Как предотвратить взрыв водорода в тяговом аккумуляторе
У взрыва аккумуляторов обидные причины — спешка, неаккуратность водителей, ошибки в обслуживании. При этом у свинцово-кислотных батарей есть одна особенность, которая повышает риск взрыва — это выделение водорода при зарядке. О тонкостях работы с такими аккумуляторами рассказывает Александр Логинов, генеральный директор компании «Энергоэлемент», которая продает и обслуживает все типы тяговых аккумуляторов.
Водород настолько взрывоопасен, что при концентрации в воздухе более 4% способен сдетонировать без внешнего воздействия, сам по себе. Столько водорода накопится за 2 часа, если мы возьмем пять самых ходовых батарей 48 В 500 А·ч и поставим заряжаться без вентиляции в типовой зарядной комнате. Но на деле такой концентрации не потребуется: достаточно тонкой струйки газа и искры — и аккумулятор рванет.
Почему образуется водород
Выделение водорода в свинцово-кислотных аккумуляторах — естественный процесс. Однако при ошибках в обслуживании этот газ образуется сверх меры. Чтобы разобраться, что это за ошибки, рассмотрим сначала, откуда вообще берется водород в батарее.
Зарядка аккумулятора проходит в три фазы. Первая — основной заряд, вторая — дозаряд и третья — перемешивающий или уравнительный заряд.
В первой фазе батарея принимает ток высокой мощности, а напряжение постепенно растет. Вся энергия поступает в пластины электродов и идет на восстановление свинца.
Вторая фаза начинается, когда напряжение достигло нужного уровня. Далее оно остается постоянным, а ток падает, пока батарея не зарядится до 100%. Сколько бы тока мы ни вливали после этого, пластины уже не смогут его принять.
Излишек тока будет уходить в воду и запустит ее электролиз — вода начнет разлагаться на молекулы кислорода и водорода. Аккумулятор «закипит» и будет выделять огромное количество энергии. Это и есть третья фаза.
Считается, что такого кипения нужно избегать. На деле не совсем так. Непродолжительное кипение аккумулятора необходимо: пузырьки газа поднимаются вверх и перемешивают разные по плотности слои электролита, чтобы выровнять. А вот затягивать кипение нежелательно.
Что усиливает выделение водорода
Зарядка трансформаторными устройствами с профилем WoWa. У зарядных устройств есть коэффициент перезаряда — он показывает, какой излишек энергии идет на третью фазу. Современные высокочастотные устройства подают разный ток в зависимости от фазы, а их коэффициент перезаряда равен 1,03—1,07. В отличие от них трансформаторные зарядные устройства WoWa подают ток постоянной мощности. Коэффициент перезаряда таких устройств составляет 1,2, то есть третья фаза начинается раньше, а водорода выделяется больше.
Зарядка горячей батареи также приводит к раннему началу третьей фазы. Чем выше температура, тем ниже напряжение, при котором начинается электролиз воды. Фактически из-за этого в не успевшей остыть батарее третья фаза начнется одновременно с первой. Батарея критически нагревается — до 90 градусов, это ведет к коррозии электродов и перерасходу воды. Если после заряда открыть крышку для долива воды, капли горячего электролита полетят наружу.
Зарядка аккумулятора без одного из элементов. Зарядное устройство подает ток высокой мощности, пока не получит нужное напряжение. Так как прибор заряжает не отдельные аккумуляторные элементы, а батарею в целом, нужное напряжение равно сумме напряжения всех элементов. Это число записано в профиле зарядного устройства, и прибор не может сделать перерасчет, если какого-то элемента нет. В итоге оставшиеся элементы получают перенапряжение, а избыток энергии идет в электролиз воды.
Работа на старых аккумуляторах более одного разряда в день. На новом аккумуляторе литр воды испаряется за пять-семь циклов работы, а на старых — за один-два. Чем ниже уровень электролита, тем больше внутри элемента пространства для скапливания водорода. Это особенно опасно для техники с высокими аккумуляторами, например, узкопроходных высотных штабелеров.
Как происходит взрыв
В крышках для долива воды в аккумулятор есть отверстия диаметром 2 мм — через них водород выходит их элемента. Это удобнее, чем каждый раз открывать крышку с риском выплеснуть кислоту на корпус.
После зарядки водород еще какое-то время выходит наружу и скапливается в пазухах крышек. Если не дождаться полного выветривания, газ может взорваться. К взрыву приводят искры, сильный нагрев, открытое пламя, а также короткое замыкание — из-за коррозии перемычек, оголенных проводов, трещин в пластиковой обшивке.
Чаще всего изоляция разрушается, когда водители торопятся приступить к погрузке и забывают об аккуратном обращении. Например, тянут силовой кабель не за коннектор, а за провод, из-за чего место соединения оголяется. В спешке забывают поправить провода и придавливают их батареей или сидушкой — пара таких ударов и изоляция лопается.
