Газообразование и вентиляция

Газообразование и
вентиляция
При заряде свинцово-кислотной батареи, часть тока заряда электролизует воду в электролите,
таким образом, образовывая свободные газы кислорода и водорода, которые необходимо выпускать
из батареи. Известно, что если концентрация водорода в воздухе достигает 4%, то при возгорании
может произойти взрыв. По этой причине рекомендуется не допускать накопления водорода более 2%.
Функционирование VRLA батареи
Свинцово-кислотная батарея с клапаном сброса (VRLA) уникальна тем, что включает в себя
процесс рекомбинации кислорода, образующийся на катоде элемента и минимизирует образование
водорода. В результате, VRLA батарея обычно имеет степень рекомбинации 95 ÷ 99% и выделяет
только малое количество водорода, по сравнению с обслуживаемыми (заливными) свинцовокислотными батареями.
Вентилирование батареи
VRLA батарея должна быть снабжена клапаном сброса давления для предотвращения
образования избыточного давления внутри элемента. Также должны быть приняты меры по
достаточной диффузии и выпуску любых газов из батареи для предотвращения образования
взрывоопасной смеси (4% водорода в воздухе).
Батареи VRLA DYNASTY содержат самозакрывающийся, односторонний клапан, который
сбрасывает любое избыточное давление, образующееся в результате перезарядки и достигающее
0.07 ÷ 0.14 избыточных атмосфер, и закрывающийся для предотвращения проникновения воздуха в
элемент.
Объем газа, образовывающийся в батареи VRLA DYNASTY, очень мал при нормальных условиях
буферной и выравнивающей зарядки и обычно не требует использования специальных способов
вентилирования. Водород легче воздуха и быстро диспергирует в окружающей атмосфере.
Произвольное движение воздуха вокруг отдельных батарей в системе и обычные требования по
циркуляции воздуха и отведению тепла в окружающую среду являются обычно достаточными для
предотвращения образования гремучей смеси водорода. Поэтому, VRLA батарею никогда нельзя
заряжать в герметичном контейнере.
Не смотря на это, характеристики рекомбинации кислорода в батареях VRLA DYNASTY и малое
образование водорода позволяют использовать их в промышленных и коммерческих отраслях, где не
допустимо использование обслуживаемых (заливных) свинцово-кислотных элементов. Например,
серия UPS DYNASTY батарей VRLA используются в системах ИБП, установленных в центрах сбора
данных и соответствует требованиям "лаборатории по технике безопасности США". Серия TEL
DYNASTY используется в коммерческом и промышленном производстве, в торгово-промышленной
области, в аппаратных комнатах без специальных вентиляционных систем и в прямой поддержке
телекоммуникационных систем.
Газообразование и напряжение заряда
VRLA батарея разработана для обеспечения рекомбинации до 99% при нормальных условиях и
следовательно, она часто используется в помещениях с персоналом без причинения вреда от
накопления водорода. Для минимизации газообразования в VRLA батарее важным является
использование должного напряжения плавающего заряда в диапазоне 2.25 ÷ 2.3 В на элемент и
ограниченного использования выравнивающего напряжения в 2.4 В на элемент. При увеличении
зарядного напряжения на элемент более 2.3 В, интенсивность газообразования растет значительно.
Как показано в таблице 1, интенсивность газообразования при 2.3 В на элемент приблизительно
равна 0.0185 см3/ч/Ач/эл. Однако, эта интенсивность увеличивается в 20 раз и более при 2.5 В на эл.
По этой причине, напряжение заряда батареи VRLA DYNASTY должно быть ограничено
рекомендованным диапазоном от 2.25 до 2.30 В на эл. при 25° С (77° F), и выравнивающее
напряжение должно быть ограничено 2.4 В на элемент. Понижение зарядного напряжения до
возможного поддержания резервной емкости батареи, уменьшит интенсивность газообразования в
батарее.
В таблице 1 указаны ожидаемые интенсивности газообразования для каждой серии VRLA
батарей DYNASTY при напряжениях заряда 2.3 В на эл (плавающее напряжение) и 2.4 В на эл
(выравнивающее напряжение).
