A telekommunikációs oldal erejét a távközlési hálózat vérének, az akkumulátort pedig a hálózat zökkenőmentes működését biztosító vértárolójának tekintik. Az akkumulátor karbantartása azonban mindig is kihívást jelentett. Mivel a gyártók a központosított beszerzést követően folyamatosan csökkentették az árakat, az akkumulátorok minősége jelentősen romlott. Évente a távközlési áramellátási rendszer meghibásodásának több mint 70%-a az akkumulátorproblémáknak tulajdonítható, így az akkumulátor karbantartása fejfájást okoz a karbantartó személyzet számára. Ez a cikk az akkumulátor meghibásodásának fő okait elemzi, amely hasznos referenciaként szolgálhat mások számára.
1. Helyszíni áramellátó berendezések áttekintése
A helyszíni tápegység két 40 kVA-s UPS-ből áll, egy jól ismert nemzetközi márkától. Az akkumulátorok 2016-ban lettek beépítve. Az alábbiakban részletes információk találhatók:
UPS információ |
Akkumulátor információ |
Márka és modell: nemzetközi márka UPS UL33 |
Márka és modell: 12V 100Ah |
Konfiguráció: 40 kVA, 2 db párhuzamos rendszerben, egyenként kb. 5 kW terheléssel |
Elemek száma: csoportonként 30 cella, 2 csoport, összesen 60 cella |
Üzembe helyezés dátuma: 2006 (10 év szolgálat) |
Üzembe helyezés dátuma: 2016 (5 év szolgálat) |
Június 6-án az UPS gyártója rutinszerű karbantartást hajtott végre, kicserélte az AC és DC kondenzátorokat (5 év üzemidő) és a ventilátorokat. Az akkumulátor kisülési tesztje során (20 perc) azt találták, hogy az akkumulátor kisütési teljesítménye gyenge. A kisülési áram 16A volt, és 10 perc kisütés után több cella feszültsége 11,6 V-ra esett, de az akkumulátorok kidudorodását nem észlelték.
Megállapítást nyert, hogy az ellenőrzés során mindkét UPS-akkumulátorcsoportnak dudorodási problémái voltak. Multiméterrel megmérték az akkumulátor töltési hullámos feszültségét (AC beállítással mérve), amely 7 V-ot is elért (a karbantartási szabványt messze meghaladva). Emiatt eleinte azt gyanították, hogy az UPS gyártó mérnökei által kicserélt egyenáramú szűrőkondenzátorok hibásak, ami túlzott hullámos feszültséget okozott az UPS egyenáramú buszán, ami az akkumulátor kidudorodásához vezetett.
2. Helyszíni hibahelyzet
Július 22-én a Kutatóintézet csapata biztonsági ellenőrzést végzett egy kirendeltségen. Felfedezték, hogy egy épület 5. emeletén az UPS-rendszerek akkumulátorai erősen kidudorodtak. Ha áramkimaradás történt a hálózatból, félő volt, hogy az akkumulátorok esetleg nem merülnek le megfelelően, ami balesethez vezethet. Ennek eredményeként azonnal azt javasolták, hogy a kirendeltség karbantartó személyzete vegye fel a kapcsolatot a gyártó mérnökeivel, hogy másnap délután mindhárom féllel közös helyszíni vizsgálatot és hibaelhárítást szervezzenek.
12V-os elemek kidudorodása
Július 23-án délután a három fél a helyszínre érkezett. Az ellenőrzés során mindkét UPS egység normálisan működik, az akkumulátorok úszófeszültsége körülbelül 404 V (a beállított paraméterekkel összhangban). A gyártó mérnökei egy Fluke 287C multimétert (nagy pontosságú) használtak az akkumulátor töltési hullámosságának mérésére, amely körülbelül 0,439 V volt. Egy Fluke 376 bilincsmérő (alacsonyabb pontosságú) 0,4 V körül mért. Mindkét műszer eredményei hasonlóak voltak, és a berendezésre jellemző hullámos feszültségtartományba estek (általában kevesebb, mint a buszfeszültség 1%-a). Ez azt jelezte, hogy a kicserélt egyenáramú kondenzátorok megfelelőek és megfelelően működnek. Ezért kizárták azt a korábban gyanított elméletet, hogy a kondenzátorcsere túlzott hullámfeszültséget és az akkumulátor kidudorodását okozta.