Мы занимаемся обслуживанием аккумуляторов и не раз сталкивались с последствиями взрыва водорода. Вот некоторые случаи из нашей практики.
Пример 1. У узкопроходных высотных штабелеров и погрузчиков с грузоподъемностью от двух тонн через аккумулятор идет ток мощностью 1000 А·ч. Опасность в том, что он может раскалить всю проводку батареи. К тому же у такой техники высокие аккумуляторы и места для скопления водорода много.
В этом примере у штабелера из-за коррозии перегревалась одна из перемычек батареи. Водитель не выждал паузу и начал работу, когда концентрация водорода под крышкой была максимальной. Перемычка перегрелась и водород сдетонировал. Взорвался один элемент. На поставку нового из Европы ушло четыре недели — все это время батарея простаивала.
Пример 2. К замыканию привело использование неизолированной траверсы для подъема аккумулятора. Когда изоляция изнашивается со временем, возрастает риск попасть деталями траверсы на оголенные элементы «+» и «−» батареи, например, в этом случае — на поврежденные болты.
Пример 3. Когда водители ставят аккумулятор в технику, то в спешке забывают о мерах безопасности. Складская техника массивная, а места для батареи впритык — можно пережать провода.
При установке аккумулятора в электропогрузчик водитель не рассчитал высоту подъема и угол наклона тележки. Провода прижало к корпусу и взорвалось 12 элементов. Куски пластика с кислотой разлетелись вокруг и только случайно не попали в водителя.
Пример 4. Водитель ричтрака не поправил силовой кабель, когда задвигал аккумулятор. Провода попали между ним и бортом ричтрака, и их срезало. Произошло короткое замыкание и 6 элементов взорвались. Ситуацию усугубило то, что батарею почти не обслуживали, уровень электролита был низкий, а места для водорода много.
Пример 5. Во время заряда аккумулятор находился в тягаче и был закрыт сидушкой с герметичной крышкой — инженер забыл ее поднять. Водород накапливался под крышкой, да еще сверх меры, потому что батарею заряжали без одного элемент. Взрыв произошел прямо под водителем, когда он включил зажигание. Парень получил контузию, из ушей пошла кровь. К работе он смог вернуться только через две недели. А аккумулятор стоимостью 11 тысяч евро вышел из строя.
Иногда к взрыву приводит халатность механиков, например, когда начинают чистить клеммы, не отключив батарею от зарядного устройства. Такая забывчивость — все равно что уехать с заправки, не вынув пистолет из бака.
При работе со свинцово-кислотными батареями важно соблюдать требования ГОСТа по утилизации водорода из зарядной комнаты. Как правило, к недостаточной вентиляции приводит плохая вытяжка или одновременная зарядка слишком многих аккумуляторов. Однако вместо того, чтобы устранить нарушения, компании порой предпочитают откупиться от пожарного надзора.
Мы рекомендуем установить в зарядной комнате датчик водорода, следить за состоянием изоляции всех элементов батареи и делать паузу в 15 минут после заряда. Надеемся, наш опыт поможет компаниям предотвратить чрезвычайные ситуации.
Источник
Какие газы выделяются при зарядке аккумулятора погрузчика
Батарея Тип 24/4 EPZS 420 Вольт 48 Ампер 420 3 шт
Батарея 0,5 EPZS 0775SC Вольт 48 Ампер 775 1 шт
Заряжаются от зарядного устройства:
Старт Pro8 Pulse Т 48/140 2 шт.
Зарядное устройство 1 шт: ЕПК 80/ 60 А
[30.03.2015 3:33:59]
[30.03.2015 10:07:00]
Посмотрите пример №1 Пособия по применению СП 12, а также книгу Пионтковского Б.А. «Эксплуатация аккумуляторов на предприятиях электросвязи» 1969.
V=456xIxnx10^-6 [М куб/час], где:I-сила зарядного тока, n-число аккумуляторов одной батареи.
[30.03.2015 11:34:34]
Получается категория В3. Нашла в инструкции к зарядному устройтву, что заряжаются по 8 часов, при этом сила зарядного тока расчитывается «Начальный ток заряда составляет около 25А на каждые 100Ач емкости батареи».
Площадь 15 м2, но потолки очень высокие около 6 м.
V водорода = 456*(105*2+194*1)/1000000=0,184
Странно, думала выйдет А
И еще вопрос. Я так понимаю при хранении аккумуляторов,тоже выделяется газ. в каких то минимальных количествах, но все же. Как его рассматривать рядом с зарядной помещение, где стоят погрузчики и иногда находятся аккумуляторы).
