М788-1070
Указания по категорированию и классификации помещений стационарных кислотных и щелочных аккумуляторных батарей (с изменениями 2001 г.)

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ВСЕРОССИЙСКИЙ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ

УКАЗАНИЯ
ПО КАТЕГОРИРОВАНИЮ И КЛАССИФИКАЦИИ
ПОМЕЩЕНИЙ СТАЦИОНАРНЫХ КИСЛОТНЫХ И ЩЕЛОЧНЫХ
АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ
(с изменениями 2001 г.)

М788-1070

Москва, 1993 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Категорирование и классификация помещений стационарных аккумуляторных батарей (АБ) по взрывопожарной опасности производится в настоящее время согласно требованиям гл. 4.4 ПУЭ 6-го изд. Помещения АБ относятся к категории А. Классификация помещений АБ определяется значением напряжения на элемент (аккумулятор) при заряде АБ: при напряжении более 2,3 В на элемент помещение АБ относится к взрывоопасной зоне класса В-Ia; при напряжении до 2,3 В в режиме заряда, а также в режиме постоянного подзаряда помещения АБ относятся к взрывоопасной зоне класса В-Ia только в период формовки батарей и заряда их после ремонта с напряжением более 2,3 В на элемент. В условиях нормальной эксплуатации с напряжением до 2,3 В на элемент помещения АБ не классифицируются как взрывоопасная зона.

Недостатками действующих требований по категорированию и классификации помещений АБ являются:

несоответствие нормам НПБ 105-95 по категорированию производств;

несоответствие требованиям главы 7.3 ПУЭ «Электроустановки во взрывоопасных зонах»;

отсутствие норм для помещений стационарных щелочных АБ;

неоправданное ужесточение в большинстве случаев требований по взрывобезопасности.

Данные указания направлены на устранение отмеченных недостатков, будут способствовать принятию обоснованных решений по категорированию и классификации помещений АБ.

Категорирование помещений стационарных кислотных и щелочных АБ по взрывопожарной опасности должно производиться в соответствии с требованиями НПБ 105-95 - норм, разработанных ГУГПС МВД РФ и введенных в действие в 1995 г. Критерий категорирования - расчетное избыточное давление взрыва в помещении АБ: при давлении более 5 кПа помещение АБ относится к категории А; при давлении равном или менее 5 кПа помещение относится к категории Д.

Классификация помещений АБ согласно настоящим указаниям соответствует основным принципам, принятым в проекте главы 7.3 ПУЭ 7-го изд., а именно: при отнесении помещения АБ к категории А взрывоопасная зона класса В-Ia (зона 2 согласно проекту главы 7.3 ПУЭ 7-го изд.) занимает весь объем помещения; при отнесении помещения АБ к категории Д взрывоопасная зона класса B-Iб (зона 2) занимает верхнюю часть помещения (1/4 h от перекрытия), а нижняя часть не является взрывоопасной зоной.

Наиболее интенсивное выделение водорода, капелек кислоты и щелочи имеет место в конце заряда, когда практически вся энергия от зарядного устройства расходуется на электролиз воды. Количественная оценка вредных выделений из аккумуляторов, принятая в настоящих указаниях, основана на расчетных и экспериментальных данных, содержащихся в книге Н.С. Хрюкина «Вентиляция и отопление аккумуляторных помещений» (М.: Энергия, 1979).

Количество выделяющихся из аккумуляторов водорода, серной кислоты и щелочи в значительной мере определяется значением зарядного тока в конце заряда, когда значительная его часть расходуется на электролиз воды. Поэтому в качестве расчетных приняты режимы заряда, при которых имеет место наибольший зарядный ток в конце заряда.

В тех случаях, когда при проектировании аккумуляторной батареи приняты режимы заряда, при которых зарядный ток меньше принятого в данных указаниях (для кислотных 0,12С₁₀, для щелочных 0,25С_н), количество выделяющихся вредных веществ должно быть определено для меньшего значения зарядного тока по той же методике расчета.

2. СТАЦИОНАРНЫЕ КИСЛОТНЫЕ АБ

2.1. Определение количества выделяющегося водорода при заряде.

