כוחו של אתר טלקום נחשב לדם של רשת טלקום, בעוד שהסוללה נחשבת למאגר הדם שלו, השומרת על פעילותה התקינה של הרשת. עם זאת, תחזוקת הסוללה תמיד הייתה היבט מאתגר. כאשר יצרנים מורידים מחירים ללא הרף לאחר רכש מרוכז, איכות הסוללות ירדה משמעותית. מדי שנה, יותר מ-70% מתקלות מערכות החשמל טלקום מיוחסות לבעיות סוללה, מה שהופך את תחזוקת הסוללה לכאב ראש עבור אנשי התחזוקה. מאמר זה מציע ניתוח של הגורמים העיקריים לכשל בסוללה, שעשוי לשמש עזר שימושי עבור אחרים.
1. סקירת ציוד חשמל באתר
ציוד החשמל באתר מורכב משתי יחידות UPS 40kVA של מותג בינלאומי ידוע. הסוללות הותקנו בשנת 2016. להלן מידע מפורט:
מידע על UPS |
מידע על הסוללה |
מותג ודגם: מותג בינלאומי UPS UL33 |
מותג ודגם: 12V 100Ah |
תצורה: 40 קילוואט, 2 יחידות במערכת מקבילה, כל אחת בעומס של כ-5 קילוואט |
מספר סוללות: 30 תאים לקבוצה, 2 קבוצות, סה'כ 60 תאים |
תאריך הפעלה: 2006 (10 שנות שירות) |
תאריך הפעלה: 2016 (5 שנות שירות) |
ב-6 ביוני ביצע יצרן ה-UPS תחזוקה שוטפת, והחליף את קבלי AC ו-DC (5 שנות שירות) ואת המאווררים. במהלך בדיקת פריקת הסוללה (20 דקות), נמצא כי ביצועי הפריקה של הסוללה היו גרועים. זרם הפריקה היה 16A, ולאחר 10 דקות של פריקה, המתח של מספר תאים ירד ל-11.6V, אך לא נצפתה התנפחות של הסוללות.
נמצא שלשתי קבוצות הסוללות של UPS היו בעיות בולטות במהלך הבדיקה. באמצעות מולטימטר, הם מדדו את מתח אדוות טעינת הסוללה (נמדד באמצעות הגדרת AC), שהיה גבוה עד 7V (חורג בהרבה מתקן התחזוקה). כתוצאה מכך, הם חשדו בתחילה כי קבלי מסנן ה-DC שהוחלפו על ידי מהנדסי יצרן ה-UPS היו פגומים, וגרמו למתח אדוות מוגזם באפיק ה-DC של ה-UPS, מה שהוביל לבליטת הסוללה.
2. מצב כשל באתר
ב-22 ביולי ערך צוות מכון המחקר בדיקת בטיחות בסניף. הם גילו שהסוללות של מערכות ה-UPS בקומה ה-5 של בניין בולטות קשות. אם היו הפסקות חשמל מהרשת, חשש שהסוללות לא יתרוקנו כראוי, מה שעלול להוביל לתאונה. כתוצאה מכך, הם המליצו מיד לאנשי התחזוקה של הסניף לפנות למהנדסי היצרן על מנת לתאם פגישת חקירה ופתרון תקלות משותפת במקום עם שלושת הגורמים למחרת אחר הצהריים.
בליטה של סוללות 12V
אחר הצהריים של ה-23 ביולי הגיעו שלושת הצדדים למקום. לאחר בדיקה, נמצאו שתי יחידות ה-UPS פועלות כרגיל, עם מתח צף של כ-404V עבור הסוללות (בהתאמה לפרמטרים שנקבעו). מהנדסי היצרן השתמשו במולטימטר Fluke 287C (דיוק גבוה) כדי למדוד את מתח האדוות של טעינת הסוללה, שהיה בערך 0.439V. מד מהדק של Fluke 376 (דיוק נמוך יותר) נמדד בסביבות 0.4V. התוצאות משני המכשירים היו דומות ונפלו בטווח המתח הטיפוסי של הציוד (בדרך כלל פחות מ-1% ממתח האוטובוס). זה הצביע על כך שקבלי ה-DC שהוחלפו היו תואמים ומתפקדים כרגיל. לכן, התיאוריה שנחשדה בעבר לפיה החלפת הקבל גרמה למתח אדוות מוגזם והתנפחות הסוללה נשללה.