[30.03.2015 11:37:57]
[30.03.2015 12:56:19]
1. Проверка на категорию А (1. можно сделать по пособию — если у Вас НЕГЕРМЕТИЧНЫЕ аккумуляторы, 2. — сделать по ГОСТ Р МЭК, там есть расчет на аккумы с рециркуляционной пробкой)
2. После проверки на категорию А и с учетом наличия технологической и аварийной вентиляций можно помещение привести на категорию В1-В4.
Для этого идем по СП12 с учетом нагрузки в виде материала самих батарей (они часто делаются из горючего пластика)
Вот и все.
Кислотная — это категория Д.
А так читайте ПУЭ, ГОСТ Р МЭК и СП12 с пособием.
ПыСы Данный способ категорирования аккумуляторных проверен и защищен в куче экспертиз.
[30.03.2015 20:52:32]
[30.03.2015 22:03:43]
НПБ 105 отменён , надо смотреть Пособие по применению СП12.13130.2009.(пример №1)
[31.03.2015 1:11:27]
И можно ли считать производственным помещение, в котором располагаются два зарядных устройства (исполнение взрывозащищенное), провод (исполнение нг, как минимум) от них тянется в другое помещение и там уже заряжаются аккумуляторы. Или уже категорию Д и не заморачиваться.
И спасибо еще раз всем за ответы.
[31.03.2015 9:23:33]
Система «Гарант» на 31.03.2015:
Правила устройства электроустановок
Глава 4.4. Аккумуляторные установки
(Согласована с Госстроем СССР 20 ноября 1975 г.; утверждена Главтехуправлением и Госэнергонадзором Минэнерго СССР 12 мая 1976 г. Внесены изменения Решением Главтехуправления Минэнерго СССР N Э-12/81 от 6 ноября 1981 г.)
4.4.2. Помещения аккумуляторных батарей, в которых производится заряд аккумуляторов при напряжении более 2,3 В на элемент, относятся к взрывоопасным класса B-la (см. также 4.4.29 и 4.4.30).
Дополнительно. Тяжпромэлектропроект, «Рекомендации по проектированию освещения помещений со взрывоопасными зонами», таблица 1.1 Классы взрывоопасных зон некоторые помещений производственных предприятий, разд. 13. Аккумуляторные установки
http://www.gosthelp.ru/text/Rekomend.
О категории помещения.
ПУЭ, п. 4.4.27. Помещения аккумуляторных батарей относятся к производ-ствам категории Е и должны размещаться в зданиях не ниже II степени огнестойкости по противопожарным требованиям СНиП 21-01-97 Госстроя России.
Как следует из указанного пункта, в ПУЭ не внесены изменения после отме-ны ОНТП 24-86/МВД СССР, сейчас такой категории нет.
ЕвгенияК ® [30.03.2015 3:27:17] и другие пробуют применить типовой поход (СП12), не слишком-то получается.
Ближе всех к истине gweenblade ® [30.03.2015 12:56:19].
А вообще я бы советовал использовать в данном вопросе «Указания по проектированию зарядных станций тяговых и стартерных аккумуляторных батарей», разработчик: Тяжпромэлектропроект, 05.03.1974. Статус на 30.03.2015: Действует (с изм. 2001 г.), http://www.normacs.ru/Doclist/doc/10.
Кстати, Указания согласованы с ГУПО Министерства внутренних дел СССР (письмо № 7/6/637 от 14 февраля 1974 г.), Госэнергонадзором Министерства энергетики и электрификации СССР (письмо № 17-22 от 4 декабря 1973 г.).
Подход в Указаниях абсолютно логичный, через количество выделяющегося водорода.
П. 34.Количество водорода VH2, л, выделяющегося из тяговых кислотных или щелочных аккумуляторов во время заряда, определяется по формуле
где I — наибольший зарядный ток, A; t — время заряда, ч.
Время заряда батарей можно принимать для аккумуляторов ТЖН 7 ч (для ТЖН-950 —8 ч); ТКН 6 ч (для ТКН-950 —8 ч); свинцовых аккумуляторов — 10-12 ч или по табл., п. 35 Указаний. По другим аккумуляторам можно использовать данные из паспортов или иной техдокументации на АБ заводов-изготовителей.
Еще вот здесь:
http://www.ohranatruda.ru/ot_biblio/. приведена формула для расчета избыточного давления взрыва для АБ.
Если свободный объем помещения АБ превосходит это значение, то расчет-ное давление взрыва в помещении будет менее 5 кПа и помещение АБ следует относить к категории Д. При этом в верхней части помещения будет иметь место взрывоопасная зона класса В-Iб (согласно гл. 7.3 ПУЭ 6 изд.) или класса 3 (согласно проекту главы 7.3. ПУЭ 7 изд.).
Источник