محاسبه مدت زمان بک آپ UPS

چگونه ظرفیت باتری بک آپ یو پی اس را محاسبه کنیم؟

سیستم برق UPS جزء جدایی ناپذیر سیستم تامین و توزیع برق مرکز داده است و باتری جزء اصلی سیستم یو پی اس و اهمیت آن بدیهی است. انتخاب ظرفیت باتری بیش از حد بزرگ منجر به هدر رفتن سرمایه خواهد شد. انتخاب زمان خیلی کم هم نمی تواند زمان پشتیبان گیری UPS را برآورده کند. بنابراین با محاسبه مدت زمان بک آپ باتری UPS برای مشتریان به صورت اقتصادی تر پیشنهاد کرد؟ در حال حاضر الگوریتم های رایج در محاسبات بک آپ باتری به طور تقریبی به سه نوع زیر تقسیم می شوند.

۱ – روش ثابت توان

این روش بر مبنای قانون بقای انرژی است و توانی که باتری می تواند تامین کند باید برابر یا کمی بیشتر از توان بار پشتیبان باشد. فرآیند محاسبه به شرح زیر است:

برای بدست آوردن و محاسبه مدت زمان بک آپ UPS ابتدا توان Pnc را محاسبه می کنیم که توان بار پشتیبان به طور مساوی روی هر سلول باتری ۲ ولت توزیع شده است.

به صورت زیر محاسبه می شود:

Pnc=P*Pf/η/N/n که در آن:

P : ظرفیت اسمی یو پی اس برحسب VA

Pf :ضریب توان خروجی یو پی اس ۰٫۹

N :تعداد سلول های باتری (تعداد پیش فرض ۶ سلول باتری ۱۲ ولت)

η : راندمان اینورتر ۹۵٪ در نظر گرفته شده است.

n: تعداد باتری های ۱۲ ولتی متصل به صورت سری برای هر رک باتری (۴۰ باتری پیش فرض)

نقطه EOD باتری: ۱٫۷۵ ولت (پیش‌فرض ۱٫۷۵ ولت)

پس از محاسبه Pnc، با توجه به جدول مشخصه ثابت توان دشارژ ارائه شده توسط سازنده باتری، توان دشارژ مربوطه را در ولتاژ پایان دشارژ و زمان دشارژ مربوطه پیدا کنید و با Pnc مقایسه و رند کنید تا ظرفیت باتری بک آپ مورد نیاز و تعداد باتری ها را بدست آورید.

مثال:

برای یو پی اس (۳:۳) ۳۰ کیلو ولت آمپر ، که به طور کامل با ذخیره ۱ ساعت بارگذاری شده است، پیکربندی باتری را محاسبه کنید؟

ابتدا، توان Pnc توان بار پشتیبان را محاسبه می کنیم که به طور مساوی در هر سلول باتری ۲ ولت پخش شده است( UPS 30 کیلوولت آمپر با تعداد ۴۰ باتری)

Pnc =30*1000*0.9/0.95/6/40=118.4 W/Cell

دوم، جدول مشخصه ثابت توان دشارژ و جدول باتریهای موجود مقایسه کنید.

ثابت توان دشارژ(WATT/CELL)

زمان / F.V	5min	10min	15min	20min	30min	45min	1h	1.5h	2h	3h	4h	5h	6h	8h	10h	12h
1.80	472	361	297	250	191	144	123	92.7	74.4	55.9	44.7	37.5	32.6	25.8	21.5	11.8
1.75	507	382	311	260	198	149	127	95.3	76.2	57.2	45.7	38.3	33.2	26.2	21.8	11.9
1.70	541	402	325	271	204	153	131	97.9	78.3	58.6	46.6	39.0	33.8	26.6	22.1	12.1
1.67	559	414	336	277	208	156	133	99.3	79.3	59.3	47.2	39.4	34.2	26.9	22.3	12.1
1.60	601	439	351	290	217	162	138	103	82.0	61.1	48.5	40.5	35.0	27.4	22.7	12.3

دیتاشیت ثابت توان دشارژ باتری 12 ولت 120 آمپرساعت

۲٫ روش ثابت جریان

هنگامی که باتری یو پی اس دشارژ می شود، ولتاژ باتری با پیشرفت دشارژ کاهش می یابد. در شرایط یک بار پشتیبان مشخص، جریان دشارژ به تدریج افزایش می یابد، یعنی دشارژ جریان ثابتی وجود ندارد، بنابراین به آن روش تخمین نیز می گویند. این روش می تواند به سرعت پیکربندی باتری را هنگام برقراری ارتباط در سایت مشتری محاسبه کند و به موقع به مشتری پاسخ دهد و کار طاقت فرسا بررسی جداول، غربالگری و مقایسه در روش ثابت توان را از بین ببرد. روند محاسبه مدت زمان بک آپ UPS به شرح زیر است:

ابتدا حداکثر جریان دشارژ باتری Imax را محاسبه کنید:

Imax= P*Pf/η/Umin

P : ظرفیت اسمی یو پی اس برحسب (VA)

Pf: ضریب توان خروجی یو پی اس ۰٫۹

η: راندمان اینورتر ۹۵٪ در نظر گرفته شده است.

