مشخصات فنی عمومی و اجرایی تاسیسات برقی ساختمان : ضابطه شماره 110 جلد 1 | ۹-۱۰- ملاحظات انتخاب باتری

۱-۹-۱۰- ملاحظات طراحی 

۱-۱-۹-۱۰- سلول های سرب اسیدی 

طرح های خاصی برای کاربردهای طولانی مدت مصارف عمومی و کوتاه مدت وجود دارد که معمولا با ضخامت صفحه آن ها مشخص می شوند (به بند ۱۰-۸-۲ مراجعه شود). طرح های صفحه - نازک تر برای دشارژهای سرعت بالا، کوتاه مدت بهینه شده اند. 

الف) سلول های منفذ دار : صفحات یک سلول VLA در یک الکترولیت مایع غوطه ور شده و در یک ظرف شفاف قرار می گیرند. ظرف شفاف امکان بازرسی دیداری صفحات و اجزای داخلی را فراهم می کند. شارژ عادی منجر به گازدهی و مصرف آب می شود. در حالی که انجام تعمیر و نگهداری الکترولیت را ضروری می کند، توانایی دوباره پر کردن آب از دست رفته، سلول های منفذ دار را نسبت به سلول های VRLA در مقابل شارژ بیش از حد و کار در دمای بالا مقاوم تر می کند. 

ب) سلول های VRLA : سلول های AGM به طور کلی برای دشارژهای سرعت - زیاد، کوتاه - مدت مناسب تر هستند، در حالی که الکترولیت های نوع ژله ای برای دشارژهای طولانی تر مناسب تر هستند (به بند ۱۰-۸-۴-۲ مراجعه شود). با این حال تراکم انرژی بالاتر طرح های AGM باعث می شود در جاهایی که فضا محدود است، فارغ از مدت زمان دشارژ غالباً استفاده از آن ها را به گزینه مورد علاقه تبدیل کند. 

۲-۱-۹-۱۰- باتری نیکل - کادمیم 

سلول های نیکل کادمیم برای طولانی مدت مقاصد عمومی و کوتاه مدت طراحی شده اند. این طرح ها در درجه اول مبتنی بر ضخامت صفحه هستند. اما عمر مورد انتظار مستقیماً با ضخامت صفحه ارتباط مستقیمی ندارد. ماده فعال به تدریج فرسوده می شود و تخریب ساختار صفحه وجود ندارد بنابراین زوال ناگهانی در قابلیت سلول اتفاق نمی افتد. 

۳-۱-۹-۱۰- قابلیت اطمینان 

در بیشتر موارد برای محیط های مشابه، قابلیت اطمینان یک VLA بهتر از سلول های VRLA است. باتری های VLA همچنین نسبت به شرایط محیطی مانند دما و جریان موج دار مقاومت بیشتری دارند (به بند ۱۰-۱۰-۲-۲ مراجعه شود). 

سلول های نیکل - کادمیم قابلیت اطمینانی مشابه باتری های VLA دارند. سلول های نیکل کادمیم ممکن است عملکرد بهتری نسبت به VLA در کاربردهای با درجه حرارت های خیلی پایین با خیلی بالا داشته باشند. 

۲-۹-۱۰- سطح پوشش باتری و بارگذاری کف 

در باتری های منفذدار (VLA) و نیکل - کادمیم باید منفذ سلول رو به بالا باشد. بعضی باتری های VRLA مجازند به صورت افقی قرار بگیرند تا سطح پوشش کوچک تری نسبت به باتری های منقد دار با اندازه مشابه خود داشته باشند. به طور کلی باتری های VRLA دارای چگالی انرژی حجمی بالاتری نسبت به VLA هستند و بنابراین می تواند سطح پوشش کوچکتری داشته باشند. بارگذاری کف همیشه باید در طراحی سیستم در نظر گرفته شود. 

