48 V akumulatora izmēru noteikšanas risinājums rūpnieciskās rezerves enerģijas sistēmām

Kāpēc 48 V ir standarts rūpnieciskai rezerves enerģijai

Efektivitātes, drošības un savietojamības priekšrocības 48 V sistēmās

Aizvien vairāk rūpnīcu pārslēdzas uz 48 V akumulatoru sistēmām, jo tās piedāvā tieši to efektivitātes, drošības funkciju un saderības ar citiem aprīkojumiem kombināciju. Kad sistēmas darbojas pie 48 voltiem, tās patērē mazāku strāvu tāda paša jaudas iznākuma iegūšanai, kas nozīmē mazākas enerģijas zudumu caur vadu pretestību (atcerieties skolas laikā mācīto formulu P ir vienāds ar I kvadrātā reizināts ar R). Turklāt šī zemākā strāva ļauj uzņēmumiem izmantot tievākus kabeļus, kuru izmaksas kopumā ir zemākas. Vēl viens liels plus ir saistīts ar drošību. Pie 48 voltiem šīs sistēmas paliek zem 60 voltu papildu zemas sprieguma drošības robežvērtības, ko noteikuši starptautiskie standarti, piemēram, IEC 61140. Tas nozīmē, ka darbiniekiem nav jābaidās no bīstamiem elektriskajiem lokiem, veicot ikdienas apkopes darbus, un lielākoties nav jāiegādājas dārga aizsargaprīkojums. Un ziniet ko? Šis sprieguma līmenis jau sen tiek izmantots tādos risinājumos kā tālruņu tīkli, rūpnīcu automatizācijas iestatījumi un vadības paneļi visur apkārt. Tāpēc objekti var šīs sistēmas pieslēgt esošajam bez nepieciešamības tērēt milzīgas summas jaunu kabeļu vai pārbūves izveidei.

Integrācija ar UPS, invertoriem un esošo rūpniecisko infrastruktūru

48 V standarts padara darbu ar pamata enerģijas komponentiem daudz vienkāršāku. Daudzas mūsdienu bezpārtrauktās barošanas sistēmas (UPS) un invertori faktiski jau iebūvētu atbalstu 48 V DC ieejai. Tas nozīmē, ka baterijas var tieši pievienot, neizmantojot enerģiju tērējošus pārveidošanas posmus no maiņstrāvas uz līdzstrāvu vai no līdzstrāvas uz līdzstrāvu, kuri patērē daudz enerģijas. Īpaši interesanti ir tas, ka tas labi darbojas arī vecākās rūpnieciskās sistēmās. Daudzas rūpnīcas joprojām darbina savus sensoru tīklus, PLC un dažādas vadības shēmas ar 48 V barošanu. Ņemot vērā šo esošo infrastruktūru, pāreja uz litija baterijām ar 48 V notiek ātri, operācijām rada minimālu risku un nepieprasa arī lielas kapitāla ieguldījumus.

Rūpnieciskās enerģijas vajadzības un kritisko slodžu novērtējums

Precīza rūpnieciskās enerģijas vajadzību novērtēšana veido uzticamas 48 V akumulatoru rezerves barošanas sistēmas projektēšanas pamatu. Šis process identificē būtiskos sistēmu komponentus, kuriem nepieciešama aizsardzība, un kvantitatīvi nosaka to enerģijas patēriņu, lai novērstu darbības pārtraukumus.

Enerģijas audits: ikdienas patēriņa un maksimālo slodžu mērīšana

Sāciet ar pilnas inventāra saraksta izveidi un pēc tam izmēriet, cik daudz enerģijas faktiski patērē katra iekārta. Šim darbam lieliski piemēroti ir strāvas stipruma tērces, lai gan lielākiem objektiem daži cilvēki dod priekšroku apakšskaitītāju sistēmām. Pārbaudot sarakstu, vispirms koncentrējieties uz tām lietām, kas absolūti jādarbina nepārtraukti. Procesu kontrolieri, drošības slēdži, kas aptur mašīnas, ja rodas problēmas, un visa tīkla aprīkojums, kas uztur savienojumu operācijām, noteikti ir jāiekļauj pirmajā kārtā. Pārējais? Ofisa apgaismojums, papildu apkures vai dzesēšanas vienības, kas nav tieši saistītas ar ražošanas procesiem, – parasti šos var pagaidīt vai pat īslaicīgi izslēgt, neradot lielas problēmas. Noteikti fiksējiet regulāros patēriņa rādījumus, bet vērā ņemiet arī pēkšņos lēcienus enerģijas pieprasījumā. Elektromotori un lieli kompresori ir slaveni ar to, ka ieslēgšanās brīdī patērē trīs reizes vairāk strāvas nekā normālā režīmā, tāpēc ir svarīgi precīzi zināt, kas notiek šajos ieslēgšanās brīžos.

