ACB — это, однако, напряжение, физические характеристики ACB варьируются от производителя к производителю.

Соответствующая тема (и):

ACB TRIP | Топ 3 причин отключения ACB и настройки его защиты

ABB — Техническая документация по применению Низковольтная селективность с автоматическими выключателями ABB

Строительство, типы, работа и применение

Автоматический выключатель — это один из видов электрических устройств, используемых для ручного отключения любых цепей, а в обычных условиях — удаленно.Основная функция автоматического выключателя или выключателя — отключение цепи в некоторых неисправных условиях, таких как короткое замыкание, перегрузка по току и т. Д. Как правило, автоматический выключатель переключает или защищает систему. Некоторые устройства связаны с автоматическими выключателями, такими как реле; выключатели, предохранители и т. д. также используются с той же целью. Автоматические выключатели в основном применяются в энергосистемах и отраслях промышленности для защиты, а также для управления различными частями цепи, а именно трансформаторами, переключателями, двигателями, генераторами переменного тока, генераторами и т. Д.Существуют различные типы автоматических выключателей, используемых в отраслях, где воздушный выключатель относится к одному типу. В этой статье обсуждается обзор воздушного выключателя.

Что такое воздушный выключатель?

Воздушный автоматический выключатель (ACB) — это электрическое устройство, используемое для обеспечения защиты от перегрузки по току и короткого замыкания в электрических цепях от 800 до 10 кОм. Обычно они используются в системах с низким напряжением ниже 450 В. Мы можем найти эти системы в распределительных панелях (ниже 450 В).В этой статье мы обсудим работу воздушного выключателя.

Воздушный автоматический выключатель

Воздушный автоматический выключатель — это автоматический выключатель, работающий в воздухе как средство гашения дуги при заданном атмосферном давлении. Сегодня на рынке доступно несколько типов воздушных выключателей и коммутационных аппаратов, которые отличаются прочностью, высокими эксплуатационными характеристиками, просты в установке и обслуживании. Воздушные выключатели полностью заменили масляные выключатели.

Конструкция воздушного выключателя

Конструкция воздушного выключателя может быть выполнена с использованием различных внутренних и внешних частей, таких как следующие.

Внешние части ACB в основном включают кнопку включения и выключения, индикатор положения главного контакта, индикатор механизма накопления энергии, светодиодные индикаторы, кнопку RST, контроллер, паспортную табличку с номинальными данными, ручку для накопления энергии, дисплеи. , встряхивание, кнопка отключения аварийного отключения, репозиторий рокеров и т. д.

Конструкция ACB

Внутренние части ACB в основном включают несущую конструкцию из стального листа, трансформатор тока, используемый для защиты расцепителя, изолирующую коробку группы полюсов, горизонтальные клеммы, дугогасительную камеру, расцепитель для защиты, клеммную коробку, замыкающие пружины, выключатель управление размыканием и замыканием, пластины для перемещения дугогасительных и главных контактов, пластины для фиксированных главных и дугогасительных контактов.

Принцип работы

• Принцип работы воздушного выключателя отличается от других типов автоматических выключателей. Мы знаем, что основная функция CB — остановить восстановление дуги там, где зазор между контактами будет сопротивляться восстанавливающемуся напряжению системы.
• Воздушный выключатель работает так же, но по-другому. При прерывании дуги он создает напряжение дуги вместо источника напряжения. Это напряжение можно определить как наименьшее напряжение, необходимое для поддержания дуги.Подача напряжения может быть увеличена тремя различными способами с помощью автоматического выключателя.
• Напряжение дуги может быть увеличено за счет охлаждения дуговой плазмы.
• После того, как температура плазмы дуги и движения частиц уменьшатся, потребуется дополнительный градиент напряжения для поддержания дуги. Напряжение дуги можно увеличить, разделив дугу на несколько серий
• Как только длина дуги увеличивается, можно увеличивать и напряжение дуги. Как только длина пути дуги увеличивается, путь сопротивления также увеличивает напряжение дуги, которое используется на пути дуги, таким образом, напряжение дуги может быть увеличено.
• Диапазон рабочего напряжения до 1кВ. Он включает в себя два набора контактов, где основная пара использует ток, а также контакт с медью. Еще одна пара контактов может быть сделана с помощью углерода. Как только автоматический выключатель размыкается, размыкается первый главный контакт.
• При размыкании главного контакта контакт дуги остается включенным. Когда дуговые контакты разделяются, возникает дуга. Выключатель устарел на среднее напряжение.

Рабочий воздушный выключатель

Воздушные выключатели срабатывают своими контактами на открытом воздухе.Их метод управления гашением дуги полностью отличается от метода масляных выключателей. Они всегда используются для прерывания низкого напряжения и теперь заменяют высоковольтные масляные выключатели. На рисунке ниже показан принцип работы цепи воздушного выключателя.

Воздушные автоматические выключатели обычно имеют две пары контактов. Основная пара контактов (1) проводит ток при нормальной нагрузке, и эти контакты выполнены из металлической меди. Вторая пара представляет собой дугогасительный контакт (2) и изготовлена ​​из углерода.При размыкании автоматического выключателя первыми размыкаются главные контакты. Когда главные контакты разомкнуты, дугогасительные контакты все еще находятся в контакте друг с другом.

По мере того, как ток проходит по параллельному низкоомному пути через дугогасящий контакт. Во время размыкания главных контактов в главном контакте не будет дуги. Дуга возникает только тогда, когда, наконец, разъединяются дугогасительные контакты. Каждый из дугогасительных контактов снабжен дугогасителем, который помогает.

Дуговый разряд движется вверх из-за тепловых и электромагнитных воздействий, как показано на рисунке.Когда дуга движется вверх, она попадает в дугогасительную камеру, состоящую из брызг. Дуга в желобе станет холоднее, удлинится и разделится, поэтому напряжение дуги станет намного больше, чем напряжение системы во время срабатывания воздушного выключателя, и, следовательно, дуга окончательно гаснет во время нулевого тока.

Коробка пневматической тормозной цепи изготовлена ​​из изоляционного и огнестойкого материала и разделена на разные секции перегородками из одного и того же материала. Внизу каждого барьера находится небольшой металлический проводящий элемент между одной стороной барьера и другой.Когда дуга, движущаяся вверх под действием электромагнитных сил, входит в нижнюю часть желоба, она разделяется на множество секций перегородками, но каждая металлическая деталь обеспечивает электрическую непрерывность между дугами в каждой секции, следовательно, несколько дуг входят в серию. .

Электромагнитные силы внутри каждой секции желоба заставляют дугу в этой секции начинать форму спирали, как показано выше, рисунок (b). Все эти спирали соединены последовательно, так что общая длина дуги значительно увеличилась, а ее сопротивление значительно увеличилось.Это повлияет на снижение тока в цепи.

