直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)配套充電機充電蓄電池設(shè)計
2017-7-6 8:52:03??????點擊：
目前,直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)配置的充電機充電蓄電池主要是閥控式密封充電機充電鉛酸蓄電池。文中對充電機充電鉛酸蓄電池的選用原則、各類充電機充電鉛酸蓄電池的對比、主要技術(shù)指標、使用壽命以及充電機充電蓄電池的保護、直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)安裝環(huán)境要求等做了簡單介紹,并以實例介紹了充電機充電電池容量的計算方法。最后,簡述了直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)充電機充電電池開關(guān)的設(shè)計和選型。
1 直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)配套充電機充電蓄電池概述
直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設(shè)備以及以它為核心的整個供電系統(tǒng),是滿足數(shù)據(jù)中心供電質(zhì)量的最核心部分,而充電機充電蓄電池又是整個系統(tǒng)中最重要的組成之一,是整個供電系統(tǒng)的“最后一道屏障”。特別值得注意的是,在直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)系統(tǒng)的故障中,與充電機充電蓄電池有關(guān)的原因占30%以上,因此對充電機充電蓄電池設(shè)計、選配、維護等進行規(guī)范化有著重要的意義。
對充電機充電蓄電池的基本原理、特性、選配原則、設(shè)計計算、直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)安裝、維護等相關(guān)事宜給出指導性原則和規(guī)范,對延長充電機充電蓄電池的使用壽命和確保數(shù)據(jù)機房直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設(shè)備的安全穩(wěn)定運行具有重大意義,最終保障直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)系統(tǒng)不停電功能的實現(xiàn)。
目前直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)配置的充電機充電蓄電池主要是閥控式密封充電機充電鉛酸電池(VRLA),但隨著充電機充電電池技術(shù)的發(fā)展和完善,充電機充電鋰電池和燃料充電機充電電池也逐漸成為用戶的在未來的選擇之一。
直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)充電機充電蓄電池的選擇和設(shè)計必須充分考慮到現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的特點和發(fā)展趨勢,并符合下述原則:
(1)短時間恒功率輸出特性卓越
卓越的短時間(通常≤30min)恒功率輸出特性,意味著在滿足相同負載后備時間要求下可減小充電機充電電池的容量,從而降低充電機充電蓄電池成本;或采用相同容量的充電機充電電池配置,可增加直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)系統(tǒng)總后備時間。
(2)高能量密度
選配合適的充電機充電電池類型和容量、設(shè)計合理的組裝結(jié)構(gòu),最優(yōu)化的利用機房空間,提高充電機充電蓄電池組的整體能量密度,有利于降低機房面積和成本。
(3)高穩(wěn)定性
充電機充電蓄電池在有效壽命期間內(nèi),應(yīng)有較低的故障率,盡量避免因個別充電機充電蓄電池的故障或突然失效而造成的維修或更換,這對整個充電機充電蓄電池系統(tǒng)的后期安全穩(wěn)定具有重大意義。
(4)防火阻燃
數(shù)據(jù)中心的直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)充電機充電電池外殼塑料材質(zhì)應(yīng)滿足V0級阻燃標準,充電機充電電池端子、連接件及輸出母線端子所有裸露金屬部分應(yīng)全部做絕緣保護處理,充電機充電電池架需接地。
(5)一致性
直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)充電機充電電池組的各單體的容量、開路電壓、浮充電壓等指標的一致性應(yīng)符合相關(guān)標準。
(6)抗震性
直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)充電機充電電池組架設(shè)計滿足抗8級烈度要求,充電機充電電池之間連接建議采用軟連接。