Таблица 1. Интенсивность газообразования
Емкость в Ач при
20-ти часовом
разряде
26
31
33
Скорость
газообразования
см3/ч/батарея при
2.3 В на эл
2.9
3.4
3.7
Скорость
газообразования
см3/ч/батарея при
2.4 В на эл
5.8
6.9
7.3
GC12V45
UPS12-170, UPS1 2-200
TEL12-45, MPS12-50, DCS-50
45
55
5.0
6.1
10.0
12.2
GC12V65
65
75
7.2
8.3
14.4
16.7
86
88
9.5
9.8
19.1
19.5
94
100
100
10.4
9.3
11.1
20.9
18.5
22.2
109
134
200
12.1
14.9
11.1
24.2
29.7
22.2
Модель DYNASTY
UPS12-100, TEL12-24
U1-31
U1-33, UPS12-95, UPS12-140, TEL12-30
MPS12-33, DCS-33
UPS1 2-225, UPS1 2-270, TEL12-70
MPS12-75, DCS-75
BBG-165RT
UPS1 2-275, UPS1 2-310, TEL12-80
MPS12-88, DCS-88, BBA-160RT
BBG-180RT
TEL10-90
UPS1 2-300, UPS1 2-370, TEL12-90
MPS12-100, DCS-100
TEL12-105
UPS1 2-475, TEL1 2-1 25
UPS6-600, UPS6-620, TEL6-180
Требования к вентилированию помещения
Целесообразно рассчитать действительное выделение газа из батарейной системы и
требуемый воздухообмен для предотвращения накопления водорода и убеждения контролирующих
комиссий в безопасности установки. Для этого необходимо только знать интенсивность
газообразования (таблица 1) и свободный объем помещении. Воздухообмен должен быть
организован таким образом, что бы обеспечить концентрацию водорода меньше 2%.
Пример газовыделения батареи
Рассмотрим 20 батарей UPS12-370, которые установлены в помещение 300 см x 300 см x 300
см со свободным объемом 2.3⋅107 см3.
Возможное максимальное накопление газа: 2% от 2.3⋅107 см3 = 4.6⋅105 см3
Общая скорость газообразования при 2.4 В на элемент: 20 батарей UPS12-370 x 20 см3/ч/батарею
= 400 см3/ч
Время до накопления 2% концентрации газа в свободном объеме, без воздухообмена: 4.6⋅105
см3 / 400 см3/ч = 1134 часов или 47 дней.
Согласно обычным положениям по воздухообмену в помещение, требующие смену воздуха 2
раза в течение часа, то 2% свободного объема равно 2.3⋅107 см3 x 2 обмена в час или 9.2⋅105 см3/ч.
Т.к. батарея может вырабатывать только 400 см3/ч, то получается 2269-кратный запас безопасности.
Установка батарейной системы и рекомендации по эксплуатации для минимизации
газовыделения
Как отмечалось в "Примере газовыделения батареи", где показано, что батареи имеют 2269кратный запас безопасности по отношению к образованию гремучей смеси, то скорость
газообразования незначительна для применения во многих отраслях.
Следующие рекомендации обобщают все руководящие
газовыделения и гарантированно безопасной установки.
принципы
по
минимизации
1. Плавающий заряд VRLA батареи DYNASTY должен быть от 2.25 до 2.30 В на эл при 25° C
(77° F).
2. Регулируйте плавающий заряд в соответствии с требованиями при изменении температуры
от рабочей 25°C (77°F) на ± 5.6°C (10°F).
3. Используйте зарядное напряжение с температурной компенсацией, если ожидается частое
изменение температур окружающей среды.
4. Не заряжайте батарею при температуре больше 50°C (122°F).
5. Обеспечивайте свободное движение воздуха каждой батареи (1.25 см между батареями).
6. Обеспечьте естественную или принудительную вентиляцию для предотвращения
накопления газа в течение длительного периода времени.
7. Высчитайте ожидаемое накопление газа в помещение и гарантированный резерв.