На рисунке (а) показано развитие дуги с момента выхода из основных контактов до попадания в дугогасительную камеру. Когда ток затем прекращается при нулевом токе, ионизированный воздух на пути, где дуга была параллельна разомкнутым контактам, действует как шунтирующее сопротивление между контактами и собственной емкостью C, как показано на рисунке ниже. цифра с красным как высокое сопротивление R.

Когда колебание начинается между C и L, как описано для идеализированного автоматического выключателя, показанного на рисунке ниже, это сопротивление сильно гасит колебания.Конечно, обычно оно настолько велико, что демпфирование является критическим, колебания не могут иметь место вообще, и напряжение повторного запуска, вместо того, чтобы проявляться как высокочастотные колебания, поднимается мертвым ударом до своего конечного значения пикового напряжения генератора. Это показано под нижней осциллограммой.

Идеальный выключатель с осциллограммами

Типы автоматических выключателей с воздушным прерыванием

Воздушные автоматические выключатели в большинстве своем представлены четырьмя типами и широко используются для поддержания среднего напряжения в помещениях и коммутационных аппаратов в доме.

• Обычный прерыватель типа ACB или ACB с перекрестной струей
• Магнитный противовыбросовый тип ACB
• Автоматический выключатель с воздушным желобом
• Воздушный прерыватель цепи

Автоматический выключатель простого прерывания

Воздушные автоматические выключатели с обычным тормозом — это простейшая разновидность воздушных выключателей. Основные точки соприкосновения выполнены в виде двух рожков. Дуга в этих автоматических выключателях простирается от одного наконечника до другого. Этот вид автоматического выключателя также известен как ACB перекрестного действия.Это можно сделать через камеру (дугогасительную камеру), которая окружена контактом.

Камера или дугогасительная камера помогает в достижении охлаждения и изготовлена ​​из огнеупорного материала. Дугогасительная камера имеет внутри стенки и разделена на небольшие отсеки с помощью металлических разделительных пластин. Эти пластины представляют собой дуговые делители, в которых каждый отсек будет работать как мини-дугогасительная камера.

Первая дуга разделится на последовательность дуг, так что все напряжения дуги станут выше по сравнению с напряжением системы.Они используются в приложениях с низким напряжением.

Автоматический выключатель с магнитным обдувом

Выключатели воздушные с магнитными продувками применяются на напряжение до 11кВ. Расширение дуги может быть достигнуто за счет магнитного поля, создаваемого током в продувочных катушках.

Автоматический выключатель этого типа обеспечивает магнитное управление моментом дуги для гашения дуги в устройствах. Таким образом, этим гашением можно управлять с помощью магнитного поля, которое создается током внутри продувочных катушек.Подключение продувочных катушек может производиться последовательно через прерываемую цепь.

Как следует из названия, эти катушки называются «продувкой катушки». Магнитное поле не управляет дугой, возникающей в автоматическом выключателе, однако оно смещает дугу в дугогасительные камеры, где дуга охлаждается и соответственно удлиняется. Эти типы выключателей используются до 11 кВ.

Автоматический выключатель с воздушным желобом

В автоматическом выключателе с воздушным желобом главные контакты обычно состоят из меди и проводят ток в замкнутом положении.Выключатели с воздушным желобом имеют низкое контактное сопротивление и покрыты серебром. Дугогасительные контакты прочны, устойчивы к нагреванию и изготовлены из медного сплава.

Этот автоматический выключатель включает в себя два типа контактов, такие как главный и дуговой или вспомогательный. Конструкция главных контактов может быть выполнена с использованием медных или серебряных пластин, которые имеют меньшее сопротивление и проводят ток в закрытом месте. Другие типы, такие как дуговые или вспомогательные, разработаны из медного сплава, поскольку они термостойкие.

Они используются, чтобы не повредить главные контакты из-за дугового разряда. При необходимости их можно просто заменить. При работе этого автоматического выключателя оба контакта размыкаются после и до замыкания главных контактов автоматического выключателя.

Автоматический выключатель воздушной струи

Эти типы автоматических выключателей используются для системного напряжения 245 кВ и 420 кВ и даже выше, особенно там, где требуется быстрое срабатывание выключателя. Преимущества этого автоматического выключателя по сравнению с автоматическим выключателем масляного типа перечислены ниже.

• Невозможность возникновения пожара
• Скорость отключения высока на всем протяжении работы этого автоматического выключателя.
• Гашение дуги происходит быстрее на протяжении всей эксплуатации этого выключателя.
• Продолжительность дуги одинакова для всех значений токов разрывов.
• Чем меньше продолжительность дуги, тем меньше тепла может передаваться от дуги к контактам, что увеличивает срок службы контакта.
• Поддержание стабильности системы поддерживается, поскольку она зависит от скорости срабатывания выключателя.
• Он требует меньшего обслуживания по сравнению с масляным автоматическим выключателем.
• Существует три типа автоматических выключателей с воздушным ударом: осевой взрыв и осевой взрыв со скользящим движущимся контактом и поперечный удар.

Техническое обслуживание воздушного выключателя

Выключатели

работают как устройства защиты цепей в широком диапазоне низковольтных приложений до 600 В переменного тока, таких как ИБП, генераторы, мини-электростанции, распределительные щиты MCCB и т. Д., А их размеры варьируются от 400 А до 6300 А в остальных случаях больше.

В этом автоматическом выключателе почти 20% отказов в системе распределения электроэнергии происходит из-за меньшего количества технического обслуживания, жесткой смазки, пыли, коррозии и замерзания деталей. Таким образом, техническое обслуживание автоматического выключателя — идеальный выбор для обеспечения стабильной работы, а также увеличения срока службы.

Обслуживание воздушного выключателя очень важно. Для этого его следует сначала выключить, а затем отделить от обеих сторон, открыв необходимый электрический изолятор. Автоматический выключатель должен работать в этом неизолированном состоянии для ограниченных и удаленных зон каждый год.Автоматический выключатель должен срабатывать электрически от ограничения и изолировать после этого механически от ограничения. Такой процесс сделает прерыватель более стабильным за счет отделения любого внешнего слоя, образовавшегося между скользящими поверхностями.

Процедура испытания воздушного выключателя

«Тестирование выключателя» в основном используется для проверки работы каждой системы переключения, а также для программирования всей конструкции отключения. Таким образом, тестирование очень важно для любого автоматического выключателя, чтобы гарантировать надежную и стабильную работу.По сравнению с другими устройствами проводить тестирование сложнее.

Когда в автоматическом выключателе возникает неисправность, это может привести к короткому замыканию внутри катушек, неправильному поведению, повреждению механических соединений и т. Д. Таким образом, автоматические выключатели необходимо регулярно проверять для устранения всех этих неисправностей.

Различные типы испытаний, выполняемых в автоматическом выключателе, в основном включают механические, термические, диэлектрические, испытания на короткое замыкание и т. Д. Стандартные испытания автоматического выключателя включают испытание на отключение, сопротивление изоляции, соединение, сопротивление контакта, отключение при перегрузке, мгновенное магнитное отключение и т. Д. .

Как можно проводить тестирование?

