В технических средствах охраны (ТСО) для обеспечения безаварийной работы используются источники резервного электропитания, в состав которых входят аккумуляторные батареи (АБ).
При проектировании, эксплуатации и ремонте источников резервного электропитания часто не учитывается реальное уменьшение ёмкости АБ, обусловленное следующими факторами:
— работа при минимальной рабочей температуре;
— снижение на 80 % реальной ёмкости к концу срока эксплуатации;
— ток разряда, отличается от тока, при котором нормируется номинальная ёмкость — Сн;
— первоначальный разброс ёмкости АБ, вызванный технологией производства.
Герметизированные свинцово-кислотные АБ, которые нашли широкое применение в ТСОЭ, имеют более высокое рабочее напряжение по сравнению со щелочными аккумуляторами. Выпускаются они, как правило, в виде батарей с напряжением 4, 6 и 12 В.
Аккумуляторы имеют аварийный клапан, через который в опасных ситуациях сбрасывается избыток газа. Поэтому для них правильнее использовать термин "герметизированный".
Герметизированный свинцово-кислотный аккумулятор, функционирующий в буферном (непрерывном) режиме работы, постоянно подключен как к сети, так и к нагрузке. В нем происходит постоянный подзаряд батареи, необходимый для компенсации саморазряда, а также для компенсации разряда батареи, который происходит при переходе прибора на резервное электропитание.
Основные характеристики аккумуляторов
Номинальная емкость (Сном) — емкость АБ, которую можно использовать при 20 °С и номинальном токе разряда, измеряется в амперчасах (А/ч). В паспортных данных приводится ёмкость АБ при 20 часовом разряде (или при 10 часовом разряде) — Сном, которая обеспечивается током разряда, составляющим 0,05 Сном, выраженным в амперах, при температуре окружающей среды 20-25 °С. Например для АБ с Сном 7 А/ч, это ёмкость при токе разряда 7 х 0,05 0,35 А при нормальной температуре. При всех других токах и температурах эквивалентная (доступная) ёмкость будет другой.
Номинальные токи заряда и разряда — токи, регламентируемые документацией на АБ. Записываются в долях от номинальной емкости при определенном режиме разряда АБ.
Диапазон рабочих температур — температуры окружающей среды, при которых осуществляется работа и хранение АБ. Это самый существенный фактор внешнего воздействия, влияющий на рабочие характеристики АБ.
Температура влияет как на работоспособность АБ, так и на сохранность их состояния при хранении.
Гарантированная емкость может быть получена при температуре выше 0-5 °С.
При пониженной температуре она снижается, что связано, прежде всего, с ухудшением электропроводности электролита.
Температура при заряде АБ должна быть в диапазоне от 0 °С до 40 °С.
Температура при разряде должна быть в диапазоне от минус (20)15 °С до +50 °С.
Температура для хранения должна быть в диапазоне от минус 20 °С до +50 °С.
Срок службы — интервал времени, в течение которого АБ сохраняют характеристики, регламентированные нормативно-технической документацией.
Он зависит от глубины разряда, режима заряда, периода между зарядом и разрядом, температуры и других эксплуатационных факторов.
Основными факторами, отрицательно влияющими на срок службы аккумулятора, являются: — высокая интенсивность разряда, — глубокий разряд, — большое количество чрезмерного заряда, — ток и напряжение заряда, — частота срабатывания клапана для сброса газа.
Во время фазы заряда большой начальный ток может вызывать чрезмерный нагрев. Это явление может вызвать набухание аккумуляторов. То же самое может произойти, когда напряжение заряда слишком высокое или если один из элементов АБ закорочен.
Срок службы АБ значительно снижается, если она слишком глубоко разряжена, или если храниться в разряженном состоянии.
Герметизированные свинцово-кислотные АБ очень чувствительны к перезаряду. Срок службы батарей быстро снижается при работе с увеличенным напряжением источника питания (и тем самым — тока подзаряда) в режиме постоянного подзаряда.
Глубокий разряд также вреден для АБ.
