5-2-4 نگاهداري و آزمون باتري

الزامات نگاهداري و آزمون باتري در فصل 7 اين نشريه بررسي می‌شوند. علاوه بر آن استانداردهاي IEEE Std 450 و IEEE Std 1106 در مورد نگاهداري و آزمون باتری‌های به ترتيب اسيد ـ سربي منفذ دار و نيكل ـ كادميوم، راهنمایی‌هایي را ارائه می‌دهند. در مورد باتري VRLA، دستورالعمل‌های استاندارد IEEE Std 450 به همراه توصیه‌های نگاهداري سازنده باتري می‌تواند ملاك عمل قرار گيرد. ANSI / NFPA 111 –

[B5] الزامات نگاهداري و آزمون را براي باتری‌ها در برخي سیستم‌های پشتيبان و اضطراري مورد لزوم ازنظر قانون، تعيين و ارائه كرده است.

6-2-4 شارژ مجدد / شارژ متعادل ساز

1-6-2-4 باتری‌های اسيد ـ سربي

باتری‌های ثابت اسيد ـ سربي با استفاده از شارژ کننده پتانسيل ثابت شارژ می‌شوند. معمولاً دو مقدار ولتاژ شارژ مشخص می‌شود كه عبارت‌اند از ولتاژ شناور و ولتاژ متعادل ساز (همچنين به فصل 5 مراجعه كنيد). ولتاژ متعادل ساز مشخص‌شده توسط سازنده درواقع مقدار به‌کاررفته در شارژ مجدد باتري پس از دشارژ است.

براي هر باتري، دستورالعمل‌های سازنده، ولتاژ يا محدوده ولتاژ، براي شناور و متعادل ساز را مشخص می‌کند. در مورد باتري VRLA، امكان دارد سازنده محدوده ولتاژهاي شناور سلول مبتني بر دماي سلول را مشخص كرده يا به‌سادگی، ضريب تصحيح دما كه بايد به ولتاژ شناور اعمال شود را ارائه دهد. ضروري است كه دستورالعمل‌های سازنده در مورد ولتاژ شناور، ولتاژ متعادل ساز و عمل شارژ رعايت شوند. براي مثال امكان دارد سازنده باتري، ولتاژ متعادل ساز باتري VRLA را مشخص نكند. اعمال ولتاژ نامناسب (يعني خيلي بالا) در طول عمل شارژ باتري VRLA ممكن است به خشك شدن سلول‌ها يا تخريب حرارتي منجر شود. اين امر می‌تواند در عمليات شناور يا متعادل ساز به‌واسطه اعمال نامناسب ولتاژ شارژ باتري VRLA رخ دهد.

سلول‌های سرب ـ كلسيم كه در حالت شارژ شناور در انتهاي بالاي محدوده ولتاژ عمل می‌کنند امكان دارد به شارژ متعادل ساز نيازي نداشته باشند. اگر ولتاژها يا وزن مخصوص‌های هر سلول گستره تغييرات وسيعي داشته باشند، ممكن است شارژ متعادل ساز ضروري باشد. علت اين امر آن است كه برخي سلول‌های واقع در رشته يا زنجيره سلول‌ها ممكن است از جريان كافي براي نگاه‌داشتن آن‌ها در شارژ كامل، درحالی‌که در شارژ شناور هستند، برخوردار نباشند. اتلاف شارژ مذكور با دشارژ خودي هر سلول كه به‌مرورزمان به افت ولتاژ آن منجر می‌شود ارتباط دارد. هنگامی‌که باتري در حالت متعادل‌سازی قرار می‌گیرد، ولتاژ شارژ بالاتر سبب افزايش جرياني می‌شود كه در زنجيره باتری‌ها جاري است. اين جريان افزایش‌یافته جهت غلبه بر دشارژ خودي تمام سلول‌های زنجيره كافي بوده و هر يك از آن‌ها را در شارژ كامل نگاه می‌دارد. شارژ متعادل ساز بايد فقط در صورت لزوم اعمال‌شده و بايستي بر اساس دستورالعمل‌های سازنده انجام پذيرد. درگذشته، شارژ متعادل ساز به‌عنوان بخشي از نگهداري دورهاي محسوب می‌شد ولي امروزه به‌عنوآن‌یک عمل تصحيح كننده در نگهداري باتری‌ها تلقي می‌گردد. سلول‌های آلياژ سرب ـ آنتيمون در مقايسه با ساير سلول‌های اسيد ـ سربي به شارژهاي متعادل ساز بيشتري نياز دارند. علت آن درواقع افزايش نرخ و شارژ خودي آن‌ها در طول زمان كاري اين نوع سلول‌ها است.

