औद्योगिक बैकअप पावर सिस्टम के लिए 48V बैटरी साइज़िंग समाधान

औद्योगिक बैकअप पावर के लिए 48V मानक क्यों है

48V सिस्टम के दक्षता, सुरक्षा और संगतता लाभ

अधिकांश कारखाने 48V बैटरी प्रणालियों पर स्विच कर रहे हैं क्योंकि ये दक्षता, सुरक्षा विशेषताओं और अन्य उपकरणों के साथ संगतता का सही मिश्रण प्रदान करते हैं। जब प्रणालियाँ 48 वोल्ट पर चलती हैं, तो वे समान शक्ति आउटपुट के लिए कम धारा खींचती हैं, जिसका अर्थ है तारों में प्रतिरोध के माध्यम से कम ऊर्जा नुकसान (याद रखें कि स्कूल से P = I²R सूत्र)। इसके अलावा, यह कम धारा कंपनियों को पतले तारों का उपयोग करने की अनुमति देती है जो कुल मिलाकर कम लागत वाले होते हैं। सुरक्षा के मामले में एक बड़ा फायदा यह भी है। 48 वोल्ट पर, ये प्रणालियाँ अंतरराष्ट्रीय मानकों जैसे IEC 61140 द्वारा निर्धारित 60 वोल्ट सुरक्षा अत्यधिक कम वोल्टेज सीमा के भीतर रहती हैं। इसका अर्थ है कि नियमित रखरखाव कार्य करते समय कर्मचारियों को खतरनाक विद्युत आर्क के बारे में चिंता करने की आवश्यकता नहीं होती है, और अधिकांश समय वे महंगे सुरक्षा उपकरण खरीदने से बच सकते हैं। और जानिए क्या? यह वोल्टेज स्तर दूरसंचार नेटवर्क, कारखाने के स्वचालन सेटअप और हर जगह नियंत्रण पैनल जैसी चीजों में लंबे समय से उपयोग में है। इसलिए सुविधाएँ इन प्रणालियों को बिना नई वायरिंग या संशोधनों पर भारी खर्च किए वर्तमान प्रणाली में प्लग कर सकती हैं।

UPS, इन्वर्टर और मौजूदा औद्योगिक बुनियादी ढांचे के साथ एकीकरण

48V मानक पूरे स्तर पर बुनियादी बिजली घटकों के साथ काम करना बहुत आसान बना देता है। आजकल के अधिकांश अव्यवधान-मुक्त बिजली आपूर्ति (UPS) सिस्टम और इन्वर्टर में वास्तव में बॉक्स से बाहर निकलने पर ही 48V DC इनपुट के लिए अंतर्निहित समर्थन होता है। इसका अर्थ है कि बैटरियों को ऊर्जा नष्ट करने वाले AC से DC या DC से DC रूपांतरण चरणों से गुजरने की आवश्यकता के बिना सीधे जोड़ा जा सकता है जो बहुत अधिक शक्ति का उपभोग करते हैं। जो वास्तव में दिलचस्प है वह यह है कि यह पुराने औद्योगिक सेटअप में भी कितनी अच्छी तरह से काम करता है। कई कारखाने अभी भी अपने सेंसर नेटवर्क, PLC और विभिन्न नियंत्रण सर्किट को 48V बिजली पर चलाते हैं। इस मौजूदा बुनियादी ढांचे के कारण, लिथियम आधारित 48V बैटरियों पर स्विच करना तेजी से होता है, संचालन के लिए न्यूनतम जोखिम पैदा करता है, और विशाल पूंजी निवेश की आवश्यकता भी नहीं होती है।

औद्योगिक बिजली आवश्यकताओं और महत्वपूर्ण लोड की मांग का आकलन

औद्योगिक बिजली की आवश्यकताओं का सटीक आकलन विश्वसनीय 48V बैटरी बैकअप डिज़ाइन की नींव है। यह प्रक्रिया उन आवश्यक सिस्टम की पहचान करती है जिन्हें सुरक्षा की आवश्यकता होती है, और बाधाओं को रोकने के लिए उनकी ऊर्जा खपत की मात्रा निर्धारित करती है।

