Натрій-іонний акумулятор Акумуляторна батарея може витримувати пускові навантаження двигуна насоса лише в тому випадку, якщо система розрахована не тільки на робочу потужність, а й на пусковий струм. Під час запуску двигуни насосів можуть споживати струм, що у кілька разів перевищує їхній номінальний струм, тому оціночні значення «5–8×» доцільно використовувати лише для попереднього відбору. Остаточний підбір параметрів повинен здійснюватися з урахуванням даних, зазначених на паспортній табличці двигуна, даних про заблокований ротор, обмежень інвертора та результатів випробувань у конкретних умовах експлуатації.
Навіть за наявності достатньої кількості кВт·год насос може вийти з ладу, якщо спрацює інвертор, відключиться система управління батареєю (BMS) або провал напруги перевищить поріг відключення. Головне питання полягає в тому, чи здатна система витримати пусковий струм, час прискорення, провал напруги та багаторазові пуски, не перевищуючи межу захисту.
У цій статті йдеться про насоси змінного струму, що живляться від інвертора. Щодо насосів постійного струму, також слід перевірити діапазон напруги контролера, обмеження струму двигуна, втрати в кабелі та здатність системи управління батареєю (BMS) витримувати пікові струми.
Натрієво-іонний акумулятор Kamada Power 48 В, 200 А·год
Запуск насоса — це, перш за все, проблема з електроживленням, а вже потім — проблема енергоспоживання
Експлуатація насоса пов’язана з двома різними вимогами: пусковою та робочою потужністю. Робоча потужність визначає, як довго насос може працювати, тоді як пускова потужність визначає, чи зможе насос взагалі запуститися. Це не одна й та сама конструкторська задача.
Після того як двигун набере обертів, насос може працювати на прийнятному рівні потужності, але під час пускового моменту протягом короткого часу може знадобитися значно більший струм. Акумулятор, інвертор, система управління акумуляторною батареєю (BMS), кабелі, запобіжники, роз’єми та контролер повинні витримати цей короткочасний навантаження, перш ніж загальний час роботи стане актуальним.
Що стосується натрій-іонних акумуляторів, це означає, що однієї лише ємності недостатньо. Більший акумуляторний блок може збільшити час роботи, але якщо обмеження пікового струму системи управління акумулятором (BMS), номінальна потужність інвертора при перенапрузі або траса кабелю постійного струму не зможуть забезпечити запуск, насос все одно може не запуститися.
Це найпоширеніше непорозуміння в проектах щодо резервного живлення насосів: достатня кількість енергії не завжди означає достатню потужність для запуску.
Тип насоса впливає на складність запуску
Не кожен насос створює однакове пускове навантаження. Невеликий циркуляційний насос, зрошувальний насос, насос для глибоких свердловин, підсилювальний насос, дренажний насос, перекачувальний насос та промисловий технологічний насос можуть по-різному навантажувати систему.
Деякі насоси запускаються легко, тоді як інші — з перешкодами у вигляді тиску, напору води, опору трубопроводу, зворотних клапанів або значного механічного навантаження. Насос, який легко запускається в одній установці, може мати труднощі в іншій через відмінності в гідравлічних умовах.
Тому двигун і насос слід оцінювати разом. Акумуляторна система, яка запускає насос із невеликим навантаженням, може не запустити той самий двигун, якщо він підключений до глибокої свердловини, працює з великим напором, має заклинений зворотний клапан, довгу трубопровідну лінію або працює з напірним баком, що збільшує пусковий крутний момент.
Якщо двигун розганяється довше, високий струм триває довше. У результаті система управління батареєю (BMS), інвертор і кабелі довше перебувають у навантаженому стані. Батарея враховує не лише номінальні параметри двигуна, а й реальні умови запуску.
Інвертор повинен витримати стрибки напруги
У випадку двигунів насосів, що працюють на змінному струмі, інвертор часто є першим обмежувальним пристроєм. Він повинен перетворювати постійний струм від акумулятора на змінний, одночасно витримуючи пусковий стрибок напруги насоса. Якщо номінальна стійкість інвертора до стрибків напруги занадто низька, він може вийти з ладу ще до того, як проблема насправді виникне з акумулятором.
Якщо поріг відключення інвертора при низькій напрузі встановлено занадто високо, він може вимкнутися під час падіння вхідної напруги постійного струму на етапі запуску. Якщо схема повторного запуску недосконала, насос може неодноразово вмикатися та вимикатися, що призведе до додаткового навантаження.
Натрій-іонний акумуляторний блок може подавати струм, але інвертор все одно повинен сприймати цей сигнал. Саме тому запуск насоса слід перевіряти на вході інвертора, а не лише на клемах акумулятора.
Інвертор приймає рішення на основі напруги, яку він фіксує з урахуванням втрат у кабелі, спрацювання запобіжника, опору роз’єму, падіння напруги в системі управління батареєю (BMS) та внутрішнього опору акумуляторного блоку. Навіть справна батарея може здаватися інвертору розрядженою, якщо провідність ланцюга постійного струму недостатня.
Система управління батареєю (BMS) повинна бути розрахована з урахуванням пікового струму та тривалості його дії
Систему управління батареєю (BMS) не слід обирати, орієнтуючись виключно на значення постійного струму розряду. Для запуску насоса може знадобитися короткочасний піковий струм. Якщо обмеження пікового струму в системі BMS встановлено на занадто низькому рівні, батарея може відключитися до того, як насос набере потрібну швидкість.
Якщо тривалість пікового навантаження занадто коротка, двигун може почати обертатися, а потім зупинитися. Якщо показники температурного захисту системи управління батареєю (BMS) наближаються до граничного значення, багаторазові запуски можуть призвести до накопичення тепла, навіть якщо кожен запуск є короткочасним.
Саме тут накопичення натрій-іонних акумуляторів стає питанням конструкції готового акумуляторного блоку. Елементи, силовий блок системи управління батареєю (BMS), шини, внутрішня проводка, контактори або MOSFET-транзистори, клеми, запобіжники, роз’єми та маршрут прокладення зовнішнього кабелю — все це утворює єдиний ланцюг пускового струму.
Саме найслабша ланка визначає, чи запустить система насос. Більший номінальний показник Ah не вирішує автоматично проблему пікового струму в системі управління батареєю (BMS). Ємність впливає на час роботи. Конструкція струмопровідного контуру визначає, чи зможе двигун запуститися.
Падіння напруги, як правило, є прихованим чинником, що спричиняє проблему
Запуск насоса часто завершується невдачею через те, що напруга на короткий час надто сильно падає. Під час запуску сильний струм спричиняє просідання напруги на елементах, у системі управління батареєю (BMS), шинах, кабелях, запобіжниках та роз’ємах.
Якщо вхідна напруга інвертора опускається нижче порогового значення, інвертор відключається. Якщо напруга акумуляторної батареї виходить за межі, встановлені системою управління батареєю (BMS) для низької напруги або надмірного струму, система BMS може відключити батарею. Після зупинки насоса напруга може знову піднятися, що може ускладнити діагностику несправності.
Типова скарга, що надходить з місця подій, звучить так: «Акумулятор все ще показує, що заряд є, але насос не запускається». Це може бути правдою. Акумуляторна батарея, можливо, ще має заряд, але система просто не може підтримувати достатньо високу напругу під час запуску.
У разі використання насосів напруга під навантаженням має більше значення, ніж напруга в стані спокою. Перевірка напруги без навантаження не є підтвердженням працездатності при запуску.
Низький рівень заряду акумулятора та низькі температури ускладнюють запуск двигуна
Насос, що запускається при повній зарядці, може вийти з ладу при нижчому рівні заряду (SOC). У міру розряджання акумулятора запас напруги зменшується, і той самий пусковий стрибок напруги може призвести до її зниження нижче рівня відключення інвертора або точки спрацьовування системи захисту BMS.
Якщо система працює на відкритому повітрі або в умовах низьких температур, внутрішній опір та просідання напруги можуть стати більш серйозною проблемою, залежно від конструкції готового акумуляторного блоку та температурних умов.
Хімія натрій-іонних акумуляторів може мати значний потенціал у умовах низьких температур, особливо для зовнішніх та віддалених насосних установок. Однак здатність до розряду в умовах низьких температур не означає автоматично, що акумулятор здатний забезпечити запуск насоса з високим струмом взимку.
Запуск насоса як і раніше залежить від перевірки пікового струму готового акумуляторного блоку, обмежень системи управління батареєю (BMS), номінальної стійкості інвертора до перенапруги, опору кабелю, падіння напруги при низькому рівні заряду (SOC) та відновлення після багаторазових запусків.
У системах водопостачання, зрошенні, віддалених сонячних насосних установках, сільськогосподарській техніці, системах охолодження телекомунікаційного обладнання або промислових резервних системах найскладнішими умовами часто є не повний рівень заряду (SOC) у помірну погоду, а низький рівень заряду (SOC), низька температура, велика довжина кабелю та перезапуск насоса під реальним тиском.
Повторні старти можуть бути складнішими, ніж один старт
Одноразове випробування на запуск є корисним, але воно не завжди дозволяє перевірити роботу всього обладнання. Багато насосів не запускаються один раз і не працюють безперервно. Вони працюють циклічно.