اگرچه داشتن هر دو كاركرد شناور و متعادل ساز بهترين است ولي برخي شارژ کننده‌های باتري سيستم UPS فاقد كاركرد متعادل ساز می‌باشند. امكان دارد به سبب اين ايده كه بالابردن ولتاژ شناور به‌اندازه كافي، نياز به شارژهای متعادل ساز را منتفي خواهد كرد، كاركرد مذكور از مشخصات حذف‌شده باشد. اگر مشخصه متعادل ساز در دسترس نباشد، هرگونه شارژ باتري (مانند شارژ اوليه، شارژ مجدد پس از يك آزمون، يا دشارژ) بايستي به ازاء ولتاژ شناور صورت پذيرد. اين امر می‌تواند به زمانه‌ای شارژ فوق‌العاده طولاني منجر شده و حتي به استفاده از شارژ کننده‌های تكميلي (مانند شارژ کننده‌های تک‌سلولی) نياز باشد تا از سلامت كامل باتري اطمينان خاطر داشت. بايد توجه كرد كه شارژ سلول‌های VRLA بايستي در تطابق كامل و مطابق با دستورالعمل‌های سازنده باتري صورت پذيرد.

2-6-2-4 باتری‌های نيكل ـ كادميوم

 باتری‌های نيكل ـ كادميوم منفذ دار را می‌توان به‌صورت پتانسيل ثابت شارژ كرد ولي براي شارژ جريان ثابت مناسب‌تر هستند، مشروط بر آن‌که بار باتري تحمل اين نوع شارژ را داشته باشد. هنگامی‌که شارژ جريان ثابت به كار می‌رود، عمل شارژ مجدد می‌تواند با استفاده از شارژ دونرخی صورت پذيرد يعني نرخ اوليه (جريان بالا) كه به دنبال آن نرخ پاياني (جريان پايين)، زماني كه شارژ تقریباً 80 درصد كامل شده است آغاز می‌گردد. اگر شارژ پتانسيل ثابت استفاده شود، باتري نيكل ـ كادميوم ممكن است قادر به حصول ظرفيت اسمي خود نباشد و اين امر به نرخي كه در آن دشارژ می‌شود و حداقل ولتاژ باتري موردنیاز بستگي دارد (به بخش 4-2-4 و استاندارد IEEE Std 1115 مراجعه كنيد). بايد دقت شود كه در باتري نيكل ـ كادميوم آب‌بندی‌شده فقط از شارژ کننده جريان ثابت استفاده گردد.

3-6-2-4 عمليات

باتری‌های پشتيبان معمولاً به‌صورت عمليات شناور به كار گرفته‌شده و باتري، شارژ کننده باتري و بار به شكل موازي اتصال می‌یابند (به شكل 2-4 مراجعه كنيد). تجهيزات شارژ بايد به نحوي تعيين اندازه و برآورد شود كه قادر به تأمین نيروي برق موردنیاز بارهاي نسبتاً دائمی مانند لامپ‌های نشانگر، كويلهاي رله و بارهاي مياني فرعي بعلاوه نيروي برق اضافي كاني جهت نگاه‌داشتن باتري در شارژ كامل باشد. بارهاي مياني نسبتاً بزرگ، نيروي برق را از باتري اخذ كرده و هنگامی‌که بارهاي مياني از مدار خارج می‌شوند، نيروي برق مذكور توسط شارژ کننده در باتري مجدداً ذخيره می‌شود. تعيين اندازه شارژ کننده باتري در استاندارد IEEE Std 946 موردبررسی قرارگرفته است.

هنگامی‌که توان ac ورودي به سيستم از دست می‌رود، باتري فوراً تمام بارهاي متصل را در برگرفته و انرژي آن‌ها را تأمین می‌کند. اگر باتري و شارژ کننده به‌طور مناسب با يكديگر و نيز با بار منطبق باشند، هنگامی‌که سيستم به عمليات كامل باتري تغيير وضعيت می‌دهد، هیچ‌گونه افت ولتاژ قابل‌تشخیصی رخ نخواهد داد.