ऊर्जा ऑडिट करना: दैनिक खपत और चरम भार को मापना

सुविधा में मौजूद हर चीज़ की एक पूर्ण सूची बनाने से शुरुआत करें और फिर मापें कि प्रत्येक वस्तु वास्तव में कितनी बिजली का उपयोग करती है। इस तरह के काम के लिए क्लैंप मीटर बहुत अच्छे काम आते हैं, हालांकि कुछ लोग बड़े स्तर की स्थापनाओं के साथ काम करते समय सबमीटरिंग सिस्टम को तरजीह देते हैं। सूची की जांच करते समय, सबसे पहले उन चीज़ों पर ध्यान दें जो हर हाल में चलती रहनी चाहिए। प्रक्रिया नियंत्रक, वे सुरक्षा स्विच जो किसी समस्या के समय मशीनों को रोक देते हैं, और सभी नेटवर्किंग उपकरण जो संचालन को जुड़ा रखते हैं—इन्हें निश्चित रूप से सबसे पहले लिया जाना चाहिए। बाकी चीज़ें? कार्यालय क्षेत्र के आसपास की रोशनी, उत्पादन प्रक्रियाओं से सीधे जुड़े नहीं होने वाले अतिरिक्त तापन या शीतलन यूनिट—इन्हें आमतौर पर बाद में रखा जा सकता है या यहां तक कि अस्थायी रूप से बंद भी किया जा सकता है बिना कोई बड़ी समस्या पैदा किए। नियमित उपयोग के आंकड़ों को दर्ज करना सुनिश्चित करें, लेकिन ऊर्जा मांग में अचानक आने वाले उछाल पर भी नज़र रखें। मोटर्स और बड़े कंप्रेसर चालू होने पर अपनी सामान्य धारा की तुलना में तीन गुना धारा खींचने के लिए प्रसिद्ध हैं, इसलिए उन स्टार्टअप के क्षणों के दौरान ठीक क्या होता है, यह जानना फायदेमंद होता है।

आधुनिक भविष्यवाणी मॉडलिंग उपकरण ऐतिहासिक भार डेटा के साथ संयोजित होने पर मैन्युअल गणना की तुलना में आकार निर्धारण में 39% तक की त्रुटि कम कर देते हैं। औसत वाटेज को संचालन घंटों से गुणा करके दैनिक कुल किलोवाट-घंटा की गणना करें, फिर उपकरण के बूढ़े होने और भविष्य के विस्तार के लिए 25% बफर जोड़ें।

विश्वसनीय बैकअप योजना के लिए अपटाइम वर्गीकरण और ड्यूटी चक्र

आजकल अधिकांश औद्योगिक सुविधाएँ मानक अपटाइम वर्गीकरण का पालन करती हैं। टायर III स्थापनाओं को औसतन लगभग 99.982% उपलब्धता की आवश्यकता होती है, जबकि टायर II सुविधाएँ लगभग 99.741% उपलब्धता का लक्ष्य रखती हैं। उपकरणों के ड्यूटी साइकिल पर विचार करते समय, एस्केडा (SCADA) प्रणालियों जैसे निरंतर भार और अपनी संचालन अवधि के दौरान बार-बार शुरू और रुकने वाली मशीनों के बीच एक बड़ा अंतर होता है। वास्तविक मिशन-महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए, कई विनिर्देश N+1 निरंतरता सेटअप की आवश्यकता करते हैं। इसका अर्थ है कि चोटी की आवश्यकताओं से परे एक पूरे अतिरिक्त मॉड्यूल द्वारा बैकअप बिजली क्षमता होना। हालांकि पर्यावरणीय कारक भी मायने रखते हैं। लिथियम बैटरी का प्रदर्शन सामान्य संचालन स्थितियों से नीचे तापमान गिरने पर काफी कम हो जाता है। हिमांक तापमान (0 डिग्री सेल्सियस) पर, इन बैटरियों द्वारा मानक संदर्भ तापमान 25 डिग्री सेल्सियस पर उनकी नामांकित क्षमता की तुलना में आमतौर पर केवल लगभग 15 से 20 प्रतिशत क्षमता प्रदान की जाती है।

