數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡機房UPS蓄電池的可靠性與安全性

簡介閥控鉛酸UPS電源20蓄電池的功率密度更高，投資成本更低。通常來說，500kVA以下的電源系統(tǒng)中適合采用VRLA蓄電池。VRLA蓄電池的功能包括：蓄電池箱密封，不能加入或倒出電解液其鉛板浸在用水稀釋了的硫酸溶液（電解液）中電解液不流動（不允許流動）在高電流下工作安全排氣口只有在電池故障或超量充電的情況下，才會排氣在內(nèi)部，氧和氫重新結合形成水安裝在開放式機架或大型機柜中（或內(nèi)置在小型電源系統(tǒng)中）本文將詳細探討與VRLA蓄電池工作相關的部分因素。人們對于VRLA蓄電池的關注主要集中在兩VRLA蓄電池十分普及（每年估計部署1000萬個左右），許多人都有使用VRLA技術的經(jīng)驗，其中有好也有壞。為了更好地了解VRLA解VRLA設計中的各種變化以及它的工作原理。之后，我們就能看到對于這種技術的正確與錯誤應用。所有產(chǎn)品都有使用期限。我們將探討VRLA蓄電池的壽命，以及對它的應用和維護將如何影響其壽命。盡管VRLA電池使用不當，將會發(fā)生哪些安全危險。VRLA蓄電池的類型VRLA蓄電池有時可通過其采用的固定電解液技術來識別，它分為兩種類型：凝膠電池–流動。凝膠電池有時較常用于室外機柜和光伏發(fā)電應用中。與北美相比，它們在歐洲和亞洲的普及程度更廣。吸附式玻璃纖維隔板(AGM)電池–在這類型電池中，多孔透水的吸附式玻璃纖維隔板將極板隔開，以類似于海綿的方式吸附電解液。相比之下，AGMAGM數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡機房等需要能夠充分把控的環(huán)境。VRLA電池還可根據(jù)其極板類型進行進一步細分。被稱為電信用或長持續(xù)使用時間的VRLA1.75V，它們一般不再放電。被稱為"UPS用或高放電率"VRLA1.67V1.70V左右放電。VRLA蓄電池也能根據(jù)其蓄電池箱類型進行細分：?"整體蓄電池箱"VRLA一般是一個6V（3x2V電池）或12V（6x2V電池）蓄電池箱。端子可以在蓄電池箱的頂部，也可以在蓄電池箱的一端。這種電池無疑是中小型電池備用系統(tǒng)使用最廣泛的電池，適用于數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡機房和電信環(huán)境。?"單元式"VRLA蓄電池幾乎都是由單獨的2V電池組成，一般水平安裝，以便其所有連線和維護都從系統(tǒng)"前面"進行。這些電池常常打包為鋼制"模塊"，而這些模塊能夠疊放，串聯(lián)和/或并聯(lián)。該類型電池最常用于希望實現(xiàn)長時間、高功率備用的電信應用。模塊化"VRLA蓄電池實際上是排成一串、方便打包的多個VRLA裝式電池模塊能插裝進設計了匹配插座的電池機柜中。VRLA蓄電池的工作原理蓄電池的設計既防止氣體釋放——這是電氣化學反應通常會產(chǎn)生的副產(chǎn)品，也防止外部空氣進入。在鉛酸蓄VRLA將氫和氧重新結合，將水分損失減至最少。在普通浮充狀態(tài)下，大約95%到99%的氫和氧再次結合了。閥門可重復密封，只有當壓力超過安全閾值時，才排出不能重新結合的氣體。VRLA的不同之處在于正極釋放氧氣、到達負極，最電池的壽命和健康運行極為重要。任何會提高蒸發(fā)速度或失水速度的因素都將縮短電池壽命。這其中包括蓄電池箱材料、工作或存儲環(huán)境溫度，以及充電電流熱失控等。VRLA蓄電池的預期壽命在蓄電池行業(yè)，一直存在著對于"預期壽命"的爭議。如果我們忽略作為商業(yè)術語的"保修期"，實際上人們經(jīng)?；煜韵聝蓚€技術術語來表達"預期壽命"，但它們的含義并不相同。設計壽命–"5年年和"20年電池等，是生產(chǎn)商提供相應保修的基礎。使用壽命–這是一個更為實際的概念，為從安裝電池到其電量不足額定電量的80%之間的時間（位）。使用壽命意味著電池不到設計壽命，就必須更換。實際上，VRLA電池的使用壽命很可能不到設計壽命的一半。在一些工作環(huán)境極為惡劣的情況下，使用壽命將只有設計壽命的20%控和維護，VRLA70-80%。