Общие сведения
Требования максимальной бесперебойности и высокого качества работы многоканальной аппаратуры, систем передачи данных и программ телевидения по кабельным и радиорелейным линиям связи лучше всего обеспечиваются в случае использования электрических аккумуляторов.
На предприятиях междугородной связи в качестве резервных источников электропитания аппаратуры применяются главным образом стационарные свинцово-кислотные аккумуляторы. Переносные стартерные аккумуляторы применяются, как правило, в качестве устройств для запуска резервных дизель-генераторов и питания устройств автоматики ДЭС.
На протяжении многих лет самыми распространенными аккумуляторами, применяемыми на предприятиях связи, являлись открытые свинцово-кислотные аккумуляторы (типа С и СК) с поверхностными положительными и коробчатыми отрицательными пластинами. В последние годы началось внедрение стационарных закрытых аккумуляторов типа СЗ (стационарные закрытые) с пластинами, аналогичными пластинам аккумуляторов С и СК. Намечается широкое внедрение стационарных закрытых аккумуляторов с намазными пластинами типа СН. Предусматривается комплектация этих аккумуляторов специальными пробками-катализаторами, обеспечивающими возможность установки аккумуляторов в обычных производственных помещениях.
Принцип действия свинцовых аккумуляторов
Электрический аккумулятор — это химический источник тока многократного действия. Он способен накапливать, длительно сохранять и отдавать по мере надобности электрическую энергию, полученную от внешнего источника постоянного тока.
Во время заряда, когда внешний источник постоянного тока подключен к аккумулятору, электрическая энергия этого источника превращается в химическую энергию активных веществ, входящих в состав аккумулятора. При разряде, когда внешний источник отключен, а аккумулятор замкнут на сопротивление нагрузки, химическая энергия, накопленная в аккумуляторе, вновь преобразуется в электрическую энергию, которая расходуется нагрузкой. В отличие от гальванических элементов и батарей, которые после однократного разряда уже не пригодны для дальнейшего использования, аккумулятор после разряда можно зарядить, затем вновь разрядить и т. д.
Каждый аккумулятор состоит из положительных и отрицательных электродов (пластин), активная часть которых погружена в раствор электролита (водного раствора серной кислоты), налитого в специальный сосуд. Первоначальным материалом положительных и отрицательных электродов аккумулятора является свинец. После заводской формировки на положительном электроде образуется активная масса — двуокись свинца (РbО2), а на отрицательном — губчатый свинец (Рb). Когда аккумулятор заряжен, концентрация серной кислоты в растворе высокая, т. е. электролит имеет повышенную плотность. В результате образуется гальванический элемент с напряжением около 2 В. Анодом в нем является двуокись свинца, а катодом — губчатый свинец. Разряд аккумулятора представляет собой электрохимический процесс, при котором двуокись свинца — активная масса положительных пластин и губчатый свинец — активная масса отрицательных пластин превращаются в сульфат свинца (PbSO4). При протекании этой реакции расходуется серная кислота, а в результате реакции образуется вода. Концентрация серной кислоты в растворе уменьшается, т. е. плотность электролита понижается. При разряде ток внутри аккумулятора протекает от катода к аноду.
Химические реакции, происходящие в аккумуляторе, приближенно описываются такими уравнениями:
При заряде аккумулятора постоянный ток от внешнего источника проходит от положительного электрода (анода) через электролит к отрицательному электроду (катоду).
В процессе заряда сульфат свинца на отрицательных пластинах восстанавливается до губчатого свинца, а на положительных пластинах превращается в двуокись свинца. При этом образуется серная кислота и расходуется вода. Концентрация кислоты, т. е. плотность электролита, повышается.
Химические реакции, происходящие в аккумуляторе при заряде, приближенно описываются уравнениями:
После превращения всего сернокислого свинца в двуокись свинца и губчатый свинец основные химические реакции в аккумуляторе прекращаются и плотность электролита стабилизируется. Если заряд продолжать дальше, то весь зарядный ток будет расходоваться на разложение воды с бурным выделением образующихся газов — водорода и кислорода.
Таковы в упрощенном виде основные положения общепринятой «теории двойной сульфатации», объясняющей электрохимические процессы в свинцовых аккумуляторах.