۳-۹-۱۰- عمر باتری 

۱-۳-۹-۱۰- دمای کاری

محل و آرایش سلول ها نباید به نوعی باشد که در یک لحظه مشخص تفاوت دمایی بیش از ۳ درجه سلسیوس بین سلول ها وجود داشته باشد. از شرایطی که منجر به گرم شدن با سرد شدن نقطه ای می شود اجتناب کنید، زیرا تفاوت دما باعث عدم تعادل الکتریکی در باتری می شود. 

کار در دمای بالا باعث کاهش طول عمر باتری می شود. قاعده ای سرانگشتی برای تاثیر کار طولانی مدت در دمای بالا بر روی باتری های سرب - اسیدی وجود دارد که می گوید عمر باتری به ازای هر ۸ درجه سلسیوس بالا رفتن دما نسبت به ۲۵ درجه سلسیوس تقریباً ۵۰ درصد کاهش می یابد. سلول های نیکل - کادمیم نسبت به باتری های سرب - اسیدی کم تر تحت تأثیر قرار میگیرند به طوری که به ازای همان میزان افزایش دما، کاهش عمر حدوداً ۲۰ درصدی دارند. 

کارایی اسمی سلول ها معمولا در دمای ۲۵ درجه سلسیوس رخ می دهد. انتخاب محلی که در آن بتوان این دما را حفظ کرد، منجر به بهینه شدن طول عمر کارایی و هزینه بهره برداری باتری می شود. باید از شرایط دمای محیطی خیلی پایین یا خیلی بالا اجتناب شود زیرا دمای پایین ظرفیت باتری را کاهش می دهد، در حالی که دمای بالای طولانی مدت عمر باتری را کوتاه کرده و هزینه نگهداری را افزایش می دهد. نصب در مکانی با دمایی پایین تر از دمای اسمی، روی تعیین ظرفیت باتری تأثیر میگذارد (ر.ک به 485 IEEE و 1115 IEEE). 

۱-۱-۳-۹-۱۰- باتری VLA 

سلول های بدون منفذ در مقایسه با VRLA تحمل بیشتری نسبت به استفاده نامناسب از سیستم و شرایط سخت محیطی دارند. 

۲-۱-۳-۹-۱۰- باتری VRLA 

برای باتری های VRLA، بازترکیب بهینه گاز تابعی از دمای کاری و ولتاژ شناور است. مسائل اضافی ناشی از خشک شدن احتمالی و گریز حرارتی در باتری های VRLA باید به دقت برای دمای کاری بالا ارزیابی شود. هم چنین باید به شارژرهای محدود کننده جریان در کاربردهای دما بالا توجه شود. علاوه بر این استفاده از شارژرهای جبران شده - دما برای کاربردهایی که می توان تغییرات دما را در آنها انتظار داشت، توصیه می شود. 

۳-۱-۳-۹-۱۰- باتری نیکل - کادمیم 

باتری نیکل - کادمیم در اثر دمای پایین یا یخ زدگی آسیب نخواهد دید. با یک الکترولیت معمولی، باتری در دمای پایینی تا حتی منفی ۲۰ درجه سلسیوس کار خواهد کرد و با الکترولیتی با گرانش ویژه بالاتر حتی در دماهای پایین تر از این نیز کار خواهد کرد. ظرفیت قابل دسترس باتری نیکل - کادمیم در دماهای پایین کاهش می یابد، اما در دمای منفی ۴۰ درجه سلسیوس این باتری می تواند بیش از ۶۰ درصد از ظرفیت نامی اش را تحویل دهد. 

۲-۳-۹-۱۰- فرکانس و عمق دشارژ 

عمر باتری به فرکانس و عمق دشارژ آن بستگی دارد. باتری می تواند چرخه های کم عمق کوتاه - مدت بیشتری را در مقایسه با چرخه های دشارژ عمیق طولانی - مدت تامین کند. حتی نوسانات لحظه ای در توان (.a.c) تحویلی به UPS ممکن است منجر به دشارژ چند ثانیه ای یا حتی بیش تر در باتری شود. چرخه های مکرر شارژ و دشارژ باتری UPS حتی برای مدت زمان کوتاه طول عمر باتری را کاهش می دهد. 