هنگامی‌که بار اضطراري سيستم خاتمه يافته و نيروي برق شارژ مجدداً ذخيره می‌شود، شارژ کننده پتانسيل ثابت، جرياني بيشتر از حالتي كه باتري کاملاً شارژ شده است، تحويل می‌دهد. برخي شارژ کننده‌های پتانسيل ثابت، پس از ذخيره مجدد نيروي برق اعمالي به آن، به‌طور خودكار ولتاژ خروجي خود را افزايش داده و آن را متعادل‌سازی می‌کنند. شارژ کننده بايد به طرز مناسبي برآورد و تعيين اندازه شود تا اطمينان حاصل كرد كه می‌تواند به بار سرويس داده و در مدت‌زمان قابل‌قبولي باتري را به حالت شارژ كامل بازگرداند. جريان افزایش‌یافته تحويلي توسط شارژ کننده پتانسيل ثابت در طول دوره بازيابي فوق‌الذکر با نزديك شدن باتري به شارژ كامل، كاهش خواهد يافت.

یک‌سوساز شارژ يا شارژ کننده باتري، بخش مهمي از سيستم نيروي برق اضطراري بوده و بايد به شارژ کننده‌های اضافي در سیستم‌های خاص و بحراني، توجه بخصوصي به عمل آيد. در مورد سيستم اضافي نوعي به شكل 4- 13 رجوع كنيد. شارژ کننده بايد فقط هنگامي عمل كند كه باتري به شينه dc اتصال دارد. بدون اين اتصال، ممكن است موجک‌های اضافي در سيستم رخ‌داده و به تجهيزات متصل اثرگذار باشد (براي مثال، سبب نقص در عمليات يا خرابي گردد). اگر سيستمي بايد قادر به كار بدون اتصال به باتري باشد در اين صورت حذف‌کننده باتري بايد پیش‌بینی شود. در شرايطي كه شارژ کننده باتري در مکان‌هایی با ارتفاع بيش از 1000 متر و نيز در محیط‌هایی با دماي بيش از ºC 50 نصب می‌شود مقادير اسمي خروجي آن بايد تغيير يابد. سازنده شارژ کننده باتري می‌تواند اين ضرايب تغيير مقادير اسمي را مشخص و آن‌ها در طراحي شارژ کننده منظور نمايد.

شكل 4 -13: مدار شارژ کننده اضافي نوعي

7-2-4 محاسبه اتصال كوتاه سيستم باتري

در فصل 5، قابليت اتصال كوتاه سيستم dc بررسی‌شده و بحث تفصيلي در اين مورد در استاندارد IEEE Std 946 درج‌شده است. همچنين پیوست‌های اين استاندارد روش محاسبه مورداستفاده در تعيين سهم هر دو باتري و شارژ کننده در ايجاد چنين نقصي را توصيف می‌کنند.

آزمون مندرج در استاندارد IEEE Std 946 نشان می‌دهد كه جريان اتصال كوتاه حاصل از باتري مستقل از دماي سلول و وزن مخصوص شارژ كامل می‌باشد. توصيه می‌شود كه با استفاده از ولتاژ مدارباز باتري در دماي ºC 25، محاسبات اتصال كوتاه صورت پذيرد. بر اساس يك قاعده سرانگشتي محافظه كارانه می‌توان گفت كه جريان اتصال كوتاه تحويلي از باتري اسيد ـ سربي با ده برابر نرخ دشارژ یک‌دقیقه‌ای آن (برحسب آمپر) به ولتاژ انتهايي 75/1 ولت در هر سلول و در دماي ºC 25، برابر است.

 نقش شارژ کننده باتري نوع پتانسيل ثابت و ايستا ازنظر اتصال كوتاه، در مقدار حد نهايي جريان آن برحسب آمپر قابل‌مشاهده است. شارژ کننده‌های موتور ـ ژنراتور و نيز موتورهاي dc موجود در سيستم در اتصال كوتاه سهم دارند. راهنمایی‌های مشخصي در استاندارد IEEE Std 946 - 1992 براي اين موضوع پیش‌بینی و ارائه‌شده ولي درهرصورت گستره نوعي براي اين جريان تا 7 10 برابر جريان اسمي ارميچر ماشين می‌باشد.

