Pełny numer elektro.info 7-8/2017 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Baterie akumulatorów stosowanych w zasilaczach UPS oraz warunki ich bezpiecznej eksploatacji

Na zdjęciu: pomieszczenie bateryjne zasilacza UPS po wybuchu wodoru
Na zdjęciu: pomieszczenie bateryjne zasilacza UPS po wybuchu wodoru
Fot. archiwum autorów (J. Wiatr, K. Herlender)

Wysokie wymagania dotyczące pewności dostaw energii elektrycznej do odbiorników o znaczeniu krytycznym zmuszają projektantów do projektowania układów zasilania wyposażonych w zasilacze UPS. W zasilaczach tych ważnym elementem są baterie akumulatorów, które eksploatowane w niewłaściwy sposób stwarzają zagrożenie wybuchowe. Od poprawności ich doboru zależy czas eksploatacji oraz poprawne funkcjonowanie systemu zasilania gwarantowanego.
W artykule zostały przedstawione podstawowe wymagania eksploatacyjne dla baterii akumulatorów stosowanych w zasilaczach UPS, jako magazyny energii, których spełnienie gwarantuje utrzymanie sprawności przez zakładany okres eksploatacji.

W artykule:

• Rola akumulatorów stosowanych w zasilaczach UPS
• Porównanie wybranych cech akumulatorów klasycznych i VRLA
• Kwestie emisji wodoru z ogniw akumulatorów, wykrywalność jego stężenia oraz zasady projektowania pomieszczeń bateryjnych
• Problematyka bezpiecznej eksploatacji baterii akumulatorów stosowanych w zasilaczach UPS

Akumulatory stosowane w zasilaczach UPS stanowią magazyn energii i w zależności od typu zasilacza przeznaczone są do:

  • pracy cyklicznej (zasilacze typu VFD)
  • lub pracy buforowej (zasilacze typu VFI).

W przypadku pracy cyklicznej akumulator najpierw jest ładowany, a następnie odłączany od prostownika i przyłączany do zasilanych odbiorników.

W przypadku pracy buforowej zasilanie odbiornika realizowane jest z przekształtnika, który jednocześnie ładuje baterie akumulatorów.

W tych warunkach akumulator pozostaje w gotowości do przejęcia obciążenia na wypadek zaniku napięcia w obwodzie zasilającym prostownik, pozostając w stanie pełnego naładowania.

Uproszczone układy współpracy baterii akumulatorów z prostownikiem przedstawia rys. 1.

Rys. 1. Układy współpracy akumulatorów z prostownikiem: a) praca buforowa, b) praca w systemie UPS; rys. archiwum autorów (J. Wiatr, K. Herlender) [1]
Rys. 1. Układy współpracy akumulatorów z prostownikiem: a) praca buforowa, b) praca w systemie UPS; rys. archiwum autorów (J. Wiatr, K. Herlender) [źródło: T. Sutkowski – Rezerwowe i bezprzerwowe zasilanie w energie elektryczną – Urządzenia i układy – COS i W SEP 2007]

W zasilaczach UPS stosowane są akumulatory klasyczne o gęstości elektrolitu 1,24 kg/l lub akumulatory wykonane w technologii VRLA (Vavle Regulated Lead Acid), czyli akumulatory regulowane z zaworem jednokierunkowym umożliwiającym usuwanie nadmiaru wodoru, o gęstości elektrolitu (1,25–1,3) kg/l.

Akumulatory VRLA produkowane są w dwóch technologiach:

  • AGM, w której elektrolit jest umieszczony w separatorze międzypłytowym wykonanym z włókna szklanego o dużej porowatości, które eliminuje niebezpieczeństwo wycieku elektrolitu oraz zabezpiecza przed możliwością powstania zwarcia pomiędzy płytami dodatnią i ujemną,
  • SLA, w której elektrolit jest zestalony w postaci żelu, stanowiącego tiksotropową odmianę dwutlenku krzemu (SiO2).

Porównanie wybranych cech akumulatorów VRLA odmiany AGM oraz żelowej (SLA) przedstawia tab. 1.