Umin: ولتاژ حفاظتی دشارژ باتری (EOD پیش فرض ۱٫۷۵V/Cell است)

سپس ظرفیت باتری مورد نیاز C را محاسبه کنید.

C = Imax/Kc

جدول 2

زمان دشارژ	5دقیقه	10دقیقه	15دقیقه	30دقیقه	1ساعت	1.5ساعت	2ساعت	3ساعت	4ساعت	5ساعت	6ساعت	8ساعت	10ساعت	12ساعت
نسبت دشارژ به C	2.9	2.0	1.66	0.92	0.61	0.5	0.36	0.27	0.19	0.18	0.15	0.12	0.10	0.09

Kc: برای مقدار دشارژ C مربوط به زمان های مختلف دشارژ به جدول بالا مراجعه کنید (مشخصات باتری های مختلف و مارک های باتری، این جدول تفاوت هایی دارد، لطفا به مقادیرواقعی مراجعه کنید)

مثال (همانند بالا)

یو پی اس (۳:۳) ۳۰ کیلو ولت آمپر ، که به طور کامل با ذخیره ۱ ساعت بارگذاری شده است، پیکربندی باتری را محاسبه کنید؟

ابتدا حداکثر جریان دشارژ باتری Imax را محاسبه می کنیم ( UPS 30 کیلوولت آمپر با تعداد ۴۰ باتری)

Imax =30*1000*0.9/0.95/6/1.75/40=67.7 (A)

سپس ظرفیت باتری مورد نیاز C را محاسبه کنید.

C=67.7/0.61=110.9 (Ah)

(مقدار دبی C مربوط به زمان دشارژ ۱ ساعت ۰٫۶۱ است)

بنابراین، انتخاب یک رک ۴۰ عدد باتری ۱۲ ولت ۱۲۰ آمپرساعت می تواند نیاز برق پشتیبان UPS را برآورده کند.

در مقایسه با روش ثابت توان برای یافتن توان دشارژ مربوط به باتری‌های ظرفیت مختلف و سپس مقایسه و نمایش، روش ثابت جریان فقط باید مقدار دشارژ C مربوط به چند بار پشتیبان معمول را به خاطر بسپارد و می‌توانید مستقیماً مقدار مورد نیاز را محاسبه کنید. ظرفیت باتری، که راحت و سریع محاسبه می شود.

۳ – روش ۵۱۱۹۴

این الگوریتم عمدتاً به «مشخصات طراحی مهندسی نصب تجهیزات برق ارتباطی GB 51194-2016» اشاره دارد . قبلاً این روش ۵۰۴۰ نامیده می شد (YD/T 5040-2005). الگوریتم مشابه روش تخمین است، اما باتری یو پی اس را در حین استفاده، وضعیت باتری، عوامل محیطی و تضعیف ظرفیت باتری و غیره در نظر می گیرد. اگر باتری در دمای محیط بالاتر کار می کند، ظرفیت باتری را می توان با دقت بیشتری محاسبه کرد. فرآیند محاسبه زمان بک آپ UPS خاص به شرح زیر است:

فرمول محاسبه: … … (جدول ۳)

الف – محاسبه ظرفیت کل رک باتری

در فرمول،

Q :ظرفیت کل رک باتری (Ah)؛

K :ضریب ایمن (۱٫۲۵)

I :جریان بار (A)؛

T : ساعت دشارژ (h)

Η : ضریب ظرفیت دشارژ، جدول ۳ را ببینید.

T :کمترین مقدار دمای محیط در محل واقعی باتری. هنگامی که تجهیزات گرمایشی در محل وجود دارد، ۱۵ درجه سانتیگراد در نظر گرفته می شود. هنگامی که تجهیزات گرمایشی وجود ندارد، ۵ درجه سانتیگراد در نظر گرفته می شود.

