Natrijevo-ionska baterija Akumulator lahko prenese zagonske obremenitve motorja črpalke le, če je sistem zasnovan za zagonski tok, ne le za delovno moč. Motorji črpalk lahko med zagonom potrebujejo večkratnik svojega običajnega toka, zato so ocene v razponu »5–8׫ uporabne le za predhodno preverjanje. Končna izbira velikosti mora temeljiti na podatkih s tipsko ploščico motorja, podatkih o blokiranem rotorju, omejitvah pretvornika in testiranju v konkretni aplikaciji.
Tudi ob zadostni količini kWh lahko črpalka preneha delovati, če se sproži inverter, se BMS odklopi ali če padec napetosti preseže mejno vrednost. Ključno vprašanje je, ali sistem lahko obvladuje zagonski tok, čas pospeševanja, padec napetosti in ponavljajoče se zagone, ne da bi pri tem presegel mejno vrednost za zaščito.
Ta članek obravnava črpalke na izmenični tok, ki se napajajo prek pretvornika. Pri črpalkah na enosmerni tok preverite tudi napetostno območje krmilnika, omejitev toka motorja, izgube v kablu ter zmogljivost sistema za upravljanje baterije (BMS) glede največjega toka.
Kamada Power 48 V 200 Ah natrij-ionska baterija
Zagon črpalke je v prvi vrsti problem z napajanjem, šele nato pa problem z energijo
Delovanje črpalke vključuje dve različni zahtevi: zagon in delovanje. Energija za delovanje določa, kako dolgo lahko črpalka deluje, medtem ko moč zagona določa, ali se črpalka sploh lahko zažene. To nista isti projektni problem.
Čeprav lahko črpalka po tem, ko motor doseže delovno hitrost, deluje z obvladljivo močjo, lahko zagonski moment za kratek čas zahteva precej višji tok. Akumulator, inverter, sistem za upravljanje akumulatorja (BMS), kabli, varovalke, priključki in krmilnik morajo ta kratek dogodek brez težav prestati, še preden sploh pride do dejanskega delovanja.
Za shranjevanje natrijevih ionov to pomeni, da sama zmogljivost ni dovolj. Večji akumulatorski sklop lahko sicer podaljša čas delovanja, vendar če omejitev koničnega toka sistema za upravljanje akumulatorjev (BMS), nazivna vrednost prenapetosti pretvornika ali pot enosmernega kabla ne omogočajo zagona, se črpalka morda še vedno ne bo zagnal.
To je najpogostejše nesporazumevanje pri projektih rezervnih črpalk: zadostna količina energije še ne pomeni nujno tudi zadostne moči za zagon.
Tip črpalke vpliva na težavnost zagona
Vsaka črpalka ne povzroča enake zagonske obremenitve. Majhna cirkulacijska črpalka, namakalna črpalka, črpalka za globoke vrtine, dopolnilna črpalka, črpalka za odvodnjavanje, črpalka za prečrpavanje in industrijska procesna črpalka lahko sistem obremenijo na različne načine.
Nekatere črpalke se zlahka zagnajo, druge pa se morajo zagnati kljub tlaku, višini vode, uporu v ceveh, povratnim ventilom ali veliki mehanski obremenitvi. Črpalka, ki se v eni napravi zlahka zagne, lahko v drugi napravi deluje s težavami, ker so hidravlične razmere drugačne.
Motor in črpalko je zato treba ocenjevati skupaj. Akumulatorski sistem, ki zmore zagnati črpalko z majhno obremenitvijo, morda ne bo zmožen zagnati istega motorja, če je ta priključen na globljo vrtino, višji tlak, zalepeni povratni ventil, dolg cevovod ali če so v tlačnem rezervoarju razmere, ki povečujejo zagonski navor.
Če motor potrebuje več časa za pospeševanje, visok tok traja dlje. Sistem za upravljanje baterije (BMS), pretvornik in kabli so tako dlje časa izpostavljeni obremenitvi. Baterija ne upošteva le nazivne vrednosti motorja, temveč tudi dejanske zagonske razmere.