(7)便于直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)安裝與擴容
充電機充電蓄電池的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計及專用直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)安裝工具的提供,可降低整體直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)安裝成本。充電機充電電池組擺放位置和充電機充電電池組架的設(shè)計應(yīng)預(yù)留后期擴容的位置需求。
(8)便于維護及更換
充電機充電電池組擺放及維護通道的距離,應(yīng)滿足日常維護及充電機充電電池更換的要求。
(9)長使用壽命
直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)充電機充電電池應(yīng)有合理的使用壽命要求,過短的使用壽命將增加直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性及成本。
2 VRLA充電機充電蓄電池的種類
作為后備用途的VRLA充電機充電電池按單體電壓等級分為2V、6V、12V等系列。按固定電解液的方式可分為AGM(超細玻璃纖維)充電機充電電池和GEL(膠體)充電機充電電池,其對比分別見表1和表2。
表1 2V, 6V、12V系列電池性能對比表
|
序號 |
性能參數(shù) |
2V電池 |
I2V(6V)電池 |
|
) |
極板厚度(mm) |
3.5?5.0 |
2.0-3.0 |
|
2 |
電解液比盧(g/ml) |
平均丨.28-丨.31 |
平均丨.24 |
|
3 |
外殼材質(zhì) |
ABS 或 PP |
ABS |
|
4 |
安裝方式 |
立式或臥式 |
立式 |
|
5 |
單體電壓(V) |
2 |
12(6) |
|
6 |
單體容貴(Ah) |
100?3000 |
*￡300 |
|
7 |
大電流放電性能 |
差 |
好 |
|
3 |
占地面積 |
比I2W)電池高io~m |
小 |
|
4 |
重貴 |
比12V(6V)電池高丨0?丨5% |
小 |
|
5 |
設(shè)計壽命(年） |
15-20 |
8 - 10 |
|
6 |
實際壽命(年） |
8-10 |
3~6 |
|
7 |
投資額/年 |
低 |
|
表2 AGM、GEL電池性能對比表
|
比較項目 |
AGM鉛酸蓄電池 |
膠體蓄電池 |
|
電池外殼 |
ABS 或 PP |
ABS |
|
隔板 |
AGM |
PVC等 |
|
正極極結(jié)構(gòu) |
平板涂音式 |
平板涂*式或疔式 |
|
負極板 |
平板涂青式 |
平板涂音式 |
|
電解質(zhì) |
硫酸溶液(液態(tài)> |
固態(tài)膠體 |
|
電解液固定方式 |
電解液吸附在多孔的玻璃隔板內(nèi),呈不泡和狀態(tài) |
納米級的氣相二氧化硅作為電解質(zhì)的載體，電解 質(zhì)和氣相二氧化硅形成網(wǎng)狀的鍵結(jié)構(gòu) |
|
電解液量 |
比富液式儲液量少 |
與富液式電池相同 |
|
電解液比重 |
平均丨.30—丨.35g/ml |
平均 1.24?i.30g/ml |
|
浮充電壓 |
|
2.20-2.25\?7單格,25*0 |
|
循環(huán)性能 |
低 |
提高 20% ^25% |
|
一致性 |
優(yōu)良 |
初期使用一致性稍差，兩年后達到最佳狀態(tài) |
|
溫度范圍 |
-20-45C |
-35 ~ 45 |
|
體積 |
小 |
比AGM蓄電池大1〇%~ 15% |
|
重童 |
小 |
比AGM蓄電池大10%?15% |
|
恒功率放電 |
高 |
比AGM蓄電池低20%?^^山命‘厥丨千化丨’卜了 |
(1)充電機充電蓄電池主要技術(shù)指標
?、僬９ぷ鳁l件
工作溫度:-15～+45℃;
充電機充電蓄電池貯存溫度:5～+40℃;
相對濕度:≤90%(25℃);
②直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)安裝方式
可滿足立式或臥式直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)安裝條件。
充電機充電蓄電池抗震加固應(yīng)符合YD5096-2005《通信用電源設(shè)備抗地震性能檢測規(guī)范》的要求;
?、鄢潆姍C充電蓄電池組按照“YD/T799-2010”規(guī)定的相關(guān)方法試驗,10h率容量第一次循環(huán)不低于0.95C10,在第三次循環(huán)應(yīng)達到C10,3h和1h率的容量應(yīng)分別在第四次和第五次以前達到,放電終止電壓應(yīng)符合表3的規(guī)定;
表3
鉛酸蓄電池的放電終止電壓
放電率
蓄電池放電單體終止電壓（V)
IOh
1.80
3U
1.80
