De multe ori ne întâlnim în practică cu situații în care beneficiarii sau chiar proiectanții unui sistem de electroalimentare / backup în curent continuu folosesc ca referință standardele și practicile anilor '70 – '80. În cele mai multe cazuri sistemele sunt funcționale, dar modul de exploatare este departe de cel optim. Efectele neplăcute pot fi de la defectarea prematură a acumulatorilor până la căderi frecvente ale sistemului. Prin activarea unora din funcționalitățile disponibile în redresoarele moderne se pot obține beneficii importante, cum ar fi creșterea gradului de disponibilitate, scăderea numărului de intervenții, reducerea costurilor de exploatare. Vom enumera pe scurt în continuare problemele cele mai frecvent întâlnite și modul în care ar trebui tratate.
Încărcarea acumulatorilor cu compensare în temperatură
Tensiunile de încărcare recomandate de producători se referă de obicei la o temperatură a bateriei de 25°C. Sub această temperatură acumulatorii necesită o tensiune de încărcare mai mare decât cea nominală. La temperaturi mici încărcarea la tensiunea nominală nu va fi suficientă, acumulatorii neîncărcându-se cum trebuie, rezultatul vizibil fiind o capacitate redusă de a genera curent când este cazul, iar pe termen mediu și lung o sulfatare accentuată care distruge acumulatorul prematur. La temperaturi peste 25°C tensiunea de încărcare trebuie să fie mai mică decât cea nominală. Aplicând o tensiune de încărcare nominală la temperaturi ridicate, se va degaja foarte multă căldură, acumulatorul se va ambala termic și va apărea fenomenul de supraîncărcare, care duce la distrugerea sa rapidă. Alte fenomene asociate care pot apărea în acest caz sunt evaporarea apei din electrolit și deformarea fizică (umflarea) bateriilor.
Rezolvare: Implementarea unui sistem adecvat de ajustare a tensiunii de încărcare funcție de temperatură. Un senzor de temperatură montat pe borna unuia din acumulatori citește temperatura și o transmite la redresor. Acesta ajustează dinamic tensiunea de încărcare, ținând cont de coeficientul de corecție recomandat de producătorul acumulatorului, dat în mV/oC/Celulă. Este important ca senzorul să nu măsoare temperatura mediului ci pe cea a acumulatorului, pentru că în timpul încărcării temperatura acumulatorilor crește peste temperatura mediului! Pentru a evita posibilitatea ieșirii tensiunii de încărcare din gama admisibilă, sistemele moderne permit programarea unor puncte (în tensiune sau temperatură) de la care compensarea va fi suspendată. Peste (sau sub) punctul programat tensiunea nu va mai scădea, respectiv creşte.
Controlerele din gama Cordex au în funcție de model minim 2 intrări analogice pentru conectarea unor senzori de temperatură. Toate funcțiile descrise mai sus sunt disponibile, inclusiv posibilitatea de activa compensarea doar în anumite regimuri de funcționare (float, egalizare, boost)
Optimizarea curentului de încărcare al bateriei
După cum se știe, fiecare acumulator permite un curent maxim de încărcare. Depășirea acestui curent duce la apariția unui șir de fenomene chimice care distrug rapid acumulatorul. Majoritatea redresoarelor măsoară curentul total debitat, dar nu toate știu să determine cât din acesta se duce spre baterie și cât spre sarcină. Pentru a obține această informație este necesară separarea celor două căi de alimentare (spre baterie respectiv spre sarcină) și introducerea unui șunt separat pe una din ele. Citirea curentului prin acest șunt îi permite redresorului să știe în timp real valoarea curentului prin baterie și să ia măsurile adecvate. Din motive de siguranță, șunturile se folosesc doar în sisteme cu tensiunea nominală de până la 48Vcc. La sistemele de 110Vcc și 220Vcc, în loc de șunturi se utilizează transformatoare de curent cu efect Hall (transducer).
