Prosjektering Batteri

Transkript

1 Prosjektering Batteri IFEA Batterier til industriell Protection bruk 17. notice & 18. / Copyright september notice 2012

2 Prosjektering batteri Designkriterier Krav til batterirom Service-/vedlikeholdsvennlighet Innsjauing og installasjon Beregningseksempler Side 2

3 Krav til batteritype Bruker / installasjonsstedets krav Plassering Ikke eget batterirom: Ventilregulert bly-syre batteri Nytt: Litium-ion / Litium-polymer Eget batterirom Bly-syre Ventilregulert eller friventilert Nickel Cadmium Nytt: Litium-ion Krav til levetid Pris Side 3

4 Krav til levetid på batteri VIKTIG! Batterifabrikantene oppgir designlevetid IKKE det samme som virkelig levetid Designlevetid = ideelle forhold og det er igjen 80% restkapasitet Romtemperaturen påvirker levetiden Optimal levetid for blybatteri er 20 o C Levetid halveres for hver 10. grad temperaturen overstiger 20 o C (Design)levetid er avhengig av type batteri Ventilregulert bly-syre: 3-20 år avhengig av type Friventilert/åpne blybatteri: 10-20år NiCd 15-25år Hva er ønsket levetid på batteriet? Ses i sammenheng med resten av installasjonens levetid Pris Lengre levetid høyere pris Batteri life cycle cost vs hele installasjonens levetid Batterikapasitet 0% 80% 100% Designlevetid 12 år Batterikapasitet 0% 80% 100% Virkelig levetid 10 år? Side 4

5 Effekt og driftstid Hva er reelt effektbehov? Ta høyde for framtidig krav til effektøkning? Maks kapasitet lader/ups Ønsket tid for batteridrift (Backuptid)? Motorstart sekunder Kjøre ned dataservere kontrollert Noen minutter Nødlys Flere timer Telecom timer Stasjonsbatteri typisk 6-10 timer backup UPS 5 min 6 timer + (varierende last) Side 5

6 Designmarginer Reelt effektbehov Elding 5 o C Reservemargin Eldingsfaktor Designlevetid = Batteriet har 80% restkapasiet Faktor på 1,25 legges til effektbehovet for å levere 100% ved batteriets levetidsslutt Lav designtemperatur Kapasiteten synker ved temp. under 20 o C Sjanse for at romtemperaturen blir betydelig under 20 o C? Aktuelt å legge inn reservekapasitet pga risk for lav romtemperatur? For batteriinstallasjoner i Nordsjøen er vanlig designtemp 5 o C Medfører ca tilleggsfaktor 1,2 1,3 avhengig av backuptid Designmargin / Reservekapasitet Noen ønsker batteriet skal levere ønsket effekt når det er 90% ladet +10% legges til effektbehov Reservemargin for framtidig økt kapasitetsbehov Krav til kort oppladetid eks. 5 timer Krav til større batteri hvis mer enn 50% utladet etter utlading. Side 6

7 Temperaturkompensert lading Kan være gunstig der batteriromstemperaturen avviker fra 20 o C. Optimalt for blybatteri mht levetid er 20 o C. Levetid halveres for hver 10. grad temp. overstiger 20 o C Ved temperatur over 20 o C bør ladespenningen senkes Ved romtemperaturer under 20 o C bør ladespenningen økes for å unngå underlading Temperaturkompensert lading Justerer automatisk til riktig ladespenning i h.t. aktuell romtemperatur ved batteriet. Krever temperatursensor monteres ved batteriet Krever at lader er forberedt Side 7

8 Batterispenning og celletall Hva er høyeste og laveste aksepterte driftspenning for batteriet? Høyeste ladespenning (Umaks) Utlade sluttspenning (Umin) Bestemmes av Laders/Vekselretters arbeidsområde (Umaks Umin) Aksepterte min/maks spenningsområde for evnt. DC last Hva er krav til celletall? Henger sammen med Umax og Umin Side 8

9 Konfigurasjon av batteri til et redundant UPS- eller lader-system Skal krav til batteri beregnes for hver UPS/lader eller samlet for hvert system? 1 x 100% (felles) batteri 2 x 50% batterier 2 x 100% batteri. Et spørsmål om sikkerhetskrav, tilgjengelig plass og kostnader. 50% + 50% Alle UPS eller ladere må ha egen batteripakke for å sikre redundans Det er kun full redundans ved 2x100% batteri 1x100% batteri (to UPS/ladere deler et batteri) er ikke anbefalt av sikkerhetsgrunner og felles feilkilde. Kan være en nødløsning ved liten plass. 100% 100% + 100% Side 9