Hi
I 75
?、軠囟忍匦?/span>
充電機充電蓄電池在工作環(huán)境溫度為0℃時的容量應(yīng)不低于該充電機充電電池實際容量(25℃時的C10)的80%;
⑤容量保存率
充電機充電蓄電池靜置28天后其容量保存率不低于96%;
?、廾芊夥磻?yīng)效率
充電機充電蓄電池密封反應(yīng)效率應(yīng)不低于97%;
?、叱潆姍C充電蓄電池端電壓的均衡性
單體充電機充電蓄電池和由若干個單體組成一體的組合充電機充電蓄電池,其各充電機充電電池間的開路電壓最高與最低差值不大于20mV(2V)、100mV(12V)。充電機充電蓄電池組進入浮充狀態(tài)24h后,各充電機充電蓄電池之間的端電壓差值不大于90mV(2V)、480mV(12V);
?、喑潆姍C充電電池連接條壓降
充電機充電蓄電池按1h率電流放電,在兩只充電機充電電池極柱根部測量的充電機充電電池之間的連接條電壓降≤10mV;
⑨防酸霧性能
充電機充電蓄電池在正常浮充工作過程中應(yīng)無酸霧逸出;
?、夥辣阅?/span>
充電機充電蓄電池在充電過程中遇有明火,內(nèi)部應(yīng)不引燃、不引爆;
阻燃性能
充電機充電蓄電池殼、蓋應(yīng)符合GB/T2408-1996中的第8.3.2FH-1(水平級)和第9.3.2FV-0(垂直級)的要求。充電機充電電池連接線或充電機充電電池連接片護套應(yīng)選擇阻燃性材料;
氣密性
充電機充電蓄電池應(yīng)能承受50kPa的正壓或負壓而不破裂、不開膠,壓力釋放后殼體無殘余變形;安全閥要求充電機充電蓄電池安全閥應(yīng)具有自動開啟和自動關(guān)閉的功能,其開閥壓應(yīng)是10～35kPa,閉閥壓應(yīng)是3～15kPa。
充電機充電蓄電池外觀不得有變形、漏液、裂紋及污跡,標志要清晰;
過放電性能要求
以C10電流放電至接近0V,短接24h,再用2.35V/單體恒壓限流C10充48h然后進行C10容量檢測,連續(xù)進行五次循環(huán)后充電機充電蓄電池實放容量應(yīng)不小于0.90C10實際容量(25℃時C10)。
(2)使用壽命
在充電機充電電池的實際使用過程中,當充電機充電電池的實際放電容量低于額定容量的80%,即認為該充電機充電電池失效或壽命終止。
幾種典型的失效模式如下:
?、侔鍠鸥g
充電機充電蓄電池正極板柵在浮充使用時會產(chǎn)生腐蝕,當腐蝕深度達到極板厚度的50%時,充電機充電蓄電池壽命終止。同時在腐蝕過程中,正極板柵會產(chǎn)生變形和伸長,稱為正極板柵增長,導致板柵筋條斷裂,容量將完全喪失;
②負極板極耳和連接條(匯流條)腐蝕負極板極耳和連接條(匯流條)表面會因為氧氣再化合反應(yīng)和電解液中的硫酸鹽雜質(zhì)引起化學腐蝕。同時在高電流密度下放電時,負極很容易發(fā)生鈍化,使得電極表面變成孔隙小的致密層;
③失水干涸失水的原因有:
?過充電產(chǎn)生的氣體析出;
?從充電機充電電池殼體中滲出水;
?板柵腐蝕消耗水;
?自放電損失水。
其中過充電造成的氣體析出是實際使用中充電機充電電池失水干涸,造成充電機充電電池容量下降的最主要原因。
?、軣崾Э?/span>
若閥控充電機充電鉛酸蓄電池長時間處于環(huán)境溫度過高或充電設(shè)備電壓失控的狀況下,會造成充電機充電電池內(nèi)部溫度過高,此時充電機充電電池內(nèi)阻下降,充電電流又會進一步升高,內(nèi)阻進一步降低,如此反復(fù)形成惡性循環(huán)。
熱失控會使充電機充電電池殼體嚴重變形、漲裂。為杜絕熱失控的發(fā)生,要采用相應(yīng)的措施:
?充電設(shè)備應(yīng)有溫度補償功能或限流功能;
?嚴格控制安全閥質(zhì)量,以使充電機充電電池內(nèi)部氣體正常排出;
?充電機充電蓄電池要設(shè)置在通風良好的位置,并控制充電機充電電池溫度。
?、葚摌O硫酸鹽化
當充電機充電蓄電池經(jīng)常處于放電后擱置造成的充電不足或過放電時,負極就會逐漸形成一種粗大堅硬的硫酸鉛,用常規(guī)方法充電很難使它轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì),從而減少了充電機充電電池容量,甚至成為充電機充電蓄電池壽命終止的原因,這種現(xiàn)象稱為“不可逆硫酸鹽化”。
4 充電機充電電池容量計算方法
(1)恒功率法(查表法)
恒功率法(查表法)是直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)充電機充電蓄電池容量計算的最常用方法。
充電機充電蓄電池恒功率數(shù)據(jù)都來自于新充電機充電電池試驗數(shù)據(jù),恒功率法(查表法)并沒有考慮充電機充電蓄電池的折舊以及溫度的變化,故該方法適用于直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)充電機充電蓄電池運行環(huán)境穩(wěn)定,且直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)負荷長時間在額定容量80%以下運行時選用。
