Rozwiązania zasilania awaryjnego z generatorem prądu stałego KS 48V-DC

Współczesne społeczeństwo zmierza w kierunku elastyczności i odnawialnych źródeł energii.

Rozwiązania wysp energetycznych i systemy zasilania z bateriami stały się trendem i stają się coraz bardziej powszechne. Obecnie doświadczamy szybkich zmian w produkcji baterii i akumulatorów, które coraz bardziej wpływają na nasze codzienne życie.

Urządzenia do magazynowania energii elektrycznej coraz częściej stają się częścią różnych systemów zasilania. Systemy solarne, turbiny wiatrowe, samochody elektryczne, urządzenia domowe z akumulatorami, systemy komputerowe z zasilaczami UPS, telekomunikacja, systemy monitoringu itp. są wyposażone w baterie o długiej żywotności.

Baterie są ładowane z zasilania prądem przemiennym (AC) lub stałym (DC). Jednak napięcie AC musi najpierw zostać wyprostowane, co samo w sobie stanowi problem techniczny przy wyższych poziomach mocy.

Większość ładowarek AC/DC oraz modułów ładowania w falownikach charakteryzuje się impulsowym poborem mocy i większość z nich ładuje urządzenie magazynujące energię w sposób impulsowy:

Bieżące zużycie (zielone) ładowarki

Prąd ładowania (zielony) akumulatora

Napięcie sieciowe jest pokazane na żółto. W przypadku ładowarek lub modułów ładujących bez korekcji współczynnika mocy, zużywane są tylko maksima fali sinusoidalnej.

Pulsacyjne zużycie prądu ma współczynnik mocy wynoszący 0,5-0,6, co powoduje wysoką moc bierną. Podczas pracy z publicznej sieci energetycznej występuje mniej problemów, ponieważ kilku odbiorców energii działa równolegle i wzajemnie się równoważy.

Podczas korzystania z generatora prądu przemiennego pojawiają się jednak różne problemy techniczne, które oznaczają, że nie można wykorzystać więcej niż połowy mocy znamionowej generatora i należy podjąć środki w celu stabilizacji obwodu przeciwko harmonicznym spowodowanym przez impulsowe zużycie prądu.

W praktyce często prowadzi to do niestabilnej pracy ładowarki, a nawet uszkodzenia generatora, takiego jak przegrzane uzwojenia, uszkodzony regulator napięcia lub moduł inwertera.

Konwencjonalny generator nie powinien być używany jako źródło zasilania awaryjnego dla UPS lub inwertera, ponieważ moduł ładowania może zniekształcać jego napięcie, co z kolei wpływa na odbiorców energii elektrycznej, którzy mają być zasilani. Generatory z technologią inwerterową są lepiej do tego przystosowane, jednak należy liczyć się z ograniczeniami w zakresie wydajności.

GENERATORY PRĄDU STAŁEGO jako źródło energii dla magazynowania baterii rozwiązują problem w inny sposób i mają w tym zakresie wiele zalet.

KS 48V-DC jest podłączony bezpośrednio do akumulatora lub szyny zbiorczej 48V i pełni tę samą funkcję co inne źródła prądu stałego, takie jak pole słoneczne czy turbina wiatrowa z kontrolerem ładowania.

Ładowanie akumulatora za pomocą kontrolera ładowania słonecznego jest skomplikowane, w zależności od zużycia energii przez inwerter:

Na obrazie po lewej stronie nie jest pobierana żadna moc z inwertera do zasilania domu, a na obrazie po prawej stronie moc jest pobierana w impulsach w celu utworzenia fali sinusoidalnej.

