Awarije świetlów ulicznych z dwoma akumulatorami
-- diagnostyka i naprawa
Awarije świetlów ulicznych z dwoma akumulatorami: diagnostyka i naprawa
Krótka odpowiedź: Dwa akumulatory podwajają pojemność, ale też zwiększają ryzyko wystąpienia awarii. Jeśli akumulatory są połączone w seriach, oba mogą się uszkodzić jednocześnie; jeśli połączone w paralele, jeden może uszkodzić drugi. Akumulatory należy dobierać z tej samej partii, każdy paralelny związek należy wyposażać w oprawki ochronne (pierścienie), a pojemność sprawdzać co kwartał. Para akumulatorów, które różnią się pojemnością o więcej niż 10%, jest już uszkodzona – niezależnie od wyników pomiarów voltmetrem.
Analiza awarii w systemach świetlów ulicznych z dwoma akumulatorami
Pierwsze pytanie: Czy projekt w ogóle wymaga dwóch akumulatorów?
Nowoczesne światła typu „wszystko w jednym” używają jednego akumulatora typu LiFePO4, obsługiwanego przez system zarządzania akumulatorami (BMS), który dba o równowagę napięcia pomiędzy komorami akumulatora oraz o jego ochronę. Konfiguracje z dwoma akumulatorami są przydatne w przypadkach, gdy potrzebny jest większy zasięg światła, w modernizacjach starych systemów z akumulatorami typu ołowiano-kwasowymi lub w instalacjach o dużym obciążeniu, gdy jeden duży akumulator nie zmieści się w obudowie. Jeśli kupujesz nowe światło i w ofercie jest zaznaczone, że potrzebne są dwa akumulatory, sprawdź, dlaczego to konieczne. Dwa niepotrzebne akumulatory oznaczają dwa razy większe koszty utrzymania, dopasowania i wymieniania.
Jak awaria wpływa na działanie świetla w poszczególnych konfiguracjach?
Rozwiązania z użyciem dwóch baterii 12 V (łączących się w układ serii, tworząc 24 V) oraz dwóch baterii 100 Ah (łączących się w układ paralelny, tworząc 200 Ah) reagują na awarie w przeciwnych stronach:
| Awaria | Układ serii (2 × 12 V) | Układ paralelny (2 × 100 Ah) |
|---|---|---|
| Odkręcenie obwodu w jednej baterii | Cały obwód przestaje pracować; druga bateria pozostaje sprawna | Pojemność układu zmniejsza się o połowinę; druga bateria pracuje dalej, bez uszkodzeń |
| Zatłoczenie obwodu w jednej baterii | Druga bateria przenosi duży prąd do obszaru zatłoczenia; napięcie w całym układzie spada do poziomu jednej baterii; dochodzi do nadmiernego rozładowania i przegrzania | Napięcie w całym układzie spada niemal do 0 V; druga bateria natychmiast się rozładowuje – jej elementy mogą zostać uszkodzone |
| Wielka różnica w pojemności baterii (>30%) | Druga bateria jest powtarznie nadmiernie ładowana i rozładowywana; jej żywotność zmniejsza się o ponad 50% | Bateria o słabszej wydajności przenosi większość prądu; druga bateria pracuje pod dużym obciążeniem i szybciej traci swoje właściwości |
Asymetria jest kluczową: w układzie serii awaria (odkrocenie obwodu) jest natychmiastowa, ale układ może przetrwać; w układzie paralelnym awaria (zatłoczenie obwodu) jest natychmiastowa i śmiertelna dla „zdrowej” baterii. Dlatego ogniwo bezpieczeństwa znajduje się na każdym z oddzielnych, paralelnych obwodów, a nie na całym układzie.
Interpretacja symptomów
Zakłócenie w obwodzie (przy bezpośrednim kontakcie poluznego i ujemnego krańca baterii): światło gaśnie nagle i nie wraca do normalnej pracy nawet po słonecznym dniu; zbiornik na baterie lub przewód nagrzewa się, czasami wydając zapach spalania izolacji; uszkodzona bateria się wybija, przecieka (w przypadku baterii typu ołowiano-kwasowych) lub pęknie jej obudowa (w przypadku baterii litowo-jonowych); w obwodzie złożonym z kilku baterii w seriach również druga bateria nagrzewa się; kontroler nie wyświetla żadnych informacji ani nie uruchomi się.
Odkręcony obwód (jakiekolwiek uszkodzenie w połączeniu baterii): światło w ogóle nie świeci, nawet w pełnym słońcu; bateria nie ma żadnych zewnętrznych obrażeń, nie nagrzewa się, nie przecieka; prosty pomiar napięcia pokazuje 0 V w obwodzie złożonym z kilku baterii w seriach; w obwodzie złożonym z kilku baterii w paralelu napięcie spada do poziomu jednej z baterii, co uniemożliwia działanie obciążenia; kontroler może wyświetlić informację o przerwanej połączeniu baterii lub niskim napięciu.
Co dokładnie powoduje te awarie?
Woda: Deszcz wpływający do wnętrza kontenera powoduje nagromadzenie wody w miejscach, gdzie znajdują się punkty łączenia kabli – są to najbardziej problematyczne obszary. Wyczerpanie izolacji: Kabli ścierają się o metalowe elementy wewnątrz słupa, co może doprowadzić do kontaktu między elementami o dodatnim i ujemnym napięciu. Starzenie się elementów: – Baterie typu litu: Uszkodzenie wewnętrznej membrany. – Baterie typu ołowiu-kwasu: Odłamki elementów i osady mogą blokować przepływ elektrycznego prądu. Piorun: Nagłe przekraczenie napięcia spowodowane uderzeniem pioruna może uszkodzić izolację w miejscu połączenia baterii (informacje o zabezpieczeniach przed impulsami napięcia znajdują się w naszym przewodniku po zabezpieczeniach przed impulsami napięcia). Korozja i wibracje: Pod wpływem intensywnego deszczu i wysokiej wilgotności elementy kontenera ulegają korozji, co prowadzi do awarii; punkty spawania elementów mogą się rozluźnić po latach pracy w środowisku z dużymi wibracjami (zwłaszcza na wietrznych obszarach). Zimno: W niskich temperaturach elektrolit w bateriach typu ołowiu-kwasu może stwardnieć, co może doprowadzić do uszkodzeń wewnętrznych elementów baterii. Zewnętrzne uszkodzenia: Wypadki podczas budowy mogą poważnie uszkodzić kabli lub obudowę kontenera.
Zasady, które stosujemy…
- Zestawy składające się z baterii tej samej marki, modelu i pojemności; tolerancja rozbieżności wynosi 5%. Mieszanie starych z nowymi bateriami może doprowadzić do większych różnic w ich parametrach (powyżej 30%, jak pokazano w tabeli powyżej).
- Ochrona każdej baterii osobno: W systemach paralelnych każda bateria jest wyposażona w osobne oprawki ochronne; w systemach sercowatych używane są baterie odporny na duże prądy. Warto wybrać kontroler z funkcją równowagi napięcia pomiędzy bateriami, który monitoruje stan każdej z nich indywidualnie.
- Hermetyczność i ochrona przed zniszczeniami: Pokładka baterii zapewnia poziom ochrony IP67; terminaly są pokryte niklem, aby zapobiecich oxidacji; w punktach łączenia baterii znajdują się izolacyjne elementy; kable są umieszczone w kanałach, które chronią je przed kontaktem z metalowymi częściami, a na zakrętach pozostaje odpowiednio dużo luzu.
- Uwzględnienie ryzyka impulsów elektrycznych: W obszarach podatnych na burze deszczowe należy zainstalować urządzenia typu SPD (Surge Protection Devices); opór połączenia kontrolera do ziemi musi być nie większy niż 4 Ω.
- Regularne testy:
– Miesięcznie: sprawdzać, czy nie ma luzu w połączeniach terminali ani oznak korozji; w razie potrzeby czystić i ponownie zaciskać elementy. – Kwartalnie: przeprowadzać test wydajności pojedynczych baterii; jeśli różnica w ich parametrach przekracza 10%, wymieniać cały zestaw. – Po upływie okresu eksploatacji: wymieniać cały zestaw (baterie typu akumulatorów z żelazem–kwasem po 3 latach, baterie litu po 5 latach), a nie pojedyncze elementy.
Problem, którego tak boimy się, występuje w przypadku połączenia dwóch baterii w układzie paralelnym, w którym jedna z baterii jest uszkodzona (np. rozszerzona w obrazie). Gdy światło słabnie, zdrowa bateria cały czas zasila drugą, uszkodzoną baterię, a w rezultacie obie baterie stają się nieprzydatne do dalszego użytkowania.
Co na tej stronie nie jest opisane:
Na tej stronie omawiane są układy świetlów ulicznych z dwoma bateriami połączonymi w obwodzie stałego prądu (DC). Nie są tu przedstawione zasady działania systemów zarządzania bateriami (BMS), metody balansowania pojedynczych baterii ani profile ich ładowania (patrz dlaczego bateria pierwsza się uszkadza); informacje o konfiguracjach baterii w obwodach szeregowych i paralelnych znajdują się w artykule Konfiguracje baterii w obwodach szeregowych i paralelnych. Jeśli chcesz informacje o produktach świetlów ulicznych z jedną baterią, dostosowaną fabrycznie, sprawdź linię produktów Światła uliczne typu „all-in-one).