Rezolvare: Utilizarea unui sistem de monitorizare a curentului prin baterie și a unui redresor setat corespunzător, care să fie apt să ajusteze dinamic curentul de încărcare la valoarea optimă. Ajustarea curentului prin baterie se face prin varierea tensiunii sistemului, în interiorul plajei admisibile.
Controlerele din gama Cordex au implementate din fabrică funcția de monitorizare și reglare a curentului prin baterie, având intrări analogice pentru citirea curentului de sarcină sau de baterie. Gama de șunturi utilizabile este largă, existând posibilitatea de a se face o calibrare pe teren.
NOTĂ: În sistemele în care bateria şi sarcina sunt legate la redresor în acelaşi punct (fără posibilitatea de a determina separat curentul pe fiecare cale) limitarea curentului de încărcare se poate face doar prin limitarea curentului total al sistemului. Această metodă are mai multe neajunsuri, nefiind indicată decât ca măsură extremă.
Protejarea bateriei împotriva descărcării excesive
În timpul descărcării bateriei, nu este permis ca tensiunea acesteia să scadă sub o anumită valoare, de obicei 1,75V/celulă. Sub această valoare bateria suferă modificări ireversibile, nemaifiind aptă să performeze ulterior în parametri. La proiectare se ține cont de acest lucru, dar în cazul unor pene de tensiune îndelungate există pericolul real ca să se ajunga la supradescărcare.
Rezolvare: Metoda universal utilizată este decuplarea bateriei la atingerea tensiunii critice. Procedeul este cunoscut sub denumirea Low Voltage Disconnect (LVD). În acest caz, alimentarea bateriei se face printr-un contactor de putere. Acesta este comandat de redresor, care monitorizează starea bateriei și dă comanda de decuplare în funcție de tensiunea setată. La revenirea tensiunii de rețea și pornirea redresorului, contactorul va recupla bateria în mod automat.
Controlerele Cordex au implementate din fabrică funcția de control LVD. Se pot comanda chiar mai multe contactoare separat – de exemplu la un anumit grad de descărcare se decuplează consumatorii neprioritari pentru a asigura autonomie mai mare consumatorilor critici. Există de asemenea un sistem de avertizare înainte de decuplarea bateriei, în cadrul căruia operatorul să poate inhiba declanşarea contactorului.
Monitorizarea și testarea bateriei de acumulatori
Chiar și în cazul unui sistem proiectat și exploatat bine, există posibilitatea ca la un moment dat în timp unul din acumulatorii din șir să dea semne de oboseală. O problemă minoră poate deveni în timp scurt o problemă majoră care se propagă rapid la ceilalţi acumulatori din sistem.
Rezolvare: Depistarea în stadiul incipient al problemelor prin monitorizarea bateriei de acumulatori şi intervenția promptă în cazul apariției unei probleme. Metodele de monitorizare au fost prezentate în acest articol https://www.alphapower.ro/blog/monitorizarea-bateriei-de-acumulatori . Dacă nu există disponibilitate pentru implementarea uneia din metodele mai complexe, programarea unui test periodic de descărcare și analiza rezultatelor poate oferi o imagine a stării generale bateriei.
Controlerele redresoarelor din portofoliul Alphapower monitorizează şi înregistrează automat peste 10 parametri specifici bateriei (curent, tensiune, temperatură, etc.). Parametrii sunt analizaţi în timp real, iar pe baza lor controlerul optimizează regimul de lucru. Există de asemenea posibilitatea de a programa iniţierea automată periodică un test de baterie. În cadrul acestui test bateria se descarcă pe sarcina existentă, iar în final se generează un raport care caracterizează starea de sănătate a bateriei, inclusiv capacitatea ei efectivă la momentul testului.
Monitorizarea de la distanță a sistemului
Conform normativelor, alarmele considerate a fi importante (max. 4 – 5) sunt transmise la sistemele SCADA prin intermediul contactelor de alarmare. În realitate există numeroase alte alarme care pot indica o problemă majoră în funcționarea sistemului. Pentru a nu transmite zeci sau sute de alarme, sistemele moderne împart alarmele în majore – cele care sunt critice si necesită o intervenție imediată, respectiv minore – care trebuie rezolvate, dar nu pun în pericol imediat funcționarea sistemului. Monitorizarea și transmiterea în acest mod a tuturor alarmelor relevante din sistem dă rezultate mult mai bune sub raportul fiabilizării sistemului decât supravegherea celor câteva alarme transmise de obicei. În cazul apariției unei alarme majore la un sistem în exploatare, dispecerul se poate conecta prin Internet la sistemul respectiv pentru a investiga în amănunt situația și a determina dacă e cazul unei intervenții pe teren sau nu.
În situațiile unde normele de exploatare permit, folosirea protocolului SNMP face ușoară monitorizarea prin Internet a sute sau chiar mii de sisteme de electroalimentare din locații diferite.
Înregistrarea și analiza parametrilor de funcționare
După punerea în funcțiune și recepție este indicat să se inspecteze periodic jurnalele de funcționare ale sistemului în vederea depistării unor eventuale probleme repetitive care pot apărea din cauza unor factori externi: supratensiuni de rețea, suprasarcini, alarme inexplicabile, etc. . În urma analizei acestor date se pot lua măsuri în direcția eliminării factorilor de risc externi.
Alegerea unei topologii care conferă fiabilitate sistemului
- Redundanța Normativele prevăd echiparea sistemelor industriale de electroalimentare cu un sistem redundant de redresoare, fapt rezolvat în cele mai multe cazuri de dotarea cu 2 redresoare – topologie denumită și redundanță 1+1. Această abordare rezolvă problema, dar nu neapărat în cel mai optim mod. Două redresoare independente pot funcționa cu ieșirile legate împreună doar în regim Master-Slave, ceea ce înseamnă că unul va debita curentul necesar aplicației iar celălat se va uza și va consuma curent mergând în gol. Costurile achiziției sunt duble raportate la costul unui singur redresor. Dacă se optează pentru un sistem modular, cu N module redresoare de putere mică conectate la aceeași bară de ieșire, se poate obține o redundanță N+1, N+2, etc. la un cost mult mai mic decât în cazul redundanței 1+1, în condițiile unei siguranțe în exploatare mai mari. N este numărul de module cu care se obține puterea necesară aplicației. În cazul defectării unui modul la un sistem N+1, acesta funcționează în continuare debitând puterea nominală.
- Lipsa fazelor Un redresor trifazat clasic va înceta să funcționeze în momentul în care una din faze lipsește. Dacă redresorul este realizat din mai multe module redresoare monofazate alimentate separat din faze diferite, acesta va continua să funcționeze cu una sau chiar și cu două faze lipsă. Singura problemă va fi curentul mai mic debitat, corespunzător puterii modulelor alimentate.
- Echiparea cu disjunctoare separate pe fazele de intrare ale redresorului, în loc de un disjunctor trifazat. Această metodă funcționează doar la sistemele redresoare trifazate echipate cu module monofazate. În cazul apariției unui scurtcircuit pe intrare, se va întrerupe alimentarea doar pe faza cu probleme, celelalte module funcționând în continuare.
- Dispozitive adecvate de protecție Toate redresoarele sunt echipate din fabricație cu un anumit tip de protecție împotriva supratensiunilor. Fără a intra în amănunte, de multe ori acestea nu au cum să acopere toate tipurile de situații întâlnite în practică (supratensiuni atmosferice, lipsă nul, etc.). Este indicat să se ia măsuri de protecție adecvate în amonte de redresor, nu să se lase totul în sarcina protecțiilor interne.
- Evitarea unor sisteme care au un punct vulnerabil (tip Single Point of Failure), care dacă s-ar defecta ar produce căderea sistemului. Redresoarele modulare pot funcționa atâta timp cât mai există un modul valid care debitează curent. De asemenea, defectarea controlerului de sistem duce doar la întreruperea unor funcționalități, dar în nici un caz nu lasă redresorul fără tensiune la ieșire.
