مشخصات فنی عمومی و اجرایی تاسیسات برقی ساختمان : ضابطه شماره 110 جلد 1 | ۱۱-۱۰- تعیین ظرفیت باتری

بندهای فرعی ذیل مرور کلی بر تکنیک ها و ملاحظات کاربردی استفاده شده جهت تعیین ظرفیت باتری را ارایه می کند. استانداردهای 485 IEEE و 1115 IEEE اطلاعات جزئی و روش های بیشتری در خصوص روش های به کار رفته جهت تعیین ظرفیت را عرضه می کند. 

۱-۱۱-۱۰- طراحی پنجره ولتاژ 

پنجره ولتاژ UPS رنج ولتاژی را که باتری در بالاتر از آن رنج مجاز به کار است، تعیین می کند. تعداد سلول های باتری باید طوری انتخاب شود تا در عین حالی که باتری به اندازه کافی شارژ می شود اجازه دهد ولتاژ دشارژ پایانی منجر به بهره برداری موثر از ظرفیت باتری شود (به بند ۱۰-۱۱-۴-۳ مراجعه شود). 

حداکثر ولتاژ کاری (.d.c) مربوط به UPS، حداکثر ولتاژی است که ممکن است به باتری اعمال شود. حداقل ولتاژ کار (.d.c) مبدل اینورتر ولتاژ نهایی را که ممکن است باتری به آن اندازه دشارژ شود، تعیین می کند. 

در حالت کلی اقتصادی تر است که تعداد سلول های باتری طوری انتخاب شود که کمترین مقدار ولتاژ دشارژ پایانی ممکن را نتیجه بدهد مشروط بر آنکه :

    ۱) باتری ممکن است مطابق با توصیه های سازنده درون محدوده حداکثر ولتاژ سیستم شارژ شود. 

    ۲) به ازای زمان دشارژ معین ولتاژ دشارژ پایانی کم تر از مقدار حداقل دشارژ تعیین شده توسط سازنده نباشد. 

۲-۱۱-۱۰- دما 

دمای کاری باتری بر عمر و کارایی باتری اثرگذار است. 

۱-۲-۱۱-۱۰- باتری سرب اسیدی 

کارایی این نوع باتری در دمای زیر ۲۵ درجه سلسیوس کاهش می یابد. توجه داشته باشید که ضرایب تصحیح دما به نرخ دشارژ اعمال می شود نه به زمان دشارژ (به جدول (۱۰-۶) و استاندارد 485 IEEE Std مراجعه شود). به عنوان مثال در یک نوع سلول خاص دمای ۱/۵۶ درجه سلسیوس معادل با ضریب تصحیح دمایی ۱/۱۱ می باشد که نشان می دهد کارایی این باتری نسبت به دمای ۲۵ درجه سلسیوس تقریباً ۱۰ درصد کمتر می شود. اگر این باتری بتواند ۱۰۰ کیلو وات را برای ۱۵ دقیقه در دمای ۲۵ درجه سلسیوس تغذیه کند قادر به تحویل ۹۰ کیلو وات به مدت ۱۵ دقیقه و در دمای ۱۵/۶ درجه سلسیوس خواهد بود. مقدار این اثر با ساختار سلول تغییر می کند. 

جدول (۱۰-۵) بر اساس سلول های VLA با الکترولیت با گرانش ویژه اسمی ۱/۲۱۵ است. در خصوص انواع دیگر باتری VLA یا VRLA باید به دستور العمل سازنده مراجعه شود. 

۲-۲-۱۱-۱۰- باتری نیکل - کادمیم 

اگرچه بیشتر باتری های UPS در محیط های کنترل شده آب و هوایی کار می کنند. برای باتری های UPS نیکل - کادمیم قرار گرفتن در معرض رنج وسیعی از دما غیر معمول نیست. اگر کمترین دمای مورد انتظار الکترولیت پایین تر از دمای استانداردی که برای درجه بندی های عملکرد به کار میر ود )به طور معمول ۲۵ درجه سلسیوس) باشد، ظرفیت باتری باید افزایش یابد. مقدار ضریب تصحیح دما به طراحی ،باتری زمان دشارژ و دمای الکترولیت در زمان شروع دشارژ بستگی دارد. کاربرد ضریب کاهنده مانند سلول سرب - اسیدی است (به بند ۱۰-۱۱-۲-۱ مراجعه شود). به طور کلی افزایش قابل توجهی در ظرفیت قابل دسترس در دمای بالاتر از ۲۵ درجه سلسیوس مشاهده نمی شود. برای یافتن ضرایب کاهنده دما به ازای زمان های دشارژ و دماهای مختلف، با سازنده باتری مشورت کنید. 

۳-۱۱-۱۰- ملاحظات طراحی و فرسودگی 

اگر چه تعیین ظرفیت باتری برای بار متصل شده کمتر به آن امکان پذیر است اما باتری UPS عموماً برای تطبیق با ظرفیت نامی بار کامل UPS سایز می شود. ظرفیت باتری نصب شده باید طوری انتخاب شود که باتری در پایان عمر خود توانایی پشتیبانی از بار کامل را داشته باشد. 