10 Krav til selve rommet I bunn: EN Batterier skal plasseres i beskyttede omgivelser Gulvet skal være dimensjonert for å tåle vekten av batteriet + reservemargin Hvis adkomst er begrenset til autoriserte personer Dørene skal være låsbare og åpne utover Uhindret rømningsvei skal opprettholdes hele tiden for nødevakuering Minimum bredde 600mm helst mer Ved bruk av friventilerte batterier skal golvet være: Ugjennomtrengelig og kjemisk motstandsdyktig mot elektrolytten, eller Battericellene skal være plassert i egnede fat ( syretrau ) Ha tilstrekkelig ventilasjon Side 10

11 Tiltak mot syresøl mm Friventilerte batterier Hvor svikt i en celle kan forårsake søl av elektrolytt må dette kunne oppfanges av f.eks. et fat (syretrau) som er stort nok til å inneholde elektrolytten for minst en celle eller blokk Materialer skal være resistant eller beskyttet mot elektrolytt. Ideelt skal bly-syre (friventilert) og NiCd plasseres i separate rom. Hvis plassering i samme rom: Forholdsregler for å unngå å blande vedlikeholdsverktøy, elektrolytter og etterfyllingsvann. Tiltak for beskyttelse mot elektriske sjokk (berøring) eksplosjonsfarer (ventilasjon) Side 11

12 Ventilasjon Ventilasjonsluften skal blåses ut i atmosfæren utenfor bygningen Naturlig ventilasjon Åpning for luftinntak og -uttak i motstående vegger Minimum 2 m avstand mellom åpningene hvis åpningene er på samme vegg Tvungen ventilasjon Hvis det ikke oppnås tilstrekkelig luftstrøm ved naturlig ventilasjon Laderen skal være forriglet med ventilasjonssystemet eller en alarm skal iverksettes Krav til ventilasjon for aktuelt batteri beregnes i h.t. EN Side 12

13 Eksempler på krav til ventilasjon Batteribank som skal levere 92kW i 2 timer Ventilregulert AGM blybatteri 192 celler 850Ah (12 års designlevetid) Normallading 8200 l/time Boostlading l/time Ventilregulert gele blybatteri 192 celler 998Ah (18 års designlevetid) Normallading 9700 l/time Boostlading l/time Friventilert blybatteri 192 celler 998Ah (18 års designlevetid) Normallading l/time Boostlading l/time Friventilert NiCd batteri 300 celler 852Ah Normallading l/time Boostlading l/time Hva med ventilregulert NiCd? Side 13

14 Sikkerhetsavstand EN I umiddelbar nærhet av batteriet er fortynning av eksplosive gasser ikke alltid sikret. En sikkerhetsavstand i luft skal overholdes. Spredningen av eksplosiv gass er avhengig av Mengden gass som strømmer ut Ventilasjonen nær kilden for utstrømningen Sikkerhetsavstanden ligger i praksis stort sett i området ca 150mm ca 500mm Nødvendig sikkerhetsavstand kan oppnås ved bruk av en skillevegg mellom batteri og gnistkilde Batteribryter/sikringer kan stå i samme rom som batteri hvis krav til minsteavstand er oppfylt. Side 14

15 Innsjauing og installasjon Tåler gulvet vekten? Mulige fysiske hindringer i innsjauingsveier Døråpning terskel Trapper Heis (størrelse/vektbegrensning) Mulige fysiske begrensninger i batterirom/montasjested: Vektbegrensning Takhøyde i batterirom Søyler Ventilasjonskanaler Lysaramturer Kabeltrase/Kabelgater Rømningsveier Side 15

16 Hva er tilgjengelig plass til batteriet? Tilstrekkelig arbeidsrom og best mulig stativutforming påkrevet Inspeksjon, vedlikehold og utskifting av celler Uhindret rømningsvei skal opprettholdes hele tiden Minimum bredde på 600mm Bredden bør økes for å tillate midlertidig utstyr blir plassert i adkomstveien. Kompromissløsning som ikke gir ideel løsning for tilkomst for vedlikehold? Nødvendig å se på flere alternativer for en løsning man kan leve med? Batterityper / levetid Batterikonfigurasjon Endre designkriterier Forskjellige stativalternativer Viktig batterileverandør får oppgitt tilgjengelig plass til batteriet med en gang. Sparer mye tid både hos leverandør og kunde Side 16

17 8 etg. liggende batteri. Tilgang begge sider. Litt vanskelig å komme til og montere 8. etg. Side 17

18 Ventilregulert stående VR gele batteri. Tilkomst begge sider. Side 18

19 Friventilregulert blybatteri. God pyramideløsning med tilkomst fra begge sider. Side 19

20 OPzV Liggende gele batteri for UPS. God plass Side 20

21 Nesten perfekt installasjon. Friventilert bly. 3 trinns trapp, 2 etg. God plass rundt stativet. Enda bedre om 1 etg. Side 21

22 VR bly. Stående. Trangt mellom etasjene. Vanskelig å komme til. Side 22

23 Installasjon Installasjon skal utføres av autorisert personell Kun isolert verktøy skal brukes Bruk beskyttende klær, hansker og briller Batteriforbindelser fram til batterisikringen skal installeres kortslutningssikkert Batterikabler og sikringer dimensjoneres i h.t. maks batteristrøm Side 23

