Natrium-ioniakku Akku pystyy tukemaan pumppumoottorin käynnistyskuormitusta vain, jos järjestelmä on mitoitettu käynnistysvirran mukaan, ei pelkästään käyntitehon perusteella. Pumppumoottorit saattavat tarvita käynnistyksen aikana useita kertoja normaalin virran määrän, joten ”5–8×” -arviot ovat hyödyllisiä vain alustavassa seulonnassa. Lopullinen mitoitus tulisi tehdä moottorin tyyppikilven tietojen, lukkiutuneen roottorin tietojen, taajuusmuuttajan rajoitusten ja sovellustestien perusteella.
Vaikka kWh-määrä olisi riittävä, pumppu voi lakata toimimasta, jos taajuusmuuttaja laukeaa, BMS katkaisee virran tai jännitteen lasku ylittää raja-arvon. Keskeinen kysymys on, pystyykö järjestelmä selviytymään käynnistysvirrasta, kiihdytysajasta, jännitteen laskusta ja toistuvista käynnistyksistä ylittämättä suojarajaa.
Tässä artikkelissa keskitytään taajuusmuuttajan kautta syötettäviin vaihtovirtapumppuihin. Tasavirtapumppujen osalta on tarkistettava myös ohjainlaitteen jännitealue, moottorin virranrajoitus, kaapelihäviöt sekä BMS:n huippuvirran sietokyky.
Kamada Power 48 V 200 Ah natriumioniakku
Pumpun käynnistäminen on ensisijaisesti teho-ongelma, vasta sen jälkeen energiaongelma
Pumpun toimintaan liittyy kaksi erilaista vaatimusta: käynnistys ja käynti. Käyntiteho määrää, kuinka kauan pumppu voi toimia, kun taas käynnistysteho määrää, pystyykö pumppu ylipäätään käynnistymään. Nämä eivät ole sama suunnitteluongelma.
Pumppu voi toimia hallittavalla tehotasolla sen jälkeen, kun moottori on saavuttanut käyntinopeutensa, mutta käynnistyshetkellä virrankulutus voi olla lyhyen hetken ajan huomattavasti suurempi. Akun, invertterin, BMS-järjestelmän, kaapeleiden, sulakkeiden, liittimien ja ohjaimen on kestettävä tämä lyhyt hetki, ennen kuin käyttöaika edes tulee kyseeseen.
Natrium-ioni-akkujen osalta tämä tarkoittaa, että pelkkä kapasiteetti ei riitä. Suurempi akusto voi pidentää käyttöaikaa, mutta jos BMS:n huippuvirran raja, invertterin ylijännitesuojaus tai tasavirtakaapelin reitti eivät kestä käynnistystä, pumppu ei välttämättä käynnisty.
Tämä on yleisin väärinkäsitys pumppujen varajärjestelmähankkeissa: riittävä energiamäärä ei aina tarkoita riittävää käynnistystehoa.
Pumpun tyyppi vaikuttaa käynnistyshaasteeseen
Kaikki pumput eivät aiheuta yhtä suurta käynnistyskuormitusta. Pieni kiertovesipumppu, kastelupumppu, syväkaivopumppu, paineenkorotuspumppu, tyhjennyspumppu, siirtopumppu ja teollisuuden prosessipumppu voivat kuormittaa järjestelmää eri tavoin.
Jotkut pumput käynnistyvät vaivattomasti, kun taas toiset joutuvat käynnistymään vasten painetta, vesipatsasta, putkien vastusta, takaiskuventtiilejä tai suurta mekaanista kuormitusta. Pumppu, joka käynnistyy helposti yhdessä asennuksessa, voi joutua ponnistelemaan toisessa, koska hydrauliset olosuhteet ovat erilaiset.
Siksi moottoria ja pumppua tulisi arvioida yhdessä. Akustojärjestelmä, joka käynnistää kevyesti kuormitetun pumpun, ei välttämättä pysty käynnistämään samaa moottoria, jos se on kytketty syvempään kaivoon, suurempaan nostokorkeuteen, jumittuvaan takaiskuventtiiliin, pitkään putkistoon tai paineastiaan, jotka lisäävät käynnistysvääntömomenttia.
Jos moottorin kiihtyminen kestää kauemmin, suuri virta jatkuu pidempään. Tällöin akkujärjestelmä (BMS), taajuusmuuttaja ja kaapelit joutuvat rasitukseen pidemmäksi ajaksi. Akku ei ota huomioon pelkästään moottorin nimellistehoa, vaan todelliset käynnistysolosuhteet.
