3-2-4 اصول نصب

استاندارد IEEE Std 484 در مورد طراحي و تعيين اصول نصب باتری‌های اسيد ـ سربي منفذ دار دستورالعمل و راهنمایی‌های لازم را ارائه می‌دهد. سند مشابه ديگر، استاندارد IEEE Std 1178 است كه در مورد اصول نصب باتری‌های VRLA بحث می‌نماید. ANSI / NFPA 111 [B5] الزامات عملكردي را براي سیستم‌های UPS و نيز اطلاعات محدودي در مورد باتری‌ها را بيان می‌کند.

طراحي و تعيين اصول نصب بايد عوامل زير را در نظر بگيرد، هرچند به اين عوامل محدود نيست:

- ايمني

- موقعيت مكاني

- مونتاژ و نصب

- گرمايش و تهويه هوا

- الزامات ازنظر زمین‌لرزه

- الزامات نگاهداري

- روشنايي

- حفاظت در برابر جريان اضافي (به فصل 5 مراجعه كنيد)

4-2-4 تعيين اندازه باتري

تعيين مناسب اندازه باتري به ما اطمينان می‌دهد كه كاركرد طراحي آن برآورده خواهد شد. با استفاده از روش‌هایی كه حالت جريان ثابت يا توان ثابت (يعني سیستم‌های UPS) را در نظر می‌گیرند، می‌توان اندازه باتري را محاسبه كرد. استانداردهاي IEEE Std 485 و IEEE Std 1115 نحوه و روش‌های محاسبه تعيين اندازه باتری‌های به ترتيب اسيد ـ سربي و نيكل ـ كادميوم را ارائه می‌دهند. تعيين اندازه باتری‌های اسيد ـ سربي يا نيكل ـ كادميوم مورداستفاده در سیستم‌های UPS، بر اساس روش توان ثابت در استاندارد IEEE Std

 1184 پیش‌بینی و منظور شده است. در استانداردهاي IEEE Std 458 و

IEEE Std 1115 اوراق كاري براي تعيين اندازه سلول‌ها در نظر گرفته‌شده‌اند به‌طوری‌که كاربر را قدم‌به‌قدم در مراحل محاسبه راهنمايي می‌کند. اگرچه روش‌های مندرج در اين استانداردها براي تمامي باتری‌های ثابت معتبر هستند، نشریه‌ای براي تأکید بر معيار تكميلي انتخاب در سلولهاي VRLA تدوین‌شده است (IEEE P1189). يكي از اولين قدم‌ها در تعيين صحيح و مناسب اندازه هر باتري عبارت است از تعريف بارهايي

كه باتري به آن‌ها سرويس می‌دهد و مشخص كردن چرخه كاركرد (شكل 4-11). چرخه كاركرد و نيز انواع مختلف بارها (شكل 4-12) مانند دائم، غیردائمی، آني و تصادفي در استانداردهــاي

. موردبحث قرارگرفته‌اند IEEE Std 1115 و IEEE Std 485

اندازه باتري موردنیاز نه‌تنها به‌اندازه و مدت‌زمان هر بار بستگي دارد، بلكه به ترتيبي كه در آن بارها رخ می‌دهند نيز وابسته است. براي مثال، اگر با توجه به الزامات بار، اگر باتري در انتهاي چرخه كاركرد در مقايسه با ابتداي چرخه كاركردش، سرويس بزرگ‌تری را بايد ارائه دهد، در اين صورت به باتري با ظرفيت بزرگ‌تر نياز خواهد بود. همچنين اندازه مذكور به عواملي كه در حاشيه طراحي انتخاب می‌شوند (مانند ظرفيت اضافي براي رشد آني بار) و نيز پایین‌ترین دماي قابل‌انتظار كار باتري و عمر آن بستگي خواهد داشت. توجه به پایین‌ترین دماي قابل‌انتظار سلول در هنگام عمليات امري مهم است چون اگر دما به كمتر از ºC 25 برسد ظرفیت باتري كاهش می‌یابد. مشابها عامل پير شدن بايد در نظر گرفته می‌شود تا اطمينان حاصل كرد كه باتري قادر به ارائه سرويس به بار طراحی‌شده، حتي درحالی‌که باتري به انتهاي عمرش نزديك می‌شود، خواهد بود. هر يك از اين عوامل در استاندارد IEEE STD 485 و IEEE Std 1115 موردبررسی قرارگرفته‌اند.