Generator prądu stałego posiada wiele uzwojeń oraz elektroniczne sterowanie, co sprawia, że prąd wyjściowy jest znacznie bardziej płynny. Tak wygląda prąd ładowania (w kolorze zielonym) akumulatora LiFePO₄ (przypadek ekstremalny) przy prądzie 40A i 70A (wartość skuteczna):

Tętnienia napięcia wyjściowego generatora prądu stałego są bardzo niskie, co jednak może powodować tętnienia prądu ładowania w akumulatorze LiFePO₄. W miarę wzrostu prądu ładowania, różnica między napięciem własnym akumulatora a napięciem generatora zwiększa się, co może prowadzić do zmniejszenia tętnień prądu ładowania.

Generator prądu stałego do ładowania akumulatorów jest dobrym rozwiązaniem z każdego punktu widzenia, a w niektórych przypadkach nie ma lepszej, jeśli w ogóle, alternatywy.

Na przykład, w przypadku inwerterów on-grid z funkcją zasilania awaryjnego i z magazynem energii w postaci baterii DC, nie ma możliwości użycia generatora prądu przemiennego zamiast publicznej sieci energetycznej, ponieważ taki generator może zostać uszkodzony przez sprzężenie zwrotne mocy. Magazyn energii w postaci baterii prądu stałego może być ładowany tylko ze źródła prądu stałego.

Könner & Söhnen zawsze pracuje nad tym, aby móc oferować naszym klientom dobre rozwiązania. Niezawodne zasilanie jest niezwykle ważne, a generatory prądu stałego od Könner & Söhnen powinny odgrywać w tym istotną rolę.

Generator prądu stałego KS 48V-DC został specjalnie opracowany do magazynowania energii w akumulatorach 48V, których zakres napięcia roboczego pokrywa się z zakresem 48-54V.

Oto parametry najczęściej spotykanych baterii w porównaniu:

Należy zwrócić uwagę na takie parametry, jak maksymalne napięcie ładowania, zalecany prąd oraz użyteczna pojemność:

Maksymalne napięcie wyjściowe KS 48V-DC jest dobrane w taki sposób, aby nie dochodziło do przeładowania, nawet w przypadku akumulatorów AGM i kwasowo-ołowiowych. Jest to w zakresie ładowania podtrzymującego i nie może uszkodzić akumulatorów, nawet jeśli generator pracuje przez kilka godzin.

Jeśli napięcie na szynie zbiorczej 48V ma wzrosnąć do 57V (np. z powodu innych źródeł zasilania DC), generator zatrzymuje się natychmiast, niezależnie od trybu.

Baterie litowe są wyposażone w kontrolery BMS, które również zapobiegają przeładowaniu.

Zakres napięcia 48-54V pasuje do większości szyn zbiorczych 48V. Należy również uwzględnić spadek napięcia w kablach od generatora do szyn zbiorczych 48V, który może wynosić 0,5-1,0V w zależności od natężenia prądu.

KS 48V-DC działa jak ładowarka lub moduł ładowania z charakterystyką IU:

Pełni tę samą funkcję co każde inne źródło prądu stałego podłączone do magistrali 48V, dostarczając energię do systemu w razie potrzeby.

Różne algorytmy funkcji mogą być wdrażane przy użyciu istniejącego trybu AUTO lub EXTERNAL CONTROL. Przy wyborze między trybem AUTO a EXTERNAL CONTROL należy wziąć pod uwagę szczególne cechy systemu, który ma być zasilany. Gdy generator jest włączony i jest jedynym źródłem zasilania prądem stałym na szynie 48V, przejmuje praktycznie całe zasilanie, ponieważ jego napięcie wyjściowe pozostaje wtedy nieco powyżej napięcia baterii.

Jeśli średnie zapotrzebowanie na energię przekracza 50% mocy nominalnej generatora (np. systemy telekomunikacyjne), zalecamy użycie kilku KS 48V-DC w celu zwiększenia mocy:

Całkowita moc znamionowa generatorów prądu stałego połączonych równolegle powinna być co najmniej dwukrotnie wyższa niż średnie zużycie energii przez podłączonych odbiorców, aby zapewnić nieprzerwaną pracę w dłuższym okresie. Na przykład, połowa generatorów prądu stałego może pracować, podczas gdy druga połowa jest chłodzona, serwisowana lub tankowana.