Invertterin on kestettävä ylijännite
Vaihtovirtaisten pumppumoottoreiden kohdalla taajuusmuuttaja on usein ensimmäinen rajoittava komponentti. Sen on muunnettava akun tasavirta vaihtovirraksi ja samalla kestettävä pumpun käynnistyspiikki. Jos taajuusmuuttajan piikkikuormitusarvo on liian alhainen, se saattaa mennä vikaan jo ennen kuin akusta tulee varsinainen ongelma.
Jos taajuusmuuttajan alijännitesuoja on asetettu liian korkealle, se saattaa sammutua, kun tasavirtajännite laskee käynnistyksen aikana. Jos uudelleenkäynnistyslogiikka on puutteellinen, pumppu saattaa käynnistyä ja sammutua toistuvasti, mikä lisää sen rasitusta.
Natrium-ioniakku saattaa kyetä syöttämään virtaa, mutta taajuusmuuttajan on silti kyettävä käsittelemään tilanne. Siksi pumpun käynnistymistä tulisi tarkistaa taajuusmuuttajan tulopuolelta, ei pelkästään akun napoista.
Invertteri tekee päätöksensä sen jännitteen perusteella, jonka se havaitsee kaapelihäviön, sulakkeen katkeamisen, liittimen vastuksen, BMS:n jännitehäviön ja akun sisäisen vastuksen jälkeen. Kunnossa oleva akku voi silti näyttää invertterille heikolta, jos tasavirta-reitti on liian kapea.
BMS:n on oltava mitoitettu huippuvirran ja keston mukaan
BMS:ää ei tulisi valita pelkästään jatkuvan purkausvirran perusteella. Pumpun käynnistyminen saattaa vaatia lyhyttä huippuvirtaa. Jos BMS:n huippuvirran raja-arvo on liian alhainen, akusto voi irrota ennen kuin pumppu saavuttaa käyntinopeutensa.
Jos huippukesto on liian lyhyt, moottori saattaa alkaa pyöriä ja sitten pysähtyä. Jos BMS:n lämpösuojaus on lähellä raja-arvoaan, toistuvat käynnistykset voivat aiheuttaa lämmön kertymistä, vaikka kukin käynnistys olisi lyhyt.
Tässä vaiheessa natrium-ioni-akun varastointi muuttuu valmiin akkupaketin suunnittelukysymykseksi. Kennot, BMS:n teho-osa, virtakiskot, sisäinen johdotus, kontaktorit tai MOSFET-transistorit, liittimet, sulakkeet, liittimet ja ulkoinen kaapelireitti muodostavat kaikki yhdessä käynnistysvirran ketjun.
Järjestelmän heikoin lenkki määrää, käynnistyykö pumppu. Suurempi Ah-arvo ei automaattisesti ratkaise BMS:n huippuvirtaongelmaa. Kapasiteetti vaikuttaa käyttöaikaan. Virtareitin suunnittelu määrää, pystyykö moottori käynnistymään.
Jännitteen lasku on yleensä piilevä laukaisija
Pumpun käynnistys epäonnistuu usein, koska jännite laskee hetkellisesti liian matalaksi. Käynnistyksen aikana suuri virta aiheuttaa jännitteen laskua kennoissa, BMS-järjestelmässä, virtakiskoissa, kaapeleissa, sulakkeissa ja liittimissä.
Jos invertterin tulojännite laskee alle katkaisurajan, invertteri laukeaa. Jos akustoyksikkö ylittää BMS:n alhaisen jännitteen tai ylivirran raja-arvon, BMS saattaa katkaista virran. Pumpun pysähtymisen jälkeen jännite saattaa nousta takaisin, mikä voi tehdä vianmäärityksestä hankalaa.
Yleinen valitus kentällä on: ”Akussa näkyy vielä varausta, mutta pumppu ei käynnisty.” Se voi olla totta. Akku voi vielä olla ladattu, mutta järjestelmä ei yksinkertaisesti pysty pitämään jännitettä riittävän korkeana käynnistysvaiheessa.
Pumppusovelluksissa kuormitettu jännite on merkittävämpi kuin lepojännite. Tyhjäkäyntijännitteen tarkistus ei korvaa käynnistystarkastusta.