شكل 4 -11: نمودار چرخه كاركرد كلي

چرخه كاركرد نوعي (شكل 4-11) و فرمول‌های تعيين اندازه جهت هر دو نوع باتري اسيد ـ سربي و نيكل ـ كادميوم [ روابط 1() الي (3)] از استانداردهاي IEEE Std 485 و IEEE Std 1115 نقل گردیده‌اند.

مدت‌زمان چرخه كاركرد بر اساس انتخاب كاربرد مبتني بر الزامات خاص نصب باتری‌ها می‌باشد، اگرچه به‌مرورزمان، برخي زمانه‌ای پشتيبان به‌عنوان استاندارد تکامل‌یافته و تثبیت‌شده‌اند. براي مثال، غالباً 8 تا 10 ساعت براي باتری‌های ايستگاه فرعي در نظر گرفته‌شده، 5 ساعت براي باتری‌های مخابرات دور،2 يا 3 8 ساعت براي واحدهاي توليد انرژي و يا 5 15 دقيقه براي سیستم‌های UPS منظور می‌شود.

الف) مدار سويچينگ

ب) اينورتر

شكل 4 -12: مثال‌هایی از بارهاي باتري

پ) موتور اضطراري

  ت) سیستم‌های حفاظتي

شكل 4 -12: مثال‌هایی از بارهاي باتري (ادامه)

تعيين اندازه سلول اسيد ـ سربي (روش صفحه مثبت)

 S = N S = N P S= A AP − (P−1) (1)

 Max FS = Max FS =   

 S = 1 S = 1 P 1= RT تعيين اندازه سلول اسيد ـ سربي (روش آمپرساعت)

 Max FS = N S = S = NMax = P S= [AP − A(P−1) ]KT (2)

 =S = 1 S = 1 P 1 تعيين اندازه سلول نيكل ـ كادميوم

 S = NMax FS = S = NMax = P S= [AP − A(P−1) ]K Tt t (3)

 S = 1 S = 1 P 1=

به‌طوری‌که AP آمپر موردنیاز پريود مربوط (يادآوري 3).

 FS ظرفيت موردنیاز هر بخش S.

 KT نسبت ظرفيت آمپرساعت اسمي (در نرخ زمان استاندارد، در ºC 25 و به ولتاژ انتهاي دشارژ استاندارد) يك سلول اسيد ـ سربي، به آمپري كه می‌توان در T دقيقه، در ºC 25 و به ولتاژ انتهاي دشارژ مفروضي، تأمین كرد.

 Kt ضريت اسمي ظرفيت به ازاء نوع سلول نيكل ـ كادميوم مفروض، در t دقيقه نرخ دشارژ در ºC 25، به ولتاژ انتهاي دشارژ معين (یادآوری 4).

 N تعداد پريودها در چرخه كاركرد.

P پريودي كه مورد تحلیل قرار می‌گیرد.

RT تعداد آمپرهايي كه هر صفحه مثبت می‌تواند به ازاء T دقيقه، در ºC 25، به ولتاژ انتهاي دشارژ معين براي يك سلول اسيد ـ سربي، تأمین كند.

S بخشي از چرخه كاركرد است كه مورد تحليل قرار می‌گیرد. بخش S شامل S پريود اول چرخه كاركرد است، براي مثال، بخش 5S شامل پريودهاي 1 الي 5 می‌باشد (شكل 4-11).

T,t مدت‌زمان برحسب دقيقه، از لحظه شروع پريود P تا انتهاي بخش S براي به ترتيب سلولهاي اسيد ـ سربي و نيكل ـ كادميوم.

یادآوری‌ها:

1- سلول نهايي منتخب بايد شامل ضرايب حاشيه اطمينان طراحي، تصحيح دما و پر شدن (عمر كاري) سلول باشد (به اوراق كاري تعيين اندازه سلول در استاندارد IEEE Std 485 مراجعه كنيد).

2- سلول نهايي منتخب بايد شامل ضرايب حاشيه اطمينان طراحي و پیر شدن (عمر كاري) سلول باشد به(اوراق كاري تعيين اندازه سلول در استاندارد IEEE Std 1115 رجوع كنيد).