Tab. 1. Zestawienie porównawcze wybranych cech akumulatorów VRLA odmiany AGM oraz SLA [5]
Tab. 1. Zestawienie porównawcze wybranych cech akumulatorów VRLA odmiany AGM oraz SLA [źródło: Z. Łęgosz – Stacjonarne baterie kwasowo-ołowiowe w systemach zasilania potrzeb własnych. Dobór baterii do aplikacji. - ETC Plus Ostrowiec Świętokrzyski]

W akumulatorach klasycznych wodór oraz tlen stanowiące produkt elektrochemicznego rozkładu wody są usuwane na zewnątrz przez otwory technologiczne wykonane w korkach. Natomiast w akumulatorach VRLA, które często błędnie nazywane są „szczelnymi” lub „hermetycznymi”, skutki reakcji elektrolitycznego rozkładu wody występują znacznie mniej intensywnie ze względu na wtórne reakcje powstających gazów, prowadzące do znacznej ich redukcji przez ponowne powstanie wody i powrót do elektrolitu. Zagospodarowywanie powstających gazów jest jednak niecałkowite i ich nadmiar jest usuwany na zewnątrz akumulatorów przez jednokierunkowe zawory.

Wraz z upływem czasu eksploatacji wskutek zjawiska starzenia lub błędnego jej prowadzenia, mogą pojawić się ilości gazów znacznie przekraczające ilość powstającą w normalnych warunkach. Świadczy to o tym, że akumulatory te podobnie jak akumulatory klasyczne stwarzają zagrożenie wskutek wprowadzania wodoru (H2) do pomieszczenia bateryjnego, który w mieszaninie z powietrzem przy stężeniu w zakresie (4–75)% staje się wybuchowy.

Zakres wybuchowości wodoru został przedstawiony na rys. 2.

Rys. 2. Zależność energii zapłonowej od składu mieszanin wodoru z powietrzem, gdzie: Z1 – minimalna energia zapłonu Emin=0,019 mJ, Vd – dolna granica wybuchowości (DGW), Vg – górna granica wybuchowości (GGW); rys. archiwum autorów (J. Wiatr, K. Herlender) [4]
Rys. 2. Zależność energii zapłonowej od składu mieszanin wodoru z powietrzem, gdzie: Z1 – minimalna energia zapłonu Emin=0,019 mJ, Vd – dolna granica wybuchowości (DGW), Vg – górna granica wybuchowości (GGW); rys. archiwum autorów (J. Wiatr, K. Herlender) [źródło: J. Wiatr, M. Orzechowski, M. Miegoń, A. Przasnyski – Poradnik projektanta systemów zasilania awaryjnego i gwarantowanego – EATON 2008, wydanie II]

Przy stężeniu stechiometrycznym, wynoszącym około 29% wodoru (H2) w powietrzu, do wybuchu wystarczy energia o wartości 0,019 mJ. W praktyce stosuje się wentylację mechaniczną, choć po spełnieniu określonych warunków dopuszcza się wentylację grawitacyjną.

Sterowanie wentylacją mechaniczną przedziału bateryjnego należy realizować z wykorzystaniem układów detekcji stężenia wodoru. Układy automatyki powinny mieć ustawione dwa progi wykrywania stężenia wodoru:

  • 10% DGW, przekroczenie którego zostanie zasygnalizowane przez uruchomienie sygnalizacji akustycznej i optycznej oraz zostanie uruchomiona wentylacja powodująca zwiększenie szybkości wymian powietrza o 100% w stosunku do warunków normalnych,
  • 30% DGW, przekroczenie którego spowoduje oprócz dalszego działania sygnalizacji akustyczno-dźwiękowej oraz wentylacji, wyłączenie ładowania baterii akumulatorów do chwili ustania zagrożenia.

Czytaj też: Możliwości zwiększenia niezawodności przy przy zastosowaniu zasilacza UPS >>>

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

Artykuł pochodzi z: miesięcznika elektro.info 12/2017

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Wszyscy elektryczni producenci w jednym miesjcu?

wyświetlacze Zobacz ponad 100,000 produktów elektromechanicznych w ofercie (...) czytam dalej »


Stacja transformatorowa na kółkach - robi wrażenie »

Rozdzielnica na kołach Jest to lekka stacja w obudowie metalowej, na podwoziu jezdnym – DMC 3,5T, z obsługą z zewnątrz, z możliwością łatwe (...) czytam dalej »


Urządzenia przeciwprzepięciowe (SPD) - jakie wybrać ?

urządzenia przeciwprzepięciowe spd Ochronniki przepięciowe odpowiednie do zastosowań w instalacjach 230 V lub 400 V, systemy jedno- lub trójfazowe, wymienny moduł warystora i zamknięty moduł iskiernika, wizualna i zdalna sygnalizacja stanu warystora oraz(...) czytam dalej »


Szynoprzewody w instalacjach elektrycznych - czy warto je wykorzystywać?