Alhainen akun varaustaso ja kylmät olosuhteet vaikeuttavat käynnistystä
Pumppu, joka käynnistyy akun ollessa täyteen ladattu, voi mennä epäkuntoon, kun akun varaustaso (SOC) laskee. Akun purkautuessa jännitteen varamarginaali pienenee, ja sama käynnistyspiikki voi laskea jännitteen alle invertterin katkaisurajan tai BMS-suojausrajan.
Jos järjestelmä toimii ulkona tai kylmissä olosuhteissa, sisäinen vastus ja jännitteen lasku voivat aiheuttaa suurempia haasteita, riippuen akkupaketin lopullisesta rakenteesta ja lämpötilaolosuhteista.
Natriumionikemia voi tarjota hyödyllisiä mahdollisuuksia kylmissä olosuhteissa, erityisesti ulkokäyttöön tarkoitetuissa ja syrjäisillä paikoilla sijaitsevissa pumppusovelluksissa. Kylmäolosuhteissa toimiva purkauskyky ei kuitenkaan automaattisesti takaa pumppujen käynnistymistä suurilla virroilla talvella.
Pumpun käynnistyminen riippuu edelleen valmiin akun huippuvirran validoinnista, BMS-rajoituksista, invertterin ylijännitesuojan nimellisarvosta, kaapelin vastuksesta, alhaisen SOC-tason aiheuttamasta jännitteen laskusta sekä toistuvien käynnistysten jälkeisestä palautumisesta.
Vesijärjestelmissä, kastelussa, etäohjatussa aurinkokäyttöisessä pumppauksessa, maatalouskoneissa, tietoliikennejärjestelmien jäähdytyksessä tai teollisuuden varajärjestelmissä vaativat olosuhteet eivät usein liity täyteen SOC-arvoon leudolla säällä. Niitä ovat matala SOC-arvo, alhainen lämpötila, pitkä kaapelireitti sekä pumpun uudelleenkäynnistys todellisessa paineessa.
Toistuvat lähdöt voivat olla vaikeampia kuin yksi lähtö
Yksittäinen käynnistystesti on hyödyllinen, mutta se ei välttämättä riitä koko sovelluksen testaamiseen. Monet pumput eivät käynnisty kerran ja toimi sitten jatkuvasti, vaan ne toimivat jaksoittain.
Painepumppu saattaa käynnistyä toistuvasti. Tyhjennyspumppu saattaa käydä jaksoittain. Kastelujärjestelmä saattaa käynnistyä ja pysähtyä vyöhykkeittäin. Jäähdytys- tai prosessipumppu saattaa käynnistyä uudelleen ohjaussignaalien jälkeen. Jokainen käynnistys aiheuttaa uuden paineiskun.
Toistuvat käynnistykset voivat kuumentaa taajuusmuuttajaa, akkujärjestelmän hallintajärjestelmää (BMS), kaapeleita, sulakkeita, liittimiä ja moottoria. Ne voivat myös paljastaa palautumisongelmia. Järjestelmä saattaa käynnistää pumpun kerran, mutta epäonnistua kolmannen tai neljännen käynnistyksen jälkeen, koska lämpöä on kertynyt, akun varaustila (SOC) on laskenut tai taajuusmuuttaja ei ole palautunut oikein.
Pumppujen natriumioni-energiavarastointijärjestelmää tulisi siksi arvioida pumpun todellisen käyttökuvion perusteella, ei yhden onnistuneen käynnistyksen perusteella.
Pehmeäkäynnistimet ja taajuusmuuttajat voivat muuttaa akkuvaatimuksia
Pehmeäkäynnistin tai taajuusmuuttaja voi vähentää käynnistyskuormitusta säätelemällä moottorin kiihtyvyyttä. Tämä voi tehdä akkuvarastoinnista käytännöllisempää pumppujärjestelmissä, etenkin silloin, kun suora verkosta käynnistys vaatisi liian suurta käynnistysvirtaa.
Nämä laitteet eivät kuitenkaan poista järjestelmän sovittamisen tarvetta. Taajuusmuuttajalla tai pehmeällä käynnistimellä on edelleen syöttötehoa koskevat vaatimukset, muuntotappiot, ohjauskäyttäytyminen ja suojausasetukset.