?、儆嬎愎?/span>
恒功率法是能量守恒定律的體現(xiàn),充電機充電蓄電池提供的功率等于或大于負荷消耗的功率,即
P負荷≤P充電機充電電池 (1)
式中,P充電機充電電池--充電機充電電池實際試驗的恒功率數(shù)據(jù);
P 負荷--充電機充電電池組提供的總功率,主要是負荷消耗的功率。
當以直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)為負荷時,P負荷可表示為 (2)
式中,P(VA)--直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)標稱容量(VA);
PF--直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)功率因數(shù);
η--逆變電源轉(zhuǎn)換效率。
每個充電機充電電池單體需要提供的功率為(3)
式中,Pnc--每個單體需要提供的功率;
n--機器配置的充電機充電電池數(shù)量;
N—每節(jié)充電機充電電池的單體充電機充電電池數(shù)。如12V充電機充電電池是由6個2V單體充電機充電電池組成的,則N=6;
?、谟嬎銓嵗?/span>
100kVA 直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng),后備時間30min,計算充電機充電電池配置。
首先確認參數(shù)要求:
?恒功率數(shù)據(jù)表(25℃,充電機充電電池單體終止電壓Umin=1.70V);
?直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的逆變效率η;
?直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)單組充電機充電電池只數(shù)n。
查恒功率放電數(shù)據(jù)表(表4),可得到如下的配置方案:
表4 UPS NP(UPS專用/標準型〉恒功率放電性能(25七）
|
電池型號 |
終止電壓(V) |
放電時間(min) |
||||
|
5 |
10 |
15 |
20 |
30 |
||
|
I2NP100 |
1.85 |
377 |
317 |
263 |
239 |
177 |
|
1.80 |
465 |
349 |
292 |
248 |
187 |
|
|
1.75 |
497 |
369 |
302 |
254 |
193 |
|
|
1.70 |
514 |
382 |
315 |
260 |
198 |
|
|
1.65 |
524 |
393 |
320 |
263 |
200 |
|
|
1.60 |
531 |
402 |
325 |
|
|
|
由式(2)和式(3)可得
選用12NP100型充電機充電蓄電池,查表(4),在Umin=1.70V,放電時間30min,單格恒功率為198W。
將P(VA)=100kVA=100×103VA、PF=0.8、N=6、n=36、η=0.95代入式(4)
得Pnc=390(W)
兩組12NP-100充電機充電蓄電池(每組36只)恒功率198×2=396>390(W),滿足直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)運行30min的后備時間,或者選擇一組12NP-200充電機充電蓄電池(每組36只)。
(2)估算法
該方法是和電力公式和充電機充電蓄電池容量概念的體現(xiàn)。根據(jù)已經(jīng)確定的直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)品牌及型號,可知充電機充電蓄電池組最低電壓Umin。
?、儆嬎愎?/span>
式中，
C10—充電機充電蓄電池10小時率容量;
KCh—容量換算系數(shù)(1/h),根據(jù)充電機充電蓄電池不同、放電時率不同,在放電終止電壓下,充電機充電電池的容量換算系數(shù)。
在直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)系統(tǒng)中,多數(shù)情況負荷容量是保持不變的,而充電機充電電池組的功率隨著放電時間逐漸降低,根據(jù)P=UI可知,為提供恒定的負荷容量,充電機充電電池組放電電流將逐漸增大。為了計算方便,我們選擇充電機充電蓄電池組的最大工作電流為我們的計算數(shù)據(jù)。
具體計算如下:
式中,Imax--充電機充電電池組提供最大電流;
Umin--充電機充電電池組最低工作電壓值。
從估算法的計算公式可以看出,由于采用了充電機充電電池組最低工作電壓值Umin,所以會導致要求的充電機充電蓄電池組的安時容量偏大的情況。這是因為當充電機充電蓄電池在剛放電時所需的放電電流明顯小于Imax的緣故。
按目前的使用經(jīng)驗,可以在計算出C10值的基礎(chǔ)上再乘以0.75的校正系數(shù);
?、谟嬎銓嵗?/span>
100kVA的直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng),后備時間30min,計算充電機充電電池配置。
