ΒΡΕΙΤΕ ΜΑΣ ΣΤΟ FACΕBOOK (Ηλεκτρολογικές Ενημερώσεις) ΚΑΙ ΚΑΝΤΕ LIKE

Κυριακή, 5 Μαρτίου 2017

H διαστασιολόγηση βιομηχανικών συσσωρευτών μολύβδου και η επιλογή τους από πίνακες των κατασκευαστών

Πρόλογος: Η επιλογή και διαστασιολόγηση των βιομηχανικής χρήσης συσσωρευτών μολύβδου γίνεται με συγκεκριμένα κριτήρια. Ιδιαίτερες και συγκεκριμένες παράμετροι πρέπει να λαμβάνονται υπ’όψιν σε μορφή συντελεστών πριν από την τελική επιλογή της χωρητικότητας των συσσωρευτών. Για τον ακριβή υπολογισμό καλό θα είναι οι πίνακες του συντελεστή K καθώς και του θερμοκρασιακού συντελεστή να δίνονται από τον κατασκευαστή των συσσωρευτών που επιλέγονται.

- Παράγοντες / Παράμετροι

1) Συντελεστής Κ, (δίνεται και ως Ck) (Πίνακας 2). Ο λόγος της ονομαστικής χωρητικότητας προς την ένταση του ρεύματος σε Aμπέρ, (Α), που μπορεί να τροφοδοτήσει μία πηγή στον απαιτούμενο χρόνο ‘t’.
2) Θερμοκρασιακός Συντελεστής, (δίνεται και ως CTC).(Πίνακας 3), Ο λόγος της ονομαστικής χωρητικότητας προς την χωρητικότητα που αποδίδει ο συσσωρευτής στον ίδιο χρόνο αλλά σε με θερμοκρασία t°C.
3) Συντελεστής γήρανσης, (δίνεται και ως CΑF). Υπό κανονικές συνθήκες είναι 1,25 (= 1,0/0,8) δεχόμενοι με το 80% την εναπομένουσα χωρητικότητα στο τέλος ζωής του συσσωρευτή.
4) Συντελεστής Σφάλματος σχεδιασμού, (δίνεται και ως CDM). Υπολογίζουμε συνήθως επιπλέον ένα 10% της προκύπτουσας από υπολογισμούς χωρητικότητας για ασφάλεια σε ενδεχόμενα σφάλματα ή λάθη στους υπολογισμούς / δεδομένα του φορτίου συντελεστής αυτός μπορεί να καθοριστεί από τον χρήστη.
5) Συντελεστής πιθανής υπερφόρτωσης ή μελλοντικής επέκτασης, (δίνεται και ως COL), Εφεδρική χωρητικότητα που μπορεί να απαιτηθεί μελλοντικά και είναι γνωστή, π.χ. να υποστηρίξει επιπλέον φορτία που τυχόν θα υπάρξουν. Συνήθως ορίζεται σαν 10% επιπλέον. Υπάρχει και εδώ η δυνατότητα επιλογής ανάλογα τις απαιτήσεις του χρήστη / εφαρμογής.

A) ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ

- Τα τηλεπικοινωνιακά φορτία απαιτούν σταθερό συνεχές ρεύμα για να λειτουργήσουν. Η διαδικασία υπολογισμού του κατάλληλου συσσωρευτή για εφαρμογές συνεχούς ρεύματος αναλύεται παρακάτω.

- Ένα ΠΑΡΑΔ ΕΙΓΜΑ..

1) Ρεύμα φορτίου 15Α
2) Διάρκεια λειτουργίας από συσσωρευτές 5 ώρες
3) Τάση συστήματος 48 V
4) Χαμηλότερη τάση στοιχείου συσ/τή 1,75V (συνήθως 42,00Vdc)
5) Ελάχιστη Θερμοκρασία λειτουργίας 25οC

- ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ

Βήμα 1: Υπολογισμός αριθμού των συσσωρευτών / συσσωρευτών 12V ή 6V
Αριθμός συσσωρευτών 12V = Τάση συστήματος / ονομαστική τάση μπαταρίας (=12V)
48 / 12 = 4 μπαταρίες 12V
Αριθμός συσσωρευτών 6V = Τάση συστήματος / ονομαστική τάση μπαταρίας (=6V)
48 / 6 = 8 μπαταρίες 6V

Βήμα 2 : Επιλογή του συντελεστή Κ.
Επιλέγουμε τον συντελεστή Κ από τον πίνακα 2. Για τις 5 ώρες (300 λεπτά) εκφόρτιση έως το ελάχιστο δυναμικό στοιχείου 1,75Vpc (ανά στοιχείο / per cell) (CK) έχουμε συντελεστή Κ=5,76

