Телефоны офисов в других регионах

Москва

+7(495) 785-73-87

Санкт-Петербург

+7(812) 643-26-00

Новосибирск

+7(383) 22-11-848

Екатеринбург

+7(343) 214-77-44

Казань

+7(843) 521-49-82

Пермь

+7(342) 205-58-80

Ростов-на-Дону

+7(863) 303-30-77

Самара

+7(846) 202-28-99

Хабаровск

+7(4212) 23-36-40

Уфа

+7(347) 286-54-49

+7 (495)

785-73-87
Бесплатно для регионов РФ:
8(800)775-61-01

Особенности выбора аккумуляторных батарей для источников бесперебойного питания средней и большой мощности


25.03.2009

«Кто владеет информацией – тот владеет миром». В XXI веке эта мысль, озвученная сэром Уинстоном Черчиллем, не только не утратила своей актуальности, но и приобрела более глубокий смысл. Информацией теперь мало владеть. Её ещё нужно охранять, сохранять и обрабатывать. Ценность данных может в несколько десятков, а то и сотен раз превышать стоимость оборудования, на котором она хранится и обрабатывается. И если в защите информации решающее значение имеет человеческий фактор, то обработка и сохранность информации зависит от технических факторов. И основной технический фактор – это электропитание, его качество и бесперебойность.

Не секрет, что показатели качества электроэнергии в электрических сетях России не всегда соответствует принятым стандартам (ГОСТ 23875-88 и ГОСТ 13109-87). Основные показатели качества электроэнергии – это отклонение напряжения от номинального значения, коэффициент несинусоидальности напряжения, отклонение частоты от 50 Гц. Согласно стандарту в течение не менее 95 % времени каждых суток фазное напряжение должно находиться в диапазоне 209-231 В (отклонение 5 %), частота в пределах 49,8-50,2 Гц, а коэффициент несинусоидальности не должен превышать 5 %.Остальные 5 или менее процентов времени каждых суток напряжение может изменяться от 198 до 242 В (отклонение 10 %), частота от 49,6 до 50,4 Гц, а коэффициент несинусоидальности должен быть не более 10 %. Допускаются более сильные изменения частоты: от 49.5 Гц до 51 Гц, но общая длительность таких изменений не должна превышать 90 часов за год. Это стандарт. В реальности существуют сбои в сети, которые и приводят к потере информации и порче оборудования. В таблице 1 приведены основные виды сбоев электропитания, их причины и последствия, к которым они могут привести.

Таблица 1.

Вид сбоя электропитания

Причина возникновения

Последствия

Пониженное напряжение,

провалы напряжения

Перегруженная сеть, неустойчивая работа системы регулирования напряжения сети, подключение потребителей, мощность которых сравнима с мощностью участка электрической сети

Перегрузки блоков питания электронных приборов и уменьшение их ресурса. Отключение оборудования при недостаточном для его работы напряжении. Выход из строя электродвигателей. Потери данных в компьютерах.

Повышенное напряжение

Недогруженная сеть, недостаточно эффективная работы системы регулирования, отключение мощных потребителей

Выход из строя оборудования. Аварийное отключение оборудования с потерей данных в компьютерах.

Высоковольтные импульсы

Атмосферное электричество, включение и отключение мощных потребителей, запуск в эксплуатацию части энергосистемы после аварии.

Выход из строя чувствительного оборудования.

Электрический шум

Включение и отключение мощных потребителей. Взаимное влияние работающих неподалеку электроприборов.

Сбои при выполнении программ и передаче данных. Нестабильное изображение на экранах мониторов и в видеосистемах.

Полное отключение напряжения

Срабатывание предохранителей при перегрузках, непрофессиональные действия персонала, аварии на линиях электропередач.

Потери данных. На очень старых компьютерах - выход из строя жестких дисков.

Гармонические искажения напряжения

Значительную долю нагрузки сети составляют нелинейные потребители, оснащенные импульсными блоками питания (компьютеры, коммуникационное оборудование). Неправильно спроектирована электрическая сеть, работающая с нелинейными нагрузками, перегружен нейтральный провод.

Помехи при работе чувствительного оборудования (радио и телевизионные системы, измерительные комплексы и т.д.) Перегрев кабеля.

Нестабильная частота

Сильная перегрузка энергосистемы в целом. Потеря управления системой.

Перегрев трансформаторов. Для компьютеров само по себе изменение частоты не страшно. Нестабильная частота является лучшим индикатором неправильной работы энергосистемы или ее существенной части.

Для того чтобы исключить влияние этих факторов на работу оборудования и сохранность информации и служат источники бесперебойного питания (ИБП). Всего существует три основных типа ИБП:

  • ИБП с переключением (Off-line UPS)
  • ИБП взаимодействующий с сетью (Line-Interactive UPS)
  • ИБП с двойным преобразованием энергии (Double conversion UPS или On-line UPS).