Inverter mora prenesti prenapetost
Pri motorjih črpalk na izmenični tok je inverter pogosto prva omejevalna naprava. Njegova naloga je pretvoriti enosmerni tok iz akumulatorja v izmenični izhodni tok, hkrati pa obvladati zagonski tok črpalke. Če je nazivna vrednost inverterja za zagonski tok premajhna, lahko pride do okvare, še preden se dejansko pojavi problem z akumulatorjem.
Če je prag za izklop inverterja zaradi prenizke napetosti nastavljen previsoko, se lahko inverter izklopi, ko med zagonom pride do padca vhodne enosmerne napetosti. Če je logika ponovnega zagona slabo zasnovana, se lahko črpalka večkrat zaporedoma vklaplja in izklaplja, kar povzroča večjo obremenitev.
Natrij-ionski akumulator morda lahko oddaja tok, vendar mora inverter to dogajanje še vedno sprejeti. Zato je treba zagon črpalke preveriti na vhodu inverterja, ne le na priključkih akumulatorja.
Inverter sprejme odločitev na podlagi napetosti, ki jo zazna po upoštevanju izgub v kablu, pregorevanja varovalke, upora priključka, padca napetosti v sistemu BMS ter notranjega upora akumulatorskega sklopa. Tudi delujoča baterija se lahko inverterju zdi šibka, če je enosmerna povezava premajhna.
Sistem za upravljanje baterij (BMS) mora biti dimenzioniran glede na največji tok in trajanje
Sistem za upravljanje baterije (BMS) se ne sme izbirati zgolj na podlagi neprekinjenega izpraznitvenega toka. Za zagon črpalke je morda potreben kratek konični tok. Če je omejitev koničnega toka v sistemu BMS prenizka, se lahko baterijski sklop izklopi, preden črpalka doseže delovno hitrost.
Če je trajanje konice prekratko, se lahko motor začne vrteti in nato ustavi. Če je temperaturna zaščita sistema BMS blizu svoje meje, lahko ponavljajoči se zagoni povzročijo kopičenje toplote, tudi če je vsak zagon kratek.
Tu shranjevanje natrijevih ionov postane vprašanje zasnove končnega akumulatorja. Celice, močnostni del sistema za upravljanje akumulatorja (BMS), zbiralne letve, notranje ožičenje, kontaktorji ali MOSFET-i, priključki, varovalke, konektorji in potek zunanjih kablov skupaj tvorijo eno verigo zagonskega toka.
Najšibkejši del odloča, ali bo sistem zagnal črpalko. Višja vrednost Ah ne reši samodejno težave z vrhunskim tokom v sistemu BMS. Kapaciteta vpliva na čas delovanja. Zasnova tokovne poti odloča, ali se motor lahko zažene.
Padec napetosti je ponavadi skriti sprožilec
Zagon črpalke se pogosto ne uspe, ker napetost za kratek čas preveč pade. Med zagonom visok tok povzroči padec napetosti na celicah, sistemu za upravljanje baterije (BMS), zbiralnih vodih, kablih, varovalkah in priključkih.
Če napetost na vhodu inverterja pade pod mejno vrednost, se inverter izklopi. Če baterijski sklop preseže mejno vrednost nizke napetosti ali prekomernega toka, ki jo določa sistem BMS, se lahko sistem BMS izklopi. Po zaustavitvi črpalke se napetost lahko ponovno dvigne, kar lahko povzroči zmedo pri ugotavljanju vzroka okvare.
Pogosta pritožba na terenu je: »Baterija še vedno kaže, da je napolnjena, vendar se črpalka ne zažene.« To je mogoče res. Akumulator morda še vedno vsebuje energijo, vendar sistem med zagonom preprosto ne more ohraniti dovolj visoke napetosti.
Pri uporabi črpalk je napetost pod obremenitvijo pomembnejša od napetosti v mirovanju. Preverjanje napetosti brez obremenitve ne pomeni potrditve pravilnega zagona.
