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

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Dobór baterii akumulatorów oraz ich eksploatacja (część 1.)

Sizing batteries for uninterruptible power supplies UPS and maintenance of batteries
Rys. redakcja EI

Zasilacze UPS wymagają stosowania zasobników energii, które zapewnią bezprzerwową kontynuację zasilania odbiorników do czasu przełączenia na zasilanie rezerwowe lub prawidłowe zamknięcie odbiorników (np. systemów operacyjnych serwerów) lub zakończenie procesów wykonywanych przez odbiorniki. Statyczne zasilacze UPS wykorzystują baterie akumulatorów kwasowo-ołowiowych, niklowo-kadmowych, litowo-jonowych, superkondensatory oraz masy wirujące. Najpopularniejsze są jednak baterie bezobsługowe VRLA w technologii AGM, ze względu na ich dostępność, cenę, opracowane technologie produkcji i recyklingu. W artykule zostały przedstawione podstawowe zasady doboru baterii VRLA dla zasilaczy UPS.

W artykule:

• Akumulatory bezobsługowe
• Baterie VRLA żelowe
• Baterie VRLA w technologii AGM
• Monitorowanie stanu baterii akumulatorów VRLA

Dostępne źródła energii dla autonomicznej pracy statycznych zasilaczy UPS to: ołowiowo-kwasowe, niklowo-kadmowe, litowo-jonowe, superkondensatory, masy wirujące. Akumulatory ołowiowo-kwasowe występują w różnym wykonaniu, co determinuje ich zastosowanie jako magazynów energii. Klasyczne akumulatory kwasowe wykonane są z dwóch elektrod umieszczonych w obudowie zalanej elektrolitem, którym jest wodny roztwór kwasu siarkowego. Materiałem aktywnym elektrody dodatniej jest dwutlenek ołowiu, natomiast elektroda ujemna pokryta jest gąbczastym ołowiem. W procesie elektrochemicznym (ładowanie i rozładowanie) wydzielane są gazy (tlen i wodór), które wydostają się na zewnątrz obudowy. Procesy te powodują, że gęstość elektrolitu wzrasta i konieczne jest uzupełnianie wody.

W akumulatorze kwasowo-ołowiowym VLA (ang. Valve Lead Acid), w procesie ładowania i rozładowania, zachodzą reakcje chemiczne przedstawione w tabeli 1.

Tab. 1. Reakcje chemiczne zachodzące w procesie ładowania i rozładowania, zachodzą reakcje chemiczne w akumulatorze kwasowo- ołowiowym VLAs
Tab. 1. Reakcje chemiczne zachodzące w procesie ładowania i rozładowania, zachodzą reakcje chemiczne w akumulatorze kwasowo- ołowiowym VLAs

W końcowej fazie ładowania rozpoczyna się reakcja generacji tlenu na elektrodzie dodatniej. Generowany tlen przemieszcza się wewnątrz baterii w kierunku elektrody ujemnej, gdzie jest absorbowany. Akumulatory cechują się długą żywotnością 20–25 lat. Najczęściej stosowane są w środowiskach przemysłowych, gdzie znajdują się specjalne pomieszczenia – akumulatornie, oraz w instalacjach, gdzie wymagany jest bardzo długi czas autonomii, liczony w godzinach. Systemy UPS z bateriami kwasowymi spotykane są jeszcze w centrach przetwarzania danych w Ameryce Północnej.

Akumulatory kwasowo-ołowiowe mają następujące wady eliminujące je jako źródła energii wtórnej w UPS:

  • wymagają nadzoru, kontroli i okresowej wymiany elektrolitu,
  • występuje niebezpieczeństwo związane z wyciekiem elektrolitu, który może stanowić zagrożenie dla ludzi i otoczenia,
  • wydzielanie oparów kwasu siarkowego.

Ponadto wymagają:

  • wykonania pomieszczeń kwasoodpornych,
  • neutralizacji ścieków i zabezpieczenie przed dostaniem się kwasu do kanalizacji,
  • wykonanie zabezpieczeń ze względu na niebezpieczeństwo wybuchu wodoru,
  • mechanicznej wentylacji pomieszczeń akumulatorni,
  • większej zajmowanej powierzchni ze względu na zapewnienie dostępu w czasie obsługi,
  • tylko transportu naziemnego.
Dobór baterii akumulatorów
Fot. 1.

Ze względu na powyższe utrudnienia w eksploatacji, akumulatory kwasowe są bardzo sporadycznie  stosowane z zasilaczami UPS, poza instalacjami przemysłowymi. Dodatkowo wymagana jest specjalna konfiguracja oprogramowania sprzętowego zasilaczy UPS. 