Βήμα 3 : Υπολογισμός σε αμπερώρια (=χωρητικότητα)
Απαιτούμενη χωρητικότητα = Ρεύμα φορτίου [Α] x Συντελεστής Κ, 15 x 5,76 = 86,4 Ah

Βήμα 4 : Απαιτήσεις θερμοκρασιακού συντελεστή. (CTC) Θερμοκρασιακός συντελεστής για 25°C είναι 1,0
Χωρητικότητα που απαιτείται για αυτή την θερμοκρασία (ΑH@CTC)= 86,4 x 1,0 = 86,4 Αh

Βήμα 5 : Απαιτήσεις συντελεστής γήρανσης
 (CAF) 86,4 x 1,25 = 108 Αh

Βήμα 6 : Επιλογή συσσωρευτή:
Επιλέγουμε συσσωρευτή που έχει χωρητικότητα όσο πιο κοντά στην υπολογισμένη αλλά ποτέ μικρότερη. Για να επιλέξουμε οι συνθήκες είναι: Θερμοκρασία 25oC, Πέρας εκφόρτισης 1,75Vpc και ο χρόνος εκφόρτισης 10 ώρες, από αναγωγή με τον συντελεστή K.

- ΣΗΜΕΙ ΩΣΗ:
Στο παράδειγμα οι συντελεστές υπερφόρτωσης και Σφάλματος σχεδιασμού δεν έχουν υπολογιστεί μιας και δεν μας δόθηκαν.

B) ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΗ ΓΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΕ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΔΙΑΛΕΙΠΤΗΣ ΠΑΡΟΧΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΓΝΩΣΤΑ ΚΑΙ ΩΣ UPS.

- Τα φορτία που σχετίζονται με UPS απαιτούν συνεχές ρεύμα για να λειτουργήσουν σε κατάσταση διακοπής του δικτύου τροφοδοσίας τους. Η διαδικασία υπολογισμού της κατάλληλης συστοιχίας για αυτές τις εφαρμογές αναλύεται παρακάτω με ένα παράδειγμα.

1) Απαιτούμενη ισχύ 2ΚVΑ
2) Συντελεστής ισχύος φορτίου 0,8 (δεν χρειάζεται εφόσον η ισχύς δίνεται σε KW)
3) Μέγιστη τάση συστοιχίας / λειτουργίας μετατροπέα 130Vdc
4) Αντίστοιχα ελάχιστη τάση 90Vdc
5) Απόδοση μετατροπέα συνεχούς σε εναλλασσόμενο, DC/AC 85%
6) Ελάχιστη τάση στοιχείου συσσωρευτή (10.5V στους 12V// 5.25V στους 6V συσ/τες) 1,75V
7) Ελάχιστη θερμοκρασία λειτουργίας 25°C
8) Χρόνος λειτουργίας / αυτονομία UPS 30 λεπτά
9) Συντελεστής γήρανσης 1,25
10) Συντελεστής σφάλματος σχεδιασμού 10%
11) Συντελεστής επιπλέον ισχύος / υπερφόρτωσης 10%
12) Τάση φόρτισης (προτεινόμενη) 108V

- ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ

Βήμα 1: Υπολογισμός της ισχύς εξόδου του UPS (WUPS):
WUPS = KVA x Συντελεστής ισχύος = 2 x 0,8 =1,6 ΚW
(Σε περίπτωση που δίνεται η ισχύς σε KW το βήμα 1 παραλείπεται)

Βήμα 2 : Υπολογισμός απαιτούμενης ισχύος της συστοιχίας συσ/των:
Wbty=[ισχύς εξόδου UPS (Watts) / απόδοση του ανορθωτή]=1600 / 0,85 =1882,4W

Βήμα 3 : Υπολογισμός του αριθμού, των συσσωρευτών :
Ελάχιστος αριθμός που απαιτείται = Ελάχιστη τάση / Ελάχιστη τάση εκφόρτισης = 90 / 10,5V = 8,57 συσσωρευτές
Μέγιστος αριθμός που απαιτείται = Μέγιστη τάση / Τάση συντηρητικής φόρτισης = 130 / 13,5 = 9,63 συσσωρευτές

Επιλογή αριθμού συσσωρευτών : 9

Βήμα 4 : Υπολογισμός της ισχύος που απαιτείται από κάθε συσσωρευτή:
WBLOC = Συνολική ισχύς / αριθμός συσσωρευτών = 1882,4 / 9 = 209,2 Watts

