Moc sieci telekomunikacyjnej jest uważana za krew sieci telekomunikacyjnej, natomiast bateria jest uważana za jej zbiornik krwi, zapewniający sprawne działanie sieci. Jednak konserwacja akumulatorów zawsze stanowiła wyzwanie. Ponieważ producenci stale obniżają ceny w wyniku scentralizowanych zakupów, jakość akumulatorów znacznie spadła. Każdego roku ponad 70% awarii systemów zasilania telekomunikacyjnego przypisuje się problemom z akumulatorami, co sprawia, że konserwacja akumulatorów staje się dla personelu konserwacyjnego problemem. W artykule tym dokonano analizy głównych przyczyn awarii akumulatorów, która może posłużyć innym za przydatne źródło informacji.
1. Przegląd urządzeń zasilających na miejscu
Sprzęt zasilający na miejscu składa się z dwóch zasilaczy UPS o mocy 40 kVA znanej międzynarodowej marki. Akumulatory zostały zamontowane w 2016 roku. Poniżej szczegółowe informacje:
Informacje o UPS |
Informacje o baterii |
Marka i model: Międzynarodowa marka UPS UL33 |
Marka i model: 12 V 100 Ah |
Konfiguracja: 40 kVA, 2 jednostki w układzie równoległym, każda o mocy około 5 kW |
Liczba akumulatorów: 30 ogniw na grupę, 2 grupy, łącznie 60 ogniw |
Data uruchomienia: 2006 (10 lat służby) |
Data uruchomienia: 2016 (5 lat pracy) |
W dniu 6 czerwca producent UPS przeprowadził konserwację okresową, wymieniając kondensatory AC i DC (5 lat eksploatacji) oraz wentylatory. Podczas testu rozładowania akumulatora (20 minut) stwierdzono, że wydajność rozładowania akumulatora była słaba. Prąd rozładowania wyniósł 16A, a po 10 minutach rozładowania napięcie kilku ogniw spadło do 11,6V, nie zaobserwowano jednak wybrzuszenia akumulatorów.
Podczas kontroli stwierdzono, że w obu grupach akumulatorów UPS wystąpiły problemy z wybrzuszeniami. Za pomocą multimetru zmierzyli napięcie tętnienia ładowania akumulatora (mierzone przy ustawieniu AC), które wyniosło aż 7 V (znacznie przekraczając normę konserwacji). W rezultacie początkowo podejrzewali, że kondensatory filtra prądu stałego wymienione przez inżynierów producenta zasilacza UPS są wadliwe, powodując nadmierne tętnienie napięcia na szynie DC zasilacza UPS, co prowadzi do wybrzuszenia akumulatora.
2. Sytuacja awaria na miejscu
22 lipca zespół Instytutu Badawczego przeprowadził kontrolę bezpieczeństwa w oddziale. Odkryli, że akumulatory systemów UPS na 5. piętrze budynku uległy znacznemu wybrzuszeniu. W przypadku przerw w dostawie prądu obawiano się, że akumulatory nie rozładują się prawidłowo, co może doprowadzić do wypadku. W rezultacie natychmiast zalecili, aby personel konserwacyjny oddziału skontaktował się z inżynierami producenta w celu zorganizowania wspólnego badania na miejscu i sesji rozwiązywania problemów ze wszystkimi trzema stronami następnego popołudnia.
Wybrzuszenie akumulatorów 12 V
Po południu 23 lipca wszystkie trzy strony przybyły na miejsce. Po oględzinach stwierdzono, że oba zasilacze UPS działają normalnie, a napięcie podtrzymujące akumulatorów wynosi około 404 V (zgodnie z ustawionymi parametrami). Inżynierowie producenta wykorzystali multimetr Fluke 287C (wysoka dokładność) do pomiaru napięcia tętniącego ładowania akumulatora, które wyniosło około 0,439V. Miernik cęgowy Fluke 376 (mniejsza dokładność) zmierzył około 0,4 V. Wyniki z obu przyrządów były podobne i mieściły się w typowym zakresie napięcia tętnienia dla sprzętu (zwykle poniżej 1% napięcia magistrali). Oznaczało to, że wymienione kondensatory prądu stałego były zgodne i działały normalnie. Dlatego też wykluczono wcześniej podejrzewaną teorię, że wymiana kondensatora spowodowała nadmierne tętnienie napięcia i wybrzuszenie akumulatora.
Multimetr: 0,439 V
Miernik cęgowy: około 0,4 V
Przegląd dokumentacji historycznej systemu UPS wykazał, że 6 czerwca oba zasilacze UPS przeszły 15-minutowy test rozładowania akumulatorów. Po przywróceniu głównego wyłącznika zasilania przeprowadzono 6-minutowe ładowanie wyrównawcze, a następnie 14-minutowy test rozładowania akumulatora przeprowadzony przez inżynierów producenta. Po teście system UPS automatycznie zainicjował cztery kolejne, 12-godzinne, wyrównane ładowania, przy czym każda faza była oddzielona 1-minutową przerwą, kończące się 9 czerwca o godzinie 5:32. Od tego czasu akumulatory pozostają w trybie ładowania podtrzymującego.
Dalsze badanie oryginalnych ustawień akumulatora UPS ujawniło, co następuje:
Żywotność baterii ustalono na 48 miesięcy (4 lata), choć rzeczywista oczekiwana żywotność baterii 12 V powinna wynosić 5 lat.
Równe ładowanie zostało ustawione na „włączone”.
Limit prądu ładowania został ustawiony na 10A.
Spust przełączenia na ładowanie wyrównawcze został ustawiony na 1A (system automatycznie przełączy się na ładowanie wyrównawcze, jeśli prąd ładowania podtrzymującego przekroczy 1A, mimo że domyślna wartość dla tego modelu to 0,03C10 ~ 0,05C10, co oznacza, że ładowanie wyrównawcze zostanie uruchomione, gdy prąd ładowania podtrzymującego osiągnie 3-5A. Jednak z nieznanych powodów personel serwisowy producenta dostosował tę wartość do 0,01C10, co oznacza, że ładowanie wyrównane zostanie uruchomione, gdy prąd ładowania wyrównawczego zostanie uruchomiony prąd ładowania pływakowego osiąga 1A).
Czas ochrony przed ładowaniem wyrównanym został ustawiony na 720 minut (ładowanie wyrównane zatrzyma się automatycznie po 12 godzinach).
3. Analiza przyczyn awarii
Na podstawie powyższych okoliczności proces awarii można przeanalizować w następujący sposób:
Obie grupy akumulatorów tego systemu UPS były używane przez 4 lata (żywotność akumulatorów 12 V wynosi 5 lat), a pojemność akumulatorów znacznie spadła. Jednakże przed awarią wygląd zewnętrzny akumulatora był normalny, bez oznak wybrzuszeń. Dalszy przegląd historii UPS od 30 stycznia 2019 r. (rejestry sprzed tej daty zostały wyczyszczone) do 6 czerwca 2020 r. wykazał, że system UPS przeprowadził 12 wyrównanych ładowań, przy czym najdłuższy czas trwania nie przekraczał 15 minut. Oznacza to, że czas ładowania wyrównawczego ustawiony w systemie UPS przed konserwacją był stosunkowo krótki i wynosił zaledwie 15 minut, a krótkotrwałe ładowanie wyrównane w systemie UPS nie spowoduje wybrzuszenia akumulatorów.
Po konserwacji i wymianie kondensatorów system UPS został uruchomiony ponownie. Układ logiczny sterowania zidentyfikował akumulator jako nowo podłączony, więc zainicjował 6-minutowe ładowanie wyrównawcze, a następnie przełączył się na ładowanie podtrzymujące. Jednakże po kolejnym 14-minutowym teście rozładowania system UPS automatycznie rozpoczął ładowanie wyrównawcze, aby w pełni naładować akumulatory. Ze względu na to, że akumulatory były używane przez 4 lata, ich wewnętrzna zdolność utrzymywania ładunku uległa pogorszeniu, powodując, że prąd ładowania podtrzymującego przekroczył 1A, powodując uruchomienie progu wyrównanego ładowania 1A ustawionego w systemie UPS (wartość domyślna dla tego modelu to 3~5A prąd ładowania podtrzymującego, aby uruchomić wyrównane ładowanie, ale z jakiegoś powodu personel konserwacyjny zmodyfikował to na 1A). Spowodowało to, że system UPS wielokrotnie inicjował wyrównane ładowanie, aż do całkowitego zatrzymania go przez otwarty obwód akumulatora wewnętrznego (w przeciwnym razie system UPS kontynuowałby wielokrotne wyrównane ładowanie, co mogłoby doprowadzić do zapalenia się grupy akumulatorów). W tym okresie akumulatory przeszły cztery ciągłe, wyrównane cykle ładowania w ciągu 48 godzin (każdy cykl był przerywany tylko na 1 minutę co 12 godzin przed wznowieniem wyrównanego ładowania). Po tak długim, wyrównanym ładowaniu akumulatory w końcu uległy wybrzuszeniu, a nawet zawory odpowietrzające uległy deformacji.
4. Wniosek
Na podstawie powyższych obserwacji i analiz przyczyny awarii akumulatorów w tym systemie UPS są następujące:
Bezpośrednią przyczyną było nieprawidłowe ustawienie parametrów ładowania zasilacza UPS, co doprowadziło do ciągłego, wyrównanego ładowania przez 48 godzin z zaledwie 1-minutowymi przerwami pomiędzy cyklami. Nawet nowe akumulatory nie wytrzymują tak długotrwałego i intensywnego ładowania wyrównawczego, co w tym przypadku prowadzi do uszkodzenia akumulatora polegającego na jego wybrzuszeniu.
Model systemu UPS to wczesna konstrukcja z ograniczeniami funkcjonalnymi. W tym starszym modelu zasilacza UPS (zaprojektowanym 20 lat temu) brakowało ustawienia „czasu ochrony wyrównanego okresu ładowania” (inne marki zazwyczaj ustawiają ten odstęp na 7 dni), co skutkowało ciągłymi, wielokrotnymi wyrównanymi cyklami ładowania.
Wydajność akumulatorów uległa pogorszeniu ze względu na wiek (4 lata użytkowania), zmniejszoną pojemność rozładowania i słabe utrzymywanie ładunku. Przed 6 czerwca próg prądu konwersji z ładowania wyrównawczego na ładowanie pływające był ustawiony na nieracjonalnie niski poziom (tylko 1 A dla akumulatorów 100 Ah). Domyślna wartość systemu UPS to 3 ~ 5 A, jednak personel konserwacyjny w niewytłumaczalny sposób zmodyfikował ją na 1 A.
System UPS działał przez 14 lat, czyli znacznie po upływie wieku wycofania z eksploatacji, co sprawiało, że błędy pomiarowe były nieuniknione. Błędy te mogły powodować wielokrotne inicjowanie przez system ładowania wyrównawczego z powodu niedokładnego wykrywania prądu.
Na szczęście przerwa w obwodzie w jednym z ogniw akumulatora uniemożliwiła systemowi UPS kontynuowanie powtarzających się cykli wyrównanego ładowania po czwartym wyrównanym ładowaniu, unikając w ten sposób ryzyka zapalenia akumulatorów.
5. Środki zaradcze w przypadku awarii
Środki zaradcze obejmują dwa aspekty:
W pierwszej kolejności zmodyfikuj tymczasowo parametry ładowania akumulatora UPS:
Wyłącz ustawienie ładowania wyrównanego w systemie UPS.
Dostosuj prąd wyzwalania przy przełączaniu z ładowania podtrzymującego na ładowanie wyrównane do 3A (chociaż 3A to wciąż nieco mało, ponieważ domyślne minimum to 3A, ale wcześniej było ustawione na 1A).
Ustaw czas zabezpieczenia przed ładowaniem wyrównanym na 1 godzinę (poprzednio ustawiony na 12 godzin).
Po drugie, oddział wymienił dwie grupy akumulatorów na akumulatory zapasowe, ale akumulatory zapasowe mają pojemność tylko 50 Ah, więc można ich używać wyłącznie do tymczasowych celów awaryjnych. W przyszłości planuje się przeniesienie obciążenia z systemu UPS na inne źródła zasilania, aby dokładnie rozwiązać kwestie bezpieczeństwa zasilania.
Operator wydaje corocznie znaczną kwotę na usługi serwisowe systemu UPS, a mimo to przez zaniedbanie i nieostrożność personelu serwisowego doprowadził nawet do omyłkowej modyfikacji wartości domyślnych systemu UPS, co jest naprawdę niewiarygodne. Zaleca się, aby producent zasilaczy UPS poważnie podszedł do konserwacji swoich produktów i unikał popełniania takich podstawowych błędów w przyszłości, poprawiając jakość swoich usług serwisowych. Jednocześnie sugeruje się, aby operator zwracał większą uwagę na późniejsze usługi konserwacyjne świadczone przez producenta zasilacza UPS i ustanowił system oceny w celu ciągłego doskonalenia bezpiecznego i niezawodnego działania systemu UPS.