מודד: 0.439V
מד מהדק: כ-0.4V
סקירה של הרישומים ההיסטוריים של מערכת ה-UPS הראתה שב-6 ביוני, שתי יחידות ה-UPS עברו בדיקת פריקת סוללה של 15 דקות. לאחר שחזור מתג ההפעלה הראשי, בוצעה טעינה מאוזנת של 6 דקות ולאחריה בדיקת פריקת סוללה של 14 דקות על ידי מהנדסי היצרן. לאחר הבדיקה, מערכת ה-UPS יזמה אוטומטית ארבעה טעינות שוות רצופות של 12 שעות, כאשר כל שלב מופרד במרווח של דקה אחת, והסתיים ב-5:32 בבוקר ב-9 ביוני. מאז, הסוללות נשארו במצב טעינה צף.
בדיקה נוספת של הגדרות הסוללה המקוריות של UPS גילתה את הדברים הבאים:
חיי הסוללה נקבעו ל-48 חודשים (4 שנים), אם כי תוחלת החיים בפועל של סוללת 12V צריכה להיות 5 שנים.
טעינה מאוזנת הוגדרה ל-'מופעלת'.
מגבלת זרם הטעינה הוגדרה ל-10A.
הטריגר למעבר לטעינה מאוזנת הוגדר ל-1A (המערכת תעבור אוטומטית לטעינה מאוזנת אם זרם הטעינה הצוף יעלה על 1A, למרות שערך ברירת המחדל של דגם זה הוא 0.03C10~0.05C10, כלומר הטעינה המשוווה מופעלת כאשר זרם הטעינה הצוף מגיע ל-3-5A. עם זאת, מסיבה לא ידועה של היצרן התאמתו לאדם תחזוקה זו. 0.01C10, כלומר טעינה מאוזנת תופעל כאשר זרם הטעינה המצוף מגיע ל-1A).
זמן הגנת טעינה מאוזנת הוגדר ל-720 דקות (טעינה מאוזנת תפסיק אוטומטית לאחר 12 שעות).
3. ניתוח גורמי הכשל
בהתבסס על הנסיבות לעיל, ניתן לנתח את תהליך הכישלון באופן הבא:
שתי קבוצות הסוללות של מערכת UPS זו היו בשימוש במשך 4 שנים (חיי השירות של סוללות 12V הוא 5 שנים), וקיבולת הסוללה ירדה משמעותית. עם זאת, לפני התקלה, המראה החיצוני של הסוללה היה תקין, ללא סימני בליטה. סקירה נוספת של הרשומות ההיסטוריות של UPS מה-30 בינואר 2019 (הרשומות שלפני תאריך זה נוקו) ועד ה-6 ביוני 2020, הראתה שמערכת ה-UPS ביצעה 12 טעינות שוות, כאשר משך הזמן הארוך ביותר הוא לא יותר מ-15 דקות. זה מצביע על כך שמשך הטעינה השווה שנקבע במערכת ה-UPS לפני התחזוקה היה קצר יחסית, 15 דקות בלבד, וטעינה השוואה לטווח קצר של מערכת ה-UPS לא תגרום לבליטות הסוללות.
לאחר תחזוקה והחלפת קבלים, מערכת ה-UPS הופעלה מחדש. היגיון הבקרה זיהה את הסוללה כמחוברת לאחרונה, אז היא התחילה טעינה מאוזנת של 6 דקות ואז עברה לטעינה ציפה. עם זאת, לאחר בדיקת פריקה של 14 דקות לאחר מכן, מערכת ה-UPS החלה אוטומטית בטעינה שוויונית כדי לטעון את הסוללות במלואן. בגלל שהסוללות היו בשימוש במשך 4 שנים, יכולת שימור הטעינה הפנימית שלהן התדרדרה, מה שגרם לזרם הטעינה המצוף לחרוג מ-1A, מה שגרם לסף הטעינה השווה של 1A שנקבע במערכת ה-UPS (ערך ברירת המחדל של דגם זה הוא זרם טעינה צף 3~5A כדי להפעיל טעינה מאוזנת, אך מסיבה כלשהי, צוות התחזוקה הזה שינו לאנשי תחזוקה 1A). זה הביא לכך שמערכת ה-UPS התחילה שוב ושוב את הטעינה השוויונית עד שמעגל סוללה פתוח לבסוף עצר אותה (אחרת, מערכת ה-UPS הייתה ממשיכה בטעינה מאוזנת חוזרת ונשנית, מה שעלול היה להוביל להתלקחות קבוצת הסוללות). במהלך תקופה זו, הסוללות עברו ארבעה מחזורי טעינה מאוזנים רציפים לאורך 48 שעות (כל מחזור הושהה לדקה אחת בלבד כל 12 שעות לפני חידוש הטעינה השווה). לאחר טעינה מאוזנת כה ממושכת, הסוללות פיתחו בסופו של דבר בליטות, ואפילו שסתומי האוורור התעוותו.