Βήμα 5 : Εφαρμογή του θερμοκρασιακού συντελεστή:
Τιμή θερμοκρασιακού συντελεστή στους 25 °C = 1,0
Απαιτούμενη ισχύς σε Watt = 209,2 x 1,0 = 209,2 W

Βήμα 6 : Εφαρμογή συντελεστής γήρανσης CAF
Απαιτούμενη ισχύς σε Watt = 209,2 x 1,25 = 261,5 W

Βήμα 7 : Εφαρμογή συντελεστή σφάλματος σχεδιασμού
Απαιτούμενη ισχύς σε Watt = 261,5 x 1,1 = 287,65 W

Βήμα 8 : Εφαρμογή συντελεστή υπερφόρτωσης
Απαιτούμενη ισχύς σε Watt = 287,65 x 1,1 = 316,42 W

Βήμα 9 : Επιλογή μπαταρίας
Από τα είδη των συσσωρευτών επιλέγουμε εκείνο που αποδίδει τουλάχιστο την απαιτούμενη ισχύ 316,42W, για την διάρκεια, 30min, και εάν εκφορτιστεί η τάση τέλους εκφόρτισης θα είναι πάνω από την ελάχιστη τάση 1,75Vpceod όπως δίνονται παραπάνω. Η θερμοκρασία αναφέρεται στους 25oC.

Γ) ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΥΣΤΟΙΧΙΑΣ ΓΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Τα φορτία των συσσωρευτών που σχετίζονται με εφαρμογές ηλιακών φωτοβολταΐκών έχουν απαιτήσεις ισχύος, συνεχούς τροφοδοσίας συνεχούς τάσης για μεγάλους χρόνους λειτουργίας, χωρίς τροφοδοσία από δίκτυο, ώστε να καλύπτουν φορτία κατά την διάρκεια «σκοτεινών» ημερών.

- ΠΑΡΑΔ ΕΙΓΜΑ

1) Τάση συστήματος 12 Volts
2) Ισχύς φορτίου 10 Watts
3) Ελάχιστη θερμοκρασία λειτουργίας 25 °C
4) Αριθμός μη φωτεινών ημερών (αυτονομία) 4 ημέρες
5) Λειτουργία : Συνεχόμενη (24 ώρες το 24ωρο)

- ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ

Βήμα 1: Υπολογισμός ρεύματος
Τιμή ρεύματος = Ισχύς φορτίου (Watt) / ονομαστική τάση συστήματος = 10W / 12V = 0.83A

Βήμα 2: Αναφορά του συντελεστή Κ, Με την βοήθεια του Πίνακα 2 καθορίζουμε τον συντελεστή Κ για 96 ώρες (4 ημέρες x 24 ώρες = 96 ώρες) και 1,75V ελάχιστη τάση στοιχείου.
Βρίσκουμε την τιμή του Κ = 87,3

Βήμα 3: Υπολογισμός της απαιτούμενης χωρητικότητας :
Απαιτούμενη χωρητικότητα = Τιμή ρεύματος x Συντ. Κ = 0,83 x 87,3 = 72,46 Ah

Βήμα 4 : Εφαρμογή του θερμοκρασιακού συντελεστή. Τιμή θερμοκρασιακού συντελεστή στους 25 °C = 1,0
Απαιτούμενη χωρητικότητα = 72,46 x 1,0 = 72,46 Αh

Βήμα 5 : Εφαρμογή συντελεστής γήρανσης CAF :
Απαιτούμενη χωρητικότητα = 72,46 x 1,25 = 90,58 Ah

Βήμα 6 : Εφαρμογή Συντελεστής λάθους σχεδίασης :
Απαιτούμενη χωρητικότητα = 90,58 x 1,1 = 99,64 Αh

Βήμα 7 : Εφαρμογή συντελεστή υπερφόρτωσης :
Απαιτούμενη χωρητικότητα = 99,64 x 1,1 = 109,6 Ah

Βήμα 8 : Επιλογή μπαταρίας
Επιλέγουμε τον συσσωρευτή με χωρητικότητα >109,6 Ah για εκφόρτιση 10h στους 25οC και 1,75Vpc τάση πέρατος εκφόρτισης.


Ο Bασίλης Μπακόλιας και ο Πέτρος Σερέτης εργάζονται στο τμήμα τεχνικής υποστήριξης της PowerServices, υποστηρίζοντας συστήματα UPS και ανορθωτικά συγκροτήματα της Powerware της Efore plc.