۱-۲-۳-۹-۱۰- باتری VLA 

با قرار دادن صفحه های نگهدارنده در برابر صفحات مثبت یا با پوشاندن صفحات مثبت در یک مجرای سوراخ دار ، می توان یک باتری VLA را برای تعداد چرخه طولانی شده طراحی کرد. این جداسازی الکتریکی جزئی باعث افزایش مقاومت داخلی شده و ممکن است سرعت خروج توان از باتری را محدود کند )به پیوست C6 از استاندارد 1184 IEEE مراجعه شود). 

۲-۲-۳-۹-۱۰- باتری VRLA 

بسیاری از طرح های AGM می توانند سرویس چرخه بهتری را به سلول های منفذ دار با آلیاژ شبکه یکسان ارایه دهند. چرا که عنصر صفحه تحت فشار است و صفحه الیاف شیشه ای به عنوان یک نگهدارنده عمل می کند. تولید کنندگان طرح های ژل ممکن است مواد افزودنی را در الکترولیت گنجانده باشد که سرویس دهی چرخه طولانی را فراهم می کند. 

۳-۲-۳-۹-۱۰- باتری نیکل کادمیم 

سلولهای نیکل - کادمیم می توانند سرویس چرخه طولانی مدت را برای کاربردهای دشارژ عمیق فراهم کنند. برای تقویت تعداد چرخه و برای کاهش اثر سوء دماهای بالا، ممکن است مقادیر مختلفی از هیدروکسید لینیوم به الکترولیت هیدروکسید پتاسیم اضافه شود. تولید کنندگان مقدار دقیق اضافه شده در حین تولید را مشخص می کنند. 

۴-۹-۱۰- تهویه 

با نزدیک شدن وضعیت سلول به حالت شارژ کامل فرآیند شارژ ناکارآمدتر شده و مقدار جریان ورودی در حال افزایشی صرف الکترولیز می شود. در این فرآیند با آزاد شدن اکسیژن از صفحات مثبت و هیدروژن از صفحات منفی، آب تجزیه می شود. وقتی سلول به حالت کاملاً شارژ رسید، تقریباً تمام جریان صرف فرآیند الکترولیز می شود. در یک سلول منفذ دار به گازهای اکسیژن و هیدروژن اجازه آزاد شدن در اتمسفر داده می شود که در نتیجه آب از دست می رود. 

چرخه باز ترکیب اکسیژن در سلول های VRLA، آزاد شدن هیدروژن و از دست رفتن آب را محدود می کند، اما منجر به تولید گرما می شود. بنابراین سیستم های تهویه باید برای هر دو هدف حذف هیدروژن و مدیریت حرارتی طراحی شوند. 

۱-۴-۹-۱۰- حذف هیدروژن

ناحیه باتری باید توسط سیستم تهویه طبیعی یا مکانیکی تهویه شود تا از تجمیع هیدروژن جلوگیری شود. سیستم تهویه باید تجمیع هیدروژن را به کمتر از ۲ درصد از حجم کل هوا در ناحیه باتری یا طبق الزامات کدهای محلی برای تاسیسات خاص کاهش دهد. محل نباید دارای نواحی باشد که ممکن است بسته های هیدروژن در آنها جمع شود. 

حداکثر نرخ آزادسازی هیدروژن به شرح ذیل است. 

حداکثر نرخ آزادسازی هیدروژن :

بدترین حالت در هنگام وارد کردن حداکثر جریان به یک باتری کاملاً شارژ شده ایجاد می شود. حداکثر جریان شارژ هنگامی به وجود می آید که باتری در بالاترین ولتاژ و حداکثر دما شارژ شود که از تولید کننده قابل استعلام است. اگرچه فرآیند بازترکیب طبیعی، آزادسازی هیدروژن را در سلول های VRLA محدود میک ند اما مقدار کمی هیدروژن به طور دوره ای در نتیجه فرآیند خوردگی شبکه آزاد می شود. مقادیر بیشتری هیدروژن به همراه مقداری اکسیژن، هنگامی که باتری بیش از حد شارژ شود آزاد می شود. طراح سیستم باید از فرمول فوق برای محاسبه حداکثر آزادسازی هیدروژن استفاده کند.