Для проверки автоматического выключателя используются различные виды испытательного оборудования для проверки состояния автоматического выключателя в любой энергосистеме. Это тестирование может быть выполнено с помощью различных методов тестирования, а также различных видов испытательного оборудования. Испытательными устройствами являются анализатор, микроомметр, тестер первичного впрыска с высоким током и т. Д. Испытания выключателей имеют следующие преимущества.

• Характеристики автоматического выключателя можно повысить.
• Цепь можно проверить под нагрузкой или без нагрузки.
• Признает потребность в техническом обслуживании
• Проблем, которых можно избежать
• Возможность раннего выявления неисправностей

Преимущества

К преимуществам воздушного выключателя относятся следующие.

• Цех скоростного повторного закрытия
• Используется для частой эксплуатации
• Требуется меньше обслуживания
• Высокая скорость работы
• Исключить опасность возгорания не так, как в масляных выключателях
• Стабильное и короткое время горения дуги, поэтому обгорание контактов меньше

Недостатки

К недостаткам воздушного выключателя можно отнести следующее.

• Недостатком принципа дугогасительной камеры является его неэффективность при малых токах, когда электромагнитные поля слабые.
• Сам желоб не обязательно менее эффективен при удлинении и деионизирующем действии, чем при высоких токах, но движение дуги в желоб имеет тенденцию становиться медленнее, и прерывание на высокой скорости не обязательно получается.

Применение воздушных автоматических выключателей

Воздушные автоматические выключатели

используются для управления вспомогательным оборудованием электростанций и промышленных предприятий.Они обеспечивают защиту промышленных предприятий, электрических машин, таких как трансформаторы, конденсаторы и генераторы.

• Они в основном используются для защиты растений, где существует опасность пожара или взрыва.
• Принцип воздушного торможения дуги автоматического выключателя используется в цепях постоянного и переменного тока напряжением до 12 кВ.
• Воздушные автоматические выключатели обладают высоким сопротивлением, которое помогает увеличить сопротивление дуги за счет разделения, охлаждения и удлинения.
• Воздушный выключатель также используется в системе распределения электроэнергии и NGD около 15кВ

Итак, это все о воздушном автоматическом выключателе (ACB), его работе и применении. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию. Кроме того, любые сомнения относительно этой концепции или реализации каких-либо электрических и электронных проектов, пожалуйста, оставьте свой отзыв, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, в чем функция ACB?

Воздушный выключатель

— Типы автоматических выключателей, работа и применение

Воздушный выключатель

Конструкция, работа, типы, преимущества и применение

Что такое автоматический выключатель?

Автоматический выключатель — это устройство, которое может

• замыкать или размыкать цепь вручную или с помощью дистанционного управления в нормальных условиях.
• Автоматическое размыкание цепи при возникновении неисправности (например, при перегрузке по току, коротком замыкании и т. Д.).
• Замкните цепь вручную или с помощью дистанционного управления в условиях неисправности.

Автоматический выключатель используется для механизма переключения и защиты системы. Для этой цели также используются другие сопутствующие устройства и компоненты, связанные с автоматическими выключателями, такие как предохранители, реле, переключатели и т. Д. Автоматические выключатели широко используются в промышленности, а также в энергосистемах для управления и защиты различных частей цепи, таких как переключатели, трансформаторы. , Двигатели, Генераторы / Генераторы и т. Д., что делает систему стабильной и надежной.

На рынке доступны различные типы воздушных автоматических выключателей , и мы обсудим их один за другим подробно.

Воздушный автоматический выключатель (ACB)

Воздушный автоматический выключатель (ACB) — это устройство электрической защиты, используемое для защиты от короткого замыкания и перегрузки по току до 15 кВ с номинальным током от 800 А до 10 кА. Он работает на воздухе (где продувка воздухом в качестве средства гашения дуги) при атмосферном давлении для защиты подключенных электрических цепей.ACB полностью заменен масляным автоматическим выключателем, потому что он по-прежнему является предпочтительным выбором для использования ACB, потому что нет возможности возгорания масла, как в масляном автоматическом выключателе.

Конструкция воздушного выключателя

На следующем рисунке показаны основные и внешние части ACB . (ABB EMax Низковольтный, ограничивающий ток и селективный (не ограничивающий ток) воздушный автоматический выключатель).

1. Кнопка ВЫКЛ (O)
2. Кнопка ВКЛ (I)
3. Индикатор положения главного контакта
4. Индикатор состояния механизма накопления энергии
5. Кнопка сброса
6. Светодиодные индикаторы
7. Контроллер
8. «Подключение», «Тест» и стопор «изолированного» положения (трехпозиционный фиксирующий / запирающий механизм)
9. Навесной замок, предоставляемый пользователем
10. Соединение «,« Тест »и« разъединение »индикации положения
11. Соединение (CE) Разделение, (CD) Тест (CT) Контакты индикации положения
12. Паспортная табличка с номинальными данными
13. Цифровые дисплеи
14. Ручка накопителя механической энергии
15. Встряхивание (IN / OUT)
16. Репозиторий коромысла
17. Кнопка сброса аварийного отключения

На следующем рисунке показана внутренняя конструкция воздушного выключателя

• 1.Несущая конструкция из листовой стали
• 2. Трансформатор тока для расцепителя защиты
• 3. Изолирующая коробка группы полюсов
• 4. Горизонтальные редкие клеммы
• 5a. Пластины фиксированных главных контактов
• 5б. Пластины для фиксированной дуги Контакты
• 6а. Пластины для главных подвижных контактов
• 6б. Пластины для подвижных дугогасительных контактов
• 7. Дугогасительная камера
• 8. Клеммная коробка для стационарной версии — скользящие контакты для выдвижной версии
• 9.Защитный расцепитель
• 10. Управление замыканием и размыканием выключателя
• 11. Пружины включения

Связанные сообщения:

Принцип работы воздушного выключателя

Принцип работы воздушного выключателя несколько отличается от автоматических выключателей других типов. Основная цель автоматического выключателя — предотвратить повторное возникновение дуги после нулевого тока, когда зазор между контактами будет выдерживать восстанавливающееся напряжение системы.Он выполняет ту же работу, но по-другому. Во время прерывания дуги он создает напряжение дуги вместо напряжения питания. Напряжение дуги определяется как минимальное напряжение, необходимое для поддержания дуги. Автоматический выключатель увеличивает напряжение тремя различными способами:

• Напряжение дуги может быть увеличено путем охлаждения плазмы дуги. Как только температура дугового плазменного движения частиц в дуговой плазме снижается, для поддержания дуги потребуется больший градиент напряжения.
• Разделение дуги на несколько серий увеличивает напряжение дуги.
• Напряжение дуги можно увеличить, увеличив длину пути дуги. Как только длина пути дуги увеличивается, путь сопротивления увеличивается, больше напряжения дуги прикладывается к пути дуги, следовательно, напряжение дуги увеличивается.