लक्षित बैकअप अवधि के लिए 48V बैटरी क्षमता का आकार निर्धारण

आवश्यक kWh और Ah की गणना: डिस्चार्ज की गहराई और दक्षता को ध्यान में रखते हुए

48V बैटरी बैंक के लिए सही आकार प्राप्त करना यह पता लगाने से शुरू होता है कि हमें कितने किलोवाट घंटे (kWh) की आवश्यकता है। मूल गणना कुछ इस तरह दिखती है: किलोवाट में महत्वपूर्ण भार लें और उसे उस समय की अवधि से गुणा करें जितनी देर तक हमें बैकअप पावर चाहिए। फिर उस संख्या को दो चीजों से विभाजित करें - पहला, डिस्चार्ज की गहराई प्रतिशत, और दूसरा, सिस्टम दक्षता गुणक। अधिकांश लिथियम बैटरी 80 से 90% तक की डिस्चार्ज गहराई का सामना कर सकती हैं, जो लगभग 50% पर आधारित सीसा-एसिड बैटरी द्वारा प्रबंधित किए गए स्तर का लगभग दोगुना है। मान लीजिए किसी को 80% डिस्चार्ज गहराई और 95% दक्ष सिस्टम के साथ चार घंटे के लिए 10 kW बिजली की आवश्यकता है। गणना करने पर हमें लगभग 52.6 kWh की आवश्यकता होती है। इसे हमारे 48V सिस्टम के लिए एम्पीयर घंटे में बदलने के लिए, केवल kWh को 1000 से गुणा करें और फिर 48 वोल्ट से विभाजित करें। इसका परिणाम लगभग 1,096 एम्पीयर घंटे होता है। इस विधि का पालन करने से बहुत छोटी बैटरी खरीदने से बचा जा सकता है, जबकि लागत को समय के साथ उचित बनाए रखने और पहले दिन से ही अच्छे प्रदर्शन को सुनिश्चित करने में मदद मिलती है।

स्वायत्तता के दिनों की योजना और वास्तविक दुनिया के प्रदर्शन के बलिदान

जब हम केवल एक दिन से अधिक बैकअप पावर को बढ़ाना चाहते हैं, तो मूल रूप से हम जितने दिनों तक इसे चलाना चाहते हैं, अपनी सामान्य दैनिक खपत को उससे गुणा कर देते हैं। आइए एक उदाहरण पर विचार करें: यदि कोई सुविधा प्रतिदिन लगभग 120 किलोवाट घंटे बिजली की खपत करती है और 80% डिस्चार्ज गहराई बनाए रखते हुए तीन पूर्ण दिनों की स्वायत्तता चाहती है, तो गणना इस प्रकार होगी। उन 120 किलोवाट घंटे को तीन दिनों से गुणा करने पर 360 प्राप्त होता है, फिर 0.8 से विभाजित करने पर, क्योंकि 80% की आवश्यकता है, जिससे हमें लगभग 450 किलोवाट घंटे की आवश्यकता होती है। हालाँकि, कोई भी व्यक्ति पूर्ण परिस्थितियों में काम नहीं करता। केवल ठंडे मौसम में ही तापमान शून्य से नीचे गिरने पर बैटरी क्षमता लगभग 20% तक कम हो सकती है। लिथियम बैटरी का प्रभाव भी समय के साथ कम होता जाता है, लगभग प्रत्येक वर्ष 3%। और जब भी अचानक उच्च धारा की मांग होती है, तो सिस्टम में वोल्टेज ड्रॉप होता है, जिससे वास्तविक उपयोग योग्य क्षमता अपेक्षित से भी कम हो जाती है। इस कारण से, अधिकांश इंजीनियर सुरक्षा के लिए अतिरिक्त 25 से 30% और जोड़ देते हैं। इससे हमारा मूल अनुमान 450 से बढ़कर लगभग 562 किलोवाट घंटे की कुल क्षमता हो जाता है, जो यह सुनिश्चित करता है कि लंबे समय तक बिजली की कटौती के दौरान अप्रत्याशित समस्याओं के उठने पर भी चीजें ठीक से काम करती रहें।