W trybie AUTO taki system byłby również samoregulujący. Nawet niewielkie odchylenie początkowego napięcia generatora oznacza, że pierwszy generator uruchamia się jako pierwszy, a pozostałe dołączają, gdy napięcie akumulatora nadal spada, jeśli wydajność samego pierwszego generatora nie jest wystarczająca. Jeśli prąd wyjściowy jednego z aktywnych generatorów spadnie poniżej 20A, zostaje on wyłączony w ciągu 30 sekund, podczas gdy pozostałe generatory nadal pracują.

Jeśli inne źródła prądu stałego mają stać się aktywne na szynie zbiorczej 48V (moduł ładowarki inwertera lub UPS, konwerter AC/DC, kontroler ładowania modułów PV lub turbiny wiatrowej itp.) i przejąć zasilanie częściowo lub w całości, pobór prądu na KS 48V-DC oraz gdy jest w trybie AUTO, kontroler wyłącza generator. Jeśli kilka KS 48V-DC ma działać równolegle, są one wyłączane jeden po drugim i tylko te kontynuują pracę, gdzie pobór prądu przekracza 20A.

To oszczędza paliwo, ponieważ silnik nie pracuje przy niskich obciążeniach, lecz w ekonomicznym zakresie prędkości.

W trybie KONTROLI ZEWNĘTRZNEJ, KS 48V-DC są włączane i wyłączane wyłącznie za pomocą zewnętrznych potencjalnie wolnych styków „suchych”, z wyjątkiem ochrony przed przepięciami, która wyłącza generator przy 57V.

DZIAŁANIE  W TRYBIE AUTOMATYCZNYM

Generator w trybie AUTO monitoruje napięcie akumulatora do zasilenia i uruchamia się automatycznie, gdy osiągnięta zostanie niższa wartość napięcia 47,5-48V. Czas reakcji około 5 sekund.

Generator ładuje akumulator napięciem do 53,5-54V i prądem do 70-75A i wyłącza się, gdy napięcie osiągnie 53,5-54V, a prąd ładowania spadnie poniżej 20A. Czas reakcji około 30 sekund.

Generator można uruchomić, naciskając przycisk START w dowolnym momencie, niezależnie od napięcia akumulatora, ale zostanie zatrzymany w ciągu 30 sekund po tym, jak pobór prądu spadnie poniżej 20A.

Zielona lampka sygnalizacyjna (wskaźnik działania) świeci się ciągle, gdy pobór prądu przekracza 20A, i miga, gdy pobór prądu spada poniżej 20A.

Jeśli zużycie energii w danym przypadku technicznie nigdy nie powinno spaść poniżej 20A (szyna zbiorcza 48V), należy użyć trybu ZEWNĘTRZNEGO STEROWANIA, aby generator nie pracował ciągle.

DZIAŁANIE W TRYBIE STEROWANIA ZEWNĘTRZNEGO

Generator w trybie KONTROLI ZEWNĘTRZNEJ zostanie uruchomiony przez zamknięcie styków TERMINALA KONTROLI i zatrzymany przez ich otwarcie. Ten tryb pozwala na optymalne dostosowanie generatora do różnych systemów magazynowania energii w bateriach poprzez zewnętrzną kontrolę urządzeń z potencjałowo wolnymi stykami „suchymi”, co znacznie rozszerza zakres zastosowania generatora. Z zworką między stykami TERMINALA KONTROLI, generator uruchamia się natychmiast po przekręceniu przełącznika obrotowego do pozycji WŁĄCZ i zatrzymuje się, gdy jest w pozycji WYŁĄCZ. Takie użycie jest zalecane, aby móc ręcznie uruchamiać i zatrzymywać generator niezależnie od napięcia baterii.