24 HMS Løfting av battericeller/monoblokk Vurder løfteanordninger ved tunge battericeller eller monoblokker : Løftebord Løftestropper Løftetalje festet i tak Ved bruk av løftebord, tenk på rømningsveg slik at løfteren ikke blokkerer rømningsvegen ved bruk. Side 24

25 Selvutlading / Lagring Få batteriet levert så nær idriftsettelse som mulig. Taper kapasitet ved lagring Kapasitet (%) C C 30 C 20 C Lagringstid (måneder) Side 25

26 Skilting og merking Merking med varselsog forbudskilt. Identifikasjonsmerking Hver celle / monoblokk Hele batteribanken Side 26

27 Instruksjoner for bruk, installasjon og vedlikehold Fabrikantens instruksjoner for bruk, installasjon og vedlikehold skal være levert med batteriet og skal settes opp i nærheten av dette. Side 27

28 Beregningseksempler Protection notice / Copyright notice

29 Eksempel 1 Behov: 32000W + 25% (elding) = 40625W Kriterier: Umax = 436V / Umin=316V Driftstid batteri = 1 time Driftstemperatur = 20 C Beregninger: nmax = Umax / Uladesp.pr.c = 436 / 2,27 = 192 c Ufinale/c = Umin. / n = 316 / 192 = 1,65 V/c P/c = Beregnet behov. / n = / 192 = 211,59W/C Dvs: 12V enhet = 6c x 211,59 = 1270 W/enhet 6V enhet = 3c x 211,59 = 635 W/enhet 2V enhet = 1c x 211,59 = 212 W/enhet Side 29

30 Utladetabell VR AGM 12 år 12V 6V 2V NB! 12V enhet = 6 x 211,59 = 1270 W/enhet 6V enhet = 3 x 211,59 = 635 W/enhet 2V enhet = 1 x 211,59 = 212 W/enhet Side 30

31 H B Eksempel 1 Antall enheter = 192c / 3 c/ pr. enhet = 64stk Dvs. 64 stk. L6V160 avgir : 64 x 638 = 40832W i 1 time til 316,8V (1,65V x 192 ) -Behov: 32000W + 25% = 40625W Kriterier: Umax =436V / Umin=316V Driftstid batteri = 1 time Driftstemperatur = 20 C 1742 L Side 31

32 Eksempel 2 Behov: 32000W + 25% (elding) + 25% (5 o C) + 10% (90% ladet) = 55000W Kriterier: Umax = 436V / Umin=316V Driftstid batteri = 1 time Driftstemperatur = 20 C Beregninger: nmax = Umax / Uladesp.pr.c = 436 / 2,27 = 192 c Ufinale/c = Umin. / n = 316 / 192 = 1,65 V/c P/c = Beregnet behov. / n = / 192 = 286,46W/C Dvs: 12V enhet = 6c x 286,46 = 1719 W/enhet 6V enhet = 3c x 286,46 = 860 W/enhet 2V enhet = 1c x 286,46 = 287 W/enhet Side 32

33 Utladetabell VR AGM 12 år 12V 6V 2V NB! 12V enhet = 6 x 286,46 = 1719 W/enhet 6V enhet = 3 x 286,46 = 860 W/enhet 2V enhet = 1 x 286,46 = 287 W/enhet Side 33

34 Eksempel 2 Behov: 32000W + 25% (elding) + 25% (5 o C) + 10% (90% ladet) = 55000W Kriterier: Umax = 436V / Umin=316V Driftstid batteri = 1 time Driftstemperatur = 20 C Beregninger: nmax = Umax / Uladesp.pr.c = 436 / 2,27 = 192 c Ufinale/c = Umin. / n = 316 / 180 = 1,75 V/c P/c = Beregnet behov. / n = / 180 = 305,56W/C Dvs: 2V enhet = 1c x 305,56 = 306 W/enhet Side 34

35 Utladetabell VR AGM 12 år 12V 6V 2V 2V enhet = 1 x 306 W/enhet NB! Side 35

36 H B Eksempel 2 Antall enheter = 180c / 1 c pr. enhet = 180stk Dvs. 180 stk. L2V270 avgir : 180 x 323 = 58140W i 1 time til sluttspenning pr celle = 1,75V 32000W + 25% (elding) + 25% (5 o C) + 10% (90% ladet) = 55000W Kriterier: Umax =436V / Umin=316V Driftstid batteri = 1 time Driftstemperatur = 20 C 1798 Side L

37 Takk for oppmerksomheten! Heidi Rø Siemens AS Energy Sector Oil & Gas Solutions Offshore Power Electronics Centre Bratsbergvn Trondheim Telefon: heidi.roe@siemens.com Protection notice / Copyright notice