3- اگر جريان به ازاء پريود P+1 از جريان به ازاء پريود P بزرگ‌تر باشد، در اين صورت بخش S = P+1 به سلول بزرگ‌تری از سلول بخش S = P نياز دارد. درنتیجه، محاسبات بخش S = P می‌تواند حذف شود.

4- اگر سلول نيكل ـ كادميوم از نوع شارژ پتانسيل ثابت باشد، ضريب اسمي ظرفيت مورداستفاده، مبتني بر شارژ پتانسيل ثابت خواهد بود.

به‌منظور انتخاب مناسب سلول نيكل ـ كادميوم، روش مورداستفاده در شارژ سلول بايد مشخص شود. مقادير اسمي نيكل ـ كادميوم بر اساس شارژ جريان ثابت است، به‌هرحال، اغلب باتری‌های پشتيبان از شارژ پتانسيل ثابت بهره می‌برند. شارژ پتانسيل ثابت طولاني (يعني شناور) باتري نيكل ـ كادميوم، بسته به نرخ دشارژ، می‌تواند ظرفيت آن را كاهش داده و به زير مقدار اسمي آن رساند. درنتیجه افت ولتاژ به‌واسطه دشارژ سریع‌تر از افت آن در باتري با ظرفيت كامل رخ می‌دهد. اثرات شارژ پتانسيل ثابت را، با به كاربردن ضرايب اسمي ظرفيت مبتني بر اين روش شارژ، می‌توان در تعيين اندازه باتري در نظر گرفت (به استاندارد IEEE Std 1115 مراجعه كنيد). اين ضرايب بايستي از سازنده باتري درخواست شود چون سازنده‌ها ضرايب متفاوتي ارائه می‌دهند. حتماً بايد دقت شود كه سلول نيكل ـ كادميوم آب‌بندی فقط با شارژ كننده جريان ثابت شارژ شود.

پس از آن‌که بارها تعريف شدند، نوع سلول و نيز تعداد سلول‌هایی كه رشته سلول‌ها را تشكيل می‌دهند بايد انتخاب گردد. نوع عمدهاي از سلول‌ها كه در باتری‌های ثابت به كار می‌رود سلول صفحه هموار سرب ـ كلسيم به‌صورت طرح منفذ دار يا VRLA می‌باشد. چند نوع ديگر از سلول‌ها يا تعداد متفاوتي از آن‌ها را می‌توان ارزيابي كرده و انتخاب را بهينه نمود. تعداد سلول‌ها در يك باتري براي هر سيستم بخصوص را می‌توان با در نظر گرفتن هر يك از شرايط محدودکننده زير تعيين كرد: حداقل ولتاژ سيستم، حداكثر ولتاژ سيستم، ولتاژ شناور و ولتاژ شارژ. ولتاژهاي حداكثر و حداقل امكان دارد براي سیستم‌های UPS به‌عنوان شرط محدودکننده و بحراني در نظر گرفته نشود، چون در طرح اينورتر معمولاً تغييرات ولتاژ بزرگي (يعني پنجره ولتاژ) پیش‌بینی می‌شود.

به‌منظور پشتيباني بار بحراني در شرايط بدترين حالت، باتري تعيين اندازه می‌شود تا این‌که بتوان به طريق معيني بار بحراني را از مدار خارج كرده و منبع نيروي عادي بازگردد يا يك منبع ac پشتيبان ديگر راه‌اندازی و وارد مدار شود. زمان‌های پشتيباني باتري می‌تواند برحسب دقيقه (مانند،5 10، 15 يا 30 دقيقه) يا برحسب ساعت (مانند،5/1،2 5 يا 8 ساعت) باشد. زمان‌های پشتيباني كوتاه در طرح سيستم UPS در نظر گرفته‌شده و زمان‌های طولانی‌تر در سیستم‌های مخابراتي، سیستم‌های نيروي برق و روشنايي اضطراري منظور و استفاده می‌شوند. هر چه زمان تغذيه باتري طولانی‌تر باشد، ظرفيت باتري موردنیاز جهت سرويس بار بزرگ‌تر خواهد بود. بجاي تهيه و خريد ظرفيت باتري بزرگ‌تر (يعني، هنگامی‌که زمان پشتيباني طویل‌تر جزء الزامات كد يا استانداردي نيست) نصب منبع نيروي پشتيبان از نوع مولد توربين ـ احتراق يا ماشين بايد بررسي و ارزيابي شود.