Эксплуатируется на уровне напряжения до 1 кВ. Он содержит две пары контактов. По главной паре проходит ток, а контакт сделан из меди. Дополнительная пара контактов сделана из карбона. При размыкании выключателя первым размыкается главный контакт. Во время размыкания главного контакта дуговые контакты остаются в контакте друг с другом.Дуга возникает, когда контакты дуги разъединены. Для среднего напряжения автоматический выключатель устарел.

Типы воздушных автоматических выключателей

Существует четыре типа выключателей , используемых в управлении и защите для поддержания и стабильной работы распределительных устройств и среднего напряжения в помещениях.

• Автоматический выключатель простого прерывания или Cross-Blast ACB
• Магнитный предохранительный выключатель Воздушный выключатель
• Воздушный желоб Перерыв Автоматический выключатель
• Воздушный выключатель
  

Связанное сообщение: Как читать номинальные данные паспортной таблички MCB, напечатанные на нем?

P Воздушный автоматический выключатель или автоматический выключатель с перекрестным потоком воздуха:

Автоматический выключатель снабжен камерой, окружающей контакт.Камера известна как «дугогасительная камера». Дуга заставлена ​​вбивать в нее. Дугогасительная камера поможет добиться охлаждения. Дугогасительная камера изготовлена ​​из огнеупорного материала. Внутренние стенки дугогасительной камеры имеют такую ​​форму, что дуга не только нагнетается в непосредственной близости, но и проникает в змеевидный канал, проецируемый на стенку дугогасительной камеры.

Дугогасительная камера разделена на несколько небольших отсеков с помощью металлических разделительных пластин. Металлические разделительные пластины являются дугоделителями, и каждое из небольших отсеков ведет себя как мини-дугогасительная камера.Первоначальная дуга будет разделена на серию дуг, в результате чего все дуговые напряжения будут выше, чем напряжение в системе. Они являются предпочтительным выбором при низком напряжении.

Автоматический выключатель с воздушным желобом

В воздушном автоматическом выключателе с воздушным желобом есть два типа контактов, а именно «главный контакт» и «вспомогательные или дуговые контакты». Основные контакты выполнены из меди, а серебряные пластины имеют низкое сопротивление и проводят ток в замкнутом положении. Вспомогательные или дугогасительные контакты изготовлены из медного сплава, поскольку они жаропрочные и используются для предотвращения повреждения основных контактов из-за дугового разряда и могут быть легко заменены при необходимости в случае износа.Во время срабатывания выключателя дуговые или вспомогательные контакты замыкаются до и размыкаются после главных контактов автоматического выключателя.

Автоматический выключатель с магнитным обдувом

Автоматический выключатель с магнитным обдувом обеспечивает магнитное управление моментом дуги для гашения дуги внутри устройств. Гашение дуги контролируется с помощью магнитного поля, создаваемого током в продувочных катушках, включенных последовательно с прерываемой цепью.Эти катушки известны как «продуть катушку». Магнитное поле не контролирует и не гасит дугу, образовавшуюся в выключателе, но перемещает дугу в желоба, где дуга удлиняется, охлаждается и гаснет соответственно. Эти типы автоматических выключателей используются до 11кВ.

Воздушный автоматический выключатель:

Этот тип автоматического выключателя используется для системного напряжения 245 кВ, 420 кВ и более.

Воздушный выключатель подразделяется на три категории:

• Осевой взрывной выключатель
• Осевой взрыватель со скользящим подвижным контактом.

Связанные сообщения:

Осевой взрыватель

Подвижный контакт находится в контакте. Отверстие форсунки находится в неподвижном контакте при нормально замкнутом состоянии выключателя. При возникновении неисправности в камеру вводится высокое давление. Воздух под высоким давлением будет проходить через отверстие сопла, для поддержания которого достаточно напряжения.

Осевая струя со скользящим подвижным контактом

Подвижный контакт установлен на поршне, поддерживаемом пружиной.Взрыв переносит дугу на электродуговой разряд.

Связанные сообщения:

Преимущества и недостатки воздушного выключателя

Преимущества

• Воздушный воздушный выключатель является подходящим вариантом для использования там, где требуется частое срабатывание из-за меньшей энергии дуги
• Риск пожара исключен в работе воздушного выключателя.
• Пневматический автоматический выключатель имеет небольшие размеры, потому что рост диэлектрической прочности происходит очень быстро (конечный контактный зазор, необходимый для гашения дуги, очень мал).
• Скорость автоматического выключателя при работе воздушной струи намного выше.
• Гашение дуги происходит намного быстрее
• Продолжительность дуги одинакова для всех значений тока.
• Стабильность работы может поддерживаться и зависит от скорости работы выключателей.
• Требует меньше обслуживания.

Связанный пост: Предохранитель HRC (предохранитель с высокой разрывной способностью) и его типы

Недостатки

• Завод по производству воздуха требует дополнительного обслуживания.
• Содержит воздушный компрессор большой мощности.
• Существует вероятность утечки воздуха из места соединения воздуховодов.
• Существует вероятность быстрого нарастания напряжения повторного включения и прерывания тока.
• Воздух имеет относительно более низкие свойства гашения дуги.

Применение и применение воздушного выключателя

• Он используется для защиты растений.
• Используется для общей защиты электрических машин.
• Применяется для защиты трансформаторов, конденсаторов и генераторов.
• ACB также используется в системе распределения электроэнергии и NGD около 15 кВ.
• Также используется в приложениях низкого и высокого напряжения и тока.
  

Статьи по теме:

Устройство электробезопасности: воздушный выключатель (ACB)

Судовые генераторы являются поставщиками энергии для всего судна, поскольку они выступают в качестве основного источника энергии для всех работающих механизмов, включая двигательную установку завод.По этой причине необходимо уделять самое пристальное внимание безопасной и эффективной работе судового генератора. Одним из важных устройств безопасности, используемых для судового генератора, является воздушный выключатель (ACB).

Воздушный выключатель

предназначен для устранения дефектов и защиты машины от поломки.

Основное назначение воздушного выключателя — :

— Размыкание и замыкание трехфазной цепи вручную или автоматически.

— Автоматическое размыкание цепи при возникновении неисправности.Неисправности могут быть различных типов — пониженное или повышенное напряжение, пониженная или повышенная частота, короткое замыкание, обратная мощность, замыкание на землю и т. Д.

— Основная особенность ACB заключается в том, что он гасит или гасит искрение во время перегрузки.

Воздушный автоматический выключатель (ACB) Строительство и эксплуатация

ACB имеет два набора контактов, т. Е. Главные и вспомогательные контакты. Каждый набор контактов состоит из неподвижного контакта и подвижного контакта. Главный контакт обычно несет большую часть тока нагрузки.Все контакты изготовлены из сплава кадмий-серебро, который имеет очень хорошую устойчивость к повреждению дуговым разрядом.

Когда автоматический выключатель замыкается, срабатывает мощная пружина, и автоматический выключатель закрывается против давления пружины. Вспомогательный контакт замыкается первым и размыкается последним, т.е. когда ACB замыкается, сначала замыкается вспомогательный контакт, затем следует главный контакт.

