Слабые сети и частые отключения: определение глубины разряда для африканских базовых станций

Статья

22 августа 2017 г.

Когда доступность сети падает с 99% до 60%, батарея перестает находиться в режиме ожидания и начинает работать ежедневно. Батареи, указанные в предположениях UPS, выходят из строя в течение восемнадцати месяцев в Нигерии, Южной Африке, Гане и Танзании — проблема заключается в предположении о нагрузке, а не в продукте. В этой статье определяется количественная оценка глубины разряда в зависимости от срока службы и приводится таблица коэффициентов мощности в зависимости от доступности сети.

Одна батарея, две совершенно разные задачи

Коммерческие районы Лагоса, провинции Южной Африки во время сброса нагрузки, Гана в период «думсорного» управления нагрузкой, городские окраины Танзании и Уганды, а также города на западе Кении — все они сталкиваются с одной и той же реальностью энергосистемы: электричество отключается не время от времени, оно отключается несколько раз в день на несколько часов. Это похоже на вопрос частоты, но он заменяет весь режим работы батареи. При доступности 99% батарея разряжается менее десяти раз в год и остается на плаву; срок службы определяется коррозией решетки, а расчетный срок службы двенадцать лет на самом деле составляет двенадцать лет. Если доступность составляет 60 %, батарея совершает один или два полных цикла каждый день (более 500 в год), а срок службы определяется количеством циклов. Срок службы одного и того же продукта может различаться более чем в пять раз между двумя задачами. Тем не менее, в спецификациях закупок обычно указывается только «четыре часа резервного питания» без упоминания о циклах, и именно это упущение является причиной того, что батареи умирают через восемнадцать месяцев.

Количественная связь между Министерством обороны и жизнью

Влияние глубины разряда на срок службы сильно нелинейно, и это не просто вопрос использования меньшего количества аккумулятора для увеличения его срока службы. Для обычного AGM 30% DOD может дать около 1200 циклов, 50% — около 600, 80% — только около 300 и 100% — меньше 200. Другими словами, повышение DOD с 50% до 80% увеличивает энергию на разряд на 60%, но уменьшает вдвое количество циклов, поэтому общая пропускная способность за весь срок службы — циклы, умноженные на энергию за цикл — фактически падает. Эта кривая объясняет, почему «более глубокое использование» — это иллюзия: она просто быстрее покупает замены. Правильный подход — найти DOD, который максимизирует пропускную способность за весь срок службы, обычно между 50% и 70%, с учетом важного ограничения: времени перезарядки после глубокой разрядки. Там, где сетка присутствует всего несколько часов в день, при разряде 80% требуется более десяти часов для полной зарядки, следующий день может не завершиться, а батарея сидит хронически недозаряженной с ускоряющейся сульфатацией — вот это и есть настоящий убийца.

Почему «четыре часа резервного копирования» не работают в Африке

Четыре часа резервного питания — это показатель мощности, а не срока службы, и он выходит из строя в условиях слабой сети по трем направлениям. Во-первых, подсчет циклов полностью игнорируется: четыре часа резервного копирования подразумевают примерно от 50% до 60% DOD, поэтому при одном цикле в день и 365 циклах в год обычный AGM с рейтингом 600 циклов исчерпывается примерно за двадцать месяцев — почти ровно за восемнадцать месяцев, наблюдаемых в полевых условиях. Во-вторых, окно зарядки недостаточно: цепь, рассчитанная на четыре часа нагрузки, обычно заряжается при температуре всего 0,1°C, поэтому переход от 50% до 100% занимает более десяти часов, в то время как сеть присутствует только от четырех до шести часов в день; батарея никогда не заряжается полностью и постоянно находится в PSoC. В-третьих, жара усугубляет ситуацию: многие африканские объекты работают при температуре от 35°C до 45°C, и при таких температурах срок службы снова снижается. Сложите три, и вы получите восемнадцать месяцев. Поэтому в спецификации должны быть указаны три вещи вместе: целевое количество циклов, доступное окно зарядки и температура окружающей среды на объекте.