Nizka raven napolnjenosti akumulatorja in nizke temperature otežujejo zagon
Črpalka, ki se zažene pri polni napolnjenosti, lahko pri nižji stopnji napolnjenosti (SOC) preneha delovati. Ko se baterija prazni, se razpon napetosti zmanjšuje, zato lahko isti zagonski napetostni sunek povzroči padec napetosti pod mejno vrednost inverterja ali zaščitno točko sistema za upravljanje baterije (BMS).
Če sistem deluje na prostem ali v hladnem okolju, lahko notranji upor in padec napetosti predstavljata večji izziv, odvisno od končne zasnove akumulatorskega sklopa in temperaturnih razmer.
Kemija natrijevih ionov lahko ponuja koristen potencial pri nizkih temperaturah, zlasti za zunanje in oddaljene črpalne aplikacije. Vendar pa zmožnost delovanja pri nizkih temperaturah še ne pomeni avtomatično tudi zmožnosti zagona črpalke z visokim tokom pozimi.
Zagon črpalke je še vedno odvisen od preverjanja koničnega toka v končnem paketu, omejitev sistema za upravljanje baterije (BMS), zmogljivosti inverterja pri prenapetosti, upora kabla, padca napetosti pri nizkem stanju napolnjenosti (SOC) ter obnovitve po ponavljajočih se zagonih.
Pri vodovodnih sistemih, namakanju, daljinskem črpanju s sončno energijo, kmetijski opremi, hlajenju telekomunikacijske opreme ali industrijskih rezervnih sistemih težavne razmere pogosto ne pomenijo polnega stanja napolnjenosti akumulatorja (SOC) v blagih vremenskih razmerah. Gre za nizko stanje napolnjenosti akumulatorja (SOC), nizko temperaturo, dolgo kabelsko pot in ponovni zagon črpalke pod dejanskim tlakom.
Večkratni zagon je lahko težji kot en sam zagon
Posamezen preskus zagona je sicer koristen, vendar morda ne dokazuje delovanja celotne naprave. Mnoge črpalke se ne zaženejo le enkrat in nato delujejo neprekinjeno. Delujejo v ciklih.
Tlačna črpalka se lahko večkrat zaporedoma vklopi. Črpalka za odvodnjavanje se lahko vklaplja v presledkih. Namakalni sistem se lahko vklaplja in izklaplja po posameznih conah. Hladilna ali procesna črpalka se lahko ponovno vklopi po prejemu krmilnih signalov. Vsak zagon povzroči nov pojav napetostnega sunka.
Ponavljajoči se zagoni lahko povzročijo pregrevanje inverterja, sistema za upravljanje baterije (BMS), kablov, varovalk, priključkov in motorja. Prav tako lahko razkrijejo težave pri ponovnem zagonu. Sistem lahko črpalko enkrat zažene, nato pa po tretjem ali četrtem zagonu odpove, ker se je nakopičila toplota, se je stanje napolnjenosti baterije (SOC) znižalo ali pa se inverter ni pravilno obnovil.
Sistem za shranjevanje natrijevih ionov za črpalke je zato treba ocenjevati na podlagi dejanskega delovnega cikla črpalke, ne pa na podlagi enkratnega uspešnega zagona.
Mehki zaganjalniki in frekvenčni pretvorniki lahko spremenijo zahteve glede baterij
Mehki zaganjalnik ali pogon s spremenljivo frekvenco lahko zmanjša obremenitev ob zagonu, saj nadzira način pospeševanja motorja. Zaradi tega je shranjevanje energije v baterijah lahko bolj praktično za črpalne sisteme, zlasti kadar bi neposredni zagon zahteval prevelik tok zagona.
Vendar te naprave ne odpravijo potrebe po prilagajanju sistema. Frekvenčni pretvornik (VFD) ali mehki zagonnik ima še vedno zahteve glede vhodne moči, izgube pri pretvorbi, način delovanja krmiljenja in nastavitve zaščite.
To sicer lahko zmanjša zagonski tok, vendar morata akumulator in pretvornik še vedno zagotoviti dovolj moči, da črpalka doseže delovno hitrost. Če se črpalka zaganjaja ob visokem tlaku ali če ji pospeševanje traja predolgo, lahko sistem kljub temu preseže mejne vrednosti toka, napetosti ali temperature.
