第十三章 直流及事故照明系统(2)

2019-04-16 15:04

状混合物,填在铅质(或铅合金)栅格骨架上。为了增大极板与电解液的接触面积,表面有棱纹凸起。极板经过特殊处理加工后,正极板的有效物质为褐色的二氧化铅(PbO2),负极板的有效物为灰色的铅棉(海绵状铅Pb)。

为了防止极板之间发生短路,在正、负极板之间用微孔材料隔板隔开。而正、负极板浸没于电解液中,上缘比电解液面低10mm以上。

电解液是由纯硫酸(H2SO4)和蒸馆水配制而成的稀硫酸。电解液密度的高低,影响着蓄电池容量的大小。电解液密度过小,产生的离子少,蓄电池的内阻相应加大,使放电时消耗的电能加大,容量减小。电解液密度愈大,蓄电池容量愈大。但如果电解液密度过高,蓄电池极板受腐蚀和隔离物损坏也就愈快,缩短了蓄电池的寿命。实验表明,采用温度为15℃、密度为1.215g/cm3的电解液最合适。固定式铅酸蓄电池电解液的密度在1.2~1.25g/cm左右,指定温度为15℃或20℃不等。国产固定铅酸蓄电池电解液的密度多为1.215g/cm3 。

电解液的密度与温度有关,温度升高密度减小,温度降低密度增大。若温度以15℃为标准,则电解液温度每升高1℃或降低1℃,电解液密度将下降或升高约0.0007g/cm3。电解液密度可按经验公式计算,即:

Rc=Rt+0.0007(T-15)

将温度为T时实测的密度Rt化成15℃时的密度。例如:某电解液温度为35℃时,测得其密度为1.201g/cm3,那么该电解液15℃时的密度Rc=1.201+0.0007(35-15)=1.215g/cm3。

固定式铅酸蓄电池的容器,目前普遍采

图16-2 GGF型固定式铅酸蓄电池的结构

用透明塑料制成,以便于观察电解液面高度。图16-2为电厂中使用的一种GGF型固定式铅酸蓄电池的结构,外壳与上盖之间用封口剂密封,构成封闭状态。盖上装有防爆排气装置(防电解液酸帽),可防止充电过程中酸雾析出蓄电池外部,减少酸雾对蓄电池室及设备的腐蚀。

二、蓄电池的电动势

不同导电材料制成的两极板放入同一电解液中时,由于它们的电化次序不同,产生不同的电位。两极板在外电路断开时的电位差就是蓄电池的电动势。在正、负极板材料一定时,电动势的大小主要与电解液的密度有关。电动势的大小也受电解液温度的影响,但在容许温度范围内其影响很小。因此,蓄电池的电动势E可近似地用以下经验公式决定

E=0.85+d(V)

式中 d一一电解液的密度。

3

一般固定式铅酸蓄电池的密度(充足电时)为1.215g/cm3,故其电动势为

E=0.85+1.215=2.065(V)

三、蓄电池的放电特性与蓄电池的容量 1.蓄电池的放电特性

完全充电的蓄电池,当正、负两极板用外电阻接成通路时,则在其电动势作用下产生放电电流,如图16-3所示。

蓄电池放电时的一般化学反应方程可写成

放电

Pb十PbO2+2H2SO4――→ PbSO4+PbSO4+2H2O

负极板 正极板 负极饭 正极板

从化学反应式可知,铅酸蓄电池在放电时,正、负极板都变成了硫酸铅PbSO4,

消耗了电解液中的硫酸H2SO4,同时析出水H2O,使电解液的密度减小。

蓄电池放电时的回路方程为

Uf=E-If Rn

式中 Uf一一蓄电池放电时的端电压(V)

E一-蓄电池的电动势(V) If一一放电电流(A) Rn一一蓄电池的内阻(Ω)。

图16-3 铅酸蓄电池的放电

(a)放电电路;(b)恒流放电时端电压随时间的变化曲线

如果蓄电池以恒定电流进行连续放电,例如以10h放电电流(经10h将蓄电池容量全部放电完的电流)放电,则端电压随放电时间的变化曲线如图16-3(b)所示。

开始放电时,由于极板表面和有效物质细孔内的电解液密度骤减,使蓄电池

电动势减小得很快,因而蓄电池端电压下降很快,(曲线OA段)。在放电中期,极板细孔中生成的水量与从极板外渗入的电解液量,取得了动态平衡,从而使细孔内的电解液密度下降速度大为减慢,故电动势下降缓慢,端电压主要随着内阻的增大而减小(曲线AB段)。到放电末期,极板上的有效物质大部分已变成硫酸铅,由于硫酸铅的体积较大,在极板表面和细孔中形成的硫酸铅堵塞了细孔,使极板外面的电解液渗入困难,因此在细孔中已稀释的电解液很难和容器中密度较大的电解液相互混合,同时内阻也迅速增大,所以蓄电池的电动势下降很快,于是端电压也迅速下降(曲线BC段)。至C点,电压为1.8V左右,放电便告终了。

如果放电到 C点后继续放电,此时极板外面的电解液几乎停止渗入有效物质内部,细孔中的电解液也几乎变成了水,因此电动势急剧下降,内电阻迅速增大,于是端电压骤降(曲线CD段)。但是,如果在C点停止放电,则蓄电池的电动势将会立即上升,并随着容器中的电解液向极板有效物质细孔中渗透,电动势可能回升至2.0V左右(曲线CE段)。

