La potenza del sito di telecomunicazioni è considerata il sangue di una rete di telecomunicazioni, mentre la batteria è considerata il suo serbatoio di sangue, salvaguardando il regolare funzionamento della rete. Tuttavia, la manutenzione della batteria è sempre stata un aspetto impegnativo. Con i produttori che abbassano continuamente i prezzi dopo l’approvvigionamento centralizzato, la qualità delle batterie è notevolmente diminuita. Ogni anno, oltre il 70% dei guasti dei sistemi di alimentazione delle telecomunicazioni sono attribuiti a problemi delle batterie, rendendo la manutenzione delle batterie un grattacapo per il personale addetto alla manutenzione. Questo articolo offre un'analisi delle principali cause di guasto della batteria, che può servire come utile riferimento per altri.
1. Panoramica delle apparecchiature elettriche in loco
L'attrezzatura elettrica in loco è composta da due unità UPS da 40 kVA di un noto marchio internazionale. Le batterie sono state installate nel 2016. Di seguito sono riportate le informazioni dettagliate:
Informazioni sull'UPS |
Informazioni sulla batteria |
Marca e modello: marchio internazionale UPS UL33 |
Marca e modello: 12V 100Ah |
Configurazione: 40 kVA, 2 unità in sistema in parallelo, ciascuna con un carico di circa 5 kW |
Numero di batterie: 30 celle per gruppo, 2 gruppi, per un totale di 60 celle |
Data di messa in servizio: 2006 (10 anni di servizio) |
Data di messa in servizio: 2016 (5 anni di servizio) |
Il 6 giugno il produttore dell'UPS ha effettuato la manutenzione ordinaria, sostituendo i condensatori AC e DC (5 anni di servizio) e le ventole. Durante il test di scaricamento della batteria (20 minuti), è stato riscontrato che le prestazioni di scaricamento della batteria erano scarse. La corrente di scarica era di 16 A e dopo 10 minuti di scarica la tensione di diverse celle è scesa a 11,6 V, ma non è stato osservato alcun rigonfiamento delle batterie.
Durante l'ispezione è stato riscontrato che entrambi i gruppi di batterie dell'UPS presentavano problemi di rigonfiamento. Utilizzando un multimetro, hanno misurato la tensione di ondulazione di carica della batteria (misurata utilizzando l'impostazione CA), che era pari a 7 V (superando di gran lunga lo standard di manutenzione). Di conseguenza, inizialmente sospettavano che i condensatori del filtro CC sostituiti dai tecnici del produttore dell'UPS fossero difettosi, causando un'eccessiva ondulazione di tensione sul bus CC dell'UPS, con conseguente rigonfiamento della batteria.
2. Situazione di guasto in loco
Il 22 luglio la squadra dell'Istituto di ricerca ha effettuato un'ispezione di sicurezza presso una filiale. Hanno scoperto che le batterie dei sistemi UPS al 5° piano di un edificio erano gravemente gonfie. In caso di interruzioni di corrente dalla rete, si temeva che le batterie non si scaricassero correttamente, con il rischio di un incidente. Di conseguenza, hanno immediatamente raccomandato al personale di manutenzione della filiale di contattare gli ingegneri del produttore per organizzare un'indagine congiunta sul posto e una sessione di risoluzione dei problemi con tutte e tre le parti il pomeriggio successivo.
Rigonfiamento delle batterie da 12 V
Nel pomeriggio del 23 luglio i tre gruppi giunsero sul posto. All'ispezione, entrambe le unità UPS sono risultate funzionanti normalmente, con una tensione di mantenimento per le batterie di circa 404 V (in linea con i parametri impostati). Gli ingegneri del produttore hanno utilizzato un multimetro Fluke 287C (alta precisione) per misurare la tensione di ondulazione di carica della batteria, che era di circa 0,439 V. Una pinza amperometrica Fluke 376 (precisione inferiore) ha misurato circa 0,4 V. I risultati di entrambi gli strumenti erano simili e rientravano nell'intervallo di tensione di ripple tipico dell'apparecchiatura (generalmente inferiore all'1% della tensione del bus). Ciò indicava che i condensatori CC sostituiti erano conformi e funzionavano normalmente. Pertanto è stata esclusa la teoria precedentemente sospettata secondo cui la sostituzione del condensatore avrebbe causato un'eccessiva ondulazione di tensione e il rigonfiamento della batteria.
Multimetro: 0,439 V
Pinza amperometrica: circa 0,4 V
Un esame dei registri storici del sistema UPS ha mostrato che, il 6 giugno, entrambe le unità UPS erano state sottoposte a un test di scarica della batteria di 15 minuti. Dopo aver ripristinato l'interruttore di alimentazione principale, è stata eseguita una ricarica equalizzata di 6 minuti, seguita da un test di scarica della batteria di 14 minuti da parte degli ingegneri del produttore. Dopo il test, il sistema UPS ha avviato automaticamente quattro ricariche equalizzate consecutive di 12 ore, con ciascuna fase separata da un intervallo di 1 minuto, concludendosi alle 5:32 del 9 giugno. Da allora, le batterie sono rimaste in modalità carica di mantenimento.
Un ulteriore esame delle impostazioni originali della batteria dell'UPS ha rivelato quanto segue:
La durata della batteria è stata fissata a 48 mesi (4 anni), anche se l'aspettativa di vita effettiva di una batteria da 12 V dovrebbe essere di 5 anni.
La ricarica equalizzata è stata impostata su 'abilitata'.
Il limite della corrente di carica è stato impostato su 10 A.
L'attivazione per il passaggio alla carica equalizzata è stata impostata su 1 A (il sistema passerebbe automaticamente alla carica equalizzata se la corrente di carica flottante supera 1 A, anche se il valore predefinito per questo modello è 0,03 C10~0,05 C10, il che significa che la carica equalizzata viene attivata quando la corrente di carica flottante raggiunge 3-5 A. Tuttavia, per ragioni sconosciute, il personale di manutenzione del produttore ha regolato questo valore su 0,01 C10, il che significa che la carica equalizzata verrebbe attivata quando la corrente di carica flottante supera 1 A. la corrente di carica raggiunge 1A).
Il tempo di protezione della carica equalizzata è stato impostato su 720 minuti (la carica equalizzata si interromperebbe automaticamente dopo 12 ore).
3. Analisi delle Cause di Guasto
Sulla base delle circostanze di cui sopra, il processo di fallimento può essere analizzato come segue:
I due gruppi di batterie di questo sistema UPS erano in uso da 4 anni (la durata delle batterie da 12 V è di 5 anni) e la capacità della batteria era notevolmente diminuita. Tuttavia, prima del guasto, l'aspetto esterno della batteria era normale, senza segni di rigonfiamento. Un ulteriore esame dei record storici dell'UPS dal 30 gennaio 2019 (i record precedenti a questa data sono stati cancellati) al 6 giugno 2020, ha mostrato che il sistema UPS aveva eseguito 12 ricariche equalizzate, la cui durata più lunga non era superiore a 15 minuti. Ciò indica che la durata della carica equalizzata impostata nel sistema UPS prima della manutenzione era relativamente breve, solo 15 minuti, e che la carica equalizzata a breve termine del sistema UPS non causerà il rigonfiamento delle batterie.
Dopo la manutenzione e la sostituzione dei condensatori, il sistema UPS è stato riavviato. La logica di controllo ha identificato la batteria come appena collegata, quindi ha avviato una carica equalizzata di 6 minuti e poi è passata alla carica di mantenimento. Tuttavia, dopo un successivo test di scarica di 14 minuti, il sistema UPS ha avviato automaticamente la carica equalizzata per ricaricare completamente le batterie. Dato che le batterie sono state utilizzate per 4 anni, la loro capacità di ritenzione della carica interna si è deteriorata, facendo sì che la corrente di carica di mantenimento superi 1 A, attivando la soglia di carica equalizzata di 1 A impostata nel sistema UPS (il valore predefinito per questo modello è 3~5 A di corrente di carica di mantenimento per attivare la carica equalizzata, ma per qualche motivo il personale di manutenzione lo ha modificato a 1 A). Ciò ha portato il sistema UPS ad avviare ripetutamente la carica equalizzata fino a quando un circuito aperto della batteria interna non l'ha interrotta (altrimenti, il sistema UPS avrebbe continuato a caricare ripetutamente equalizzata, il che avrebbe potuto portare all'incendio del gruppo batteria). Durante questo periodo, le batterie sono state sottoposte a quattro cicli di carica equalizzata continui nell'arco di 48 ore (ogni ciclo faceva una pausa di solo 1 minuto ogni 12 ore prima di riprendere la carica equalizzata). Dopo una carica equalizzata così prolungata, le batterie alla fine hanno iniziato a gonfiarsi e persino le valvole di sfiato si sono deformate.
4. Conclusione
Sulla base delle osservazioni e analisi di cui sopra, le cause del guasto della batteria in questo sistema UPS sono le seguenti:
La causa diretta è stata l'impostazione errata dei parametri di carica del sistema UPS, che ha portato ad una carica equalizzata continua per 48 ore con intervalli di solo 1 minuto tra ogni ciclo. Anche le batterie nuove non potrebbero resistere ad una carica equalizzata così prolungata e intensa, portando in questo caso al guasto da rigonfiamento della batteria.
Il modello del sistema UPS è un progetto iniziale con limitazioni funzionali. Questo vecchio modello di UPS (progettato 20 anni fa) non disponeva dell'impostazione 'tempo di protezione dell'intervallo di ricarica equalizzato' (altri marchi in genere impostano questo intervallo su 7 giorni), risultando in cicli di ricarica equalizzati multipli continui.
Le prestazioni delle batterie erano peggiorate a causa dell'età (4 anni di servizio), con capacità di scarica ridotta e scarsa ritenzione della carica. Prima del 6 giugno, la soglia della corrente di conversione da carica equalizzata a carica di mantenimento era irragionevolmente bassa (solo 1 A per batterie da 100 Ah). Il valore predefinito del sistema UPS è 3~5A, ma il personale di manutenzione lo ha inspiegabilmente modificato a 1A.
Il sistema UPS era in funzione da 14 anni, ben oltre la sua età di smantellamento, rendendo inevitabili errori di misurazione. Questi errori potrebbero aver causato l'avvio ripetuto della carica equalizzata da parte del sistema a causa di un rilevamento impreciso della corrente.
Fortunatamente, un circuito aperto in una delle celle della batteria ha impedito al sistema UPS di continuare i ripetuti cicli di carica equalizzata dopo la quarta carica equalizzata, evitando così il rischio di incendio delle batterie.
5. Misure correttive per il fallimento
Le misure correttive comprendono due aspetti:
Innanzitutto, modificare temporaneamente i parametri di ricarica della batteria dell'UPS:
Disabilitare l'impostazione di carica equalizzata nel sistema UPS.
Regola la corrente di attivazione per passare dalla carica fluttuante alla carica equalizzata su 3 A (sebbene 3 A sia ancora un po' basso, poiché il minimo predefinito è 3 A, ma in precedenza era impostato su 1 A).
Regolare il tempo di protezione della carica equalizzata su 1 ora (precedentemente impostato su 12 ore).
In secondo luogo, la filiale ha sostituito i due gruppi di batterie con batterie di riserva, ma le batterie di riserva hanno una capacità di soli 50 Ah, quindi possono essere utilizzate solo per scopi di emergenza temporanei. Si prevede di trasferire in futuro il carico dal sistema UPS ad altre fonti di alimentazione, per risolvere completamente i problemi di sicurezza dell'alimentazione.
L'operatore spende ogni anno una somma considerevole per i servizi di manutenzione del sistema UPS, ma a causa della negligenza e disattenzione del personale addetto alla manutenzione, ha addirittura modificato erroneamente i valori predefiniti del sistema UPS, il che è davvero incredibile. Si raccomanda al produttore dell'UPS di prendere sul serio la manutenzione dei propri prodotti e di evitare di commettere errori così basilari in futuro, migliorando la qualità dei propri servizi di manutenzione. Nel frattempo, si suggerisce che l'operatore presti maggiore attenzione anche ai successivi servizi di manutenzione forniti dal produttore dell'UPS e istituisca un sistema di valutazione per migliorare continuamente il funzionamento sicuro e affidabile del sistema UPS.