Akumulatory bezobsługowe VRLA

Odmianą akumulatorów kwasowo-ołowiowych jest technologia VRLA (ang. Valve Regulated Lead Acid), gdzie stosowane są akumulatory o budowie szczelnej zamkniętej, mające zawory regulowane o jednostronnym działaniu. Akumulatory umożliwiają rekombinację tlenu podczas ładowania. Budowa wewnętrzna jest podobna jak baterii klasycznych, jednak stosowane są tu dodatki stopowe ograniczające wydzielanie wodoru na płycie ujemnej. W bateriach tych stosuje się elektrolit o większej gęstości, który uwięziony jest w separatorze międzypłytowym wykonanym z włókna szklanego (ang. AGM – Absorbent Glass Mat) lub zestalony w całej objętości w postaci żelu na bazie tlenku krzemu SiO2 (ang. Gel).

Szczelność akumulatora bezobsługowego (VRLA) zapewnia zwór podciśnieniowy, wypuszczający gazy tylko w przypadku pracy awaryjnej. Zamknięty obieg tlenu zabezpiecza akumulator przed znaczącą utratą wody w całym okresie żywotności akumulatora i dzięki temu akumulator jest bezobsługowy w zakresie uzupełniania elektrolitu.

Zalety baterii VRLA w stosunku do klasycznych baterii kwasowo-ołowiowych:

 

  • uwalnianie wodoru podczas ładowania konserwacyjnego jest dziesięciokrotnie mniejsze; 
  • wentylacja pomieszczenia bateryjnego może zostać ograniczona 5-krotnie w stosunku do wymagań stawianym klasycznym akumulatorom, 
  • rekombinacja gazów w zakresie do 99%,
  • nie wymaga się dodatkowych zabezpieczeń ochronnych podłogi i innych powierzchni przed zalaniem elektrolitem,
  • nie wymaga się wykonywania pomiarów stężenia elektrolitu (brak kontaktu z kwasem siarkowym),
  • nie jest wymagane uzupełnianie wody destylowanej i brak problemów z zanieczyszczeniami elektrolitu,
  • nie występują zwarcia spowodowane dotknięciem elektrod poprzez narastanie osadu z ołowiu.

Wady baterii VRLA z regulowanym zaworem:

  • wydzielanie tlenu poprzez szczeliny w kontenerze, zaworze lub wyprowadzeniu elektrod prowadzi do rozładowania na elektrodzie ujemnej,
  • polaryzacja elektrody ujemnej jest ograniczona przez rekombinację tlenu na elektrodzie ujemnej. Może się okazać, że w ogniwie ujemna polaryzacja jest utracona i elektroda ujemna rozładowuje się, pomimo większego napięcia doładowującego, niż napięcie na otwartym obwodzie zacisków,
  • aby uniknąć wyschnięcia spowodowanego emisją gazów, maksymalna temperatura pracy jest zmniejszona z 55°C (dla VLA) do 45°C.

Ponadto baterie VRLA wykazują największą stabilność parametrów w temperaturze pracy 25°C. Przy wzroście temperatury ponad tę wartość żywotność baterii zmniejsza się. Przy wzroście temperatury o 10°C powyżej wspomnianych 25°C, żywotność baterii zmniejsza się o połowę.

Literatura

1. Eaton Power Quality – materiały szkoleniowe i publikacje techniczne 

2. T. Sutkowski – Rezerwowe i bezprzerwowe zasilanie w energie elektryczną – Urządzenia i układy – COS i W SEP 2007

3. A. Czerwiński – Akumulatory, baterie, ogniwa – WKŁ 2013

4. Podręcznik projektanta systemów sygnalizacji pożarowej – SITP, ITB – Warszawa, marzec 2009

5. J. Wiatr, M. Orzechowski, M. Miegoń, A. Przasnyski – Poradnik projektanta systemów zasilania awaryjnego i gwarantowanego – EATON 2008, wydanie II

6. Z. Łęgosz – Stacjonarne baterie kwasowo-ołowiowe w systemach zasilania potrzeb własnych- Wiadomości energetyczne Nr 7-8/2004.

7. PN-EN 62040-1:2009 Systemy bezprzerwowego zasilania (UPS). Część 1. Wymagania ogólne i wymagania dotyczące bezpieczeństwa UPS. Aneks M (normatywny). Wentylacja przedziałów bateryjnych.

8. PN-EN 60896-21: 2005 Akumulatory ołowiowe. Część 21.: Typy z zaworami – Metody badań.

9. Rozporządzenia Ministra Sprawa Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 roku w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów [Dz. U. Nr 109/2010 poz. 719].