Для защиты и питания ответственного оборудования, потребляющего большую мощность (от 10-30 кВА и выше) (серверные комнаты, ЦОДы, системы хранения данных, непрерывное производство) используются трехфазные ИБП с двойным преобразованием энергии (On-line UPS). Принципиальная схема такого ИБП представлена на рисунке 1.

Рисунок 1.


ИБП подобного класса является технически сложной и высокоинтеллектуальной комплексной системой, находящейся в постоянном развитии и совершенствовании. И только «сердце» этой системы – аккумуляторные батареи сохраняют здоровый консерватизм, в основе которого лежит надежность, соответствие заявленным характеристикам и высокое качество. Но и в этой области происходят изменения и ведущие мировые производители аккумуляторных батарей стали предлагать продукцию, оптимизированную для использования в источниках бесперебойного питания.

Доля «сердца» в стоимости ИБП составляет от 10% до 30%. Обычно поставщики решений в области ИБП средней и высокой мощности не ограничивают конечного заказчика в выборе аккумуляторов того или иного производителя и здесь возникает законное желание снизить расходы, ведь внешне все аккумуляторы одинаковы, только одни стоят дорого, другие чуть дешевле, а есть и совсем дешевые…

А стоит ли экономить на «сердце»? Для того чтобы ответить на этот вопрос необходимо знать особенности работы аккумуляторов в ИБП и по каким критериям они выбираются.

Основных критериев выбора два – это отдаваемая мощность и время поддержки. Особенность разряда аккумуляторных батарей при работе в ИБП представлена на рисунке 2.

Рисунок 2.


Из диаграммы на рисунке 2 видно, что для поддержания постоянной мощности на нагрузке, происходит постоянное увеличение тока разряда при падении напряжения на батареях. Время поддержки ограничивается 15-20 минутами. Обычно, этого времени хватает для корректного завершения работы компьютерных систем или для перехода на питание от генератора или восстановления работы питающей сети. Таким образом основным критерием для выбора аккумулятора становится его способность отдавать максимальную мощность за короткий промежуток времени. Для оценки этого критерия служит характеристика разряда постоянной мощностью до определенного конечного напряжения (обычно 1,7 В/элемент при температуре окружающей среды 20º С) и значение внутреннего сопротивления батареи. Чем ниже внутренне сопротивление, тем большую мощность может отдать батарея за короткий промежуток времени. В нормальном режиме работы ИБП аккумуляторы находятся в режиме плавающего заряда, позволяющего компенсировать их саморазряд.

В источниках бесперебойного питания используются только необслуживаемые герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы с рекомбинацией газа --VRLA (Valve Regulated Lead-Acid Batteries). При производстве таких аккумуляторов используются две технологии: Gel и AGM. В случае использования Gel-технологии вместо жидкого электролита используется гелеобразный, представляющий собой желе, полученное в результате смешивания серной кислоты с загустителем (обычно это двуокись кремния SiO2 – силикагель). При AGM (Absorbed in Glass Mat) технологии для фиксации электролита используется сепаратор из стекловолокна размещенный между электродами. Такой сепаратор представляет собой пористую систему, в которой капиллярные силы удерживают электролит. При этом количество электролита дозируется таким образом, чтобы мелкие поры оказались заполнены, а крупные остаются свободными для циркуляции выделяющихся в результате химических процессов газов. В таблице 2 приведены сравнительные характеристики технологий Gel и AGM.

Таблица 2

Характеристики

AGM

Gel

Внутренне сопротивление

Очень низкое

Среднее

Плотность энергии

Высокая

Низкие электрические потери и низкие требования к необходимому пространству

Средняя

Средние электрические потери, низкие требования к необходимому пространству.

Срок службы в циклическом режиме

Хороший

Очень хороший

Цена

Низкая

Средняя

Конструктивные особенности

Жесткие требования к толщине пластин. Высота элементов не более 350 мм

Нет ограничений по высоте элементов.

Возможна конструкция трубчатых элементов с гелем


Из таблицы 2 видно, что аккумуляторы, изготовленные по AGM-технологии предпочтительнее для использования в ИБП, чем аккумуляторы с Gel-технологией. В последнее время AGM-технология получила дальнейшее развитие, направленное на оптимизацию использования аккумуляторов в ИБП средней и большой мощности (улучшение разрядных характеристик и уменьшение внутреннего сопротивления батареи). На рисунке 3 представлены характеристики разряда постоянной мощностью аккумуляторов одинаковой емкости (65 Ач), изготовленных по технологиям Gel, AGM и AGM-технологии оптимизированной для работы в составе в ИБП.


Рисунок 3.