Коэффициенты мощности в зависимости от доступности сети

Вот таблица, которую вы можете использовать напрямую. Принцип заключается в том, что мощность определяется ежедневным дефицитом энергии, а не часами резервного питания. При доступности выше 95 % режим работы находится в плавающем режиме ожидания: размер нагрузки соответствует самому продолжительному одиночному отключению, удержание DOD в пределах 50 %, а стандартной серии передних терминалов достаточно. От 80% до 95%, примерно с одним отключением на два-четыре часа в день, применяют коэффициент цикличности 1,2 сверх часов резервного копирования и предпочитают серию с глубоким циклом (FTC, 100–170 Ач, номинал 1500 циклов или более). Между 50 % и 80 % аккумулятор является основным двигателем ежедневного цикла работы: примените коэффициент от 1,5 до 1,8 и перейдите на свинцово-угольный (LLC, 300–1000 Ач, срок службы в четыре-пять раз больше цикла в PSoC) или LiFePO4 (SDA10, непрерывный разряд 1C). Ниже 50% объект фактически отключен от сети: размер рассчитан на один полный цикл в день плюс три дня автономной работы в пасмурную погоду, что означает переход сразу к солнечной гибридной конструкции — добавление одной батареи нерентабельно.

Дерево решений выбора

Сократите анализ до четырех шагов, которым может следовать инженер объекта. Шаг первый: доступность сети: выше 95 % выберите стандартную серию фронтальных клемм на 12 В (6-FMX, 50–200 Ач, расчетный срок службы двенадцать лет) по самой низкой цене; от 80% до 95%, используйте гель глубокого цикла (FTC) или гель (6-XFMJ, расчетный срок службы пятнадцать лет, устойчивость к нагреву с низкой потерей воды); от 50% до 80%, возьмите свинец-углерод (ООО, расчетный срок службы двадцать лет, на 30% лучший прием заряда, поэтому фактически используется ограниченное окно зарядки); ниже 50%, перейдите на солнечный гибрид и подберите аккумулятор для ежедневной езды на велосипеде. Шаг второй, окно зарядки: там, где присутствие сети составляет менее шести часов в день, преобладает прием заряда, а свинцово-углеродные или литийовые электростанции превосходят традиционные AGM. Шаг третий, температура окружающей среды: постоянно выше 45°C, отдавайте предпочтение свинцово-углеродистой или высокотемпературной серии; там, где температура контролируется, можно использовать преимущество лития по объему. Шаг четвертый, оставшийся срок службы: сайт, срок аренды которого составляет менее пяти лет, не нуждается в двадцатилетней технологии — на оставшийся срок выберите самый дешевый совместимый вариант. После четырех шагов остается мало места для споров.

Пять обязательных пунктов спецификации

В случае слабой сети в спецификации должна быть указана нагрузка, а не только мощность. Пять пунктов являются обязательными, и пропуск любого из них возвращает вас к восемнадцатимесячному циклу неудач. Во-первых, доступность сети в процентах с указанием отчетного периода — ежемесячного или годового, поскольку они дают очень разные цифры — и только этот параметр решает, будет ли батарея плавать или циклически работать. Во-вторых, самая продолжительная продолжительность единичного отключения и среднее количество простоев в день, указываемые отдельно: первое определяет мощность, второе — срок службы, а большинство спецификаций учитывают только первое. В-третьих, доступное окно зарядки в день, которое устанавливает требования к приему оплаты; менее шести часов обязательна технология быстрой зарядки, иначе аккумулятор никогда не достигнет полной зарядки. В-четвертых, диапазон температур на объекте определяется как внутри шкафа, а не снаружи, с летним пиком, поскольку температура внутри шкафа обычно превышает температуру окружающей среды более чем на 10°C. В-пятых, целевой срок службы и оставшаяся арендная плата за участок, чтобы участок с оставшимся сроком аренды на три года не был оснащен двадцатилетней батареей — это не благоразумие, это расточительство. С учетом этих пяти участников участники торгов больше не смогут прикрываться одним предложением о четырех часах резервного копирования, и оценка имеет сопоставимую основу. Многие проекты терпят неудачу не потому, что был выбран неправильный продукт, а потому, что пошлина никогда не была указана, поэтому поставщики цитировали наиболее благоприятные предположения, в то время как операторы управляли объектом в наименее благоприятных условиях. View Telecom Backup Power Selection