可见,曲线上的C点,为蓄电池电压急剧下降的临界点,称为蓄电池的放电终止电压。如果继续放电,将在极板表面和有效物质细孔内部形成硫酸铅的晶块,影响蓄电池的使用寿命。如过度放电,极板将发生不可恢复的翘曲,使蓄电池极板报废。

以上所述,是以10h放电电流放电的过程。如果蓄电池以更大的电流放电时,则到达终止电压的时间将缩短。同时,蓄电池放电时的电压的变化与放电电流的大小有关,放电电流愈大,蓄电池的端电压下降愈快。这是因为电解液向极板细孔内渗入的速度受到限制,以及蓄电池内电阻压降随放电电流的增加而增加。所以,以不同的电流放电时,蓄电池的初始电压、平均电压和终止电压均不相同,放电电流愈大,终止电压愈低。

放电电流的大小,常用蓄电池额定容量的倍数表示。设放电电流以If表示,则

If=KmC10(A)

式中 Km一一放电率(倍数);

C10--蓄电池额定容量(Ah),铅酸蓄电地一般以10h放电容量为额定容量。

图16-4所示为一般固定式铅酸蓄电池以不同放电率Km放电时的放电特性曲线Uf =f(t)。最上一条曲线标明放电率Km=0.1,表示放电电流If=0.1C10A,亦即为10h放电电流下的放电曲线。

图16-4 固定式铅酸蓄电池的放电特性

曲线

2.蓄电池的容量

蓄电池的容量是指蓄电池以某一恒定的电流放电到终止电压时所能放出的

电量,即放电电流安培数与放电时间小时数的乘积,可用下式计算

C=If tf

式中 C一一蓄电池的容量(Ah)

If--放电电流(Ah)

tf一一放电至终止电压(1.75~1.8V)的时间(h)。

蓄电池的容量决定于起化学反应的有效物质和数量,它和许多因素有关,如极板的类型、面积的大小和极板数目、电解液密度和数量、放电电流的大小、最终放电电压的数值以及温度等。

在正常工作温度范围内,蓄电池的容量随放电电流的增大而减小。蓄电池容量与放电电流的关系曲线如图16-5所示。这是因为蓄电池以较小电流放电时,有效物质细孔内电解液的密度下降缓慢,有效物质能充分参加放电反应。与此相反,当放电电流较大时,细孔内电解液密度下降较快,细孔中的硫酸铅的形成也较快,而迅速堵塞有效物质的细孔,使电解液难以渗入极板内部,有效物质难以参加放电反应。因此,放电电流越大,蓄电池所能放出的电量就越少,即蓄电池容量越小。

铅酸蓄电池的额定容量,一般以10h放电容量作为额定容量(也有以8h放电电流下的放电容量定为额定容量的)。

蓄电池的容量还与电解液的温度有关。因为温度改变时,电解液的粘度就会改变,影响电解液的渗透和扩散作用,从而影响到蓄电池的电动势和容量。温度的降低引起蓄电池容量有所减小,运行中蓄电池室的温度不得低于10℃ 。

表16-1给出几种固定型铅酸蓄电池的主要技术参数。

图16-5 蓄电池容量与放电

电流的关系曲线

I1-1h放电电流;C1-1h放电容量; I10-10h

放电电流;C10-10h放电容量

表16-1 GFD固定型铅酸蓄电池主要技术参数

不同放电率蓄电池容量、放电电流及终止电压 10h率 容量 (Ah) GFD-200 GFD-250 GFD-300 GFD-350 GFD-420 GFD-490 GFD-600 GFD-800 GFD-1000 GFD-1200 GFD-1500 GFD-1875 GFD-2000 GFD-2500 GFD-3000 200 250 300 350 420 490 600 800 1000 1200 1500 1875 2000 2500 3000 电流 (A) 20 25 30 35 42 49 60 80 100 120 150 187.5 200 250 300 1.77 1.80 1.80 1.80 终止 电压 容量 (Ah) 170 215 255 300 360 425 510 690 865 1040 1260 1575 1680 2100 2520 5h率 电流 (A) 34 43 51 60 72 85 102 138 173 208 252 315 336 420 504 1.74 1.77 1.77 1.77 终止 电压 容量 (Ah) 150 139 225 284 315 360 450 600 750 900 1080 1360 1450 1600 2160 3h率 电流 (A) 50 63 75 88 105 123 150 200 250 300 360 450 484 600 720 1.71 1.75 1.75 1.75 终止 电压 容量 (Ah) 100 125 150 175 210 245 300 400 500 600 750 937.5 1000 1250 1500 1h率 电流 (A) 100 125 150 175 210 245 300 400 500 600 750 937.5 1000 1250 1500 1.70 1.70 1.70 1.70 终止 电压 蓄电池型号

表16-2 几种固定型铅酸蓄电池主要技术参数 放 电 率 蓄电池型号 20h 终止电压1.80V 密闭式 消氢式 电流 (A) GGM-200 GGM-250 GGM-300 GGM-500 GGM-600 GGX-200 GGX-250 GGX-300 GGX-500 GGX-600 11 容量 (Ah) 220 电流 (A) 20 容量 (Ah) 200 10h 1h 终止电压1.75V 电流 (A) 100 容量 (Ah) 100 电流 (A) 150 20h 终止电压1.70V 容量 (Ah) 75 电流 (A) 250 容量 (Ah) 0.69 10h 14 280 25 250 125 125 188 94 313 0.87 16 320 30 300 150 150 225 112.5 375 1.04 28 560 50 500 250 250 375 187.5 625 1.74 33 660 60 600 300 300 450 225 750 2.08


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