根據(jù)公式計算如下:
將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式(7)得
由式(6)可得C10=Imax/KCh=229÷0.9=255(Ah)
根據(jù)經(jīng)驗還要乘以0.75的系數(shù)校正,結(jié)果C10=191(Ah),可選擇12NP-100充電機充電電池2組或者1組12NP-200充電機充電電池。
(3)電源法
該方法是在所介紹的直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)后備充電機充電蓄電池容量計算方法中唯一標準(通信電源設(shè)備直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)安裝工程設(shè)計規(guī)范YD/T5040-2005)支持的方法。該方法比估算法更全面考慮直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)充電機充電電池在整個服役期間的充電機充電電池狀態(tài),在充電機充電電池運行環(huán)境溫度變化較大時,更能準確計算出充電機充電電池的容量。
?、倬唧w計算
上面兩式中,I—充電機充電電池組電流(A);
Q—充電機充電電池組容量(Ah);
PF—功率因數(shù),取值0.8;
K—充電機充電電池保險系數(shù),取值1.25;
T—充電機充電電池放電時間(h);
H—充電機充電電池放電系數(shù)(見表5);
U—充電機充電蓄電池放電時的輸出電壓(V)(單體充電機充電電池電壓為1.85V);
A—充電機充電電池溫度系數(shù)(1/℃),當放電小時率≥10時,取0.006,當1≤放電率<10時,取0.008,當放電率<1時,取0.01;
T—充電機充電電池所在地最低環(huán)境溫度值,所在地有采暖設(shè)備時,按15℃考慮。無采暖設(shè)備時,按5℃考慮;
η—逆變電源轉(zhuǎn)換效率。
此方法比較全面地考慮環(huán)境因素以及充電機充電蓄電池容量衰減,直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)滿荷使用機率較大,以及重要使用場合選用此方法計算配置充電機充電電池容量。
?、谟嬎銓嵗?/span>
100kVA的直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng),后備時間30min,計算充電機充電電池配置。
將P(VA)=100×103、PF=0.8、η=0.95、U=1.85、N=36、n=6一并代入式(8)得I=211(A)
將充電機充電蓄電池終止電壓=1.75V,根據(jù)表5查得在放電時間為30min(0.5h)時,充電機充電電池放電容量系數(shù)H=0.40以及I=211、K=1.25、T=0.5h、η=0.95、t=25℃代入式(9)得Q≥347(Ah)
結(jié)果需要2組12NP-200充電機充電電池,每組36只。
5 直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)與充電機充電蓄電池的連接與物理保護
(1)充電機充電蓄電池內(nèi)部連接線(連接板)
①連接線(連接板)截面積,要根據(jù)充電機充電電池組最大放電電流進行配置。如4(1)節(jié)中的例子,100kVA直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng),后備時間15min,采用恒功率計算方法配置充電機充電蓄電池時,通過計算可知,充電機充電蓄電池的最大電流為230A,連接線(連接板)的截面積要滿足安全通過230A的電流;
?、诙嘟M充電機充電電池并聯(lián)時要考慮單組充電機充電電池供電的極端情況。如100kVA直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng),后備時間15min,如果采用一組配置,連接線(連接板)的截面積要滿足安全通過230A的電流;若采用兩組配置,則每組的連接線(連接板)的截面積要滿足安全通過230A的電流;若采用三組配置,考慮到其中一組充電機充電電池需要檢修退出系統(tǒng)時,其余兩組的連接線(連接板)的截面積總和要滿足安全通過230A的電流。
(2)充電機充電蓄電池內(nèi)部連接的物理保護
①連接線(連接板)應(yīng)用絕緣護套和防銹鍍層,絕緣護套采用V0級阻燃材料,防銹鍍層可以采用鍍鋅等防銹處理方法;
?、谶B接線(連接板)要求采用紫銅材料,紫銅材料的純度不低于99.90%。
6 充電機充電蓄電池的直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)安裝環(huán)境要求
(1)充電機充電蓄電池布局要求
充電機充電蓄電池組的布置應(yīng)符合下列要求:
立放充電機充電蓄電池組之間的走道凈寬不應(yīng)小于單體充電機充電電池寬度的1.5倍,最小不應(yīng)小于0.8m;立放雙層布置的充電機充電蓄電池組,其上下兩層之間的凈空間距離為單體充電機充電電池高度的1.2～1.5倍;