Когда автоматический выключатель разомкнут, сначала размыкается главный контакт, а затем размыкается вспомогательный. Таким образом, вспомогательные контакты подвергаются искрению во время размыкания ACB и могут быть легко заменены.

Давление замыкания главного контакта поддерживается на высоком уровне, так что повышение температуры контактов при прохождении тока остается в установленных пределах. Замыкающая катушка, работающая от напряжения постоянного тока от выпрямителя, предназначена для включения выключателя нажатием кнопки.

Как достигается гашение дуги?

Гашение дуги достигается:

1. Использование дугогасительных контактов из резистивного сплава и серебряных наконечников в качестве главных контактов. Дуговые контакты замыкаются раньше и размыкаются позже основных контактов.

2. При размыкании контакты долго перемещались на высокой скорости, чтобы растянуть образовавшуюся дугу, которая передается на дугогасительный контакт.

3. Охлаждение и разделение дуги осуществляется с помощью дугогасительных камер, которые протягивают дугу через разделители под действием магнитного поля, быстро охлаждают и разделяют дугу до тех пор, пока она не сработает. Автоматический выключатель размыкается при гашении дуги.

Ссылка : Книга по морскому электрооборудованию, составленная Г. Д. МакДжорджем

Воздушный выключатель (ACB) | Строительство | Принцип работы | Компоненты

В этой статье мы подробно рассмотрели конструкцию воздушного выключателя (ACB), шесть основных компонентов и принцип работы / принцип действия, а также обозначенные принципиальные схемы.

Силовые выключатели низкого напряжения (LVPCB) часто называют воздушными выключателями (ACB). Воздушные автоматические выключатели типичны для выдвижной конструкции, хотя их можно прикрепить болтами непосредственно к шине.

Воздушные автоматические выключатели используются в приложениях, в которых требуется более прочная конструкция, чем предлагают автоматические выключатели и автоматические выключатели. См. Рис. 1. Кроме того, автоматический выключатель можно использовать как пускатель для больших низковольтных двигателей.

Конструкция воздушного выключателя (ACB)

Воздушный выключатель полностью заменяемый.То есть их можно перестроить. Любая поврежденная или поврежденная деталь может быть отремонтирована или заменена. Воздушные выключатели имеют шесть основных компонентов , в том числе:

• разъединителей (штырей)
• контактных узлов
• дугогасительных камер
• приводных механизмов
• OCPDs
• узлов рамы и щита

Рисунок 1 . Схема цепи с маркировкой воздушного автоматического выключателя

• Воздушный автоматический выключатель отключает

Автоматический выключатель — это токоведущие компоненты, которые соединяют автоматический выключатель с шиной или другими соединениями.Разъединители в автоматическом выключателе включают основные, вторичные и заземляющие разъединители.

Главные разъединители

Главные разъединители подключают автоматический выключатель к первичной шине и позволяют току нагрузки проходить через автоматический выключатель. В воздушных выключателях обычно используются вертикальные или горизонтальные ряды подпружиненных пальцев для контакта с шиной. Воздушные автоматические выключатели с высокими номинальными характеристиками (от 3000 до 4000 А) часто имеют круглые (тюльпанообразные) главные разъединители.Круглая форма обеспечивает контакт с большей площадью поверхности и может выдерживать более высокие токи нагрузки, чем разъединители с плоской шиной. Другие типы автоматических выключателей с воздушной рамой и большим номинальным длительным током имеют двойной ряд первичных разъединителей, а не круглые разъединители. См. Рис. 2.

Рис. 2. Основные разъединители воздушного автоматического выключателя

Если на автоматическом выключателе установлены токоограничивающие предохранители, то штыри со стороны сети иногда отходят дальше от щита автоматического выключателя, чем от нагрузки. -боковые удары.

На некоторых автоматических выключателях, в которых используются токоограничивающие предохранители, в стойках со стороны нагрузки установлены удлинители, чтобы сделать расстояния между стойками от щита одинаковыми. Конкретное расположение варьируется от OEM к OEM.

Для автоматических выключателей типично иметь выдвижную конструкцию, в которой автоматический выключатель находится в подставке, которую можно перемещать в шкаф или шкаф и из него. Тем не менее, выключатели можно прикрепить болтами непосредственно к шине в качестве меры по сокращению затрат.

Вторичные разъединители

Вторичные разъединители используются для подачи питания на автоматический выключатель для таких функций, как двигатель взвода пружины, световые индикаторы и управляющие реле внутри автоматического выключателя.Для низковольтного воздушного выключателя обычно подключаются и отключаются вторичные разъединители, когда автоматический выключатель вкатывается в шкаф и выкатывается из него. См. Рисунок 3.

Рисунок 3 . Вторичные разъединители воздушного автоматического выключателя

Разъединители заземления

Рама автоматического выключателя должна быть подключена к шине заземления, чтобы короткое замыкание или повреждение немедленно передавались на землю, а защитные устройства срабатывали как можно быстрее. .Разъединитель заземления соединяет корпус автоматического выключателя с шиной заземления. См. Рис. 4. Подключение к заземляющему разъединителю — это первое соединение, выполняемое при установке автоматического выключателя в шкаф, и последнее соединение, разорванное при его извлечении из шкафа. Это гарантирует, что рама выключателя будет заземлена всякий раз, когда есть вероятность того, что рама находится под напряжением.

Рисунок 4. Размыкания заземления воздушного выключателя

• Контактные узлы воздушного выключателя

Контактные узлы для воздушных автоматических выключателей включают дугогасительные контакты, главные контакты и вспомогательные контакты.Контактные узлы могут иметь стыковую или байонетную конструкцию, в зависимости от требований производителя выключателя.

Дуговые контакты

Дуговый контакт — это контакт переключающего устройства, на котором возникает дуга после разъединения главных контактов.

Дугогасительные контакты предназначены для предотвращения повреждения главных контактов при размыкании и замыкании автоматического выключателя. Дугогасительные контакты низковольтных выключателей часто изготавливаются из сплава серебра и цинка.Каждый раз, когда автоматический выключатель размыкает свои дугогасительные контакты, часть материала контактов плавится, а часть испаряется с поверхности контактов. Количество разрушаемого материала зависит от прерываемого тока. Этот расплавленный и / или испарившийся контактный материал в первую очередь выбрасывается в дугогасительные камеры, где он может собираться. Очистка от этих металлических брызг является частью обычной программы профилактического обслуживания (PM).

Когда автоматический выключатель размыкается, главные контакты разъединяются первыми и передают ток на дугогасительные контакты.Затем дугогасительные контакты расходятся и проводят через них дугу. Когда автоматический выключатель замыкается, первыми замыкаются дугогасительные контакты, которые снова протягивают дугу через них. Это предотвращает перенос дуги на главные контакты и предохраняет их от повреждения. Это также означает, что дугогасительные контакты изнашиваются / разрушаются задолго до главных контактов. Если на главных контактах видны какие-либо признаки точечной коррозии или повреждения от дуги, то возможно, что дугогасительные контакты смещены или изношены. См. Рис. 5.