При глубоких многократных разрядах снижается разрядная емкость и уменьшается срок службы. Такие же изменения могут происходить и при длительном хранении батарей в разряженном состоянии.
Режим заряда — эффективность работы аккумуляторов и гарантированный срок службы могут быть достигнуты только при правильной организации процесса заряда. Документация регламентирует номинальный (стандартный) режим заряда и другие, более быстрые режимы, если они допустимы для данного типа аккумулятора. Зарядные характеристики аккумуляторов позволяют четко представить все ограничения этого процесса и сформулировать требования к оборудованию и представляется обычно в виде семейства разрядных кривых во всем диапазоне режимов и рабочих температур, отражающих зависимость разрядной емкости от тока разряда и температуры (в координатах С-I разряда и С-Т °С). При контроле режима заряда следует иметь в виду, что ориентация на прекращение заряда по достижении безопасной фиксированной величины конечного зарядного напряжения может привести к систематическому недозаряду аккумуляторов. В технической документации типичный зарядный процесс аккумуляторов обычно описывается семейством кривых, отражающих характер и величину изменения их напряжения в процессе заряда при разных температурах и нескольких скоростях заряда. Могут быть рекомендованы различные методы контроля зарядного процесса. Наиболее надежными являются методы, ориентированные на оценку роста температуры аккумуляторов или снижения зарядного тока до уровня "капельного" значения в конце процесса заряда.
Режим разряда — эффективность работы аккумуляторов и гарантированный срок службы могут быть достигнуты только при правильной организации процесса разряда. Документация регламентирует номинальный (стандартный) режим разряда. Разрядные характеристики аккумуляторов позволяют четко представить все ограничения этого процесса. Во избежание сокращения срока службы аккумулятора рекомендуется не разряжать аккумулятор ниже указанных минимально допустимых напряжений.
При использовании и первоначальном выборе АБ, часто возникает необходимость определения длительности непрерывной работы приборов от АБ во всем температурном диапазоне, а также и в конце срока службы АБ. При этом необходимо учесть, что в разных режимах работы (при разном потреблении тока от АБ) меняются параметры АБ (её доступная ёмкость). Работа при разных температурах окружающей среды и при разных нагрузках приводит к различным значениям допустимого времени работы, при этом эквивалентная ёмкость оказывается значительно ниже той, которая приводится в паспорте на АБ, что ведет к значительному снижению допустимого времени работы.
Определение времени непрерывной работы технических средств охраны, подключенных к аккумуляторным батареям.
При определении времени работы от АБ необходимо учитывать следующее: в ТСО АБ нагружены на постоянное сопротивление нагрузки и не работают с постоянным током разряда (все параметры АБ в паспортных характеристиках приведены с расчетом работы при постоянном токе разряда). Это различие приводит к незначительному увеличению допустимого времени работы.
При достижении минимально допустимого напряжения на клеммах АБ аккумулятор должен быть обязательно отключен от нагрузки. Отключение при более низком напряжении или разряд до полного отсутствия напряжения на аккумуляторе, не даёт значительного выигрыша во времени работы АБ (увеличение времени работы составляет 10-20 минут), но это приводит к значительному сокращению срока эксплуатации АБ. Особенно вредно для аккумуляторной батареи разряд малыми токами на протяжении длительного времени, иногда он приводит к тому, что ёмкость батареи вообще нельзя восстановить.
При уменьшении температуры окружающей среды доступная ёмкость АБ уменьшается в зависимости от температуры.
При увеличении тока разряда свыше 0,05Сном (А) доступная ёмкость АБ уменьшается.
К концу срока эксплуатации, который составляет от 3 до 5 лет (в зависимости от типа аккумулятора), доступная ёмкость батареи уменьшается на 20 %. поэтому при первоначальном выборе батареи, необходимо её расчетную ёмкость увеличить в 1,25 раза. Это увеличение начальной ёмкости АБ необходимо для обеспечения необходимых параметров в конце срока эксплуатации.
Рекомендации по эксплуатации АКБ для систем безопасности
1. Тепло оказывает пагубное влияние на АБ. Не устанавливайте батарею около каких бы то ни было источников тепла, источников высокой температуры или источников возможных искр.