स्केलेबल और रिडंडेंट 48V बैटरी बैंक कॉन्फ़िगरेशन की डिज़ाइनिंग

श्रृंखला-समानांतर आर्किटेक्चर: वोल्टेज स्थिरता और धारा संतुलन सुनिश्चित करना

औद्योगिक सेटिंग्स में बैकअप सिस्टम आमतौर पर 48V आउटपुट को स्थिर रखने के लिए श्रृंखला-समानांतर सेटअप का उपयोग करते हैं, भले ही लोड बदल जाए। जब बैटरियों को श्रृंखला में जोड़ा जाता है, तो वे आवश्यक वोल्टेज स्तर तक पहुंच जाती हैं। समानांतर में बैटरियों को जोड़ने से कुल क्षमता (एम्पीयर-घंटा में मापी गई) बढ़ जाती है, जिससे बिजली की कटौती के दौरान सिस्टम अधिक समय तक चल सकता है। इस सेटअप का बड़ा फायदा यह है कि यह असमान धारा प्रवाह को रोकता है, जो अक्सर बैटरी की जल्दी विफलता का कारण बनता है। उदाहरण के लिए, एक सामान्य विन्यास जिसे 4S4P कहा जाता है, जिसका अर्थ है चार बैटरियों के चार सेट एक साथ जुड़े हुए हैं। इससे हमें वांछित 48 वोल्ट प्राप्त होते हैं और कुल क्षमता चार गुना हो जाती है। वास्तव में महत्वपूर्ण यह है कि सभी समानांतर कनेक्शन के माध्यम से धारा समान रूप से प्रवाहित हो। अधिकांश अनुभवी तकनीशियन जानते हैं कि भिन्नताओं को लगभग 5% से कम रखने के लिए बसबार की सावधानीपूर्वक योजना बनाना और सेल्स को निकटता से मिलाना आवश्यक है। वास्तविक औद्योगिक स्थलों पर किए गए थर्मल इमेजिंग परीक्षण लगातार इन निष्कर्षों का समर्थन करते हैं।

औद्योगिक सेटअप में दोष अलगाव, अतिरिक्तता और भविष्य के विस्तार

जो लोग 99.995% अपटाइम के उस मीठे बिंदु को प्राप्त करने के लिए टायर III या IV सुविधाओं का संचालन कर रहे हैं, उनके लिए N+1 अतिरिक्तता केवल एक वांछनीय विकल्प नहीं, बल्कि पूरी तरह से आवश्यक है। जब एक मॉड्यूल बंद हो जाता है, तो संचालन बिना किसी रुकावट के जारी रहता है। मॉड्यूलर दृष्टिकोण में इन शानदार फ्यूज़्ड डिस्कनेक्ट स्विच होते हैं जो आधे सेकंड में दोषपूर्ण भागों को काट सकते हैं। विकास की बात करें, तो ये प्रणाली मानक रैक इंटरफेस के कारण आसानी से बढ़ सकती हैं। सुविधाएं थोड़ा-थोड़ा करके क्षमता बढ़ा सकती हैं, आवश्यकतानुसार 5 किलोवाट-घंटा की वृद्धि कर सकती हैं। कोई गड़बड़ तारकारी की भी आवश्यकता नहीं होती। कंपनियों की रिपोर्ट है कि पुराने एकल सेटअप से बदलाव करने पर अपग्रेड पर लगभग 60% बचत होती है। 2023 के हालिया अध्ययन इसका समर्थन करते हैं, जो दिखाते हैं कि इस तरह के लचीले बुनियादी ढांचे के साथ समय के साथ कितना पैसा बचता है।