10. Karta katalogowa akumulatora EPL 210-12 – www.aval.com.pl  - 28.07.2015

11. EN 50272-2, “Wymagania bezpieczeństwa dla baterii wtórnych i instalacji bateryjnych – Część 2: Baterie stacjonarne”

12. IEC 60896-22: 2004 “Akumulatory ołowiowe. Część 22: Typy z zaworami regulowanymi – Wymagania”.

13. IEC 62485-2: 2010 “Wymagania bezpieczeństwa dla baterii wtórnych i instalacji bateryjnych – Część 2: Baterie stacjonarne”, czerwiec 2010

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

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!


[systemy gwarantowanego zasilania, dobór baterii, akumulator kwasowo-ołowiowy, bateria VRLA, eksploatacja akumulatorów, superkondensator]

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Jak czyścić i konserwować urządzenia elektryczne pod napięciem?

czyszczenie urządzeń pod napięciem Za pomocą kamery termowizyjnej możliwe jest bezdotykowe sprawdzenie instalacji elektrycznej przy pełnym obciążeniu. Dzięki temu można uniknąć poważnych awarii, nadmiernych strat energii i w najgorszym wypadku (...) czytam dalej »


Nowe wtykowe złącza silnoprądowe przystosowane do podłączania mobilnych zespołów prądotwórczych do rozdzielnic nn»

Systemy fotowoltaiczne. Jak zwiększyć efektywność energetyczną?

Złącza silnoprądowe wtykowe Rola miedzi w energetyce słonecznej
Wykonane z tworzywa sztucznego odpornego na wysokie temperatury z kolorowymi oznaczeniami i znacznikami kodowymi uniemożliwiającymi błędne połączenie(...) czytam dalej » Sektor energii słonecznej umacnia się coraz bardziej. Według Solar Power Europe, w roku 2017 została zainstalowana globalnie większa moc energii fotowoltaicznej niż (...) czytam dalej »

Przeciwpożarowa kontrola instalacji elektrycznej »

Kamera termowizyjna przy badaniu sieci elektrycznej Za pomocą kamery termowizyjnej możliwe jest bezdotykowe sprawdzenie instalacji elektrycznej przy pełnym obciążeniu. Dzięki temu można uniknąć poważnych awarii, nadmiernych strat energii i w najgorszym wypadku (...) czytam dalej »


Miejskie stacje ładowania pojazdów elektrycznych - jakie mogą mieć funkcjonalności»

Licznik zużycia energii elektrycznej - na jakie parametry zwrócić uwagę?

miejska stacja ładowania Liczniki energii elektrycznej
Samochody elektryczne stają się coraz bardziej popularne. Jednak ich żywot jest uzależniony od stacji ładowania. Stacja ładowania to urządzenie elektryczne, które(...) czytam dalej » Rozwój technologii przemysłowych oraz rozwój budownictwa powodują coraz większe zapotrzebowanie na moc (...) czytam dalej »

Rozwój odnawialnych źródeł energii w Polsce »
Magazyny energi w polsce

Aparatura łączeniową i sterownicza dla automatyki przemysłowej, techniki medycznej oraz automatyki budynków... czytam dalej »


Co się stało z tymi kablami?»

Jakie bezpieczniki wybrać do projektu?

Plątanina kabli  jak sobie z nią poradzić Bezpieczniki siba
Wszelkie błędy popełnione na etapie projektowania, wykonawstwa i eksploatacji nawarstwiają się latami, stopniowo pro­wadząc do wydłużenia czasu poświęcanego na administrację systemu, zmniejszając pewność jego działania i tym samym zwiększając koszty ... czytam dalej » "Okazało się, że bezpiecznik przegrzał się, ponieważ zamontowano go w miejscu gdzie nie miał wystarczającego chłodzenia. Byliśmy w stanie znaleźć rozwiązanie tego problemu - także (...) czytam dalej»

Bezpłatne ebooki dla elektryków i nie tylko !
Ebooki dla elektryków i nie tylko

Darmowe ebooki i poradniki: projektowanie, budowa, osprzęt... (...) czytam dalej »


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 »
9/2018

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 9/2018
W miesięczniku m.in.:
  • - Nowoczesne urządzenia rozdzielcze zwiększające bezpieczeństwo pracy
  • - Projekt zasilania osiedla domków jednorodzinnych w energię elektryczną
Zobacz szczegóły
Jak zwiększyć niezawodność instalacji elektrycznej?

Jak zwiększyć niezawodność instalacji elektrycznej?

Instalacja elektryczna znajduje się w każdym budynku i jest częścią układu niskiego napięcia. Powinna być wykonana z niezwykłą starannością oraz dokładnością. Co...
Essentra Components Essentra Components
Essentra plc jest spółką notowaną w indeksie FTSE 250 i wiodącym międzynarodowym dostawcą specjalistycznych produktów i rozwiązań ....
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