Необходимо следить за тем, чтобы аккумуляторы помещались вдали от теплоизлучающих элементов. Для обеспечения максимальной долговечности батареи ее температура не должна превышать 20 °С. При расчете правильного значения для напряжения в режиме резервного питания следует уделить максимальное внимание температуре батареи и окружающей среды, вне зависимости от того, требуется температурная компенсация или нет. Допускаются небольшие температурные различия между батареями, установленными последовательно или параллельно. Однако, необходимо избегать разницы температур батарей более 3 °C.
2. Расчетная температура батареи для режима резервного питания должна быть принята на 1 °С выше локальной температуры окружающего воздуха. Если батарея помещена в корпус, температурный градиент последнего также следует включить в расчет. Таким образом, рабочая температура батареи рассчитывается как: Tбатареи t комн + t корпуса + 1 °С 3. Поскольку батарея может генерировать воспламеняющиеся газы, запрещается устанавливать ее вблизи оборудования, которое может давать электрический разряд в виде искр.
3. Требования к установке батарей:
- При работе батареи в закрытом помещении следует обеспечить подходящую вентиляцию.
- НИКОГДА не помещайте аккумулятор в герметический контейнер во время заряда.
- Хорошо закрепите аккумулятор и защитите его от вибраций и ударов. Если существует опасность подверженности батареи сильной вибрации или механическим ударам, следует предусмотреть надежное закрепление батареи и использование амортизирующих материалов.
- Если аккумулятор устанавливается в помещении (комнате), закрепите и установите его на самом низком уровне.
- Избегайте использования батарей в местах, где, из-за температурных изменений, вода может сконденсироваться на батареях.
- Не используйте аккумуляторы в атмосфере, насыщенной органическими растворителями. Корпус батареи, изготавливаемый из полимера ABS (сополимера акрилонитрила, бутадиена и стирола), не должен помещаться в атмосферу, содержащую органические растворители или адгезивы, а также соприкасаться с ними. Не располагайте аккумуляторы в соприкосновении (контакте) с предметами, содержащими пластификаторы или мягкий поливинилхлорид, поскольку они могут повредить корпус батареи.
- Не сжимайте и не сгибайте клеммы, а также не перегревайте их (не сваривайте или спаивайте их с выводами!). Соединительные провода для подключения батареи должны заканчиваться подходящими клеммами. Если пайка неизбежна, то необходимо обратится на фирму изготовитель за инструкциями. Если спаивание неизбежно, оно должно быть проведено в пределах 3 секунд, используя паяльник на мощность не более 100 Вт.
- Не рекомендуется устанавливать батареи вверх дном.
- Батареи должны быть установлены в сухом прохладном и хорошо проветренном месте.
- Всегда оставляйте достаточное место между батареями. При их соединении следует предусмотреть свободное воздушное пространство вокруг каждой батареи. Рекомендуемая минимальная величина воздушного зазора между батареями составляет от 5 мм до 10 мм. Во всех установках следует предусмотреть адекватную систему вентиляции для охлаждения установки.
4. Всегда разряжайте все батареи одновременно.
5. Для батарей, которые подключаются последовательно, необходимо гарантировать качественное соединение перед их подключением к нагрузке.
6. Рекомендации температурных режимов работы:
- Температура окружающей среды при заряде аккумуляторов должна быть в диапазоне от 0 °С до 40 °С.
- Температура окружающей среды для разряда должна быть в диапазоне от -15 (20) °С до +50 °С для работы в резервном режиме и от +5 °С до +35 °С для работы в циклическом режиме.
7. Необходимо придерживаться требований для тока заряда, его напряжения и времени, которые указаны в технической документации на АБ. Обращаем Ваше внимание на то, что с увеличением количества аккумуляторов, соединенных последовательно или параллельно, увеличиваются трудности их заряда.
8. Аккумулятор должен подзаряжаться сразу же после использования, это особенно важно, если аккумулятор был глубоко разряжен.
9. При последовательном включении нескольких аккумуляторов, не отводите дополнительный ток от части аккумуляторов.
10. Прикосновение к токопроводящим частям батареи может повлечь за собой электрический удар. Приступая к работам по проверке или обслуживанию батарей, не забудьте надеть резиновые перчатки.
11. При последовательном соединении батарей, предназначенном для генерации напряжения, превышающего 100 В, следует строго соблюдать соответствующие правила и технику безопасности во избежание получения электрического удара.
12. Если используются две или более групп батарей, соединенных параллельно, то провода, кабели и шины, посредством которых эти батареи подключаются на нагрузку, должны обладать одним и тем же сопротивлением. В этом случае все параллельные группы батарей будут оказывать одно и то же внутреннее сопротивление нагрузке, что позволит добиться максимальной однородности источника и тем самым гарантировать максимальную передачу энергии на нагрузку.
13. Чтобы максимально повысить срок службы батареи, среднее значение тока пульсаций любого происхождения, протекающего через батарею, не должно превышать 0,1 С (А).
14. Никогда не используйте одновременно при последовательном и параллельном включении батареи, имеющие различные ёмкости и/или поступающие от различных изготовителей, или из разных производственных партий. Различия в характеристиках батарей могут привести к ущербу батарей и/или оборудования, которое они обслуживают.
15. Никогда не закорачивайте клеммы батарей.
16. Необходимо регулярно проверять состояние внешнего вида батареи. Если обнаружены трещины, деформация или другое повреждение корпуса или покрытия, или возможна любая утечка электролита, то необходимо срочно заменить батарею.
17. Очистку корпуса батареи всегда рекомендуется производить с помощью кусочка ткани, смоченного водой. Никогда не используйте для этих целей масла, органические растворители, такие как бензин, разбавители для краски и др.
Запрещается использовать даже ткань, смоченную или побывавшую в контакте с этими или подобными веществами.
18. Имеется вероятность того, что из-за процесса саморазряда батареи, уровень её заряда после транспортирования и/или хранения снизится, поэтому необходимо перезарядить батареи до их установки.
19. Не пытайтесь разбирать батарею. В случае нечаянного попадания электролита в глаза или на кожу, сразу промойте пораженный участок/место сильной струей чистой проточной воды и немедленно обратитесь к врачу.
20. Запрещается сжигать батареи, поскольку при попадании в огонь они могут разорваться. Батареи, срок службы которых подошел к концу, могут быть возвращены фирме-поставщику, либо утилизированы согласно действующему законодательству.
21. Срок службы аккумулятора зависит от его рабочих условий. Пожалуйста, обратите внимание на кривые срока службы, приведенные в руководстве на использовании применяемых АБ. Эти кривые представляют типичные характеристики при оптимальных рабочих условиях. Фактический срок службы может сильно изменится, при изменении этих условий. Чтобы получить оптимальную характеристику работы батареи для резервного энергоснабжения, рекомендуется после пяти лет использования заменить батареи. Это касается только тех типов батарей, на которые распространяется данная методика.
22. Характеристики долговечности батарей, предназначенных для работы в резервном (буферном) режиме, выдерживаются при условии полного перезаряда АБ через каждые 3 месяца (глубина разряда 100 %).
23. Рекомендации по выбору зарядных устройств.
Выбору зарядного устройства необходимо уделять максимальное внимание. Зарядное устройство должно обеспечивать правильный заряд в наилучших условиях. Чрезмерный перезаряд не только уменьшит количество электролита, но также быстро разрушит элементы аккумулятора. На срок службы АБ оказывает значительное воздействие задействованный метод заряда.
- Конструктивные особенности зарядного устройства постоянного напряжения.
- Конструктивные особенности для быстродействующего зарядного устройства постоянного напряжения (форсированный заряд).
24. Хранение.
- Для обеспечения максимального срока службы батареи никогда не следует хранить ее в разряженном состоянии.
- Батарея, хранившаяся перед этим в течение длительного периода времени, перед пуском ее в эксплуатацию должна пройти так называемую "подзарядку".
- Температура окружающей среды для хранения должна быть в диапазоне от _20 °С до +50 °С.
- В течение периода хранения, рекомендуется перезаряжать батарею, по крайней мере, раз в каждые шесть месяцев, если иное не оговорено в технической документации на АБ. Батареи также стареют в течение хранения, поэтому рекомендуют использовать их как можно скорее.
- Перед помещением аккумуляторов на хранение убедитесь в том, что они полностью отключены от любой электрической нагрузки/цепи и храните их в наиболее сухом и прохладном месте.
25. Распаковывание и осмотр.
- При распаковывании не замыкайте клеммы батареи.
- Осмотрите партию батарей на видимые признаки повреждений во время транспортировки. Убедитесь, что груз имеет все наименования, перечисленные в пояснительной записке или счете-фактуре, т. е. батареи, кабель (перемычки), колпаки и т. д.
- Распаковывая каждую батарею, старайтесь ничего не уронить на клеммы. Осмотрите каждую батарею на механические повреждения, такие как трещины или деформация корпусов или клемм.
- Измерьте напряжение разомкнутой цепи. Оно должно быть более 2,1 В/элемент (соответственно 12,6 В на 6 элементов, при номинальном напряжении АБ — 12 В) в том случае, если батарея изготовлена менее 10 недель назад. Если батарее больше 10 недель, напряжение разомкнутой цепи может быть менее 2,1 В/элемент (в нормальном состоянии). Полные эксплуатационные качества не смогут быть достигнуты до тех пор, пока батарея не будет полностью и заново перезаряжена. Зарядка составляет 5 циклов заряда/разряда для достижения 100 % емкости.
- Если батареи имеют меньшее напряжение, их следует дополнительно зарядить перед установкой.
- Если напряжение холостого хода поступившей АБ меньше или равно 12,1 В (для АБ с Uном=12 В), то прежде, чем её использовать или хранить, убедитесь, что после полного заряда, она имеет номинальную ёмкость. Для этого проведите полный разряд током равным 0,05 Сном в течение 20 часов. Если по окончании разряда напряжение на клеммах батареи составляет 10,6 В и более, то эта батарея пригодна для эксплуатации. В противном случае эта батарея должна быть возвращена поставщику.
При разряде необходимо контролировать напряжение на батарее, если оно становится равным 10,6 В ранее, чем через 20 часов, то эта батарея не пригодна для эксплуатации, так как её ёмкость меньше необходимой.
26. Установка и соединение.
- При присоединении гибких перемычек к батарее должен использоваться правильно подобранный динамометрический ключ. Работая с батареями, снимите часы и все украшения. Если кольцо не снимается, оберните его тремя слоями изоляционной ленты.
- При соединении между блоками должно оставаться свободное место. Рекомендуемое расстояние — минимум 5-10 мм.
- Так как батарея может выделять возгораемые газы, не устанавливайте ее близко к электрическим переключателям или другим деталям, которые могут искрить.
27. Прямое последовательное соединение батарей.
Если соединяется несколько батарей, используйте перемычки следующим образом:
- Положительная клемма. Прочно соедините положительный полюс батареи № 1 с положительным полюсом зарядного устройства или нагрузки.
- Межэлементные перемычки.
Прочно соедините положительный полюс батареи № 1 с отрицательным полюсом батареи № 2. Не присоединяйте другие ряды или крепления до тех пор, пока не подсоедините все межэлементные перемычки. Если оборудование имеет отрицательное заземление, присоедините отрицательный полюс к зарядному устройству. Если оборудование имеет положительное заземление, присоедините положительный полюс к зарядному устройству. Затем последовательно соедините межрядные перемычки. В конце присоедините положительный (отрицательный) полюс к зарядному устройству или нагрузке.
- Отрицательная клемма. Прочно соедините отрицательный полюс последней батареи с отрицательным полюсом зарядного устройства или нагрузки.
- Последовательное многократное соединение. Соедините межбатарейные перемычки как описано выше. Выполните те же действия для того, чтобы подсоединить все перемычки сначала к общему заземлению, затем к перемычке противоположного полюса. Соедините вместе провода с положительным полюсом посредством выключателя или изоляторного переключателя.
