Az UPS energia tárolója az akkumulátor
A végtelen energia forrása III.
2009/6. lapszám | Agócs János | 5067 |
Figylem! Ez a cikk 16 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Amint azt cikksorozatunk előző részeiben is láthattuk, minden szünetmentes áramforrás egyik legfontosabb és nélkülözhetetlen részegysége az akkumulátor. Nem is hinnénk, hogy mennyire fontos és kritikus része ez a szünetmentes áramellátó berendezéseknek. Az akkumulátorok feladata, hogy az UPS normál üzeme esetén tárolja, illetve tartalékolja az energiát arra az esetre, amikor a betápláló villamos közhálózat hosszabb-rövidebb ideig valamiért nem áll rendelkezésre – például egy hálózati feszültség kimaradás alkalmával, amikor az akkumulátorok által tárolt energiából (egyenfeszültségből) állítja elő az UPS invertere a szükséges kimeneti feszültséget a fogyasztók számára. Mindenekelőtt röviden ismerkedjünk meg néhány akkumulátorfajtával, és válasszuk ki, melyik a legalkalmasabbak erre a feladatra
Lúgos akkumulátor
Ez szinte a legősibb akkumulátor. Általánosan nagy üvegedényben helyezik el a cella-lemezeket. Az elektródák készítéséhez felhasznált anyagoktól függően elvileg sokféle akkumulátorról beszélhetünk. A legismertebbek a nikkel-kadmium, a nikkel-vas és a cink-ezüst akkumulátorok. Léteznek azonban egyéb elektróda rendszerű akkumulátorok is.
A legelterjedtebbek a nikkel-kadmium akkumulátorok, amelyeket egészen kis méretektől kezdve nagy méretekig széles körben alkalmaznak. A nikkel-kadmium akkumulátorok elektrolitja desztillált vízzel higított kálium-hidroxid, közismert nevén kálilúg (KOH). Cellafeszültségük 1.2 V. Ez kisebb, mint a hagyományos ólom akkumulátoroké, ezért egy adott feszültségű akkumulátorhoz, telepcsoporthoz több sorba kapcsolt cellára van szükség. Előnyük az ólom akkumulátorok típusaival szemben az, hogy nagyobb a fajlagos energiatároló képességük, hosszabb az élettartamuk (akár 20-25 év), egyszerűbb az üzembe helyezésük, kevésbé károsítja ezeket a túltöltés és az elégtelen töltés, valamint nagyobb a mechanikai szilárdságuk. Természetesen hátrányuk is van, mint például a 3-4-szer nagyobb előállítási költségük.
Az elektrolitot az üzemelési körülményektől függően legalább évente egyszer ki kell cserélni, mert a levegő szén-dioxid tartalma tönkreteszi ezt.
Számos előnye ellenére ezek elterjedése a szünetmentes áramforrások területén mégsem jellemző a fokozott karbantartási igény, valamint nagy terjedelmük és nehézkességük miatt. Hátrány, illetve költségnövelő tényező még az, hogy speciális és bonyolult töltőt igényelnek, amely még tovább drágítja az ilyen fajta akkumulátortelep alkalmazását.
 |
Nyitott savas ólom akkumulátor
Az ólom akkumulátorok fajtáinál a pozitív elektróda aktív anyaga ólom-oxid (PbO2), a negatív elektródáé a tiszta ólom (Pb), az elektrolit pedig desztillált vízzel hígított kénsav. Egy ilyen cella feszültsége feltöltött állapotban körülbelül 2 V. Több cella sorba kötésével nagyobb feszültségű áramforrás hozható létre, tipikusan 12 V névleges feszültségű egységek.
Az ilyen fajta akkumulátorok töltésénél robbanásveszélyes gázok szabadulnak fel, ezért ezek alkalmazása, üzemeltetése csak elkülönített, megfelelő szellőzéssel és robbanás-biztos szerelvényekkel ellátott helyiségben lehetséges. Élettartamuk általában 4-6 év. A lúgos akkumulátorokhoz képest kevesebb törődést igényelnek, de rendszeres időközönként pótolni szükséges az elektrolit folyadékból folyamatosan párolgó vizet.
Elektromos jellemzőik ugyan megfelelnek az UPS számára, de a gondozási igény, valamint az üzemelés során keletkező káros és robbanásveszélyes-gázok és -gőzök miatt alkalmazásuk körülményes és költséges.
Zárt- vagy zselés akkumulátorok
Tulajdonképpen ezek is savas ólom akkumulátorok, de ezeknél rendszerint az elektrolitot szövetbe itatva tekerik a lemezekre, így nem folyhat ki a savas anyag, és még a törött blokk is működőképes lehet. Az akkumulátor test teljesen zárt egységet képez, így az üzemvitel során keletkező gázok és gőzök abból nem juthatnak ki a szabadba. Ennek köszönhetően bárhol biztonsággal alkalmazhatók. Ez a köznyelvben zselésnek vagy gondozásmentesnek nevezett akkumulátor lényege. Elektromos jellemzői és tulajdonságai is mindenben megfelelnek a szünetmentes áramellátás követelményeinek, így szinte mindenhol ezeket a típusokat alkalmazzák az UPS energiatároló egységeként, hiszen ezen kedvező tulajdonságai miatt akár az UPS berendezés belsejébe is beépíthetők.