立放雙列布置的充電機充電蓄電池組,一組充電機充電電池的兩列之間凈寬應(yīng)滿足充電機充電電池抗震架的結(jié)構(gòu)要求;
立放充電機充電蓄電池組側(cè)面與墻之間的次要走道凈寬不應(yīng)小于0.8m;如為主要走道時,其凈寬不宜小于充電機充電電池寬度的1.5倍,最小不應(yīng)小于1m;立放單層雙列布置的充電機充電蓄電池組可沿墻設(shè)置,其側(cè)面與墻之間的凈寬一般為0.1m;
立放充電機充電蓄電池組一端靠墻設(shè)置時,列端充電機充電電池與墻之間的凈寬一般不小于0.2m;
立放充電機充電蓄電池組一端靠近機房出入口時,應(yīng)留有主要走道,其凈寬一般為1.2～1.5m,最小不應(yīng)小于1m;
臥放閥控式充電機充電蓄電池組的側(cè)面之間的凈寬不應(yīng)小于0.2m;
臥放閥控式充電機充電蓄電池組的正面與墻之間,或正面與側(cè)面或背面之間的走道凈寬不應(yīng)小于充電機充電電池總高度的1.5倍,最小不應(yīng)小于1.2m;
臥放閥控式充電機充電蓄電池組的正面與墻之間的走道凈寬不應(yīng)小于充電機充電電池總高度的1.5倍,最小不應(yīng)小于1m;
臥放閥控式充電機充電蓄電池組可靠墻設(shè)置。其背面與墻之間的凈寬一般為0.1m,充電機充電蓄電池組的側(cè)面與墻之間的凈寬不應(yīng)小于0.2m。
(2)直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)安裝場地要求
?、俪潆姍C充電蓄電池直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)安裝地點應(yīng)遠離熱源及可能產(chǎn)生火花的地方;
?、诔潆姍C充電電池組直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)安裝距墻壁及其它設(shè)備的安全距離應(yīng)遵照本章第(1)節(jié)的要求;
?、鄢潆姍C充電蓄電池應(yīng)直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)安裝在通風良好陰涼的房間內(nèi),避免陽光直射;
?、鼙M量避免直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)安裝在空調(diào)出風口旁的位置;
?、莩潆姍C充電電池室應(yīng)做通風設(shè)計,防止充電機充電電池使用不當造成的易爆氣體聚集;
?、蕹潆姍C充電蓄電池直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)安裝地點不能有劇烈的震動源或碰撞沖擊源。
(3)充電機充電蓄電池發(fā)熱量計算
充電機充電蓄電池在充、放電過程中,恒溫是比較困難的,因為充電機充電鉛酸蓄電池在充電和放電時都伴隨著熱效應(yīng),一是產(chǎn)生焦耳熱,另外是根據(jù)Gibbs-Helmholz方程式有吸熱或放熱,為克服兩極極化和充電機充電電池內(nèi)阻而損失的電壓降將全部轉(zhuǎn)化為熱量。
充電過程中充電機充電蓄電池的內(nèi)部的狀態(tài)一直處于變化中,所以發(fā)熱量的計算非常復(fù)雜。行業(yè)內(nèi)各個充電機充電電池廠家的共同研究測試,最終將充電機充電蓄電池的發(fā)熱量計算公式簡化如下:
Q=I×U×N (10)
其中,
Q—充電機充電蓄電池發(fā)熱功率,單位:W;
I—充電電流,單位:A;
U—充電電壓,單位:V;
N—充電機充電蓄電池數(shù)量。
充電機充電蓄電池在浮充狀態(tài)下,發(fā)熱量很小,可以忽略不計。在放電狀態(tài)下,由于是將充電機充電蓄電池內(nèi)的化學能轉(zhuǎn)化為電能,這一過程是吸熱過程,所以此時是不發(fā)熱的(吸收的熱量很小,可以忽略)。充電機充電蓄電池的均充狀態(tài)又可以細分為兩部分:在均充的初期,由于此時充入的電能絕大部分都轉(zhuǎn)化為化學能在充電機充電蓄電池中儲存起來,所以此時的發(fā)熱量也很小,可以忽略;在均充的后期,電能轉(zhuǎn)化為化學能的效率大大降低,此時會有較大的發(fā)熱量。
以2V500Ah的充電機充電蓄電池為例,在均充的后期,一組充電機充電蓄電池(384V)由192單體組成,均充電壓為2.35V,電流為2A,其發(fā)熱量為Q=I×U×N=2×2.35×192=902.4(W)
(4)排氫氣及排酸氣量計算
充電機充電蓄電池在工作過程中,會有少量氫氣和酸氣(主要是SO2氣體)排出。氣體的排出量和環(huán)境溫度有關(guān),溫度越高排出量就越大。充電機充電蓄電池的排氫和排酸氣的量,影響條件復(fù)雜,至今沒有一個準確地計算方法。
目前的測試是依據(jù)IEC60896-2004的試驗方法,在實驗室條件下測量。測試結(jié)果為2mL/100Ah/h。