4. מַסְקָנָה
בהתבסס על התצפיות והניתוח שלעיל, הגורמים לכשל בסוללה במערכת UPS זו הם כדלקמן:
הסיבה הישירה הייתה הגדרה לא נכונה של פרמטרי הטעינה של מערכת ה-UPS, שהובילה לטעינה רציפה שוויונית למשך 48 שעות עם מרווחים של דקה בלבד בין כל מחזור. אפילו סוללות חדשות לא יעמדו בטעינה מאוזנת כל כך ממושכת ואינטנסיבית, מה שמוביל לכשל של התנפחות הסוללה במקרה זה.
דגם מערכת UPS הוא תכנון מוקדם עם מגבלות תפקודיות. לדגם UPS הישן יותר הזה (שעוצב לפני 20 שנה) לא הייתה הגדרת 'זמן ההגנה על מרווחי טעינה מאוזנים' (מותגים אחרים מגדירים את המרווח הזה בדרך כלל ל-7 ימים), מה שגרם למחזורי טעינה מרובים מאושרים.
ביצועי הסוללות ירדו עקב גיל (4 שנים בשירות), עם יכולת פריקה מופחתת ושימור טעינה לקוי. לפני ה-6 ביוני, סף זרם ההמרה המשוווה לטעינה ציפה נקבע נמוך באופן בלתי סביר (רק 1A עבור סוללות 100Ah). ערך ברירת המחדל של מערכת ה-UPS הוא 3~5A, אך אנשי התחזוקה שינו אותו באופן בלתי מוסבר ל-1A.
מערכת ה-UPS פעלה במשך 14 שנים, הרבה מעבר לגיל ההשבתה שלה, מה שהופך שגיאות מדידה בלתי נמנעות. ייתכן ששגיאות אלו גרמו למערכת ליזום שוב ושוב טעינה מאוזנת עקב זיהוי זרם לא מדויק.
למרבה המזל, מעגל פתוח באחד מתאי הסוללה מנע ממערכת ה-UPS להמשיך את מחזורי הטעינה המשוווים החוזרים ונשנים לאחר הטעינה השווה הרביעית, ובכך נמנע פוטנציאל להתלקחות הסוללות.
5. אמצעי תיקון לכשל
אמצעי התיקון כוללים שני היבטים:
ראשית, שנה זמנית את פרמטרי טעינת הסוללה של UPS:
השבת את הגדרת הטעינה השווה במערכת UPS.
התאם את זרם ההדק למעבר מטעינה ציפה לטעינה מאוזנת ל-3A (אם כי 3A עדיין נמוך במקצת, שכן ברירת המחדל המינימלית היא 3A, אך היא הוגדרה בעבר ל-1A).
כוונן את זמן הגנת הטעינה השווה לשעה אחת (קודם לכן הוגדר ל-12 שעות).
שנית, הסניף החליף את שתי קבוצות הסוללות בסוללות גיבוי, אך סוללות הגיבוי בעלות קיבולת של 50 Ah בלבד, כך שניתן להשתמש בהן רק לצורכי חירום זמניים. ישנן תוכניות להעביר את העומס ממערכת ה-UPS למקורות חשמל אחרים בעתיד, כדי לפתור באופן יסודי את בעיות הבטיחות באספקת החשמל.
המפעיל מוציא מדי שנה סכום לא מבוטל על שירותי תחזוקה למערכת UPS, אך בשל רשלנות וחוסר זהירות של אנשי התחזוקה, הם אפילו שינו בטעות את ערכי ברירת המחדל של מערכת UPS, וזה באמת לא ייאמן. מומלץ ליצרן UPS לקחת את התחזוקה של מוצריו ברצינות ולהימנע מטעויות בסיסיות כאלה בעתיד, ולשפר את איכות שירותי התחזוקה שלהם. בינתיים, מוצע למפעיל גם לשים לב יותר לשירותי התחזוקה העוקבים הניתנים על ידי יצרן ה-UPS ולהקים מערכת הערכה לשיפור מתמיד של הפעולה הבטוחה והאמינה של מערכת ה-UPS.