Azért nagyon ne lélegezzünk fel, hogy végre megtaláltuk a tökéletes energiatárolót UPS-ünk számára, mert számos előnyös tulajdonsága mellett sajnos van egy jelentős hátránya is. Nevezetesen a környezeti hőmérsékletre való érzékenységük. Ezek az akkumulátorok csak akkor képesek teljesíteni a tőlük elvárható – típustól függően – 3-5 év, 8-10 év vagy 12 éves élettartamot, ha a körülöttük uralkodó hőmérséklet ideálisan 22 Celsius-fok. A környezeti hőmérsékletnek az ideálistól való eltérése az akkumulátor élettartamának csökkenését eredményezi. Például 30-35 Celsius-fok hőmérséklet esetén az élettartam a felére is csökkenhet!
 |
Előbbiekből is kitűnik, illetve az 1. sz. ábra görbéjén is jól látható, hogy a környezeti hőmérséklet hogyan befolyásolja a zárt, zselés akkumulátorok élettartamát.
A telepek maximális megbízhatóságának érdekében tehát elsősorban gondoskodnunk kell arról, hogy az akkumulátorok állandóan 22 Celsius-fokos környezeti hőmérsékleten tarthatók legyenek. Ezen túlmenően rendszeres időközönként – általánosan negyed-, de legalább félévente – ellenőrizzük a telepeket, kapacitás vizsgálatot végezzünk a telepcsoport minden egyes blokkján!
Fentiekből kitűnik, hogy az UPS-ek akkumulátorai – elméleti gondozásmentességük ellenére is – komoly odafigyelést és törődést igényelnek, ha azt szeretnénk, hogy a szünetmentes áramellátó rendszerünk minden helyzetben megbízhatóan üzemeljen.
Ezek után joggal merülhet fel bennünk a kérdés, hogy mi történik, ha az akkumulátortelep-csoportunk meghibásodik – akár a nem megfelelő környezeti hőmérséklet, akár az ellenőrzések elmaradása miatt? Nos, sajnos ebben az esetben ez a szünetmentes áramellátó rendszer – UPS – üzemzavarát, leállását okozza.
Megállapítható tehát, hogy az UPS „legsebezhetőbb” pontja az akkumulátor, mert ha meghibásodik vagy nem megfelelő kapacitással rendelkezik, akkor a hálózati betáplálási anomáliák esetén az UPS nem lesz képes kimeneti feszültséget szolgáltatni a kimenetére kapcsolt fogyasztók számára.
Természetesen, mint minden problémára, erre is megtalálhatóak a megfelelő megoldások. Az egyik – látszólag egyszerűbb – megoldás az, ha rendszeresen elvégeztetjük a telepcsoport karbantartását, ellenőrzését az UPS szakszervizével. Ebben az esetben jó esélyünk van arra, hogy – felismerve az előjeleket – időben kicserélhessük az egy-két darab gyengélkedő, kapacitását vesztett akkumulátort, vagy az esetlegesen kezdődő korróziót lekezeljük az akkumulátorok csatlakozó felületein, rögzíthessük az időközben meglazult csavar kötéseket stb. Mindezzel azonban mégsem tudunk folyamatos és 100%-os biztonságot elérni az akkumulátor telepcsoportunkra vonatkozóan.
Született azonban egy nagyszerű és az előbbi problémákra teljes megoldást nyújtó találmány, amely tulajdonképpen egy 100%-os biztonságot adó energiatároló egység. Ez a Flywheel fantázianevet viselő a berendezés tulajdonképpen egy új-generációs, a jelenlegi csúcstechnológiát képviselő kinetikus energiatároló, -átalakító.
A lendkerék
A szén-üvegszálakból készült forgó tömeg, amelynek súlya csupán 20 kg, közel 54 000 fordulat/perc sebességgel forog. Az energia kivételi szakaszban ez a kinetikus energia egy reluktancia motor-generátor és egy AC/DC átalakítón keresztül képes táplálni az UPS-t.
Egy ilyen egység 190 kW energiát képes szolgáltatni közel 15 másodpercen keresztül. Természetesen, kisebb mértékű teljesítmény-kivét esetében az energia hosszabb ideig áll rendelkezésre. Az egységek tetszés szerint kapcsolhatók össze egymással a nagyobb és hosszabb idejű energia szolgáltatása érdekében. További nagy előnyként említhető, hogy a Flywheel garantált élettartama 20 év! Ezen időszak alatt nem igényel sűrű és költséges karbantartást, valamint gond nélkül csatlakoztatható – köthető párhuzamosan – a már meglévő akkumulátor telepcsoporthoz is.
Ezen kiemelkedő előnyökkel bíró készülék birtokában eggyel magasabb szintre emelhetjük a szünetmentes áramellátó rendszerünk megbízhatóságát és rendelkezésre állását.
Cikksorozatunk következő részében további biztonság-növelő eszközökkel és technológiákkal ismerkedünk majd meg, amelyek révén az UPS rendszer megbízhatósági tényezője elérheti akár a bűvös „6 kilences” (99,9999%) szintet is!
(Folytatása következik)