8-2-4 روشنايي اضطراري با تغذيه باتري

هنگامی‌که منبع نيروي برق معمولي از كار ميافتد، سیستم‌های روشنايي اضطراري به‌منظور تأمین روشنايي براي خروجي یا سایر اهداف (مانند حفاظت) مورداستفاده قرار می‌گیرند. هدف چنين روشنايي، درواقع نوراني كردن مسيرها و خروجی‌های تخليه است تا در صورت وقوع آتش يا موارد اضطراري ديگر كه می‌تواند روشنايي آن ناحيه را قطع يا به سطحي كاهش دهد كه تخليه مشكل يا ناممكن شود، احتمال زخمي شدن افراد و يا تلفات انساني را به حداقل برساند.

باتری‌ها در واحدهاي روشنايي اضطراري مستقل (شكل 4-14) و سیستم‌های روشنايي اضطراري مركزي (كه می‌تواند dc يعني فقط باتري يا UPS باشد) مورداستفاده قرار می‌گیرد. الزامات خاص و مشخص سیستم‌های

روشنايي اضطراري را می‌توان در NFPA 99،ANSI / NFPA 101 و NFPA 70 به دست آورد. الزامات تجهيزات روشنايي اضطراري (به‌استثنای UPS ها) در ANSI / UL 924 درج‌شده است. زمان پشتيباني باتری‌ها درروشنايي اضطراري 90 دقيقه است، اگرچه برخي سیستم‌ها ممكن است به نحوي طراحي شوند كه زمان پشتيباني طولانی‌تري داشته باشند. همچنين اگر روشنايي اضطراري به تغيير منابع وابسته باشد (براي مثال، از جريان ac معمولي به dc)، اين تغيير بايد به‌طور خودكار و بدون هیچ‌گونه وقفه‌ای (يعني در كمتر از 10 ثانيه) رخ دهد. در مناطقي كه معمولاً روشنايي منحصراً توسط سيستم دشارژ شدت بالا (HID) تأمین می‌شود، هرگونه روشنايي اضطراري با نيروي باتري (يعني مستقل يا مركزي) حتي پس از بازگشت نيروي برق، بايد به كار خود ادامه دهد و پس از روشن شدن چراغ‌های HID از مدار خارج شود. در طراحي سيستم، همچنين بايد به خرابي يك وسيله روشنايي تنها (مانند خرابي يك لامپ) توجه شود چون هیچ‌گونه فضاي نيازمند به روشنايي اضطراري را نمی‌توان در تاريكي مطلق رها كرد.

چراغ‌های روشنايي اضطراري می‌تواند رشته‌ای (مانند هالوژن) يا فلورسنت باشند. اين چراغ‌ها ازنظر سبك متفاوت بوده و از انواع صنعتي مناسب براي مناطق صنعتي يا انواع دكوراتيو جهت استفاده در دفاتر، ادارات، مراكز گردهمایی‌ها و غيره تغيير می‌کنند. چراغ‌های روشنايي اضطراري همچنين داراي علائم خروجي هستند.

لامپ‌ها، روشنايي پله‌ها، محوطه مربوط به پله‌ها، كريدورها، پاساژها و مسير آن‌ها، درب‌های خروجي و هر ناحيه ديگر نيازمند به روشنايي اضطراري را تأمین می‌کنند.

شكل 4 -14: واحد روشنايي اضطراري مستقل

1-8-2-4 واحدهاي روشنايي اضطراري

واحدهاي روشنايي اضطراري پركاربردترين تجهيزات روشنايي اضطراري در زمان حاضر می‌باشند (شكل 4-14).

اين واحد از يك باتري قابل شارژ مجدد، يك شارژ کننده باتري و يك يا چند لامپ يا تمهيداتي براي لامپ‌های دوردست (يا هردو) تشكيل يافته است. اين واحد شامل کنترل‌های ضروري براي نگاه‌داشتن باتري در حالت شارژ كامل به هنگامی‌که منبع نيروي برق معمولي در دسترس است، بوده و در صورت قطع نيروي برق معمولي کنترل‌های مذكور وظيفه تحويل خودكار انرژي، به لامپ‌ها را به عهده‌دارند. اين کنترل‌ها، پس از بازگشت نيروي برق معمولي، بلافاصله يا پس از يك تأخیر زماني، رساندن انرژي به لامپ هارا متوقف خواهند ساخت. اگر اين واحد با چراغ فلورسنت به کار رود، داراي اينورتر فركانس بالا و کنترل‌های موردنیاز اين نوع چراغ نيز خواهد بود.