Zasnova s postopnim zagonom ni bližnjica pri določanju velikosti baterije. Je eno od orodij, ki omogoča obvladljiv zagon.
Prava meja podpore je na ravni sistema
Ali lahko natrij-ionski akumulator napaja motor črpalke, je odvisno od več omejitev, ki jih je treba uskladiti med seboj.
| Meja za startupe | Kaj se spremeni v sistemu | Neuspeh, če ga ne upoštevamo |
|---|
| Zagonni tok motorja in čas pospeševanja | Nazivna vrednost prenapetosti inverterja, največji tok sistema za upravljanje baterije (BMS), pot enosmernega toka | Črpalka se ne zažene ali se izklopi med pospeševanjem |
| Mehanska obremenitev črpalke | Zagonni navor in trajanje | Motor porablja visok tok dlje, kot je bilo pričakovano |
| Stanje napolnjenosti baterije (SOC) in temperatura | Rezerva napetosti in padec napetosti | Na začetku deluje pri polni bateriji, kasneje ali v hladnih razmerah pa ne deluje več |
| Upornost enosmernega kabla in konektorja | Vhodna napetost inverterja med preobremenitvijo | Inverter zazna nizko napetost, čeprav so priključki akumulatorja videti v redu |
| Omejitev najvišje vrednosti BMS in obnovitev | Zaščitno ravnanje po prenapetosti | Baterija se izklopi ali jo je treba ročno ponovno zagnati |
| Začetna frekvenca | Kopičenje toplote v inverterju, sistemu za upravljanje baterije (BMS), kablih in motorju | Deluje enkrat, vendar pri ponavljajočih ciklih ne deluje |
Ta tabela ni mehanični kontrolni seznam. Prikazuje, kje se konstrukcija dejansko spreminja. Če je katerakoli meja podcenjena, lahko sistem odpove, čeprav se nazivna zmogljivost zdi zadostna.
Standardni sistem za shranjevanje z natrijevimi ioni deluje, kadar je obremenitev črpalke predvidljiva
Standardni natrij-ionski akumulator lahko napaja motorje črpalk, če je črpalka majhna, zagonska poraba zmerna, nazivna vrednost toka pri zagonskem sunku inverterja zadostna, kabelske povezave kratke, zagoni redki in je bil akumulator že preverjen za obremenitev motorja.
To je upravičen primer uporabe. Bolj izpopolnjena zasnova paketa ali sistema postane varnejša, kadar črpalka deluje v naslednjih pogojih: visok zagonski navor, delovanje v globokih vodnjakih, pogosto vklapljanje in izklapljanje, delovanje na prostem v hladnih razmerah, dolgi kabelski vodi, ponovni zagon pod visokim tlakom, daljinsko obnovljivo napajanje s sončno energijo ali delovanje brez nadzora.
Te okoliščine ne pomenijo, da je natrij-ionska tehnologija neprimerna. Spremenijo le zahtevano raven validacije in zasnovo sistema. Razlika ni v tem, ali gre za standardno ali po meri izdelano rešitev. Razlika je v tem, ali validirane meje baterijskega sistema ustrezajo dejanskemu obnašanju črpalke ob zagonu.
Na primer, natrij-ionski akumulatorski sklop, ki dobro deluje pri razsvetljavi, rezervnem napajanju komunikacijskih sistemov ali manjših obremenitvah inverterjev, morda še vedno potrebuje sistem za upravljanje akumulatorjev (BMS), zasnovan za višji konični tok, preden bo lahko zanesljivo napajal motor črpalke.
Preverite trenutek zagona, ne le čas izvajanja
Sistem za shranjevanje energije z natrij-ionskimi baterijami se ne sme odobriti za pogon črpalnih motorjev zgolj zato, ker lahko napaja uporovno obremenitev ali opravi preskus zmogljivosti. Učinkovita validacija se osredotoča na dogodek zagona.
To pomeni preizkušanje ali pregled dejanske črpalke, dejanskega pretvornika, dejanske poti kabla, dejanskih tlačnih razmer, predvidenega območja stanja napolnjenosti (SOC), predvidene temperature ter vzorca ponavljajočih se zagonskih ciklov.
Pravilen izid pomeni, da se črpalka zažene, padec napetosti ostane znotraj dovoljenega odstopanja sistema, inverter se ne izklopi, sistem za upravljanje baterije (BMS) se ne izklopi nepričakovano, sistem pa se po ciklu zaustavitve in ponovnega zagona normalno obnovi.
Pri uporabi črpalk na oddaljenih lokacijah je obnovitev delovanja enako pomembna kot zagon. Baterija, ki se sicer sama zaščiti, a črpalni sistem ostane izklopljen do prihoda serviserja, ni zanesljiv vir napajanja.
Pred odobritvijo je priporočljivo preveriti napetost črpalke, nazivno moč ali konjsko moč, tok pri polni obremenitvi, zagonski tok ali podatke o blokiranem rotorju, model frekvenčnega pretvornika, napetost akumulatorja, dolžino kabla, zagonsko frekvenco, temperaturo okolice, območje stanja napolnjenosti (SOC) ter ali se uporablja frekvenčni pretvornik (VFD) ali mehki zaganjalnik.
Zaključek
Natrijevo-ionska baterija Akumulator lahko prenese zagonske obremenitve motorja črpalke le, če je končni sistem zasnovan za dejanske zagonske pogoje – ne le za nazivno zmogljivost.
Pred odobritvijo preverite zagonski tok, čas pospeševanja, obremenitev črpalke, nazivno vrednost prenapetosti pretvornika, omejitev največjega toka sistema za upravljanje baterije (BMS), padec napetosti, upornost ožičenja, stanje napolnjenosti baterije (SOC), temperaturo in število ponavljajočih se zagonskih poskusov.
Za projekte na področju namakanja, povečanja tlaka, črpanja iz zbiralnikov, daljinskega črpanja s sončno energijo, kmetijstva, hlajenja telekomunikacijske opreme ali industrijskih rezervnih sistemov se obrnite na podjetje Kamada Power in navedite podrobnosti o črpalki, inverterju, bateriji, kablu, temperaturi, zagonski frekvenci ter trajanju delovanja rezervnega sistema.
Pišite nam danes. Naša inženirska ekipa vam lahko pomaga preveriti, ali je primernejši standardni natrij-ionski akumulator, zasnova sistema za upravljanje akumulatorja (BMS) z višjim koničnim tokom ali rešitev po meri z natrij-ionskimi baterijami 24 V/48 V je varnejše.
POGOSTA VPRAŠANJA
Ali lahko natrij-ionska baterija poganja motor črpalke?
Da, vendar mora biti končni akumulatorski sistem zasnovan za zagonsko obremenitev črpalke, ne le za njeno delovno moč. Ključne omejitve so nazivna vrednost prenapetosti inverterja, zmogljivost sistema za upravljanje akumulatorjev (BMS) pri koničnem toku, padec napetosti, upornost kablov, stanje napolnjenosti (SOC), temperatura in obnašanje pri ponavljajočih se zaganjanjih.
Zakaj se mi črpalka ne zažene, čeprav baterija še vedno kaže, da je napolnjena?
Baterija ima morda še vedno dovolj energije, vendar lahko zagonski tok povzroči kratkotrajni padec napetosti. Če vhodna napetost inverterja pade pod mejno vrednost ali če sistem za upravljanje baterije (BMS) sproži zaščito pred prenapetostjo ali prenizko napetostjo, se lahko črpalka ustavi, še preden motor doseže delovno hitrost.
Ali potrebujem mehki zagon ali frekvenčni pretvornik za črpalko, ki deluje na baterijo?
Ne vedno. Mehki zaganjalnik ali frekvenčni pretvornik (VFD) lahko zmanjša obremenitev ob zagonu, vendar ne nadomesti pravilne izbire zmogljivosti akumulatorja in pretvornika. Sistem še vedno potrebuje zadostno zmogljivost za konični tok, pravilne nastavitve zaščite ter dejansko preverjanje zagona v skladu z dejanskim tlakom črpalke in njenim delovnim vzorcem.