有人曾說"VRLA蓄電池都不是自然’死亡’——它們是被謀殺的"。這句話的意思是，VRLA蓄電池常常被置于要求過高的應用場合，所以其壽命被人為縮短了。影響VRLA蓄電池壽命的因素包括：設計（各生產(chǎn)商的設計互不相同）材料質(zhì)量（雜質(zhì)缺陷）生產(chǎn)方法質(zhì)量控制充放電曲線工作環(huán)境充電模式1457項則由系統(tǒng)集成商或用戶控制。故障模式電解液干涸是造成VRLA蓄電池無法使用的主要原因之一。許多故障模式都有導致電解液干涸的傾向。高溫環(huán)境–在可控環(huán)境下，可進行合理預測。根據(jù)經(jīng)驗，對于一個保持恒定充電狀態(tài)（浮充壽命）的固定型VRLA蓄50%VRLA蓄電池的批評，一定程度上是因為它們廣泛用于狹窄、不可控的環(huán)境，如室外機柜等，這些環(huán)境中，溫度劇烈4提供了在數(shù)據(jù)中心等溫度穩(wěn)定環(huán)境中持續(xù)工作時的預期合理服務壽命。4只是考慮了一個因素（溫度），VRLA蓄電池受高，從而使容量過早受損。循環(huán)壽命–較少使用的電池，其壽命明顯長于每天都充放電的電池。生產(chǎn)商的產(chǎn)品簡介中很少公布電放電深度"(DOD)電池放電速率、兩次放電之間充電的時間，以及充電速率也都很重要。在電池的設計中，通常假設每年有（100%VRLA（放電深度<25%而在現(xiàn)場實際運行過程中，將有多種類型的充放電情況。充電模式–越來越多的證據(jù)表明，浮充電壓對VRLA蓄電池的壽命影響很大。富液電池常見的、定期對電池高壓恒流充電的做法，公認為對VRLA蓄電池非常不利。數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡機房UPS系統(tǒng)中使用的電池一般為恒定電壓充電，稱為浮充電壓。電池不能超過電池生產(chǎn)商規(guī)定的浮充電壓值。過度充電會導致電UPS10倍于710×7=70分鐘如果充電過快，會給電池造成壓力，縮短其壽命。為適用于數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡機房，系統(tǒng)必須包括一個能精確調(diào)整電壓的控制機制。它也應該能根據(jù)溫度來調(diào)整電壓。UPSUPS充電器應盡量減少紋波電流（100AH5A等）。電池反極–大型電池串聯(lián)組，主要是VRLA蓄電池會出現(xiàn)電池反極現(xiàn)象。只有當電池放電，且具備以下兩個前提條件時，才會形成電池反極：在一個電池串聯(lián)組中，一個電池的電量遠遠低于其它電池。電量較低的那塊電池被其它正常電池造成電極反極。盡管出現(xiàn)電池反極，但電池組仍能保持足夠的總電壓，以便電池組繼續(xù)向負載供電。100VUPS用并聯(lián)電池組的系統(tǒng)，不會出現(xiàn)此現(xiàn)象。因為電池性能下降或生產(chǎn)時的問題，會出乎意料地形成上面第一5%的功率消耗，導致電池嚴重過熱，甚至在某些極端狀況下爆炸。幸運的是，我們可以通過以下措施，幾乎完全避免系統(tǒng)中出現(xiàn)電池反極的風險：使用并聯(lián)電池組UPS直流總線電壓監(jiān)控電池組中的電壓并聯(lián)電池組有助于防止上面第二個條件的發(fā)生，因為當問題電池上的電壓企圖反極時，電流會流入流會流入鄰接電池組。內(nèi)部故障–VRLA故障包括負極端子侵蝕、負極匯流排破損、極板過度增長、負極容量損失，以及正極和負極匯流排相觸等。這些故障會在電池使用后的1至5年內(nèi)出現(xiàn)。板柵侵蝕極板間距變短–正極板柵侵蝕增長是導致VRLA蓄電池和插裝式電池模塊（命較短的電池）故障的主要原因之一。這種情況下，總是先發(fā)生電解液干涸，再出現(xiàn)板柵侵蝕問題。正極板柵侵蝕也是富液電池系統(tǒng)的一種常見故障模式。它造成機械強度減弱，最終使得板柵上鉛脫落。內(nèi)部阻抗增加，而電量減少。嚴重時，板柵侵蝕會破壞蓄電池箱、蓋和端子。極板間距變短也是一種常見故障模UPS供電。互聯(lián)故障–高阻抗。