Из графиков на рисунке 3 видно, что использование аккумулятора оптимизированного по своим характеристикам для работы в составе ИБП, дает выигрыш в мощности до 35 % на коротких временах разряда, что в итоге позволяет существенно снизить стоимость энергии отдаваемой аккумулятором на нагрузку. Далее подробно рассмотрим методику подбора аккумуляторов для ИБП по разрядным таблицам. Подбор аккумуляторов осуществляется по отдаваемой мощности, а не по емкости! Метод подбора по емкости на коротких временах разряда может давать ошибку до 30% от расчетного времени.

Исходные данные для расчета:

  • Мощность ИБП (Pибп): 500 кВА
  • Время поддержки: 15 минут
  • Срок службы батарей: 10 лет
  • Номинальное напряжение инвертора: 480 В DC
  • Конечное напряжение инвертора: 396 В DC
  • Коэффициент мощности cos(φ): 0,8
  • КПД инвертора: 94 %
  • Ток и напряжение на выпрямителе: рассчитывается
  • Температура окружающей среды: 20º С
  • Требования к вентиляции: рассчитывается
  • Размещение АКБ: на стеллажах

Этапы расчета:

  1. Пересчет полной мощности в эффективную мощность батареи:

Pбат = (Pибп * cos(φ)) / КПДинв = (500 * 0,8) kВт / 0,94 = 425,53 kВт

2. Расчет необходимого числа элементов батареи N:

N = Uном / 2 В/эл-т = 480В / 2 В/эл-т = 240 элементов (40 АКБ по 12 В – «линейка»)

3. Расчет необходимой мощности на один элемент батареи Pэл-т:

Pэл-т = Pбат / N = 425,53 kВт / 240 = 1773 Вт

4. Расчет Pэл-т при параллельном соединении линеек аккумуляторов:

1 Линейка (40): Pэл-т = 1773 Вт

2 Линейки (40║40): Pэл-т = 886,5 Вт

3 Линейки (40║40║40): Pэл-т = 591,0 Вт

4 Линейки (40║40║40║40): Pэл-т = 443,3 Вт

5 Линеек (40║40║40║40║40): Pэл-т = 354,6 Вт

5. Выбор подходящего аккумулятора по таблице разряда постоянной мощностью:


6. Выбран 5 х 40 YUASA SWL 2500.

7. Расчет требований к вентиляции:

Q = 0,05 * n * Iгаз * Cn * 10-33/ч]

Q: необходимый объем воздуха в помещении

n: 240

Cn: 5 x 92 Aч = 460 Aч

Iгаз: ток, вызывающий выделение газа

Iгаз = 1 мA / Aч при плавающем заряде

Iгаз = 8 мA / Aч при повышенном заряде

Q1 = 0,05 * 240 * 1 * 460 * 0,001 м3/ч = 5,52 м3/ч

Q2 = 8 * Q1 = 44,16 м3/ч

8. Ток и напряжение на выпрямителе:

Ограничение зарядного тока при С10 :

I10 = 5 * 92 Aч / 10 ч = 46 A

Напряжение «плавающего» заряда:

Uзар = 2,275 В/эл-т * 240 эл-тов = 546 В DC

9. Подбор стеллажа:

Подбор стеллажей для размещения аккумуляторов обычно осуществляется с помощью программного обеспечения фирм-поставщиков стеллажей. В данном случае был выбран стеллаж 4E-PGL 3-15 производства компании Alpha Passoni из расчета один стеллаж на одну «линейку».

Конечно, подобным образом подбирать аккумулятор затруднительно. Да и разрядные таблицы не всегда есть под рукой. Поэтому, специалистами компании «Энергон-электро» в помощь своим партнерам и клиентам была разработана компьютерная программа. Программа предназначена для подбора внешних АКБ для 3-фазных источников бесперебойного питания с двойным преобразованием энергии мощностью от 5 кВА до 800 кВА вне зависимости от производителя и марки ИБП. Подробнее с программой и результатом её работы можно ознакомиться в разделе «Решения/Программные решения» на сайте компании.

Баталов Денис


Возврат к списку

ГК Энергон
О компании
Решения для ИБП
Телекоммуникационное направление
Решения для охранных систем
Карьера
Продукция
Аккумуляторы
DELTA
HOPPECKE
YUASA
SECURITY FORCE
Информация
Условия работы
Техподдержка

Холдинг NRG group
Инжиринговая компания Энергон
DELTA battery
Контакты
115088, Москва
2-й Южнопортовый пр, д.16 стр.2
Телефон/факс:(495)785-73-87
E-mail: sales@energon.ru
Контакты в других городах

© 1998-2016. Группа компаний "Энергон". Поставка свинцово-кислотных аккумуляторов по всей России. Все права защищены.