α: ضریب دمای باتری (۱/℃)، هنگامی که نرخ ساعت دشارژ ≥۱۰ است، α = ۰٫۰۰۶; هنگامی که ۱≤ نرخ ساعت دشارژ <10، α = ۰٫۰۰۸، زمانی که نرخ ساعت دشارژ <1، α = ۰٫۰۱٫

		جدول 3 - ضریب ظرفیت دشارژ باتری سیلد اسید(η)
زمان دشارژ باتری (h)			0.5			1		2	3	4	6	8	10	≥20
پایان ولتاژ دشارژ(V)		1.65	1.70	1.75	1.70	1.75	1.80	1.80	1.80	1.80	1.80	1.80	1.80	≥1.85
ضریب ظرفیت دشارژ(η)	باتری اسیدی	0.38	0.35	0.30	0.53	0.50	0.40	0.61	0.75	0.79	0.88	0.94	1.00	1.00
ضریب ظرفیت دشارژ(η)	باتری با دریچه کنترل	0.48	0.45	0.40	0.58	0.55	0.45	0.61	0.75	0.79	0.88	0.94	1.00	1.00

ب – محاسبه جریان کل رک باتری

جریان بار در جدول ۳ باید به صورت زیر محاسبه شود:

در فرمول،

S :ظرفیت نامی یو پی اس (کیلو ولت آمپر)؛

cosФ : ضریب توان خروجی یو پی اس.

μ : راندمان اینورتر؛

U : ولتاژ ورودی اینورتر هنگام دشارژ باتری (V)، ولتاژ تک باتری ۱٫۸۵ ولت است.

مثال (همانند بالا)

یو پی اس (۳:۳) ۳۰ کیلو ولت آمپر ، که به طور کامل با ذخیره ۱ ساعت بارگذاری شده است، بعد از محاسبه مدت زمان بک آپ UPS نتایج زیر حاصل می شود.

ابتدا جریان بار I را محاسبه کنید:

I=30*1000*0.9/0.95/1.85/6/40=64.0 (A)

سپس کل ظرفیت Q بسته باتری را محاسبه کنید

Q=1.25*64.0*1/0.55/[1+0.008*(5-25)]=173.2

بنابراین، پک باتری متشکل از ۴۰ عدد باتری ۱۲ ولت ۲۰۰ آمپرساعت برای پاسخگویی به نیاز برق پشتیبان UPS انتخاب شد.

با توجه به این سه روش محاسبه باتری، جدول پیکربندی ظرفیت باتری محاسبه شده با سه روش برای نیازهای برق پشتیبان بخش های مختلف برق (پیوست ۱) را فهرست کرده ایم. از این مقایسه، روش ثابت توان و روش ثابت جریان محاسبه می‌شود. ظرفیت باتری اساساً یکسان است و ظرفیت باتری محاسبه شده با روش ۵۱۱۹۴ به طور قابل توجهی بیشتر از دو مورد اول است که حدود ۱٫۳-۱٫۷ برابر است. این نتیجه گیری فقط یک جدول مرجع برای شماست. محاسبات دقیق هنوز در پروژه های خاص قبل از نتیجه گیری مورد نیاز است.

مقایسه مقادیر بک آپ در سه روش محاسبه بالا

ردیف	زمان بک آپ UPS	روش ثابت توان (Ah)	روش ثابت جریان (Ah)	روش 15194 (Ah)	ملاحظات
1	10KVA BACKUP TIME 0.5h	38	28	46	پیش فرض 40 باتری 12 ولت
2	10KVA BACKUP TIME 1h	38	42	65	پیش فرض 40 باتری 12 ولت
3	10KVA BACKUP TIME 2h	80	70	116	پیش فرض 40 باتری 12 ولت
4	10KVA BACKUP TIME 3h	100	93	142	پیش فرض 40 باتری 12 ولت
5	10KVA BACKUP TIME 4h	120	132	179	پیش فرض 40 باتری 12 ولت
6	20KVA BACKUP TIME 0.5h	65	55	93	پیش فرض 40 باتری 12 ولت
7	20KVA BACKUP TIME 1h	100	83	129	پیش فرض 40 باتری 12 ولت
8	20KVA BACKUP TIME 2h	150	140	232	پیش فرض 40 باتری 12 ولت
9	20KVA BACKUP TIME 3h	200	186	283	پیش فرض 40 باتری 12 ولت
10	20KVA BACKUP TIME 4h	120402	264	358	پیش فرض 40 باتری 12 ولت
11	60KVA BACKUP TIME 0.5h	200	164	278	پیش فرض 40 باتری 12 ولت
12	60KVA BACKUP TIME 1h	250	248	385	پیش فرض 40 باتری 12 ولت
13	100KVA BACKUP TIME 0.5h	250	273	463	پیش فرض 40 باتری 12 ولت
14	100KVA BACKUP TIME 1h	120402	410	641	پیش فرض 40 باتری 12 ولت
15	200KVA BACKUP TIME 15 m	120402	302	464	پیش فرض 40 باتری 12 ولت
16	500KVA BACKUP TIME 15m	120402	755	1158	پیش فرض 40 باتری 12 ولت

ما در محاسبات آنلاین مدت زمان بک آپ UPS از روش دوم یعنی روش ثابت جریان بهره برده ایم.