Дугогасительные контакты часто имеют дугогасительный рупор в верхней части структуры контактов.Дугогасительный рожок помогает передавать дугу от дугогасительного контакта к дугогенератору в дугогасительной камере.

Рисунок 5. Дуговые контакты воздушного выключателя (ACB)

Главные контакты

Главные контакты автоматического выключателя изготовлены из более мягкого сплава с меньшим содержанием цинка и большим количеством серебра, чем дугогасительные контакты. Они пропускают ток нагрузки и должны иметь низкое сопротивление протеканию тока. Главные контакты больше, чем дугогасительные, что снижает их импеданс.

Некоторые автоматические выключатели также имеют промежуточные контакты. Промежуточные контакты используются только в самых больших автоматических выключателях, таких как GE AK-50, AK-75 и AK-100. Промежуточные контакты действуют как второй набор дугогасительных контактов. Когда главные контакты размыкаются, нагрузка передается на промежуточные контакты, а затем на дугогасительные контакты.

Промежуточные контакты фактически не замыкают и не размыкают ток нагрузки. Напротив, они передают ток нагрузки от главных контактов к дугогасительным контактам при размыкании и от дугогасительных контактов к основным контактам при замыкании.Поскольку промежуточные контакты выходят немного дальше, чем главные контакты, они замыкаются раньше и размыкаются сразу после выхода основных контактов. Дугогасительные контакты предотвращают эрозию главных контактов, протягивая дугу через себя. Если бы главные контакты несли дугу, они бы быстро сгорели. Это приведет к повторному срабатыванию автоматического выключателя, что означает, что он не сможет прервать дугу. Повторный пробой часто приводит к полному разрушению автоматического выключателя и распределительного устройства. См. Рисунок 6.

Вспомогательные контакты

Вспомогательные контакты обеспечивают питание для управления электрическими функциями в автоматических выключателях, таких как включение и выключение двигателя взвода пружины, управление световыми индикаторами и управление цепями размыкания / замыкания. В LVPCB вспомогательные контакты устанавливаются непосредственно на раму выключателей.

Рисунок 6. Воздушный выключатель (ACB) Повторные пробои

TECH FACT

Вспомогательные контакты обозначены на чертежах как 52a (для нормально разомкнутых контактов) и 52b (для нормально замкнутых контактов).Контакты 52a находятся в том же положении, что и главные контакты выключателя, а контакты 52b — напротив. Когда главные контакты разомкнуты, контакты 52a разомкнуты, а контакты 52b замкнуты.

Вспомогательные контакты воздушного выключателя (ACB)

• Конструкция контактов выключателя низкого и среднего напряжения

И дугогасительные, и главные контакты могут быть стыковыми или байонетными. Контакты стыкового типа обычно имеют одну плоскую и одну контурную контактную поверхность.Некоторые автоматические выключатели имеют комбинацию стыковых и байонетных контактов. См. Рис. 7.

Назначение контура — сделать чистящее движение при замыкании контактов. Движущийся контакт ударяется о неподвижный контакт, а затем совершает вытирающее движение, скользя по поверхности неподвижного контакта. Это чистящее движение предотвращает сваривание контактов, а также очищает контакты.

Кроме того, стационарные контакты обычно подпружинены, так что когда подвижный контактный узел ударяется о неподвижный контактный узел, он отталкивается назад.Это способствует протирке, а также предотвращает дребезг контактов, который мог бы произойти, если бы движущиеся контакты были неподвижны. Когда контакты замыкаются, сочетание сжатия неподвижного контакта и профилированной поверхности вызывает протирающее движение по контакту с плоской поверхностью без отскока контакта.

Рис. 7. Конструкция контактов воздушного выключателя (ACB)

Байонетные контакты используются в воздушных выключателях среднего напряжения и LVPCB последнего поколения.Токоведущие части контактов находятся на сторонах, а не на гранях контактов. Как и в случае стыковых контактов, важно не изменять форму контактных поверхностей, так как это может привести к неисправности автоматического выключателя.

• Дуговые камеры с воздушным автоматическим выключателем

Дуговые камеры охлаждают электрическую дугу и гасят ее за четыре цикла (LVP-CB) до шести циклов (воздушные выключатели среднего напряжения). Поскольку дуги в выключателях среднего напряжения труднее погасить, чем в выключателях низкого напряжения, для гашения дуги требуются дополнительные циклы.

Принцип работы воздушного выключателя

Современные рабочие механизмы быстро срабатывают, быстро ломаются, что означает, что скорость срабатывания не зависит от скорости ручки управления. Современные механизмы управления выключателем называются механизмами с накоплением энергии, поскольку в них есть как размыкающие, так и замыкающие пружины.

СОВЕТ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

Один комплект пружин в приводных механизмах выключателя обычно имеет натяжение.По этой причине следует проявлять особую осторожность при работе с контактами выключателя или рядом с ними. У них есть тяжелые подвижные контактные узлы и мощные пружины, которые могут нанести травму. Даже при открытии эти устройства обладают такой силой, что могут сломать кости и порезать кожу. Оставьте достаточный зазор между любыми частями тела и движущимися частями автоматического выключателя. При работе с автоматическими выключателями всегда используйте соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ).

Одна устаревшая конструкция включает в себя простой опорный и роликовый приводной механизм, который имеет рычажный механизм типа гармошки для соединения рабочего механизма с контактными узлами.Когда автоматические выключатели замыкаются, замыкающие пружины заставляют контакты замыкаться. В то же время стойка поднимается на верхнюю часть ролика. Пружины открывания теперь растянуты и создают открывающую силу. Стойка, находящаяся в центре ролика, теперь находится в механическом соединении, поскольку вся открывающая сила прилагается через осевые линии стойки и ролика.

Для срабатывания автоматического выключателя стойка сбивается с ролика с помощью тяги. Стойка отваливается от ролика, рычажок гармошки разрушается, размыкаются контакты выключателя.Этот тип привода используется на старых автоматических выключателях. Он по своей природе слабый и требует, чтобы автоматический выключатель был больше, чем необходимо. Современные рабочие механизмы более компактны, что также делает их более прочными и снижает вероятность возникновения проблем при правильном обслуживании. Регулярная разборка и смазка необходимы для всех автоматических выключателей, чтобы гарантировать их правильную работу. См. Рисунок 8.

• Рамы воздушного автоматического выключателя

Рама воздушного автоматического выключателя поддерживает все компоненты автоматического выключателя.Обычно он изготавливается из металла и имеет конструкцию под открытым небом, что означает, что он не является частью системы изоляции, в отличие от корпуса MCCB или ICCB.

Рис. 8. Принцип работы / рабочий механизм воздушного выключателя (ACB)

Сборка задней панели — это часть автоматического выключателя, которая поддерживает стационарные контакты, первичную линию и разъединители нагрузки. Сборка щита монтируется на раме выключателя. В зависимости от возраста автоматического выключателя сборка задней панели может состоять из шифера, поликарбоната или стекловолокна.См. Рисунок 9.