Mūsdienu prediktīvās modelēšanas rīki samazina izmēru kļūdas par 39 % salīdzinājumā ar manuālajiem aprēķiniem, ja tie kombinēti ar vēsturiskajiem slodzes datiem. Aprēķiniet kopējo diennakts patēriņu kWh, reizinot vidējo vatu skaitu ar ekspluatācijas stundām, pēc tam pievienojiet 25 % rezervi iekārtu novecošanai un nākotnes izplešanai.

Nepārtrauktas darbības klasifikācijas un darba cikli uzticamai rezerves sistēmas plānošanai

Lielākā daļa rūpniecības objektu šodienas apstākļos ievēro standarta darbalaika klasifikāciju. Trešās pakāpes (Tier III) iekārtām vidēji nepieciešama aptuveni 99,982% pieejamība, savukārt otrās pakāpes (Tier II) objektiem mērķis ir aptuveni 99,741%. Apskatot aprīkojuma ekspluatācijas režīmus, ir liels atšķirības starp nepārtrauktām slodzēm, piemēram, SCADA sistēmām, un mašīnām, kas darba perioda laikā bieži ieslēdzas un izslēdzas. Īpaši kritiskām lietojumprogrammām daudzas specifikācijas prasa tā saucamo N+1 rezerves sistēmu. Tas būtiski nozīmē rezerves enerģijas jaudu, kas pārsniedz maksimālās prasības par vienu papildu moduli. Tomēr svarīgi ir arī vides faktori. Litija bateriju veiktspēja ievērojami samazinās, kad temperatūras krītas zem normālajiem ekspluatācijas apstākļiem. Saldīšanas temperatūrā (0 grādi pēc Celsija) šādas baterijas parasti nodrošina tikai aptuveni 15 līdz 20 procentus no savas deklarētās jaudas salīdzinājumā ar to, ko tās var nodrošināt standarta atskaites temperatūrā — 25 grādos pēc Celsija.

48 V akumulatora ietilpības izvēle mērķa rezerves barošanas ilgumam

Nepieciešamo kWh un Ah aprēķināšana: ņemot vērā izlādēšanās dziļumu un efektivitāti

Pareizā izmēra 48 V baterijas komplekta izvēle sākas ar nepieciešamo kilovatstundu (kWh) noteikšanu. Pamata aprēķini izskatās aptuveni šādi: ņem kritisko slodzi kilovatos un reizina ar vajadzīgo rezerves enerģijas pieejamības ilgumu. Pēc tam rezultāts jādala ar diviem rādītājiem — pirmkārt, ar izlādes dziļuma procentu, un otrkārt, ar sistēmas efektivitātes koeficientu. Lielākā daļa litija bateriju var izturēt aptuveni 80 līdz 90% izlādes dziļumu, kas ir gandrīz divreiz vairāk nekā svina skābes baterijām, kuru rādītājs ir aptuveni 50%. Pieņemsim, ka kādam ir nepieciešami 10 kW jauda četrām stundām ar 80% izlādes dziļumu un 95% efektivitātes sistēmu. Veicot aprēķinus, iegūstam aptuveni 52,6 kWh nepieciešamību. Lai pārvērstu to ampērstundās (Ah) 48 V sistēmai, jāreizina kWh ar 1000 un pēc tam jādala ar 48 voltiem. Tas dod aptuveni 1096 ampērstundas. Šī metode palīdz izvairīties no pārāk mazas baterijas iegādes, vienlaikus ilgtermiņā saglabājot saprātīgas izmaksas un nodrošinot labu veiktspēju jau no pirmās dienas.