Multiméter: 0,439V
Szorító mérő: kb 0,4V
Az UPS rendszer történeti adatainak áttekintése kimutatta, hogy június 6-án mindkét UPS egység 15 perces akkumulátorkisülési teszten esett át. A főkapcsoló visszaállítása után 6 perces kiegyenlített töltést végeztek, majd 14 perces akkumulátorkisülési tesztet végeztek a gyártó mérnökei. A teszt után az UPS rendszer automatikusan négy egymást követő 12 órás kiegyenlített töltést kezdeményezett, mindegyik fázist 1 perces időköz választja el, és június 9-én hajnali 5:32-kor ért véget. Azóta az akkumulátorok lebegő töltési módban maradtak.
Az eredeti UPS akkumulátor-beállítások további vizsgálata a következőket tárta fel:
Az akkumulátor élettartama 48 hónap (4 év), bár a 12 V-os akkumulátor tényleges élettartama 5 év.
A kiegyenlített töltés 'engedélyezve'-re lett állítva.
A töltőáram határértéke 10A volt.
A kiegyenlített töltésre való váltás triggerje 1A volt (a rendszer automatikusan kiegyenlített töltésre vált, ha az úszó töltési áram meghaladja az 1A-t, holott ennél a modellnél az alapértelmezett érték 0,03C10~0,05C10, ami azt jelenti, hogy a kiegyenlített töltés akkor indul, ha az úszótöltési áram eléri a 3-5 A-t. 0,01C10, ami azt jelenti, hogy a kiegyenlített töltés akkor indul el, ha az úszó töltési áram eléri az 1A-t).
A kiegyenlített töltés védelmi ideje 720 perc volt (a kiegyenlített töltés 12 óra elteltével automatikusan leáll).
3. A kudarcok okainak elemzése
A fenti körülmények alapján a meghibásodási folyamat a következőképpen elemezhető:
Ennek az UPS-nek a két akkumulátorcsoportja 4 éve volt használatban (a 12V-os akkumulátorok élettartama 5 év), és az akkumulátor kapacitása jelentősen csökkent. A meghibásodás előtt azonban az akkumulátor külső megjelenése normális volt, kidudorodásnak semmi jele nem volt. A UPS történeti rekordjainak 2019. január 30-tól 2020. június 6-ig tartó további felülvizsgálata azt mutatta, hogy az UPS rendszer 12 kiegyenlített töltést hajtott végre, a leghosszabb időtartam nem haladta meg a 15 percet. Ez azt jelzi, hogy az UPS rendszerben a karbantartás előtt beállított kiegyenlített töltési időtartam viszonylag rövid, mindössze 15 perc volt, és az UPS rendszer rövid távú kiegyenlített töltése nem okozza az akkumulátorok kidudorodását.
A karbantartás és a kondenzátorcsere után az UPS rendszert újraindították. A vezérlőlogika az akkumulátort újonnan csatlakoztatottként azonosította, így 6 perces kiegyenlített töltést kezdeményezett, majd lebegő töltésre váltott. Egy ezt követő 14 perces kisütési teszt után azonban az UPS rendszer automatikusan megkezdte a kiegyenlített töltést az akkumulátorok teljes újratöltése érdekében. Az akkumulátorok 4 éves használatának köszönhetően a belső töltésmegtartó képességük leromlott, így az úszó töltési áram meghaladta az 1A-t, ami kiváltotta az UPS rendszerben beállított 1A-es kiegyenlített töltési küszöböt (ennek a modellnek az alapértelmezett értéke 3~5A úszótöltési áram a kiegyenlített töltés kiváltására, de valamilyen oknál fogva ezt a karbantartó1 módosította A). Ez azt eredményezte, hogy az UPS rendszer ismételten elindította a kiegyenlített töltést, amíg egy belső akkumulátorszakadás végül meg nem állította (ellenkező esetben az UPS rendszer folytatta volna az ismételt kiegyenlített töltést, ami az akkumulátorcsoport kigyulladásához vezethetett volna). Ez alatt az időszak alatt az akkumulátorok négy folyamatos kiegyenlített töltési cikluson mentek keresztül 48 órán keresztül (minden ciklus 12 óránként csak 1 percre szünetelt, mielőtt újraindult volna a kiegyenlített töltés). Ilyen hosszan tartó kiegyenlített töltés után az akkumulátorok végül kidudorodtak, és még a légtelenítő szelepek is deformálódtak.
4. Következtetés
A fenti megfigyelések és elemzések alapján az akkumulátor meghibásodásának okai ebben az UPS rendszerben a következők:
A közvetlen ok az UPS rendszer töltési paramétereinek nem megfelelő beállítása volt, ami 48 órán keresztül folyamatos kiegyenlített töltéshez vezetett, az egyes ciklusok között mindössze 1 perces időközökkel. Még az új akkumulátorok sem bírják ki az ilyen hosszan tartó és intenzív kiegyenlített töltést, ami ebben az esetben az akkumulátor kidudorodásához vezet.
Az UPS rendszermodell egy korai tervezés, funkcionális korlátokkal. Ebből a régebbi (20 éve tervezett) UPS-modellből hiányzott az 'kiegyenlített töltési intervallum védelmi idő' beállítás (más márkák általában 7 napra állítják ezt az intervallumot), ami folyamatos többszörös kiegyenlített töltési ciklust eredményezett.
Az akkumulátorok teljesítménye az életkor miatt (4 év üzemidő) leromlott, csökkent a kisütési kapacitás és a rossz töltéstartás. Június 6. előtt a kiegyenlített-lebegő töltés konverziós áramküszöböt indokolatlanul alacsonyra (100 Ah-s akkumulátorok esetén csak 1A) állítottuk be. Az UPS rendszer alapértelmezett értéke 3-5 A, de a karbantartó személyzet megmagyarázhatatlan módon 1A-re módosította.
Az UPS-rendszer 14 éve működött, jóval a leszerelési korát meghaladóan, így a mérési hibák elkerülhetetlenek voltak. Ezek a hibák okozhatták, hogy a rendszer ismételten kiegyenlített töltést kezdeményezett a pontatlan áramérzékelés miatt.
Szerencsére az egyik akkumulátorcellában megszakadt áramkör megakadályozta, hogy a szünetmentes tápegység a negyedik kiegyenlített töltés után folytassa az ismételt kiegyenlített töltési ciklusokat, így elkerülhető az akkumulátorok meggyulladásának lehetősége.
5. Javító intézkedések a hiba esetére
A korrekciós intézkedések két szempontot foglalnak magukban:
Először ideiglenesen módosítsa az UPS akkumulátortöltési paramétereit:
Tiltsa le a kiegyenlített töltés beállítását az UPS rendszerben.
Állítsa be a trigger áramot a lebegő töltésről a kiegyenlített töltésre való átkapcsoláshoz 3A-re (bár a 3A még mindig kevés, mivel az alapértelmezett minimum 3A, de korábban 1A-re volt állítva).
Állítsa a kiegyenlített töltésvédelmi időt 1 órára (korábban 12 órára).
Másodszor, a kirendeltség a két akkumulátorcsoportot tartalék akkumulátorokra cserélte, de a tartalék akkumulátorok kapacitása mindössze 50 Ah, így csak ideiglenes vészhelyzeti célokra használhatók. A tervek szerint a jövőben az UPS-rendszer terhelését más áramforrásokra helyezik át, hogy alaposan megoldják az áramellátás biztonságát.
Az üzemeltető évente jelentős összeget költ az UPS rendszer karbantartására, de a karbantartók hanyagsága és figyelmetlensége miatt még az UPS rendszer alapértelmezett értékeit is tévedésből módosították, ami valóban hihetetlen. Javasoljuk, hogy az UPS gyártója komolyan vegye termékei karbantartását, és a jövőben kerülje el az ilyen alapvető hibákat, javítva karbantartási szolgáltatásai minőségét. Eközben javasolt, hogy az üzemeltető fokozottan figyeljen az UPS gyártója által nyújtott utólagos karbantartási szolgáltatásokra, és hozzon létre egy értékelő rendszert az UPS rendszer biztonságos és megbízható működésének folyamatos javítása érdekében.