Рисунок 9. Корпус воздушного выключателя (ACB)

Техническое обслуживание воздушного выключателя | Как проводить техническое обслуживание ACB

Воздушный автоматический выключатель (ACB) является защитным устройством и требует регулярного технического обслуживания для обеспечения высокого уровня производительности и во избежание дорогостоящего ремонта. Необходимое обслуживание низковольтного воздушного выключателя подразумевает осмотр и проверку целостности механических и электрических компонентов. Замена деталей, которые закончили свой жизненный цикл, позволит сохранить высокий уровень производительности.

Инвестиции в предотвращение сбоев, а не борьбу с их последствиями, такими как производственные потери и возможное нарушение законодательства в области охраны труда и техники безопасности, являются первоочередной задачей для многих предприятий. Успешное предотвращение неудач может повлиять на то, удастся ли компании сохранить свою долгосрочную конкурентоспособность.

Срок службы автоматического выключателя зависит от условий работы и окружающей среды. ACB подвергается механическим и электрическим нагрузкам и, таким образом, постепенно ухудшается во время использования, что увеличивает вероятность неисправностей.Профилактическое обслуживание и периодические проверки очень важны, чтобы избежать ухудшения работы, предотвратить неисправности, продлить срок службы и обеспечить безопасную работу.

Этапы технического обслуживания воздушного выключателя

Периодические осмотры и сопутствующее техническое обслуживание необходимы для безопасной и надежной работы воздушных выключателей. Чтобы установить точный график для конкретной установки, используйте следующий контрольный список:

Визуальный осмотр

При визуальном осмотре выполнить следующие действия:

• Счетчики учета операций
• Проверить панели выключателя и изоляционный материал на предмет трещин и чистоту.
• Проверьте состояние закрывающих шкафов, включая петли, защелки, замки и дверные прокладки.
• Проверьте надежность соединения заземления рамы на предмет ослабления или обрыва.
• Убедитесь, что все переключатели силовой цепи и цепи управления замкнуты, а предохранители находятся на своих местах.
• Осмотрите проводку на предмет повреждения изоляции.

Ссылка — NFPA 70B-2016, разделы 11.10.6, 15.4, таблица K.4 (d), таблица L.1.

Профилактическое обслуживание

Выполните следующие профилактические работы по обслуживанию автоматических выключателей низкого напряжения внутреннего и наружного исполнения:

• Проверить раму, панель и корпус на покраску и при необходимости перекрасить.Затяните болты в соответствии с рекомендованными спецификациями. Чистый внешний вид шкафа.
• Очистите фарфор вводов или изоляторов водой или подходящим очистителем. Устраните сколы, покрасив их эмалью, например, глифталем 1201. Затяните болты в соответствии с рекомендованными спецификациями.
• Выполните тщательный осмотр втулки на предмет обнаружения нагара, утечек и трещин.
• Очистить, устранить сколы, удалить и очистить межфазные барьеры.
• Проверить основные соединения на предмет ослабления крепления или перегрева клемм.
• Снимите дугогасительные камеры, чтобы можно было проверить контакты. Заправьте контакты, если они грубые, тонкой пилкой. Необходимо аккуратно удалить только выступающие бусинки. Ямки на ровной гладкой поверхности не вызывают возражений.
• Проверить контактные пружины на отсутствие износа, поломок или ржавчины.
• Проверить гибкие шунты на контактных шарнирах на предмет перегрева и истирания. Затяните соединения в соответствии с рекомендованными спецификациями.
• Проверить установку выключателя и работу механизма стеллажа.
• Проверьте рабочие стержни, валы и коленчатые кривошипы на предмет ослабленных контргаек, установочных винтов, шпонок, подшипников, изогнутых стержней или скрученных валов и т. Д. Очистите движущиеся части от ржавчины, грязи, скопившейся смазки и масла. Промойте подшипники, шарниры и шестерни подходящим очистителем. Смажьте новой консистентной смазкой или маслом того типа, который требуется для используемой области применения. В холодном климате важно использовать смазку, которая не застывает от холода. Сотрите излишки смазки. Закрытые пыленепроницаемые подшипники требуют меньшего обслуживания.
• Понаблюдайте за электродвигателем соленоида включения или пружиной во время нескольких операций включения, чтобы убедиться, что все находится в надлежащем рабочем состоянии. Проверить плунжер соленоида на предмет заедания в направляющих.
• Проверить сопротивление замкнутой катушки омметром и сопротивление изоляции подходящим тестером изоляции.
• Понаблюдайте за механизмом защелки и отключения во время нескольких операций отключения, чтобы убедиться, что все в рабочем состоянии.
• Проверить фиксаторы и штифты, подшипники и фиксаторы узла защелки и расцепителя на износ, заедание и несоосность.
• Очистите и смажьте узел защелки и расцепителя. Тщательно проверьте защелку, чтобы убедиться, что она не изнашивается, чтобы не расцепить ее из-за вибрации или заедания и не сработать. Затяните болты и винты в соответствии с рекомендованными спецификациями.
• Наблюдать за отключением во время электрического управления. Убедитесь, что плунжер действует на полную энергию. Проверить плунжер на предмет прилипания к направляющим.
• Проверьте цифровые или электронные механизмы отключения на наличие индикатора питания и возможных кодов ошибок.
• Проверьте состояние вспомогательных контактов и отшлифуйте их с помощью полировального инструмента, если они обожжены или корродированы.
• Проверить пружины вспомогательного контакта, тяги привода и рычаги. Проверьте положение включения и отключения по отношению к главным контактам, пока выключатель медленно замыкается и размыкается вручную. Для некоторых вспомогательных контактов, используемых для специальных целей, может потребоваться регулировка для закрытого положения.
• Видите, что индикатор положения или семафор правильно указывает положение выключателя.Проверьте тяги или рычаги привода на наличие незакрепленных деталей.

Ссылка — NFPA 70B-2016, раздел 11, 15.

Ручное управление

Вручную включите выкатной воздушный выключатель низкого напряжения внутреннего и наружного блока, «ЗАКРЫТО» и «ОТКРЫТО» три раза.

Многие выключатели долгое время не работают. Это может быть очень вредным для рабочего механизма выключателя и привести к неправильной работе. Эту операцию лучше всего выполнять на выключателе с помощью местного переключателя.Перед включением убедитесь, что выключатель обесточен.

Ссылка — NFPA 70B-2016, раздел 11.10.6.

Испытание на синхронизацию выключателя

Полные временные испытания автоматических выключателей как внутреннего, так и внешнего блока.

Проверить все доступные функции отключения. Это может быть длительное срабатывание и задержка, кратковременное срабатывание и задержка, мгновенное срабатывание и срабатывание замыкания на землю.

Временное испытание для низковольтных выкатных выключателей может потребовать подачи тока для всех функций отключения, если не используется электронный или цифровой расцепитель.