7 直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)充電機充電電池開關(guān)的設(shè)計與選型
直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的充電機充電電池開關(guān)需要依據(jù)直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的電氣參數(shù)及充電機充電電池配置來選擇,充電機充電電池開關(guān)應(yīng)選擇直流斷路器。不同品牌不同型號的直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng),其充電機充電電池的配置節(jié)數(shù)通常是不一樣的,所以需要依據(jù)具體的直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)參數(shù)來進行充電機充電電池開關(guān)放電電流的計算,放電電流的通用計算公式為
上式中的1.75為假定的單體充電機充電電池放電保護電壓。這一計算出來的I充電機充電電池值是所有充電機充電電池組的總放電電流。
但是,直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)系統(tǒng)通常都配置有至少兩組以上的充電機充電電池組并聯(lián)為直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)供電,最為常見的是配置三組充電機充電蓄電池。此時,每一分組充電機充電電池開關(guān)實際并不需要配置這么大,可以依據(jù)一組充電機充電電池退出檢修時,恰逢市電中斷,余下的兩組充電機充電電池需要承擔額定負載來選擇充電機充電電池開關(guān),因此可依據(jù)每一組充電機充電電池開關(guān)的最大放電電流為I充電機充電電池/2來選擇分組充電機充電電池開關(guān)的容量,如總開關(guān)是1000A,則分開關(guān)可選擇500A。
除了每組充電機充電電池開關(guān)以外,為了操作方便,通常直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的充電機充電蓄電池系統(tǒng)都需要配置一個總開關(guān),這一開關(guān)的容量選擇可以依據(jù)I充電機充電電池來選擇充電機充電電池的總開關(guān)。由于1000A以下的直流開關(guān)一般都采用熱磁脫扣原理來實現(xiàn)短路保護,所以如果總開關(guān)再選用斷路器來保護,很難保證總開關(guān)與分組開關(guān)之間的保護選擇性,而且由于分組開關(guān)已經(jīng)選用了直流斷路器,總開關(guān)選擇斷路器的短路保護功能基本沒有意義。所以建議,直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的總充電機充電電池開關(guān)選用具有自動跳閘功能的負荷開關(guān)來代替,不僅經(jīng)濟,也具有更可靠的短路保護選擇性。
為了保持直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)應(yīng)急狀態(tài)情況下能斷開充電機充電電池總開關(guān)和在直流母線電壓沒有建立時禁止充電機充電電池合閘,這一總開關(guān)需要配置脫扣線圈附件,常用的脫扣電壓可選的為AC/DC24/48/110V,根據(jù)具體選擇直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的要求來定;同時應(yīng)配置輔助觸點信號,以便直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)能監(jiān)控充電機充電電池總開關(guān)的狀態(tài)。
為了檢修充電機充電電池方便與操作維護安全,這一充電機充電電池開關(guān)應(yīng)獨立成柜,并直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)安裝在充電機充電電池架或柜的一側(cè)。
8 結(jié)束語
對充電機充電蓄電池的工作原理、特性、選配原則、設(shè)計計算、直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)安裝、維護等諸多問題,應(yīng)該有充分的了解,這對延長充電機充電蓄電池的使用壽命,確保數(shù)據(jù)中心機房直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設(shè)備的安全穩(wěn)定運行是十分重要的。充電機充電蓄電池的長壽命和穩(wěn)定運行是實現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)系統(tǒng)不停電功能的重要保證。
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