Bezpanelowe pozyskiwanie energii słonecznej - jak to zrobić?

szynoprzewody jak podłączyć bezpanelowa energia słoneczna
Przyjazne instalatorom ze względu na ich intuicyjny montaż i nieskomplikowaną budowę oraz szeroki wachlarz możliwości z zakresu wykonania różnego (...) czytam więcej » Innowacje i technologia przeszły długą drogę. Rzeczywiście wkroczyliśmy w nową generację nowoczesnych udogodnień, które nie tylko sprawiają, że nasz styl życia jest bardziej luksusowy i komfortowy, ale... czytam dalej »

Jaki licznik energii elektrycznej wybrać - porównanie 2019 »

Fotowoltaika Mogą być stosowane do rozliczeń z zakładami energetycznymi, do kontroli procesów przemysłowych, do rozliczeń podnajemców oraz jako element systemów zarządzania ... czytam dalej »


Stacje ładowania pojazdów elektrycznych - znasz to rozwiązanie?

Czy energii odnawialnej uda się zastąpić węgiel?

Wsporniki ochrony odgromowej energia odnawialna a węgiel
Przestawiamy rozwiązania wspierające zaawansowane systemy transportu publicznego oraz układy zasilające w instalacjach... czytam więcej » Według ostatniego raportu brytyjskiego koncernu BP do 2040 r. odnawialne źródła energii staną się głównym źródłem energii na świecie. Czy rzeczywiście ... czytam dalej »

Sekcja: Instaluj z Legrandem dla profesjonalisty »

System zarządzania energią Jesteś Instalatorem? W tej sekcji w szybki i łatwy sposób znajdziesz niezbędne ... czytam dalej »


Może Cię to zainteresuje ▼

Jaki wybrać uniwersalny, programowalny wyświetlacz cyfrowy?

Kable i przewody - dobierz odpowiednie do swojego projektu »

Sterowniki programowalne kable i przewody - jakie wybrać
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenie nie wymaga dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań urządzenia wlicza się sterowanie oraz ... czytam więcej » Właściwie wykonana i dostosowana do konkretnych zagrożeń środowiskowych instalacja elektryczna powinna do minimum ograniczać zagrożenia... czytam dalej »


Kable średniego i niskiego napięcia - wymagania standardów międzynarodowych»

Gdzie znajduje zastosowanie współczesna termowizja?

PRzewody i kable standardy Termowizja w elektryce
Szeroki asortyment przewodów i kabli produkowanych zgodnie z wymaganiami restrykcyjnych standardów międzynarodowych(...) czytam dalej » Zadbaj o bezpieczeństwo i uniknij awarii. Za pomocą kamery termowizyjnej możliwe jest bezdotykowe sprawdzenie instalacji elektrycznej przy pełnym obciążeniu. Dzięki temu można(...) czytam dalej »

Stacje ładowania pojazdów od Kolejowych Zakładów Łączności ?

UPS zasilacze Stacja umożliwia szybkie ładowanie prądem zmiennym o mocy do 22 kW (opcjonalnie 44 kW). Wyposażona jest w dwa gniazda osobno opomiarowane (...) czytam dalej »


Jak komunikować urządzenia w środowisku przemysłowym ??

Ograniczniki przepięć (SPD) o udoskonalonych osiągach »

Switche zarządzalne spd ograniczniki
Switche niezarządzalne są to urządzenia, które mają za zadanie przekazywanie danych między urządzeniami w wymagającym środowisku przemysłowym. Ich zadaniem jest zapewnienie przede wszystkim stabilnej, jak również wydajnej komunikacji.(...) czytam dalej » SPD o takim układzie elementów ograniczających przepięcia są stosowane w instalacji elektrycznej, w której nie powinny występować prądy upływu, nawet o niewielkich(...) czytam dalej »

mgr inż. Julian Wiatr
mgr inż. Julian Wiatr
Emerytowany oficer WP, absolwent Wyższej Oficerskiej Szkoły Radiotechnicznej o specjalności radiolokacja naziemna, Wydziału Elektroniki Wojskowej Akademii Technicznej o specjalności systemy radio... więcej »
dr inż. Kazimierz Herlender
dr inż. Kazimierz Herlender
Adiunkt w Instytucie Energoelektryki Politechniki Wrocławskiej . W pracy naukowej i dydaktycznej zajmuje się takimi zagadnieniami jak: sposoby magazynowania energii elektrycznej w systemie elektroenerge... więcej »
Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
4/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 4/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Projekt instalacji piorunochronnej wolno stojącego budynku magazynu mps
  • - Awarie sieciowe w krajowej sieci dystrybucyjnej
Zobacz szczegóły
Cantoni Motor S.A. Cantoni Motor S.A.
Grupa Cantoni została pionierem w produkcji silników elektrycznych już w XIX wieku i od tego czasu kontynuuje misję wdrażania...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl