Dziś jest środa, 23 październik 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8408 +0.26% 1EUR 4.2792 +0.04% 1GBP 4.97 -0.02%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Aktualności
Cykl szkoleń z zakresu programowania sterowników SIMATIC S7-300, S7-1200
więcej
Siemensa buduje fabrykę dla Przemysłu 4.0 w Polsce
więcej
Przed nami 32. edycja targów ENERGETAB 2019
więcej
Nowy cykl szkoleń praktycznych związanych z programowaniem sterowników marki Siemens
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
23 październik 2019
LUMENexpo Targi Techniki Świetlnej  
więcej
29 październik 2019
73. edycja Seminarium dla Służb Utrzymania Ruchu  
więcej
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
20 luty 2006.

Zatroszcz się sam o rezerwowe zasilanie

Zatroszcz się sam o rezerwowe zasilanie

Baterie rezerwowe... Jedni je lubią, inni ich nie znoszą. Dają się lubić za dyspozycyjność, pozwalającą podtrzymać działanie urządzeń elektronicznych w naszym otoczeniu, nagle "zamarłych" z powodu awarii drutowej sieci zasilającej. Jednak wiele osób ma ich dosyć wtedy, gdy nie okazują "oznak życia", kiedy są najbardziej potrzebne.

Bateryjne rezerwowe zasilanie jest sposobem na życie w świecie, w którym sieć energetyczna, choć na ogół skuteczna, to nie zapewnia 100 procentowej niezawodności. W epoce masowego przetwarzania danych, globalnej informacji, telekomunikacji i Internetu, system bateryjnego zasilania rezerwowego staje się koniecznym składnikiem infrastruktury naszej cywilizacji. Zapewnia on ochronę danych systemowych i strumień dochodów przez nie generowanych. Nie do przecenienia jest też fakt zapewnienia bezpieczeństwa pacjentów w szpitalach, systemach pogotowia oraz utrzymania komunikacji podczas przerw w dopływie standardowego zasilania. Nawet w pojedynczych odbiornikach energii stosuje się bateryjne podtrzymywanie zasilania przy urządzeniach o podstawowym znaczeniu dla funkcjonowania zakładu wytwórczego czy usługowego. Co zatem należy czynić, aby mieć pewność, że nasze baterie zapewnią zasilanie, gdy zajdzie taka potrzeba? Najpierw przypomnijmy sobie, co to są baterie.

 


 
Do wytworzenia energii elektrycznej, każde ogniwo potrzebuje dwóch elektrod z różnych (przewodzących) materiałów umieszczonych w przewodzącym środowisku chemicznym (elektrolicie)

Podstawy

Bateria to zbiór ogniw wytwarzających energię elektryczną, połączonych ze sobą w uporządkowany sposób: szeregowo, równolegle lub na sposób szeregowo-równoległy. Podobnie akumulator to także zbiór elementów (zwanych celami) zdolnych do magazynowania i oddawania energii elektrycznej. Zasadniczą różnicę między akumulatorem a baterią stanowi cecha użytkowa ? akumulator można wielokrotnie ładować (napełniać) energią, zaś z baterii prądotwórczej można tylko energię czerpać. Wszystkie inne cechy są wspólne. Ogniwo galwaniczne składa się z dwu elektrod wykonanych z różnych materiałów, zanurzonych w elektrolicie. W takim układzie na elektrodach zachodzi reakcja chemiczna. Z dużym uproszczeniem można przyjąć poniższy model zjawiska. Cząsteczki elektrolitu pod wpływem wody uległy rozpadowi na jony dodatnie i ujemne. Jony te wędrują do "swoich" elektrod, tworząc warstwę przyelektrodową. W ten sposób elektroda uzyskuje potencjał elektryczny. Jony, oddając swój ładunek elektrodzie, wiążą się z materia łem elektrody i na nim pozostają lub opadają na dno. Efektem tej reakcji jest wytwarzanie energii elektrycznej. Różnica potencjałów między elektrodami jest napięciem ogniwa. Elektrolit zaś jest nośnikiem energii elektrycznej wewnątrz ogniwa.


W bateriach z ogniwami ołowiowokwasowymi jedna elektroda jest wykonana z metalicznego ołowiu, zaś drugą stanowi warstwa tlenków zanurzone w wodnym roztworze kwasu siarkowego. Tak jest zbudowany typowy akumulator samochodowy. Inne popularne ogniwa, na przykład niklowo-kadmowe, mają elektrody wykonane ze związków (lub mieszanin związków) niklu i kadmu, elektrolitem jest roztwór wodny wodorotlenku potasu. Kolejne z powszechnie stosowanych ogniw to ogniwa niklowe z wodorkami metali. Jedna elektroda to związki niklu (jak w niklowo kadmowej), a drugą stanowią wodorki innych metali, elektrolitem jest specjalna pasta przewodząca, o skomplikowanym składzie.


W tym artykule będzie mowa przede wszystkim o akumulatorach ołowiowo-kwasowych, one są bowiem obecnie najpowszechniej stosowane. W potocznym języku znamy je jako akumulatory. Mają znaczne rozmiary, są ciężkie i to ich zasadnicza wada. Będziemy się tutaj posługiwali terminem "baterie akumulatorów" lub nawet wprost słowem "baterie", rozumiejąc pod tym duże nagromadzenie (stos, magazyn) tych właśnie akumulatorów.

Zagrożenia związane z bateriami

Baterie akumulatorowe są najbardziej użytecznym, a w konsekwencji najpowszechniej używanym, niezawodnym Źródłem energii elektrycznej. Przy właściwej obsłudze i zgodnym z zasadami postępowaniu, stosy baterii są bardzo bezpieczną metodą magazynowania energii elektrycznej. Jednakże przechowywanie baterii akumulatorowych stwarza pewne bardzo poważne zagro żenia wypadkami. Miały one miejsce w przeszłości, ale też są wciąż aktualne. Dlatego zapoznanie się z zagrożeniami ma duże znaczenie, bowiem baterie akumulatorów to nie tylko niebezpieczeństwo wynikające z właściwości prądu elektrycznego.

Pierwsze zagrożenie wynika z faktu, że przechowywane baterie są stale doładowywane, a to oznacza, że pod wpływem przyłożonego z zewnątrz napięcia zachodzi proces elektrolizy wody. Na elektrodach wydzielają się gazy: na katodzie wodór, a na anodzie tlen. W ten sposób powstaje zagrożenie wybuchem, wiadomo bowiem, że określony skład mieszaniny wodoru i tlenu to najwyższe zagrożenie wybuchem, który może zainicjować byle łuk lub iskra.

Dlatego dla pomieszczeń składowych baterii akumulatorów normy państwowe wymagają tak intensywnego wentylowania, aby stężenie uwolnionego wodoru w powietrzu nie przekroczyło 1%. Według tych norm dostęp do pomieszczenia z bateriami może mieć wyłącznie upoważniony, wykwalifikowany personel. Ponadto przestrzeń wokół baterii powinna odpowiadać przepisom ustalonym dla urządzeń elektrycznych prądu przemiennego.

Procedury i wyposażenie zabezpieczające dla baterii akumulatorów

Układy zasilania rezerwowego stwarzają znaczne niebezpieczeństwo porażenia prądem. Dlatego normy bezpieczeństwa elektrycznego wymagają podjęcia odpowiednich środków ostrożności w miejscach, gdzie dokonuje się okresowych czynności, to jest przeglądów i obsługi wymaganej przez ten rodzaj urządzeń. W razie porażenia prądem stosuje się standardowy tok postępowania, typowy dla danego zakładu, zapewniający osobom poszkodowanym wygodę i opiekę do czasu przybycia wykwalifikowanego personelu medycznego. Zagadnienia bezpieczeństwa przy urządzeniach elektrycznych regulują w Polsce normy: PN-EN 60743, PN-EN 61243-1 do -5 oraz PN-80/E-08503, wszystkie w jednej grupie "Praca pod napięciem".

Praca przy układach bateryjnych także stwarza znaczące zagrożenie chemiczne ze względu na obecność mocnych kwasów (kwas siarkowy VI) lub zasad (roztwór wodny wodorotlenku potasu).

Wyposażenie używane w celu ochrony ludzi przed oparzeniem chemicznym:

- Przynajmniej okulary typu gogle, a najlepiej maski ochraniające twarz i szyję przed kroplami  kwasu/zasady.
- Fartuch z materiału odpornego na działanie kwasów i zasad.
- Rękawice ochronne z materiału odpornego na działanie kwasów i zasad.
- Obuwie chemiczne lub kalosze.
Dodatkowo oprócz środków ochrony osobistej, zapewnić należy możliwość umycia oczu lub zwilżenia wodą bezpośrednio narażonych powierzchni (rys. 3). Państwowe normy bezpieczeństwa wymagają też, aby zapewnić możliwość obmycia oczu w ciągu 10 sekund. Tak to ujmuje standard NFPA nr 70E. Z kolei przepisy ochrony zdrowia wyraźnie formułują wymaganie: "Jeżeli ciało lub oczy osoby mogą być bezpośrednio narażone na skażenie środkami żrącymi, odpowiednie urządzenia do szybkiego spłukania ciała i obmycia oczu powinny się znajdować na roboczym poziomie pracy, celem umożliwienia bezpośredniego zastosowania środków bezpieczeństwa".

W Polsce podobnie ujmują te zagadnienia normy i przepisy bhp dotyczące pomieszczeń laboratoriów chemicznych. Są jednak przygotowane dla każdej branży oddzielnie. Tak samo jest ze środkami ochrony osobistej. Poszczególne normy odnoszą się do odzieży chroniącej przed płynnymi chemikaliami (PN-EN 465), materiałów i tekstyliów na tę odzież (PN-P 04987), ochrony oczu (PN-EN 165 do PN-EN 175), rękawic (PN-EN 374-1, -2, -3), a także obuwia ochronnego, kasków, hełmów, fartuchów itp. Ta tematyka jest drobiazgowo opisana w wymienionych powyżej normach i w normach towarzyszących, które są w nich przywo ływane.

W celu zapobieżenia możliwości spowodowania eksplozji, przy wykonywaniu czynności obsługiwania baterii akumulatorów powinny być stosowane specjalne narzędzia, wykonane z odpowiednich materiałów. Materiał narzędzi musi uniemożliwiać powstanie iskry lub łuku elektrycznego i nie powinien być podatny na uszkodzenie przy zetknięciu z kwasem lub zasadą. Te narzędzia powinny być też, jeśli to możliwe, izolowane, aby nie dopuścić do porażenia prądem.


 
Stanowisko do obmycia oczu musi być umieszczone w takim miejscu, aby można było do niego dotrzeć w ciągu maksimum 10 sekund. Dojście do tego stanowiska nie powinno być utrudnione koniecznością pokonywania różnicy poziomów
 
 Tematyka ochronna ujęta jest w polskiej normie: Zapobieganie wybuchowi i ochrona przed wybuchem PN-EN 1127-1.
Dodatkowe środki ostrożności:

- Przed wejściem do pomieszczenia z bateriami należy się upewnić, że wentylacja pomieszczenia jest włączona.
- Trzeba sprawdzić, czy na miejscu jest odpowiedni odczynnik neutralizujący kwasy i zasady. Typowe to soda (wodorowęglan sodu) do kwasów oraz kwas octowy do zasad.
- W bezpośredniej bliskości baterii obowiązuje zakaz palenia, używania otwartego płomienia oraz jakichkolwiek działań, mogących spowodować powstanie łuku elektrycznego i wywołanie eksplozji.

Obsługa baterii

Procedury obsługiwania baterii nie powinny obejmować ani za wiele, ani za mało działań. Aby uniknąć tych skrajności, proponujemy interaktywny test, najpierw jednak zapoznajmy się z podstawowymi terminami i ich znaczeniem.
Napięcie ładowania. To jeden ze zwodniczych parametrów. Podczas gdy pomiar napięcia pojedynczych cel jest ważny, suma napięć wszystkich cel w baterii (łączonych szeregowo) musi być równa napięciu wyjściowemu ładowarki, wyłączając straty na oporności. To warunek, by ładowarka pracowa ła poprawnie. Ponieważ zwykły odczyt napięcia na celi niekoniecznie wskazuje na stan celi, konieczny jest inny, niestandardowy pomiar.
Pomiar gęstości elektrolitu. W procesie elektrochemicznym, zachodzącym w akumulatorze, zasadniczą rolę odgrywają jony siarczanowe (VI), powsta łe w wyniku rozpadu cząsteczek kwasu siarkowego (VI) pod wpływem wody. Podczas pracy akumulatora pewna ich ilość wchodzi w reakcję. W ten sposób w elektrolicie zmniejsza się ilość cząsteczek kwasu (zasady). Miarą zużycia elektrolitu jest spadek jego gęstości. W całkowicie naładowanym akumulatorze gęstość elektrolitu wynosi w przybliżeniu 1,24 g/cm3. Niepewność pomiaru bierze się z faktu, że gęstość elektrolitu w znacznym stopniu zależy od temperatury (polskie normy zalecają pomiary przy temperaturze 15OC. Na podstawie przeprowadzonych badań nie udało się ustalić wyraźnego związku między gęstością elektrolitu a stanem naładowania akumulatora. Mówi o tym standard IEEE 450, u nas informacje o pomiarach akumulatorów zawiera norma PN-EN 60896-2 i pokrewne przywołane w niej.
Pomiar prądu ładowania. Utrzymywanie baterii akumulatorów w gotowości polega na ich stałym podłączeniu do układu ładującego. Pozostawiona sobie bateria stale znajdowałaby się w stanie samoroz ładowywania, natomiast ładowarka usiłuje utrzymać baterie w stanie pełnego naładowania. Natężenie prądu płynącego w obwodzie ładującym jest (jak każdy prąd) wynikiem przyłożonego napięcia, czyli różnicy potencjałów. W tym przypadku dotyczy to różnicy potencjałów między biegunami ładowarki i baterii. Doładowywane baterie ołowiowe wykazują tendencję do osiągania stanu niestabilności cieplnej. Jeżeli prąd w obwodzie wzrasta wskutek na przykład spadku oporności, wzrasta jednocześnie temperatura elektrolitu. Podgrzanie elektrolitu skutkuje z kolei wzrostem natężenia prądu, co znowu podnosi temperaturę elektrolitu. I chociaż sam elektrolit na skutek dużej pojemności cieplnej spowalnia ów proces wzrostu temperatury, to jednak taka niestabilność może doprowadzić do awarii. Nadmierny wzrost temperatury elektrolitu może doprowadzić do uszkodzenia elektrody, a zatem do przerwania obwodu elektrycznego układu ładowarka ? stos baterii. Takie zdarzenie może wystąpić na przestrzeni jednego do czterech miesięcy. Dlatego okresowy pomiar prądu jest tak ważny. Ze względu na opisane zachowanie akumulatorów ołowiowych, nowe nieużywane jeszcze akumulatory przechowuje się na sucho, to jest bez elektrolitu, a producent dostarcza je w stanie naładowanym.
Pomiar tętnień prądu. Tętnienia prądu są efektem ubocznym pracy ładowarki. Ładowarka, jako urządzenie zasilane prądem przemiennym, musi przetworzyć ten prąd na prąd stały. Powstałe przy tym tętnienia prądu na wyjściu z ładowarki są usuwane przez filtry. W ciągu długiego czasu eksploatacji filtry ulegają zużyciu, przez co tętnienia, początkowo śladowe, wzrastają do znacznych wartości i niekorzystnie oddziaływują na baterie. Jest to oddziaływanie podobne jak w przypadku wzrostu prądu ładowania. Jeśli tętnienia prądu wzrosną ponad wartość 5A (wartości skutecznej) na każde 100 Ah pojemności akumulatorów w baterii, wzrasta wtedy temperatura baterii, co skraca jej żywotność. Dlatego obserwacja i pomiary tętnień pomagają w utrzymywaniu baterii akumulatorów we właściwym stanie, to jest w gotowości do użycia. Gdy wartość tętnień przekroczy podaną tutaj granicę, należy naprawić lub wymienić ładowarkę. Przed tym powinniśmy sprawdzić stan elektrolitycznych kondensatorów w filtrach ładowarki.