在VRLA帶有電流和溫度監(jiān)控的電池系統(tǒng)能夠檢測或在其嚴重前防御此類故障模式。插裝式電池模塊在工廠出廠前就已完成連接，故障率低。插裝式電池模塊一般在低電流下運行，因此不像富液電池那樣，對低阻抗連接有較高的要求。熱失控–VRLA蓄電池長時間處于極高浮充電壓狀態(tài)或在完全重組模式下過度充電，幾乎所有過度充電的能量都變成熱能。出色設計的應用能夠熱失控，達到熱平衡，因此不會出現(xiàn)問題。但是，如果熱量產(chǎn)生速度超過散熱速度，電池溫度將會升高。溫度升高，則會使電池電流增加（浮充電流）。而電流增加，則又進一步提高溫度，為保持浮充電壓不變，就需要更高電流。更高電流又散發(fā)更多熱量，直至電解液在狀電解液之前，電池中始終存在壓力。電池內(nèi)部壓力和外殼材料在較高溫度下的軟化，已證實會造成蓄電池箱凸起甚至破裂。如果一直不能察覺，那么這個惡性循環(huán)將繼續(xù)，直到電池電解液干涸并失效。以下情況會導致熱失控：高溫環(huán)境通風不良電池設備間未留有足夠空間缺乏能降低電壓的電壓補償不當?shù)母〕潆妷赫{(diào)整（充電器電壓過高）電池組中單個電池故障充電器故障導致高輸出電壓、電流或紋波電流過度冗余的整流器（造成充電電流過高）在熱失控中，高電壓和高熱能互為因果。如果其中一個消失，則熱失控問題就會得到緩解。出色設計的整流器或不間斷電源系統(tǒng)采用了溫度補償充電。實際上，防火規(guī)范現(xiàn)在要求為安裝在數(shù)據(jù)中心或網(wǎng)絡按比例降低充電電壓。對于熱失控的校正措施包括：降低房間或機柜中的環(huán)境溫度將電壓降低到將引發(fā)熱失控的閾值以下（對于工作于恒定電壓的電池）將電流降低到將引發(fā)熱失控的閾值以下（對于工作于恒定電流的電池）斷開電池與充電器或整流器的連接安全性VRLA蓄電池的本質(zhì)是安全的，熱失控情況可以預防。但是，當VRLA危險。正如前面所說，熱失控的副產(chǎn)品是氫氣和氧氣（構成水的兩個元素）。而且在有些情況下，還會有少量氫氣與電解液的混合物，形成硫化氫（H2S）。具體討論如下氫氣–VRLA4%(LEL)時，氫氣會燃燒。當然，此時需要點火（火花），4%燃燒程度很弱，極難引起注意，但當濃度升高，會發(fā)生劇烈爆炸。氫是最輕的原子，因此它總是上升，很難抑制，一有機會它就會逸出。出色設計的供電系統(tǒng)和設施能防止氫氣累積。電池生產(chǎn)商可提供最壞情況1%以下。相比較而言，自然界中氫0.01%。VRLA蓄電池中的閥門在設計時，就能夠防止火焰進入電池，造成內(nèi)部爆炸。硫化氫–人們有時會在發(fā)生熱失控事件后，抱怨有難聞的臭雞蛋味道或刺鼻的味道。這很有可能是硫化氫(H2S)0.0050.02ppm的硫化氫。伊利諾伊州公共衛(wèi)生部將其描述為相當于在整個劇場的空氣中有一小管硫化氫一樣。美國國立環(huán)境衛(wèi)生科學研究所稱，當硫化氫濃度僅為對人體有害濃度的1/4008OSHA10分鐘、最高50ppm受的上限。雖然有一些證據(jù)表明長期接觸硫化氫會有一定風險，但沒有證據(jù)顯示短期少量接觸會有任何問題。接觸硫化氫的癥狀包括眼睛、鼻子和喉嚨感到刺激，有時會有頭痛。如果濃度極高，會引發(fā)嚴重疾病250ppm的情況，一旦不再接觸硫化氫，身體就能很快恢復，應該不會留下長期后遺癥。因為VRLA熱失控期間逸出的硫化氫量極小，通常不會有什么風險。在造成危害前，肯定能檢測到硫化氫。但是，一旦檢測出硫化氫，就應該為房間通風和/或離開該區(qū)域。火災可燃性–VRLAUL94V0數(shù)）UPSVRLAUL94HB。盡管一些富液電VRLAPVC。酸溢出酸溢出一詞不適用于VRLAVRLA濫用或生產(chǎn)問題而膨大變形。有時會發(fā)生破裂、少量泄露或滴漏，或是極柱侵蝕現(xiàn)象。這些都可通過常規(guī)VRLA蓄電池電解液流出，則意味著應該更換電池或電池回收處理和環(huán)境安全在正常的電池安裝、使用和維護期間，用戶不會接觸到電池的內(nèi)部組件及其內(nèi)部有害的化學物質(zhì)。VRLA電池含鉛，在報廢時，應通過適當途徑，使用有資質(zhì)的電池回收商進