Wiele urządzeń jest wyposażonych w potencjalnie wolne "suche" styki (falowniki, UPS-y, baterie z kontrolerami BMS, monitory baterii, przekaźniki czasowe itp.), co umożliwia wdrożenie wszystkich możliwych algorytmów użycia generatora.

OCHRONA PRZED PRZEPIĘCIEM I PRZECIĄŻENIEM

Jeśli napięcie na szynie zbiorczej 48V lub na akumulatorze, który ma być zasilany, wzrośnie do 57V lub wyżej z jakiegokolwiek powodu, generator wyłącza się natychmiast.

Napięcie wyjściowe generatora jest zmniejszane, gdy przekroczony zostanie maksymalny prąd i może być niższe niż 48V, ale jeśli spadnie zbyt nisko, jest to rozpoznawane jako zwarcie i generator jest natychmiast wyłączany.

Jest normalne, że czerwona dioda LED zapala się podczas ładowania przy maksymalnym prądzie. Oznacza to jedynie, że osiągnięto maksymalny prąd wyjściowy generatora.

OCHRONA W PRZYPADKU NISKIEGO POZIOMU PALIWA LUB OLEJU SILNIKOWEGO

Jeśli paliwo się wyczerpie, silnik się zatrzymuje.

Jeśli poziom oleju jest zbyt niski (zapala się żółta dioda LED), silnik natychmiast się zatrzymuje.

Jeśli spełnione są warunki początkowe (napięcie akumulatora jest poniżej 47,5-48V w trybie AUTO lub styki STEROWANIA ZEWNĘTRZNEGO są zwarte w trybie STEROWANIA ZEWNĘTRZNEGO), silnik próbuje uruchomić się 5 razy, a jeśli to się nie uda, pojawia się komunikat o błędzie (czerwona dioda LED miga).

ŁATWA OBSŁUGA 

Generator nie posiada własnej baterii i jest uruchamiany przez dostarczaną baterię. Dostarczana bateria zazwyczaj ma pojemność kilku kWh i nawet przy niskim poziomie naładowania wciąż posiada wystarczającą ilość energii do uruchomienia generatora, nawet po kilku próbach jego uruchomienia. To eliminuje konieczność regularnej konserwacji baterii generatora, jak to ma miejsce w przypadku generatorów prądu przemiennego, i zwiększa niezawodność zasilania awaryjnego, gdy generator jest rzadko używany.

Jednakże w przypadku generatora należy zachować ostrożność, aby nie przekroczyć okresu przydatności paliwa do użycia. Zalecamy stosowanie wyłącznie trwałej benzyny o liczbie oktanowej 90-95 jako paliwa, zwracając uwagę na możliwe osady w gaźniku i opróżniając je w odpowiednim czasie w zależności od okresu przydatności benzyny do użycia.

Ważne jest również zwrócenie uwagi na okres przydatności oleju silnikowego. Należy go wymieniać co 12-18 miesięcy zgodnie z zaleceniami producenta lub co 50 godzin pracy.

Filtr powietrza powinien być wymieniany w zależności od stopnia jego zabrudzenia.

WAŻNA UWAGA: 

Generator prądu stałego KS 48V-DC może być używany wyłącznie z bateriami 48V, które są wymienione w tabeli powyżej. Należy bezwzględnie zwracać uwagę na parametry całego systemu zasilania. W systemach, gdzie szyna 48V jest zasilana wyłącznie przez inwerter, należy zapewnić możliwość podłączenia innych źródeł zasilania DC do szyny 48V oraz upewnić się, że nie występują usterki w kontrolerze (szczególnie przy zarządzaniu energią opartym na przepływach energii) zakładu.

ZASTRZEŻENIE:

Instrukcje te mogą być traktowane jedynie jako zalecenie, mają charakter poglądowy i muszą być dostosowane do dokładnych lokalnych okoliczności i warunków podczas instalacji. Sama instalacja powinna być przeprowadzona zgodnie ze wszystkimi normami i przepisami. Nie ponosimy odpowiedzialności za błędne instalacje i ich konsekwencje.