Autonomijas dienu plānošana un reālās darbības kompromisi

Kad vēlamies pagarināt rezerves enerģiju, lai tā pietiktu ne tikai uz vienu dienu, būtībā mēs vienkārši reizinām ikdienas patēriņu ar nepieciešamo dienu skaitu. Apskatīsim piemēru: ja objekts patērē aptuveni 120 kilovatstundas dienā un vēlas trīs pilnas autonomijas dienas, uzturot 80% izlādes dziļumu, aprēķins izskatās šādi. Ņemam 120 kWh, reizinot ar trim dienām, iegūstam 360, tad dalām ar 0,8, ņemot vērā to 80% prasību, kas dod aptuveni 450 kWh nepieciešamo jaudu. Tomēr neviens nedarbojas ideālos apstākļos. Vienalga auksts laiks var samazināt baterijas kapacitāti par aptuveni 20%, kad temperatūra nokrītas zem nulles. Litija baterijas ar laiku zaudē efektivitāti — aptuveni 3% katru gadu. Un ikreiz, kad rodas pēkšņas augstas strāvas pieprasījums, sistēma piedzīvo sprieguma kritumu, kas padara faktiski izmantojamo kapacitāti pat zemāku, nekā sagaidīts. Tāpēc lielākā daļa inženieru pieskaita papildus 25 līdz 30%, lai būtu droši. Tas palielina sākotnējo novērtējumu no 450 līdz aptuveni 562 kWh kopējai kapacitātei, nodrošinot, ka sistēma joprojām darbojas pareizi, pat ja ilgstošas strāvas pārtraukuma laikā rodas negaidītas problēmas.

Mērogojamu un rezervētu 48 V akumulatoru bateriju konfigurāciju projektēšana

Sērijveida paralēlā arhitektūra: nodrošina sprieguma stabilitāti un strāvas līdzsvaru

Rezerves sistēmas rūpnieciskajās iekārtās parasti izmanto sērijveida paralēlas konfigurācijas, lai uzturētu stabilu 48 V izejas spriegumu, pat ja mainās slodze. Savienojot baterijas virknē, tiek sasniegts nepieciešamais sprieguma līmenis. Paralēli pievienojot papildu baterijas, palielinās kopējā ietilpība (mērvienībā Ah), tādējādi nodrošinot ilgāku sistēmas darbību strāvas padeves traucējumu laikā. Šīs konfigurācijas lielā priekšrocība ir tā, ka tā novērš nenovienmērīgu strāvas plūsmu, kas bieži izraisa agrīnu bateriju izdegšanu. Piemēram, plaši izplatīta konfigurācija 4S4P nozīmē četrus komplektus, kuros katrs satur četras savienotas baterijas. Tas nodrošina vēlamo 48 voltu spriegumu, reizinot kopējo ietilpību ar četri. Īpaši svarīgi ir nodrošināt vienmērīgu strāvas plūsmu cauri visām paralēlajām savienojumu līnijām. Lielākā daļa pieredzējušo tehnisko speciālistu zina, ka, lai saglabātu atšķirības zem apmēram 5%, nepieciešams rūpīgi izplānot barošanas šinijas un precīzi salīdzināt elementus. Termogrāfiskie testi, kas veikti reālos rūpnieciskajos objektos, šos secinājumus pastāvīgi apstiprina.

Kļūdu izolēšana, rezerves sistēmas un nākotnes paplašināšanās rūpnieciskajās iekārtās

Tiem, kas ekspluatē Tier III vai IV klases objektus, tiecoties uz ideālu 99,995% darbības laiku, N+1 rezerves sistēma nav tikai vēlama, bet pilnībā nepieciešama. Kad viens modulis iziet no ierindas, darbības turpinās bez traucējumiem. Modulārajā pieejā tiek izmantoti šie modernie fuzes atvienošanas slēdži, kas var izslēgt bojātās daļas pussekundē. Runājot par izaugsmi, šīs sistēmas ir izstrādātas, lai viegli paplašinātu jaudu, pateicoties standarta rāžu interfeisiem. Objekti var pakāpeniski palielināt jaudu, pievienojot 5 kWh blokus pēc nepieciešamības. Nav nepieciešams arī nekārtošana ar vadiem. Uzņēmumi ziņo, ka, pārejot no tradicionālajām monolītajām iekārtām, modernās sistēmas ļauj ietaupīt aptuveni 60% uzlabojumu izmaksās. Jaunākie 2023. gada pētījumi to apstiprina, parādot, cik daudz naudas ilgtermiņā tiek ietaupīts ar šāda veida elastīgu infrastruktūru.