هنگامی که ظرفیت در دسترس به مقدار ۸۰ درصد ظرفیت نامی کاهش یابد یک باتری سرب اسیدی به پایان عمر خود رسیده است. بنابراین برای اطمینان از اینکه باتری از UPS با بار کامل در تمام طول عمر پشتیبانی می کند. سایز باتری محاسبه شده باید به اندازه یک حاشیه ۲۵ درصدی افزایش یابد. 

برای باتری های نیکل - کادمیم نقطه پایان عمر مشخصی وجود ندارد. به طور کلی از ضریب فرسودگی ۱/۲۵ استفاده می شود. هرچند ممکن است ضرایب بسته به طراحی سلول، شرایط کاری مورد انتظار و طول عمر برنامه ریزی شده سیستم UPS ممکن است از ۱/۱۰ تا ۱/۴۰ متغیر باشد. برای اطلاعات بیشتر در مورد ضریب فرسودگی با سازنده تماس بگیرید. 

تاثیرات فرسودگی ممکن است با استفاده از یک ضریب جداگانه و یا با گنجاندن در حدود طراحی سیستم (متداول تر است)، در نظر گرفته شود. 

۴-۱۱-۱۰- محاسبات تعیین ظرفیت باتری 

۱-۴-۱۱-۱۰- راندمان و ضریب قدرت UPS 

توان UPS بر حسب ولت آمپر (VA) و/یا وات است. مطابق فرمول (۱۰-۴) مقدار بر حسب توان برابر است با مقدار ولت آمپر ضرب در ضریب قدرت. منظور از بار باتری مورد استفاده در تعیین ظرفیت، توان خروجی UPS بر حسب وات تقسیم بر راندمان مبدل اینورتر (طبق فرمول (۱۰-۵)) است. راندمان بر حسب نرخ خروجی UPS در نظر گرفته می شود.

۲-۴-۱۱-۱۰- محاسبه بار باتری تنظیم شده 

بار اسمی باتری باید بر حسب فرسودگی و شرایط دمای کاری تنظیم شود. 

(10-6)                     (ضریب تصحیح دما) x (حد فرسودگی ) x (بار اسمی باتری) = (بار باتری تنظیم شده) 

۳-۴-۱۱-۱۰- پنجره ولتاژ و تعداد سلول ها 

مبدل اینورتر UPS دارای یک دامنه ولتاژ ورودی (.d.c) است. دامنه ولتاژ به علاوه افت ولتاژ در کابل بین باتری و UPS لازم است در نظر گرفته شود. ولتاژ سلول مورد نیاز برای شارژ ممکن است به صورت شناور و یا ولتاژ یکسان کننده باشد. هر طور که سازنده توصیه کرده باشد. 

برای بهره مندی کامل از ظرفیت قابل استفاده باتری، باید از کمترین ولتاژ پایان - دشارژ سلول ممکن استفاده شود. این موضوع تابع محدودیت های به وجود آمده توسط حداقل ولتاژ سیستم مجاز و نیز حداقل ولتاژ سلول اعلام شده توسط سازنده باتری برای زمان دشارژ مورد نظر است. 

از همه مهمتر اینکه باتری ابتدا باید مطابق با توصیه سازنده و در نهایت تا حداکثر ولتاژ سیستم شارژ شود. این مفاهیم در فرمول های (۱۰-۷) تا (۱۰-۹) نشان داده شده است. 

تعداد سلول ها را می توان بر اساس دامنه ولتاژ UPS، حداقل ولتاژ دشارژ و ولتاژ شارژ سلول تعیین کرد. معمولا گزینه هایی برای تعداد سلول وجود دارد و ممکن است یک روش تکراری برای بهینه سازی انتخاب که منعکس کننده ولتاژ عملکرد توصیه شده و اندازه های سلول موجود باشد، دنبال شود. به عنوان مثال اگر حداقل ولتاژ سلول محاسبه شده کم تر از مقدار توصیه شده توسط سازنده برای زمان دشارژ باشد، محاسبه باید تکرار شود تا حداقل ولتاژ سلول برابر با مقدار تعیین شده توسط کارخانه سازنده باشد. 

۴-۴-۱۱-۱۰- انتخاب سلول 

تولید کنندگان داده های عملکردی را بر حسب وات با کیلووات به ازای هر سلول ارایه می دهند بنابراین توان باتری مورد نیاز (از بند ۱۰-۱۱-۴-۲) باید بین سلول ها تقسیم شود (به بند ۱۰-۱۱-۴-۳ مراجعه شود). سپس یک سلول مشخص می شود که میتواند این توان را حداقل برای مدت زمان مشخصی تا پایان مشخص شده برای ولتاژ دشارژ فراهم کند.