۲-۴-۹-۱۰- مدیریت حرارتی 

حفظ دمای کارکرد باتری بین ۲۰ تا ۲۵ درجه سلسیوس باعث افزایش عمر سرویس دهی و بهره وری آن میشود. 

شارژ طبیعی یک سلول منفذ دار منجر به تولید حرارت بسیار کمی می شود. مقدار کم گرمای تولید شده به راحتی از طریق قسمت عمده ای از الکترولیت مایع یا به همراه گاز آزاد شده پراکنده می شود. اگر چه ممکن است گرما در شرایط خطا تولید شده باشد (به عنوان مثال، شارژ بیش از حد با سطوح الکترولیت کم) تحت چنین شرایطی نگرانی اصلی معمولا درباره حذف هیدروژن است تا درباره مدیریت حرارتی .

وقتی یک سلول VRLA در مد کاملاً بازترکیب در حالت شناور با شارژ بیش از حد کار می کند، عملاً هیچ واکنش شیمیایی خالصی وجود ندارد و تقریباً تمام انرژی شارژ بیش از حد منجر به تولید گرما می شود. اگر طراحی سیستم و محیط آن به گونه ای است که بتوان گرمای تولید شده را از بین برد و تعادل گرمایی قابل دسترسی باشد، قابلیت گریز حرارتی کاهش می باید. با این حال، اگر واکنش بازترکیب تا جایی افزایش یابد که نرخ تولید گرما از نرخ اتلاف گرما بیش تر شود، درجه حرارت باتری افزایش می یابد و جریان بیشتری برای حفظ ولتاژ شناور مورد نیاز است. جریان اضافی منجر به بازترکیب و تولید گرمای بیشتر شده که خود باعث افزایش بیشتر درجه حرارت باتری می شود. این فرآیند به عنوان گریز حرارتی شناخته می شود و در صورتی که بدون بازبینی رها شود می تواند منجر به خرابی فاجعه بار باتری شود. این مشکل بالقوه با افزایش درجه حرارت محیط اتصال کوتاه شدن سلول ها با عملکرد نادرست سیستم شارژ بیش تر می شود. 

شرایطی که می تواند منجر به وقوع پدیده گریز حرارتی شود شامل موارد زیر است : 

    • محیط کار غیر عادی بدون جبران سازی ولتاژ شناور 

    • تنظیم نامناسب ولتاژ شناور 

    • محدود سازی نامناسب جریان در مدار شارژ باتری 

    • سلول(های) اتصال کوتاه شده در یک رشته باتری 

    • ریپل (a.c) زیاد در مدار (d.c)

    • عملکرد نادرست شارژر 

    • عملکرد نادرست سیستم های تهویه مطبوع 

گریز حرارتی اصلاح نشده منجر به آزادسازی بیش از حد وقتی جریان شارژ در بیشترین مقادیر قرار دارد دمای باتری می تواند باعث ذوب شدن آتش سوزی یا انفجار شود. 

در حالت ایده آل، سلول های VRLA باید در یک محیط کنترل شده قرار گیرند. برای کاهش احتمال گریز حرارتی، تهویه مناسب در اطراف جداره سلول توصیه می شود. خطر گریز حرارتی را می توان با محدود کردن جریان شارژ و جبران سازی دمای ولتاژ شارژ بیشتر از این هم کاهش داد. بعضی از انواع ساختار سلول برای دفع گرما مناسب تر از انواع دیگر هستند. برای اطلاعات بیشتر با سازنده تماس بگیرید.