Максимальное выделение водорода, имеющее место в течение последнего часа заряда, определяется по выражению

где q_н = 0,037 г/А×ч - электрохимический эквивалент водорода;

r_н = 0,08987 г/дм³ - плотность водорода при температуре 0 °С, давлении 760 мм.рт.ст. и относительной влажности 0 %;

h_г - коэффициент расхода зарядного тока на газовыделение в конце заряда; принимают h_г = 0,95;

I - зарядный ток, А. Для стационарных кислотных аккумуляторов типов С, СК согласно техническим условиям максимальный зарядный ток в конце заряда (на 2-й ступени заряда) равен I = 0,12С₁₀;

п - количество аккумуляторов в батарее;

K_t.p - коэффициент, учитывающий отклонения температуры и атмосферного давления от 0 °С и 760 мм.рт.ст.,

Влиянием изменения атмосферного давления можно пренебречь ввиду его незначительности. При температуре окружающей среды t = 25 °С

Подставляя приведенные значения, имеем

Масса выделяющегося водорода в течение последнего часа заряда АБ

m¢_н= 4,58С₁₀n×10^-6, кг/ч.

Количество водорода, выделяющегося из кислотного аккумулятора с остаточными газами и в результате саморазряда в течение 1 ч после прекращения заряда, согласно экспериментальным данным, составляет

v²_н= 0,0115С₁₀n × 10^-3, м³/ч;

m²_н= 1,03С₁₀n × 10^-6, кг/ч.

2.2. Определение количества выделяющейся серной кислоты при заряде.

Максимальные выделения имеют место в конце заряда. При этом количество серной кислоты, выносимой в воздух 1 м³ газа, составляет:

т_к = 180 мг/м³ - для аккумуляторов с крышками при вывернутой пробке;

т_к = 570 мг/м³ - для открытых аккумуляторов, покрытых стеклами;

т_к = 2050 мг/м³ - для открытых аккумуляторов.

Количество выделяемой серной кислоты равно

М_к = m_кV_г,

где V_г - объем выделяемых из аккумуляторов газов, м³/ч. Так как в конце заряда аккумуляторов в выделяемых газах отношение объемов водорода и кислорода составляет 2:1, V_г = 1,5V¢_н.

Следовательно, для аккумуляторов типа С (СК), покрытых стеклами,

М_к = т_к × 1,5V¢_н = 570 × 1,5 × 0,051С₁₀n × 10^-3 = 0,0436С₁₀n, мг/ч.

Для аккумуляторов с крышками при вывернутых пробках

М_к = 180 × 1,5 × 0,051С₁₀n × 10^-3 = 0,0137С₁₀n, мг/ч.

Для открытых аккумуляторов

М_к = 2050 × 1,5 × 0,051С₁₀n × 10^-3 = 0,156С₁₀n, мг/ч.

Для помещений с открытыми аккумуляторами кратность воздухообмена по сравнению с аккумуляторами, покрытыми стеклами, должна быть повышена в 3,5 раза. Поэтому такой режим эксплуатации АБ применяться не должен.

2.3. Определение расхода вентиляционного воздуха.

Расход воздуха по условию обеспечения взрывопожарной безопасности, т.е. разбавления водорода до взрывобезопасной концентрации для последнего часа заряда, определяется согласно СНиП 2.04.05-91 (приложение 16, п. 3) по выражению

Расход воздуха по условию обеспечения санитарно-гигиенических норм в течение последнего часа заряда определяется согласно СНиП 2.04.05-91 (приложение 16, п.2) и ГОСТ 12.1.005-88

где НПВ_н - нижний концентрационный предел взрываемости водорода, равный 4,5×10³ мг/м³; q_к - ПДК серной кислоты, равная 1 мг/м³.

Требования по обеспечению санитарно-гигиенических норм всегда жестче требований по обеспечению взрывопожарной безопасности, следовательно, при работе приточно-вытяжной вентиляции, обеспечивающей соблюдение санитарно-гигиенических норм, взрывоопасная среда не должна иметь место в помещении аккумуляторной батареи.

2.4. Количество водорода, обращающегося в конце заряда в помещении АБ при работе приточно-вытяжной вентиляции,

Расчетным (с точки зрения количества водорода) принимается момент, когда в конце заряда АБ аварийно отключается приточно-вытяжная вентиляция и сблокированное с ней зарядное устройство, но продолжается выделение водорода с остаточными газами и по причине самозаряда.

Расчетное количество водорода в помещении АБ спустя 1 ч после отключения приточно-вытяжной вентиляции

M_н = m_н + m²_н = 0,105 × 10^-3 × V_cв + 1,03С₁₀n × 10^-6, кг.

2.5. Определение категории помещения АБ по взрывопожарной опасности.

Задача по определению категории помещения сводится к расчету значения избыточного давления взрыва согласно НПБ 105-95:

где Р_макс - максимальное давление взрыва газовоздушной смеси в замкнутом объеме. При отсутствии исходных данных допускается принимать Р_макс = 900 кПа;

Р₀ - начальное давление. Допускается принимать Р₀ = 101 кПа;

М - масса находящегося в помещении водорода, кг;

Z - коэффициент участия водорода во взрыве. Для водорода Z = 1,0;

V_cв - свободный объем помещения, м³;

r - плотность горючего вещества, для водорода r_н = 0,08987 кг/м³;

С_ст - стехиометрическая концентрация горючего газа, %,

b - стехиометрический коэффициент водорода в реакции сгорания,

п_с, п_н, п_о, п_х - число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего;

К_н - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения. Допускается принимать К_н = 3.

Согласно НПБ 105-95 при устройстве аварийной вентиляции масса горючего должна быть разделена на величину AT + 1, где А - кратность воздухообмена аварийной вентиляции; Т - продолжительность поступления горючего газа. В случае отсутствия аварийной вентиляции, но обязательного устройства естественной вентиляции с однократным обменом воздуха значение величины AT + 1 принимается равным 2.

2.6. Определение минимального объема помещения АБ, при котором оно относится в категории Д.

При проектировании аккумуляторных установок целесообразно решение следующей задачи: после выбора типа АБ следует определить минимальные габариты помещения АБ, при которых это помещение будет отнесено по взрывопожарной опасности к категории Д.

При расчетном избыточном давлении взрыва в помещении DР £ 5 кПа, устройстве естественной вентиляции с однократным воздухообменом согласно НПБ 105-95

Подставляя значение М_н = 0,105 × 10^-3V_cв + 1,03С₁₀n × 10^-6, определяем

V_cв ³ 1,1C₁₀n × 10^-3, м³,

(с учетом коэффициента запаса 1,1 минимальный объем помещения АБ категории Д

V_мин = 1,5C₁₀n × 10^-3, м³).

При отсутствии в помещении АБ естественной вентиляции (при вынужденном размещении АБ в существующем помещении, требующем согласования с органами Госэнергонадзора)

V_cв ³ 2,32C₁₀n × 10^-3, м³,

V_мин = 3,2C₁₀n × 10^-3, м³.

Эти соотношения выведены из следующих условий:

заряд всех аккумуляторов в помещении осуществляется одновременно;

отказ принудительной вентиляции в режиме заряда имеет место в конце заряда;

концентрация водорода в помещении в момент, предшествующий отказу вентиляции, определена по условию обеспечения санитарно-гигиенических норм согласно ГОСТ 12.1.005-88;

при отключении механической приточно-вытяжной вентиляции отключается сблокированное с ней зарядное устройство.

2.7. Пример расчета.

Определить категорию помещения АБ СК-24, 108 элементов, покрытых стеклами, С₁₀ = 864 А × ч, эксплуатируемую в режиме заряд-разряд, габариты помещения 6´9´3,8 м = 205 м³:

V¢_н = 0,051С₁₀n × 10^-3 = 0,051 × 864 × 108 × 10^-3 = 4,6 м³/ч;

m¢_н = 4,58С₁₀n × 10^-6 = 4,58 × 864 × 108 × 10^-6 = 0,427 кг/ч;

V²_н = 0,0115С₁₀n ×10^-3 = 0,0115 × 864 × 108 × 10^-3 = 1,07 м³/ч;

m²_н = 1,03С₁₀n × 10^-6 = 1,03 × 864 × 108 × 10^-6 = 0,096 кг/ч;

М_к = 0,0436С₁₀n = 0,0436 × 864 × 108 = 4068 мг/ч;

m_н =0,105 × 10^-3 × V_св = 0,105 × 10^-3 × 205 × 0,8 = 0,0172 кг;

М_н = m¢_н + m²_н = 0,0172 + 0,096 = 0,113 кг;

Без учета естественной вентиляции DР = 6,96 кПа.

Помещение АБ относится к категории Д.

Минимальный объем помещения АБ СК-24, при котором оно будет относиться к категории Д:

при наличии естественной вентиляции V_мин = 140,6 м³;

при отсутствии естественной вентиляции V_мин = 298 м³.

3. СТАЦИОНАРНЫЕ ЩЕЛОЧНЫЕ АБ

3.1. При заряде щелочных аккумуляторов неизменным током устанавливается зарядный ток, равный значению 0,25С_н. Применение такого способа заряда приводит к снижению отдачи батареи, поэтому более рациональным является заряд щелочной батареи током в 2 ступени: 1-я ступень - током 0,25С_н, 2-я ступень - током 0,125С_н. Но в качестве расчетного режима, при котором имеют место максимальные выделения водорода и щелочи при заряде, настоящими указаниями принят заряд стационарных щелочных АБ током 0,25С_н.

3.2. Максимальное выделение водорода в течение последнего часа заряда

Масса выделяющегося водорода m¢_н = 9,6С_нп × 10^-6, кг/ч.

Количество водорода, выделяющегося из щелочного аккумулятора с остаточными газами в течение 1 ч после прекращения заряда:

V²_н = 0,011С_нn × 10^-3, м³/ч;

m²_н = 0,99С_нn × 10^-6, кг/ч.

Обозначение расчетных величин см. п. 2.1.

3.3. Количество выделяющейся щелочи при заряде.

Количество щелочи, выносимое в воздух 1 м³ газа, на основании экспериментальных данных может быть принято m_щ = 140 мг/м³.

Количество выделяемой щелочи

М_щ = m_щV_г = т_щ × 1,5V¢_н = 140 × 1,5 × 0,107С_нn × 10^-3 = 0,022С_нn, мг/ч.

3.4. Расход вентиляционного воздуха

q_н - ПДК щелочи, равная 1 мг/м³.

Обозначения величин см. п. 2.3.

3.5. Количество водорода, обращающегося в конце заряда в помещении АБ при работе приточно-вытяжной вентиляции,

3.6. Расчетное количество водорода в помещении АБ спустя 1 ч после отключения приточно-вытяжной вентиляции

M_н = m_н + m²_н = 0,218 × 10^-3V_св + 0,99С_нn × 10^-6, кг.

3.7. Расчетное избыточное давление взрыва в помещении АБ определяется согласно п. 2.5.

3.8. Минимальный объем помещения АБ, при котором оно будет отнесено к категории Д:

при наличии естественной вентиляции с однократным воздухообменом

V_мин = 1,56C_нn × 10^-3, м³;

в случае отсутствия естественной вентиляции

V_мин = 3,54C_нn × 10^-3, м³.

Обозначения величин см. п. 2.6.

3.9. Пример расчета.

Определить категорию помещения АБ, в котором установлена щелочная батарея типа 5НК-125, 5 элементов, С_н = 125 А × ч. заряд осуществляется неизменным током.

Габариты помещения 2´2´2,5 м = 10 м³.

V¢_н = 0,107С_нn × 10^-3 = 0,107 × 125 × 5 × 10^-3 = 0,0668 м³/ч;

m¢_н = 9,6С_нn × 10^-6 = 9,6 × 125 × 5 × 10^-6 = 0,006 кг/ч;

V²_н = 0,011С_нn × 10^-3 = 0,011 × 125 × 5 × 10^-3 = 0,0068 м³/ч;

m²_н = 0,99С_нn × 10^-6 = 0,99 × 125 × 5 × 10^-6 = 0,00062 кг/ч;

М_щ = 0,022С_нn = 0,022 × 125 × 5 = 13,75 кг/ч;

L¢_н = 0,021С_нn = 0,021 × 125 × 5 = 13,1 м³/ч;

L¢_щ = 0,044С_нn = 0,044 × 125 × 5 = 27,5 м³/ч;

m_н = 0,218 × 10^-3V_св = 0,218 × 10^-3 × 10 × 0,8 = 0,00174 кг;

M_н = m_н + m²_н = 0,00174 + 0,00062 = 0,00236 кг;

Без учета естественной вентиляции DР = 3,0 кПа.

Помещение АБ относится к категории Д.

4. КИСЛОТНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ И АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ (ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ ТЯГОВЫХ), ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ ПИТАНИЯ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ, ПРИБОРОВ И СРЕДСТВ СВЯЗИ

5. ЩЕЛОЧНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ И АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ (ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ ТЯГОВЫХ), ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ ПИТАНИЯ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ, ПРИБОРОВ И СРЕДСТВ СВЯЗИ

6. ВЫПИСКИ ИЗ ТУ 16-87 ИКШМ.563310.001ТУ И ТЕХНИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ И ИНСТРУКЦИИ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ФА3.543.073 ТО «АККУМУЛЯТОРЫ СВИНЦОВЫЕ СТАЦИОНАРНЫЕ С ЭЛЕКТРОДАМИ БОЛЬШОЙ ПОВЕРХНОСТИ»

Аккумуляторы изготавливаются по ГОСТ 26881-86. Документация распространяется на аккумуляторы открытого исполнения: СК-1 ¸ СК-10, С-10 ¸ С-148, СКЭ-16 ¸ СКЭ-76, СЗ-1 ¸ СЗ-5, СЗЭ-20.

В условном обозначении буквы и цифры означают:

С - стационарный для длительных режимов разряда;

СК - стационарный для коротких режимов разряда (аккумуляторы СК-1 ¸ СК-8 предназначены также и для длительных режимов разряда);

Э - эбонитовый бак;

З - закрытое исполнение;

цифры после букв - номер аккумулятора, получающийся как частное от деления значения номинальной емкости, А × ч, данного типа аккумулятора на 36 (емкость аккумулятора СК-1 при 10-часовом режиме разряда).

Аккумуляторы используются в качестве стационарных источников постоянного тока и предназначены для работы в условиях эксплуатации группы M1 по ГОСТ 17516-72 в режимах постоянного подзаряда и заряда-разряда.

Приняты следующие режимы разряда, ч:

СК-1 ¸ СК-8 - 10; 7,5; 5; 3; 2; 1; 0,5; 0,25;

С-10 ¸ С-148 - 10; 7,5; 5; 3;

СК-10 ¸ CК-148 - 2; 1; 0,5; 0,25.

Разрядные характеристики аккумуляторов С при 3; 5; 7,5; 10-часовых режимах разряда распространяются на аккумуляторы СК.

Емкость при 10; 7,5; 5; 3; 2; 1; 0,5; 0,25-часовых режимах разряда должна быть на первом цикле не менее 70 % от указанной в таблице и должна быть достигнута на 4-м цикле.

Например, аккумулятор СК-24 имеет следующие технические параметры:

С10 = 24 × 36 = 864 А × ч;	Iр10 = 0,1С10 = 86,4 А;
С7,5 = 0,916С10 = 0,916 × 864 = 791 А × ч;	Iр7,5 = 104 А;
С5 = 0,833С10 = 720 А × ч;	Iр5 = 144 А;
С3 = 0,75С10 = 648 А × ч;	Iр3 = 216 А;
С2 = 0,611С10 = 528 А × ч;	Iр2 = 264 А;
C1 = 0,513C10 = 443 А × ч;	Iр1 = 444 А;
С0,5 = 0,348С10 = 300 А × ч;	Iр0,5 = 600 А;
С0,25 = 0,222С10 = 190 А × ч;	Iр0,25 = 769 А.

Аккумуляторы должны обеспечивать кратковременный (не более 5 с) разряд током не более 1,25С₁₀. Емкость аккумулятора при температуре 45 °С должна быть не менее 1,05С₁₀, при температуре 5 °С - не менее 0,85С₁₀. В зависимости от имеющегося зарядного устройства, условий эксплуатации батареи и допустимой продолжительности заряда он может проводиться любым из следующих методов:

при постоянном значении тока;

плавно убывающим током;

модифицированным при постоянном напряжении;

при постоянном напряжении.

Заряд при постоянном значении тока проводят в одну или две ступени:

одноступенчатый заряд (длительность 12 ч) - током 0,10 - 0,12С₁₀, А;

двухступенчатый заряд (длительностью 7 - 8 ч) - током 0,25С₁₀, вторую ступень - током 0,12С₁₀.

Заряд первой ступени проводят до напряжения 2,3 - 2,4 В. В конце второй ступени напряжение достигает 2,5 - 2,7 В.

Заряд плавно убывающим током проводят при начальном токе 0,25С₁₀ и при конечном токе 0,12С₁₀. Длительность заряда 7 - 8 ч. Признаком окончания является постоянство напряжения и плотность в течение 1 ч.

Модифицированный заряд при постоянном напряжении проводят в две ступени: первую ступень - при токе, не превышающем 0,25С₁₀, до повышения напряжения от 2,2 до 2,35 В, вторую ступень - при постоянном напряжении в пределах от 2,2 до 2,35 В.

Заряд при постоянном напряжении проводят при напряжении в пределах от 2,2 до 2,35 В на аккумулятор. Зарядное устройство работает в режиме стабилизации напряжения.

Начальный ток для разряженного аккумулятора может достигать значения С₁₀, А, но во время заряда ток автоматически снижается и в конце заряда составляет от 0,001 до 0,003С₁₀, А.

Длительность полного заряда при постоянном напряжении и при модифицированном заряде при постоянном напряжении составляет несколько суток. Эти виды заряда могут проводиться без отключения батарей от шин нагрузки.

Эксплуатация аккумуляторных батарей, как правило, должна проводиться в режиме постоянного подзаряда, при котором увеличивается срок службы аккумуляторов и упрощается их обслуживание. В режиме постоянного подзаряда необходимо поддерживать напряжение 2,20 ± 0,5 В на аккумулятор.