Примечание. Если установлен электронный или цифровой расцепитель, первое испытание на отключение каждой фазы должно выполняться путем подачи тока через контакт. Затем можно проверить оставшиеся функции механизма отключения посредством подачи вторичного тока непосредственно в механизм отключения.

Выполнение теста подачи тока для первоначального теста гарантирует, что трансформаторы тока в выключателе работают должным образом.

Ссылка — NFPA 70B-2016, раздел 11.10.6.

Испытание сопротивления изоляции

Выполните испытание сопротивления изоляции выкатных воздушных выключателей низкого напряжения внутреннего и наружного исполнения.

Измерьте сопротивление изоляции каждого полюса в течение одной минуты при приложенном напряжении, которое соответствует руководству производителя по эксплуатации и обслуживанию, или не менее 1000 В постоянного тока. Испытание следует проводить на отдельных полюсах при замкнутом выключателе и заземлении неиспользуемых полюсов и корпуса. Для измерения разомкнутых полюсов необходимо провести дополнительное испытание с разомкнутым выключателем и заземленной одной стороной прерывателя.Проверка сопротивления изоляции — это проверка типа «прошел / не прошел»; однако иногда производитель может публиковать минимальные значения сопротивления в своем руководстве по эксплуатации и обслуживанию. Если в руководстве по эксплуатации и техническому обслуживанию не указано минимальное значение для своих результатов, используйте минимальное значение 1 МОм.

Ссылка — NFPA 70B-2016, разделы 11.10.6, 11.16.1.2.1-11.16.1.2.4, таблица K.4 (d), таблица L.1.

Проверка контактного сопротивления

Выполните испытание контактного сопротивления выкатных воздушных выключателей низкого напряжения внутреннего и наружного исполнения.

Ссылка — NFPA 70B-2016, раздел 11.16.1.2.2, таблица K.4 (d), таблица L.1.

Обзор рейтинга оборудования

Выполните анализ номинальных характеристик оборудования и исследование координации для внутреннего и наружного низковольтного выкатного воздушного выключателя.

Оценка оборудования распределительных систем переменного и постоянного тока имеет решающее значение для обеспечения надлежащей работы защитных устройств, включая выключатели низкого напряжения. Исследование координации также должно быть включено в обзор рейтинга оборудования.Результаты этого обзора следует использовать для приобретения выключателей низкого напряжения с надлежащими номинальными характеристиками. После установки и получения информации о конструкции необходимо провести еще одну оценку оборудования. Характеристики оборудования выключателей и исследование координации могут быть легко выполнены во время анализа анализа опасности дугового разряда.

Ссылка — NFPA 70B 2016, Раздел 9.

Инфракрасное сканирование и термический анализ

Выполните инфракрасное сканирование, когда выключатель находится в рабочем состоянии и включен.

Инфракрасное сканирование или тепловое сканирование / анализ позволяет проводить ненавязчивый анализ температурных и тепловых характеристик или тепловых характеристик автоматического выключателя и его компонентов. Инфракрасное сканирование может динамически обнаруживать аномальные тепловые условия или изменения температуры, которые могут указывать на проблемы в автоматических выключателях на их начальной стадии. В промышленности доступны различные технологии для обнаружения динамических изменений нагрева; однако предпочтительнее использовать тепловизионные камеры.Раннее выявление и устранение проблем с помощью инфракрасного сканирования может избежать серьезных сбоев и дорогостоящих отключений. Раннее обнаружение позволяет более эффективно планировать техническое обслуживание и плановые отключения. Термический анализ можно использовать для поиска и устранения неисправностей, проведения сравнений температуры до и после отключения, проверки успешности установки или ремонта и прогнозирования проблем с автоматическими выключателями.

Примечание. Открытие дверцы панели или снятие панелей, которые могут подвергнуть обслуживающий персонал воздействию токоведущих частей во время работы выключателя.Этот вид работ может подвергнуть обслуживающий персонал опасности возникновения дуги.

Ссылка — NFPA 70B, раздел 11.17.

Порядок замены деталей

• Техническое обслуживание, осмотр и замена частей ACB должны выполняться компетентными специалистами.
• Не прикасайтесь к токоведущим частям ACB и конструктивным деталям ACB рядом с токоведущей частью сразу после размыкания ACB. Оставшееся тепло может вызвать ожог.
• Перед тем, как начать какие-либо работы с автоматическим выключателем, разомкните автоматический выключатель на входе и т.п., чтобы изолировать все источники питания / напряжения от главных цепей и цепей управления.В противном случае возможно поражение электрическим током.
• Будьте осторожны, чтобы не допустить прилипания пыли к контактам силовой цепи и цепи управления. Пыль на контактах может привести к возгоранию.
• Перед тем, как приступить к техническому обслуживанию, осмотру или замене деталей, убедитесь, что замыкающие пружины отпущены, а автоматический выключатель открыт. В противном случае непреднамеренное открытие / закрытие может привести к защемлению пальцев или инструментов механизмом открытия / закрытия, что приведет к травме.
• Не забудьте установить дугогасительную камеру, если она была снята.Невыполнение этого требования или неправильная установка дуговой камеры может привести к возгоранию или ожогу.
• При замене вспомогательной цепи не повредите провод управления вспомогательной цепи и не защемите провод между вспомогательной цепью и корпусом выключателя. Это может привести к неисправности.

Продолжить чтение

(PDF) Оценка тепловых характеристик воздушного выключателя (ACB) с использованием сопряженного электротермического анализа

по тепловым характеристикам для изменений конструкции, таких как, помимо прочего, 1)

влияние различных факторов управления, таких как размер линейной шины , номер

и расположение и 2) влияние различных шумов и факторов управления

, относящихся к тепловой проводимости контакта и электрическому сопротивлению контакта

.

6. Выражение признательности

Авторы хотели бы поблагодарить всю команду разработчиков ACB в Eaton, особенно

Пола Ракуса и доктора Майкла Слепяна за их технический вклад в этот проект.

7. Ссылки

1. Флуршейм, Чарльз (1985), Теория силовых выключателей и

Design, Peter Peregrinus Ltd., Лондон, 2

nd

Edition.

2. МЭК 60947-2 Низковольтные распределительные устройства и устройства управления — Часть 2:

Автоматические выключатели, издание 4.2 2013-01.

3. ANSYS Maxwell 3D v16: Руководство пользователя.

4. Справочник по теории ANSYS: Inc. [онлайн].

5. Черукури, Кришна Свамай (2007), Теория тепловых сетей для распределительного устройства

, работающего при постоянном токе, магистерская диссертация, Национальный технологический институт

, Руркела.

6. Плеска, Адриан (2012), Термический анализ пути тока от выключателей

с использованием метода конечных элементов: Мировая академия наук, инженерии и технологий

, Том 72, 12-29, 2012.

7. Фрей, Питер и Вайхерт, Ханс (2004), Расширенное тепловое моделирование выключателя

, Электрические контакты: Материалы

50-й конференции IEEE Holm по электрическим контактам и

22-й Международной конференции по электрическим контактам .