Redes fracas e interrupções frequentes: definição da profundidade de descarga para estações base africanas

Artigo

22 de agosto de 2017

Quando a disponibilidade da rede cai de 99% para 60%, a bateria deixa de ficar em espera flutuante e começa a funcionar diariamente. As baterias especificadas nos pressupostos da UPS falham no prazo de dezoito meses na Nigéria, África do Sul, Gana e Tanzânia — o problema é o pressuposto do serviço, não o produto. Este artigo quantifica a profundidade da descarga em relação ao ciclo de vida e fornece uma tabela de fator de capacidade por disponibilidade da rede.

Uma bateria, duas funções completamente diferentes

Os distritos comerciais de Lagos, as províncias de toda a África do Sul durante a redução de carga, o Gana durante o seu período de gestão de carga “dumsor”, as periferias urbanas da Tanzânia e do Uganda e as cidades do oeste do Quénia enfrentam todos a mesma realidade da rede: a energia não falha ocasionalmente, falha várias vezes por dia durante várias horas seguidas. Parece uma questão de frequência, mas substitui todo o modo de operação da bateria. Onde a disponibilidade é de 99%, uma bateria descarrega menos de dez vezes por ano e fica flutuando; a vida é governada pela corrosão da rede e uma vida útil projetada de doze anos é realmente de doze anos. Onde a disponibilidade é de 60%, a bateria completa um ou dois ciclos completos todos os dias – mais de 500 por ano – e a vida útil é governada pela contagem de ciclos. O mesmo produto pode diferir em vida útil em mais de cinco vezes entre as duas tarefas. No entanto, as especificações de aquisição geralmente indicam apenas “quatro horas de backup”, sem nenhuma menção aos ciclos, e essa omissão é exatamente a razão pela qual as baterias morrem aos dezoito meses.

A relação quantitativa entre DOD e vida

O efeito da profundidade da descarga no ciclo de vida é fortemente não linear e não é simplesmente uma questão de usar menos para durar mais. Para AGM convencional, 30% DOD pode dar cerca de 1.200 ciclos, 50% cerca de 600, 80% apenas cerca de 300 e 100% menos de 200. Em outras palavras, aumentar o DOD de 50% para 80% aumenta a energia por descarga em 60%, mas reduz pela metade a contagem de ciclos, de modo que o rendimento total da vida útil - ciclos vezes energia por ciclo - na verdade cai. Essa curva explica por que “usá-lo mais profundamente” é uma ilusão: apenas compra substitutos mais cedo. A abordagem correta é encontrar o DOD que maximize o rendimento vitalício, geralmente entre 50% e 70%, sujeito a uma restrição importante: tempo de recarga após descarga profunda. Onde a rede está presente apenas algumas horas por dia, uma descarga de 80% precisa de mais de dez horas para ser totalmente recarregada, no dia seguinte pode não ser concluída e a bateria fica cronicamente subcarregada com sulfatação acelerada – que é o verdadeiro assassino.

Por que as 'Quatro Horas de Backup' falham na África

Quatro horas de backup é um valor de capacidade, não um valor de vida, e falha em serviço de rede fraca ao longo de três caminhos. Primeiro, a contagem de ciclos é totalmente ignorada: quatro horas de backup implicam cerca de 50% a 60% de DOD, portanto, com um ciclo por dia e 365 por ano, um AGM convencional com classificação de 600 ciclos se esgota em cerca de vinte meses – quase exatamente os dezoito meses observados em campo. Em segundo lugar, a janela de carregamento é insuficiente: uma string dimensionada para quatro horas de carga normalmente carrega a apenas 0,1°C, portanto, passar de 50% a 100% leva mais de dez horas, enquanto a rede está presente apenas quatro a seis horas por dia; a bateria nunca atinge carga total e permanece permanentemente em PSoC. Terceiro, o calor agrava a situação: muitos locais africanos funcionam entre 35°C e 45°C, e o ciclo de vida é novamente descontado a essas temperaturas. Empilhe os três e você terá dezoito meses. Uma especificação deve, portanto, indicar três coisas juntas: contagem de ciclos alvo, janela de carregamento disponível e temperatura ambiente do local.

Fatores de Capacidade por Disponibilidade da Rede

Aqui está uma tabela que você pode usar diretamente. O princípio é que a capacidade é dimensionada para o défice energético diário e não para as horas de reserva. Acima de 95% de disponibilidade, o serviço é de espera flutuante: dimensione a carga para os tempos de interrupção únicos mais longos, mantenha o DOD dentro de 50% e a série de terminais frontais padrão é suficiente. Entre 80% e 95%, com aproximadamente uma interrupção de duas a quatro horas por dia, aplique um fator de ciclagem de 1,2 além das horas de backup e prefira uma série de ciclo profundo (FTC, 100–170Ah, classificado para 1.500 ciclos ou mais). Entre 50% e 80%, a bateria é o motor principal do ciclo diário: aplique um fator de 1,5 a 1,8 e passe para chumbo-carbono (LLC, 300–1.000Ah, ciclo de vida quatro a cinco vezes maior em PSoC) ou LiFePO4 (SDA10, descarga contínua de 1C). Abaixo de 50%, o local está efetivamente fora da rede: dimensionado para um ciclo completo por dia mais três dias de autonomia em tempo nublado, o que significa ir direto para um projeto híbrido solar – adicionar bateria por si só não é econômico.

Uma árvore de decisão de seleção

Condense a análise em quatro etapas que um engenheiro local pode seguir. Etapa um, disponibilidade da rede: acima de 95%, escolha a série de terminais frontais padrão de 12V (6-FMX, 50–200Ah, vida útil projetada de doze anos) com o menor custo; 80% a 95%, ciclo profundo (FTC) ou gel (6-XFMJ, vida útil projetada de quinze anos, tolerante ao calor com baixa perda de água); 50% a 80%, pegue chumbo-carbono (LLC, vida útil projetada de vinte anos, aceitação de carga 30% melhor para que a janela de carga limitada seja realmente usada); abaixo de 50%, mude para híbrido solar e dimensione a bateria para ciclismo diário. Etapa dois, janela de carregamento: onde a presença da rede é inferior a seis horas por dia, a aceitação da carga domina e o chumbo-carbono ou o lítio superam o AGM convencional. Etapa três, temperatura ambiente: acima de 45°C persistentemente, prefira chumbo-carbono ou uma série de alta temperatura; onde a temperatura é controlada, a vantagem de volume do lítio pode ser usada. Passo quatro, vida restante: um local com menos de cinco anos de arrendamento restantes não precisa de uma tecnologia de vinte anos – escolha a opção compatível mais barata para o prazo restante. Depois de quatro passos, há pouco espaço para discussão.

Cinco itens obrigatórios na especificação

No regime de rede fraca, a especificação deve indicar o regime e não apenas a capacidade. Cinco itens são obrigatórios e a omissão de qualquer um leva você ao ciclo de fracasso de dezoito meses. Primeiro, a disponibilidade da rede em percentagem, com o período de reporte indicado – mensal ou anual, uma vez que os dois produzem números muito diferentes – e este item por si só decide se a bateria flutua ou circula. Em segundo lugar, a maior duração de interrupção única e a média de interrupções por dia, declaradas separadamente: a primeira determina a capacidade, a segunda determina o ciclo de vida e a maioria das especificações captura apenas a primeira. Terceiro, janela de cobrança disponível por dia, que define o requisito de aceitação de cobrança; abaixo de seis horas, a tecnologia de carregamento rápido é obrigatória ou a bateria nunca atinge a carga total. Quarto, faixa de temperatura local, declarada como interior do gabinete e não externa, com o pico do verão, porque os interiores dos gabinetes normalmente ficam mais de 10°C acima da temperatura ambiente. Quinto, almeje a vida útil e o aluguel restante do local, de modo que um local com três anos restantes de aluguel não seja equipado com uma bateria de vinte anos – isso não é prudência, é desperdício. Com estes cinco declarados, os licitantes não podem mais se esconder atrás de uma única frase, cerca de quatro horas de backup, e a avaliação tem uma base comparável. Muitos projetos fracassam não porque o produto errado foi escolhido, mas porque o direito nunca foi especificado, de modo que os fornecedores cotaram contra a suposição mais favorável, enquanto os operadores administravam o local sob a realidade menos favorável. View Telecom Backup Power Selection