واحدهاي مذكور را می‌توان با باتری‌های اسيد ـ سربي يا نيكل ـ كادميوم صفحه جيبي موردبررسی در بخش‌های قبل اين فصل به کاربرد. اين باتريها شامل سلول‌های سرب خالص، سرب ـ آنتيمون و سرب ـ كلسيم بوده و از هر دو نوع منفذ دار و دريچه قابل تنظيم می‌باشند. همچنين امكان دارد آن‌ها به سلول‌های نيكل ـ كادميوم با صفحه سوراخ دار مجهز باشند. علاوه بر اين ممكن است اين واحدهاداراي شارژ كنندههايي باشند كه ولتاژ شناور/ شارژ را ازنظر دما جبران می‌سازند. اين ويژگي را هنگامی‌که باتري VRLA در واحد پیش‌بینی‌شده، بايد ضروري در نظر گرفت. انتخاب نوع باتري به تأسیسات مربوطه بستگي دارد. براي مثال، باتری‌های نيكل ـ كادميوم صفحه ـ جيبي را می‌توان در مناطقي با دماي بالا مانند نواحي مجاور بويلر صنعتي به کاربرد، درحالی‌که باتری‌های VRLA يا صفحه ـ سوراخدار آب‌بندی‌شده را می‌توان درمناطق اداري و دفتري به كار گرفت. كليه اين باتری‌ها به نگهداري و آزمون متناوب نياز داشته و علاوه بر آن، انواع منفذ دار به افزودن متناوب آب نيز نيازمند هستند.

باتری‌هایي از اين نوع Vdc6 يا Vdc12 هستند. در سلول‌های اسيد ـ سربي، وزن مخصوص الكتروليت معمولاً 225/1 يا بيشتر بوده و ظرفيت سلول اغلب برحسب آمپرساعت به ازاء نرخ دشارژ 10 ساعت يا 20 ساعت تا

75/1 ولت در هر سلول و در ºC 25 بيان می‌شود.

2-8-2-4 سيستم روشنايي اضطراري با باتري مركزي

سیستم‌های روشنايي اضطراري ساختماني براي اتصال لامپ‌های بسياري به باتري مركزي و شارژ کننده باتري يا UPS روشنايي اضطراري اختصاصي به کار گرفته می‌شود، عموماً اين سیستم‌ها 32، 48 يا 120 ولت dc هستند، گرچه ولتاژهاي 12 و 24 ولت نيز به كار می‌رود. هنگامی‌که سيستم UPS استفاده می‌شود، بسته به‌اندازه و طرح UPS، ولتاژ باتري می‌تواند از Vdc120 بيشتر باشد.

مزاياي سيستم روشنايي اضطراري با باتري مركزي عبارت‌اند از:

- منبع نيروي متمركز، عدم نياز به واحدهاي منفرد واقع در سرتاسر ساختمان، استفاده از فضاي كمتر (فقط لامپ‌های هر ناحيه بايد حفاظت شوند) و مكان دوردست منبع نيروي برق. اين امر می‌تواند به كاهش زمان نگهداري و آزمون سيستم منجر شود.

- در دسترس بودن مدارهاي اعلام خطر و حفاظت كه سبب افزايش انعطاف‌پذیري سيستم می‌شود.

- توانايي استفاده از چراغهايي با جريان كمتر، در ولتاژ بالاتر كه به تلفات كمتري منجر می‌شود.

محدوديت هاي سيستم روشنايي اضطراري با باتري مركزي عبارت‌اند از:

- طراحي تأسیسات اوليه پیچیده‌تر بوده وبه مسيرها (سيني كابل، لولهكشي) و نصب کابل‌ها نياز دارد.

- خرابي يك شاخه يا مدار تغذيه تنها، ممكن است روشنايي اضطراري يك منطقه بزرگ را از كار بياندازد.