Насос під тиском може запускатися повторно. Дренажний насос може працювати з перервами. Система зрошення може запускатися та зупинятися залежно від зони. Охолоджувальний або технологічний насос може перезапускатися після отримання керуючих сигналів. Кожен запуск спричиняє черговий стрибок напруги.
Повторні запуски можуть призвести до нагрівання інвертора, системи управління батареєю (BMS), кабелів, запобіжників, роз’ємів та двигуна. Вони також можуть виявити проблеми з відновленням роботи. Система може запустити насос один раз, а потім вийти з ладу після третього або четвертого запуску через накопичення тепла, зниження рівня заряду батареї (SOC) або неправильне відновлення роботи інвертора.
Тому систему накопичення натрієво-іонних акумуляторів для насосів слід оцінювати з урахуванням реального режиму роботи насоса, а не на основі одноразового успішного запуску.
Пристрої плавного пуску та частотно-регульовані приводи можуть змінити вимоги до акумуляторів
М'який пускач або частотний перетворювач може зменшити навантаження під час запуску, регулюючи швидкість розгону двигуна. Це може зробити використання акумуляторних батарей більш доцільним для насосних систем, особливо в тих випадках, коли запуск у режимі прямого підключення вимагав би занадто великого пускового струму.
Однак ці пристрої не усувають необхідності узгодження системи. Частотно-регульований привід (VFD) або м’який пускач все одно мають вимоги до вхідної потужності, втрати при перетворенні, особливості керування та налаштування захисту.
Це може зменшити пусковий струм, але акумулятор та інвертор все одно повинні забезпечувати достатню потужність, щоб насос досяг робочої швидкості. Якщо насос запускається проти високого тиску або його розгін триває надто довго, система все одно може перевищити граничні значення струму, напруги або температури.
Конструкція з плавним запуском — це не спосіб обійти питання підбору ємності акумулятора. Це один із засобів, що дозволяє контролювати процес запуску.
Справжня межа підтримки — це системний рівень
Те, чи зможе натрій-іонний акумулятор забезпечити роботу двигуна насоса, залежить від низки обмежувальних факторів, які необхідно узгодити між собою.
| Межі стартапу | Що це змінює в системі | Невдача, якщо її проігнорувати |
|---|
| Пусковий струм двигуна та час розгону | Номінальна величина імпульсного струму інвертора, піковий струм системи управління батареєю (BMS), ланцюг проходження постійного струму | Насос не запускається або відключається під час розгону |
| Механічне навантаження на насос | Пусковий момент і тривалість | Двигун споживає сильний струм довше, ніж очікувалося |
| Рівень заряду акумулятора (SOC) та температура | Запас напруги та провал напруги | Запускається при повністю зарядженому акумуляторі, але згодом або в умовах низьких температур не працює |
| Опір кабелю постійного струму та роз'єму | Напруга на вході інвертора під час перенапруги | Інвертор фіксує низьку напругу, навіть якщо стан клем акумулятора виглядає задовільним |
| Граничне значення піку BMS та відновлення | Захисні дії після перенапруги | Акумулятор відключається або потребує ручного відновлення |
| Початкова частота | Накопичення тепла в інверторі, системі управління батареєю (BMS), кабелях та двигуні | Працює один раз, але виходить з ладу при багаторазовому циклічному навантаженні |
Ця таблиця не є механічним контрольним списком. Вона показує, де саме відбуваються зміни в конструкції. Якщо будь-яке обмеження буде недооцінено, система може вийти з ладу навіть тоді, коли номінальна потужність здається достатньою.
Стандартна система накопичення натрієво-іонних батарей працює, коли навантаження на насос є передбачуваним
Стандартний натрій-іонний акумуляторний блок може забезпечувати живлення двигунів насоса, якщо насос невеликий, пікова потужність під час запуску помірна, номінальна пікова потужність інвертора достатня, довжина кабельних ліній невелика, запуски відбуваються нечасто, а акумуляторний блок вже пройшов випробування на відповідність навантаженню двигуна.
Це цілком обґрунтований варіант застосування. Більш досконалий дизайн агрегату або системи стає безпечнішим у випадках, коли насос має високий пусковий крутний момент, працює у глибоких свердловинах, піддається частим циклам роботи, експлуатується на відкритому повітрі в холодних умовах, має довгі кабельні траси, запускається під високим тиском, підключений до віддаленої сонячної системи рекуперації або працює в автоматичному режимі без нагляду.