Pomiary oporności połączeń między ogniwami w baterii odgrywają bardzo ważną rolę w programie utrzymania baterii akumulatorów. Ten pomiar ma nam potwierdzić integralność całego połączenia między celami, czyli zarówno oporność samej metalowej taśmy mostkującej, jak i zacisków na słupkach. Dlatego przewody omomierza musimy dołączyć do słupków elektrod. Przy tym pomiarze napięcie obecne na połączeniach jest pomijalne. Jednak mierzenie napięcia między połączonymi taśmą słupkami przed pomiarem oporności umożliwia potwierdzenie, że pomiar oporności będzie przeprowadzony prawidłowo, zapewnia również odpowiedni poziom bezpieczeństwa. Jeśli oporność wychodzi poza górną granicę zakresu pomiarowego (?om), połączenie jest niewłaściwe i należy go poprawić. Przy okazji należy zwrócić uwagę na brązowo-czerwoną substancję na słupkach baterii. Jest ona nakładana po wykonaniu połączeń międzybateryjnych i stanowi zabezpieczenie przed korozją. Jest to też ważny element czynności utrzymania ruchu baterii akumulatorów
 
Temperatura. Oddziaływanie granicznych wartości temperatury powoduje zarówno wewnętrzny (w ogniwach), jak i zewnętrzny (w otoczeniu) intensywnie niszczący wpływ na trwałość baterii. Większość baterii ma przewidywaną trwałość około 20 lat pracy w temperaturze zbliżonej do 25OC. Każde 10OC wzrostu temperatury skraca jego życie o połowę. Wzrost temperatury skutkuje szybszą korozją elementów akumulatora i przewodów oraz wieloma innymi uszkodzeniami.
Prąd i czas rozładowania. Stałe bezpośrednie obserwowanie prądu rozładowania i sumowanie w czasie pozwala na określenie ilości oddanej energii. Dodatkową korzyścią z tego sumowania jest szacunkowa informacja o prawdopodobnej pojemności baterii. Jednakże jedynym sposobem na sprawdzenie aktualnej pojemności baterii jest test na rozładowanie.

Oporność połączeń między ogniwami (celami).

Jest to jeden z najważniejszych parametrów mówiących o jakości bateryjnego układu rezerwowego zasilania. Okazuje się, że ponad 50% awarii układów rezerwowego zasilania polegało na poluzowaniu lub korozji połączeń międzyogniwowych. Te awarie były przypisywane częstym przerwom i/lub cyklom rozładowania i doładowania, które powodowały, że ołowiane pręty na przemian rozszerzały się i kurczyły. Sprawdzenie oporności między ogniwami jest proste i może być wykonywane razem z innymi próbami, na przykład sprawdzania impedancji (oporności całkowitej), bądź też jako test samodzielny przy użyciu bardzo czułego omomierza (zakres rzędu ?om). Celem zmniejszenia zmęczenia materiałowego przyłączy wskutek cyklicznego ładowania ? rozładowywania baterii, wytwórcy akumulatorów zalecają stosowanie zacisków śrubowych.
Sprawdzenie pojemności (test obciążenia). To jedyna metoda na określenie aktualnej pojemności elektrycznej układu rezerwowego zasilania ? baterii akumulatorów. Ujemną stroną tej metody jest to, że zależnie od sposobu zabiera wiele czasu bądź wymaga intensywnych i kosztownych prac laboratoryjnych. W dodatku każde takie sprawdzenie skraca czas życia baterii. Z tego względu większość producentów zaleca jego przeprowadzanie raz na 3 do 5 lat.

 

Pełna treść artykułu znajdą Państwo w lutowym wydaniu Utrzymania Ruchu. Zachęcamy do lektury. 

Źródło: Utrzymanie Ruchu
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl