A energia do site de telecomunicações é considerada o sangue de uma rede de telecomunicações, enquanto a bateria é considerada o seu reservatório de sangue, salvaguardando o bom funcionamento da rede. No entanto, a manutenção da bateria sempre foi um aspecto desafiador. Com os fabricantes baixando continuamente os preços após a aquisição centralizada, a qualidade das baterias diminuiu significativamente. Todos os anos, mais de 70% das falhas no sistema de energia de telecomunicações são atribuídas a problemas de bateria, tornando a manutenção da bateria uma dor de cabeça para o pessoal de manutenção. Este artigo oferece uma análise das principais causas de falha da bateria, que pode servir como referência útil para outros.
1. Visão geral do equipamento elétrico no local
O equipamento de energia no local consiste em duas unidades UPS de 40kVA de uma marca internacional bem conhecida. As baterias foram instaladas em 2016. Abaixo seguem informações detalhadas:
Informações do no-break |
Informações sobre a bateria |
Marca e Modelo: Marca Internacional UPS UL33 |
Marca e Modelo: 12V 100Ah |
Configuração: 40 kVA, 2 unidades em sistema paralelo, cada uma com carga de aproximadamente 5 kW |
Número de baterias: 30 células por grupo, 2 grupos, totalizando 60 células |
Data de comissionamento: 2006 (10 anos de serviço) |
Data de comissionamento: 2016 (5 anos de serviço) |
No dia 6 de junho, o fabricante do UPS realizou a manutenção de rotina, substituindo os capacitores AC e DC (5 anos de serviço) e os ventiladores. Durante o teste de descarga da bateria (20 minutos), verificou-se que o desempenho de descarga da bateria era fraco. A corrente de descarga foi de 16A e, após 10 minutos de descarga, a tensão de várias células caiu para 11,6V, mas não foi observado abaulamento das baterias.
Verificou-se que ambos os grupos de baterias UPS tiveram problemas de protuberância durante a inspeção. Usando um multímetro, eles mediram a tensão de ondulação de carga da bateria (medida usando a configuração CA), que chegava a 7 V (excedendo em muito o padrão de manutenção). Como resultado, eles inicialmente suspeitaram que os capacitores do filtro CC substituídos pelos engenheiros do fabricante do no-break estavam com defeito, causando ondulação excessiva de tensão no barramento CC do no-break, causando inchaço da bateria.
2. Situação de falha no local
No dia 22 de julho, a equipe do Instituto de Pesquisa realizou uma inspeção de segurança em uma filial. Eles descobriram que as baterias dos sistemas UPS no 5º andar de um prédio estavam muito salientes. Se houvesse cortes de energia na rede, temia-se que as baterias não descarregassem adequadamente, podendo causar um acidente. Como resultado, eles imediatamente recomendaram que o pessoal de manutenção da filial contatasse os engenheiros do fabricante para organizar uma investigação conjunta no local e uma sessão de solução de problemas com as três partes na tarde seguinte.
Abaulamento de baterias de 12V
Na tarde do dia 23 de julho, as três partes chegaram ao local. Após a inspeção, ambas as unidades UPS funcionaram normalmente, com uma tensão flutuante de aproximadamente 404V para as baterias (de acordo com os parâmetros definidos). Os engenheiros do fabricante usaram um multímetro Fluke 287C (alta precisão) para medir a tensão de ondulação de carga da bateria, que era de aproximadamente 0,439V. Um alicate amperímetro Fluke 376 (menor precisão) mediu cerca de 0,4 V. Os resultados de ambos os instrumentos foram semelhantes e ficaram dentro da faixa de tensão de ondulação típica do equipamento (geralmente menos de 1% da tensão do barramento). Isso indicou que os capacitores CC substituídos estavam em conformidade e funcionando normalmente. Portanto, a teoria anteriormente suspeita de que a substituição do capacitor causava ondulação excessiva de tensão e o abaulamento da bateria foi descartada.
Multímetro: 0,439V
Alicate amperímetro: aproximadamente 0,4V
Uma análise dos registros históricos do sistema UPS mostrou que, em 6 de junho, ambas as unidades UPS foram submetidas a um teste de descarga de bateria de 15 minutos. Depois de restaurar o interruptor principal, foi realizado um carregamento equalizado de 6 minutos, seguido de um teste de descarga da bateria de 14 minutos pelos engenheiros do fabricante. Após o teste, o sistema UPS iniciou automaticamente quatro cargas equalizadas consecutivas de 12 horas, com cada fase separada por um intervalo de 1 minuto, concluindo às 5h32 do dia 9 de junho. Desde então, as baterias permaneceram no modo de carga flutuante.
Um exame mais aprofundado das configurações originais da bateria do UPS revelou o seguinte:
A vida útil da bateria foi definida para 48 meses (4 anos), embora a expectativa de vida real de uma bateria de 12 V deva ser de 5 anos.
O carregamento equalizado foi definido como 'ativado'.
O limite de corrente de carga foi definido para 10A.
O gatilho para mudar para carregamento equalizado foi definido para 1A (o sistema mudaria automaticamente para carregamento equalizado se a corrente de carga flutuante excedesse 1A, mesmo que o valor padrão para este modelo seja 0,03C10 ~ 0,05C10, o que significa que o carregamento equalizado é acionado quando a corrente de carga flutuante atinge 3-5A. No entanto, por razões desconhecidas, o pessoal de manutenção do fabricante ajustou isso para 0,01C10, o que significa que o carregamento equalizado seria acionado quando a corrente de carga flutuante atinge 1A).
O tempo de proteção de carregamento equalizado foi definido para 720 minutos (o carregamento equalizado pararia automaticamente após 12 horas).
3. Análise das Causas da Falha
Com base nas circunstâncias acima, o processo de falha pode ser analisado da seguinte forma:
Os dois grupos de baterias deste sistema UPS estavam em uso há 4 anos (a vida útil das baterias de 12 V é de 5 anos) e a capacidade da bateria diminuiu significativamente. Porém, antes da falha, a aparência externa da bateria era normal, sem sinais de abaulamento. Uma análise adicional dos registros históricos da UPS de 30 de janeiro de 2019 (os registros anteriores a esta data foram apagados) até 6 de junho de 2020 mostrou que o sistema UPS realizou 12 carregamentos equalizados, com a duração mais longa não ultrapassando 15 minutos. Isso indica que a duração da carga equalizada definida no sistema UPS antes da manutenção era relativamente curta, apenas 15 minutos, e a carga equalizada de curto prazo do sistema UPS não causará inchaço nas baterias.
Após a manutenção e substituição dos capacitores, o sistema UPS foi reiniciado. A lógica de controle identificou a bateria como recém-conectada, então iniciou uma carga equalizada de 6 minutos e depois mudou para uma carga flutuante. No entanto, após um teste de descarga subsequente de 14 minutos, o sistema UPS iniciou automaticamente o carregamento equalizado para recarregar totalmente as baterias. Devido ao uso das baterias por 4 anos, sua capacidade de retenção de carga interna se deteriorou, fazendo com que a corrente de carga flutuante excedesse 1A, acionando o limite de carga equalizada de 1A definido no sistema UPS (o valor padrão para este modelo é corrente de carga flutuante de 3~5A para acionar a carga equalizada, mas por algum motivo, o pessoal de manutenção modificou isso para 1A). Isso resultou no sistema UPS iniciando repetidamente o carregamento equalizado até que um circuito aberto da bateria interna finalmente o interrompesse (caso contrário, o sistema UPS teria continuado o carregamento equalizado repetido, o que poderia ter levado o grupo de baterias a pegar fogo). Durante este período, as baterias passaram por quatro ciclos contínuos de carregamento equalizado durante 48 horas (cada ciclo parou por apenas 1 minuto a cada 12 horas antes de retomar o carregamento equalizado). Após esse carregamento equalizado prolongado, as baterias eventualmente ficaram salientes e até as válvulas de ventilação ficaram deformadas.
4. Conclusão
Com base nas observações e análises acima, as causas da falha da bateria neste sistema UPS são as seguintes:
A causa direta foi a configuração inadequada dos parâmetros de carregamento do sistema UPS, o que levou a um carregamento equalizado contínuo por 48 horas com intervalos de apenas 1 minuto entre cada ciclo. Mesmo as baterias novas não resistiriam a um carregamento equalizado tão prolongado e intenso, levando à falha do abaulamento da bateria neste caso.
O modelo do sistema UPS é um projeto inicial com limitações funcionais. Este modelo de UPS mais antigo (projetado há 20 anos) não tinha a configuração 'tempo de proteção do intervalo de carregamento equalizado' (outras marcas normalmente definem esse intervalo para 7 dias), resultando em múltiplos ciclos de carregamento equalizados contínuos.
O desempenho das baterias foi degradado devido ao tempo (4 anos de serviço), com capacidade de descarga reduzida e baixa retenção de carga. Antes de 6 de junho, o limite de corrente de conversão de carga equalizada para carga flutuante era excessivamente baixo (apenas 1A para baterias de 100Ah). O valor padrão do sistema UPS é 3~5A, mas o pessoal de manutenção inexplicavelmente o modificou para 1A.
O sistema UPS estava em operação há 14 anos, muito além da idade de desativação, tornando inevitáveis erros de medição. Esses erros podem ter feito com que o sistema iniciasse repetidamente o carregamento equalizado devido à detecção imprecisa de corrente.
Felizmente, um circuito aberto em uma das células da bateria impediu que o sistema UPS continuasse os repetidos ciclos de carregamento equalizado após o quarto carregamento equalizado, evitando assim a possibilidade de as baterias pegarem fogo.
5. Medidas corretivas para a falha
As medidas corretivas incluem dois aspectos:
Primeiro, modifique temporariamente os parâmetros de carregamento da bateria do UPS:
Desative a configuração de carregamento equalizado no sistema UPS.
Ajuste a corrente de disparo para mudar de carga flutuante para carga equalizada para 3A (embora 3A ainda seja um pouco baixo, já que o mínimo padrão é 3A, mas foi previamente definido como 1A).
Ajuste o tempo de proteção de carregamento equalizado para 1 hora (anteriormente definido para 12 horas).
Em segundo lugar, a filial substituiu os dois grupos de baterias por baterias de reserva, mas as baterias de reserva têm capacidade de apenas 50 Ah, pelo que só podem ser utilizadas para fins de emergência temporária. Existem planos para transferir a carga do sistema UPS para outras fontes de energia no futuro, para resolver completamente os problemas de segurança da fonte de alimentação.
O operador gasta anualmente uma quantia considerável em serviços de manutenção do sistema UPS, mas devido à negligência e descuido do pessoal de manutenção, eles até modificaram erroneamente os valores padrão do sistema UPS, o que é verdadeiramente inacreditável. Recomenda-se que o fabricante do UPS leve a sério a manutenção de seus produtos e evite cometer tais erros básicos no futuro, melhorando a qualidade de seus serviços de manutenção. Entretanto, sugere-se que o operador também preste mais atenção aos serviços de manutenção subsequentes fornecidos pelo fabricante da UPS e estabeleça um sistema de avaliação para melhorar continuamente a operação segura e fiável do sistema UPS.