Ці умови не роблять натрій-іонні акумулятори непридатними. Вони змінюють рівень необхідної валідації та вимог до конструкції системи. Різниця полягає не в тому, чи система є стандартною чи виготовленою на замовлення. Різниця полягає в тому, чи відповідають валідовані межі акумуляторної системи реальній поведінці насоса під час запуску.
Наприклад, натрій-іонний акумуляторний блок, який добре підходить для освітлення, резервного живлення засобів зв’язку або невеликих навантажень інвертора, все одно може потребувати системи управління батареєю (BMS) з більш високим піковим струмом, перш ніж він зможе надійно забезпечувати роботу двигуна насоса.
Перевіряйте момент запуску, а не лише час виконання
Систему акумуляторних батарей на основі іонів натрію не слід затверджувати для використання з двигунами насосів лише на тій підставі, що вона здатна живити резистивне навантаження або пройти випробування на ємність. Корисна перевірка має на меті оцінку процесу запуску.
Це означає перевірку або аналіз реального насоса, реального інвертора, реального маршруту прокладки кабелю, реальних умов тиску, очікуваного діапазону заряду акумулятора (SOC), очікуваної температури та схеми багаторазового запуску.
«Чистий» результат означає, що насос запускається, провал напруги залишається в межах допустимого діапазону системи, інвертор не відключається, система управління батареєю (BMS) не відключається несподівано, а система нормально відновлює роботу після циклу зупинки-запуску.
У разі використання насосів у віддалених місцях відновлення роботи має таке ж значення, як і запуск. Акумулятор, який забезпечує власний захист, але залишає насосну систему поза роботою до приїзду техніка, не є надійною системою живлення.
Перед затвердженням доцільно перевірити напругу насоса, номінальну потужність або потужність у кінських силах, струм при повному навантаженні, пусковий струм або параметри заблокованого ротора, модель інвертора, напругу акумулятора, довжину кабелю, частоту запуску, температуру навколишнього середовища, діапазон рівня заряду (SOC), а також те, чи використовується частотно-регульований привід (VFD) чи м’який пускач.
Висновок
Натрій-іонний акумулятор Акумулятор може витримувати пускові навантаження двигуна насоса лише в тому випадку, якщо готова система розрахована на реальні умови запуску, а не лише на номінальну потужність.
Перед затвердженням перевірте пусковий струм, час розгону, навантаження насоса, номінальне значення імпульсного струму інвертора, обмеження пікового струму системи управління батареєю (BMS), провали напруги, опір електропроводки, рівень заряду батареї (SOC), температуру та кількість повторних запусків.
Щодо проектів у сфері зрошення, підкачування, відкачування води з відстійників, дистанційного сонячного насосного обладнання, сільського господарства, охолодження телекомунікаційного обладнання або промислових систем резервного живлення, звертайтеся до компанії Kamada Power, вказавши детальну інформацію про насос, інвертор, акумулятор, кабель, температуру, частоту запуску та час автономної роботи.
Зв'яжіться з нами сьогодні. Наша команда інженерів допоможе перевірити, чи підійде стандартний натрій-іонний акумуляторний блок, система управління батареєю (BMS) з більш високим піковим струмом, чи індивідуальне рішення на основі натрій-іонних акумуляторів напругою 24 В/48 В є безпечнішим.
ПОШИРЕНІ ЗАПИТАННЯ
Чи може натрій-іонний акумулятор живити двигун насоса?
Так, але готова акумуляторна система має бути розрахована на пускове навантаження насоса, а не лише на його робочу потужність. Ключовими обмежувальними факторами є номінальна пускова потужність інвертора, пікова пропускна здатність системи управління батареєю (BMS), просідання напруги, опір кабелю, рівень заряду (SOC), температура та поведінка при багаторазовому запуску.
Чому мій насос не запускається, хоча акумулятор, як показує індикатор, ще заряджений?
Акумулятор може ще мати достатньо енергії, але пусковий струм може спричинити короткочасне падіння напруги. Якщо вхідна напруга інвертора впаде нижче порогового значення або система управління акумулятором (BMS) активує захист від перевантаження за струмом чи низької напруги, насос може вийти з ладу ще до того, як двигун набере робочу швидкість.
Чи потрібен мені м'який пускач або частотно-регульований привід для насоса, що працює від акумулятора?
Не завжди. М'який пускач або частотно-регульований привід (VFD) можуть зменшити навантаження під час запуску, але вони не замінюють правильний підбір потужності акумулятора та інвертора. Система все одно повинна мати достатню пропускну здатність щодо пікового струму, правильні налаштування захисту та пройти реальну перевірку запуску за умов фактичного тиску та режиму роботи насоса.