Se voi vähentää käynnistysvirtaa, mutta akun ja invertterin on silti tuotettava riittävästi tehoa, jotta pumppu saavuttaa käyntinopeutensa. Jos pumppu käynnistyy korkeaa painetta vastaan tai sen kiihtyminen kestää liian kauan, järjestelmä voi silti ylittää virta-, jännite- tai lämpörajan.
Pehmeäkäynnistys ei ole oikotie akun koon määrittämisessä. Se on yksi keino, jonka avulla käynnistysvaihetta voidaan hallita.
Todellinen tukiraja on järjestelmätasolla
Se, voiko natrium-ioniakku syöttää virtaa pumppumoottorille, riippuu useista rajoitteista, jotka on sovitettava yhteen.
| Startup Boundary | Mitä muutoksia järjestelmään tulee | Epäonnistuminen, jos sitä ei oteta huomioon |
|---|
| Moottorin käynnistysvirta ja kiihtyvyysaika | Invertterin ylijänniteluokitus, BMS:n huippuvirta, tasavirran kulkureitti | Pumppu ei käynnisty tai sammuu kiihdytyksen aikana |
| Pumpun mekaaninen kuormitus | Käynnistysmomentti ja kesto | Moottori kuluttaa suurta virtaa odotettua pidempään |
| Akun varaustaso (SOC) ja lämpötila | Jännitteen varamarginaali ja jännitteen lasku | Käynnistyy täyteen ladattuna, mutta sammuu myöhemmin tai kylmissä olosuhteissa |
| DC-kaapelin ja liittimen vastus | Invertterin tulojännite ylijännitetilanteessa | Invertteri havaitsee alhaisen jännitteen, vaikka akun navat näyttävätkin olevan kunnossa |
| BMS:n huippuraja ja palautuminen | Suojauskäyttäytyminen ylijännitteen jälkeen | Akku irtoaa tai vaatii manuaalisen palautuksen |
| Alkutaajuus | Lämmön kertyminen taajuusmuuttajassa, akkujärjestelmässä (BMS), kaapeleissa ja moottorissa | Toimii kerran, mutta epäonnistuu toistuvien syklien aikana |
Tämä taulukko ei ole mekaaninen tarkistuslista. Se osoittaa, missä kohdissa suunnittelu tosiasiassa muuttuu. Jos jotakin raja-arvoa aliarvioidaan, järjestelmä saattaa pettää, vaikka nimelliskapasiteetti vaikuttaisi riittävältä.
Tavallinen natriumionivarasto toimii, kun pumpun kuormitus on ennustettavissa
Tavallinen natriumioniakku voi riittää pumppumoottoreiden virransyöttöön, kun pumppu on pieni, käynnistysvirran tarve on kohtuullinen, taajuusmuuttajan huipputeho on riittävä, kaapelireitit ovat lyhyitä, käynnistykset ovat harvinaisia ja akku on jo testattu moottorin kuormitukselle.
Tämä on perusteltu käyttötapaus. Huolellisemmin suunniteltu paketti tai järjestelmä on turvallisempi, kun pumpulla on suuri käynnistysvääntömomentti, se on tarkoitettu syväkaivoihin, toiminta on jaksottaista, se toimii ulkona kylmissä olosuhteissa, kaapelimatkat ovat pitkiä, käynnistys tapahtuu korkeassa paineessa, etäkäyttöinen aurinkolämmön talteenotto on käytössä tai käyttö tapahtuu ilman valvontaa.
Nämä olosuhteet eivät tee natriumioniakusta sopimatonta. Ne vaikuttavat vaadittavan validoinnin tasoon ja järjestelmän suunnitteluun. Ero ei ole siinä, onko kyseessä vakiomalli vai räätälöity ratkaisu. Ero on siinä, vastaako akkujärjestelmän validoitu toimintaraja pumpun todellista käynnistyskäyttäytymistä.
Esimerkiksi natrium-ioniakku, joka toimii hyvin valaistuksessa, viestinnän varajärjestelmissä tai kevyissä invertterikuormissa, saattaa silti tarvita suuremman huippuvirran BMS-suunnittelun, ennen kuin se pystyy luotettavasti tukemaan pumppumoottoria.
Tarkista käynnistyshetki, älä pelkästään suoritusaikaa
Natrium-ioniakkuvarastointijärjestelmää ei pitäisi hyväksyä pumppumoottoreiden käyttöön pelkästään sen perusteella, että se pystyy syöttämään resistiivistä kuormaa tai läpäisee kapasiteettitestin. Hyödyllinen validointi kohdistuu käynnistystapahtumaan.
Tämä tarkoittaa, että on testattava tai tarkastettava todellinen pumppu, todellinen taajuusmuuttaja, todellinen kaapelireitti, todelliset paineolosuhteet, odotettu SOC-alue, odotettu lämpötila sekä toistuva käynnistyskuvio.
”Puhdas” tulos tarkoittaa, että pumppu käynnistyy, jännitteen lasku pysyy järjestelmän sallimissa rajoissa, taajuusmuuttaja ei laukea, BMS ei katkaise virtaa odottamattomasti ja järjestelmä palautuu normaalitilaan käynnistys- ja pysäytysjaksojen jälkeen.
Etäpumppusovelluksissa virranpalautus on yhtä tärkeää kuin käynnistys. Akku, joka suojaa itseään mutta jättää pumppujärjestelmän pois käytöstä, kunnes teknikko saapuu paikalle, ei ole luotettava virransyöttöjärjestelmä.
Ennen hyväksyntää on hyvä tarkistaa pumpun jännite, nimellisteho tai hevosvoimat, täyskuormavirta, käynnistysvirta tai lukkiutuneen roottorin tiedot, taajuusmuuttajan malli, akun jännite, kaapelin pituus, käynnistystaajuus, ympäristön lämpötila, akun varaustilan (SOC) alue sekä se, käytetäänkö taajuusmuuttajaa vai pehmeää käynnistintä.
Päätelmä
Natrium-ioniakku Akku pystyy tukemaan pumppumoottorin käynnistyskuormitusta vain, jos valmis järjestelmä on suunniteltu todellisia käynnistysolosuhteita varten – ei pelkästään nimelliskapasiteetin perusteella.
Ennen hyväksyntää on tarkistettava käynnistysvirta, kiihtyvyysaika, pumpun kuormitus, taajuusmuuttajan ylijännitesuojausarvo, BMS:n huippuvirran raja-arvo, jännitteen lasku, johdotuksen vastus, SOC, lämpötila ja toistuvat käynnistykset.
Jos kyseessä on kastelu-, paineenkorotus-, tyhjennys-, etäohjattu aurinkopumppaus-, maatalous-, tietoliikenteen jäähdytys- tai teollisuuden varajärjestelmähankkeet, ota yhteyttä Kamada Poweriin ja ilmoita pumppua, invertteriä, akkua, kaapelia, lämpötilaa, käynnistystaajuutta ja varakäyttöaikaa koskevat tiedot.
Ota yhteyttä tänään. Suunnittelutiimimme voi auttaa selvittämään, sopiiko tilanteeseen tavallinen natrium-ioniakku, BMS-ratkaisu, jossa on suurempi huippuvirta, vai räätälöity 24 V/48 V natrium-ioniakkuratkaisu on turvallisempaa.
FAQ
Voiko natrium-ioniakku käyttää pumppumoottoria?
Kyllä, mutta valmis akkujärjestelmä on mitoitettava pumpun käynnistyskuormitusta varten, ei pelkästään sen käyntitehoa silmällä pitäen. Keskeisiä rajoitteita ovat invertterin ylijännitesuojaus, BMS:n huippuvirran sietokyky, jännitteen lasku, kaapelivastus, akun lataustila (SOC), lämpötila sekä toistuvien käynnistysten käyttäytyminen.
Miksi pumppu ei käynnisty, vaikka akussa näkyy vielä varausta?
Akussa saattaa vielä olla riittävästi energiaa, mutta käynnistysvirta voi aiheuttaa lyhytaikaisen jännitteen laskun. Jos invertterin tulojännite laskee alle raja-arvon tai jos BMS laukeaa ylivirta- tai alijännitesuojan vuoksi, pumppu saattaa lakata toimimasta ennen kuin moottori saavuttaa käyntinopeutensa.
Tarvitsenko akkukäyttöiseen pumppuun pehmokäynnistimen vai taajuusmuuttajan?
Ei aina. Pehmeäkäynnistin tai taajuusmuuttaja voi vähentää käynnistyskuormitusta, mutta se ei korvaa akun ja invertterin mitoitusta. Järjestelmässä on edelleen oltava riittävä huippuvirran sietokyky, oikeat suojausasetukset sekä todellinen käynnistystestaus pumpun todellisissa paine- ja käyttöolosuhteissa.