L'ultima spiaggia

Niclas Wetterstrand - Program manager Megger Sweden

Le installazioni con batterie di standby forniscono elettricità agli elementi principali dei sistemi di generazione, trasmissione e distribuzione dell'energia, come interruttori automatici e relè di protezione, computer, pannelli di controllo e apparecchiature di telecomunicazione, quando altre fonti di alimentazione si guastano. Le batterie sono in grado di fornire alimentazione istantanea, direttamente come CC o tramite un inverter come CA, garantendo in tal modo che i sistemi critici continuino a funzionare fino a quando i generatori di emergenza non saranno pronti per prendere il controllo o l'alimentazione elettrica principale non sarà ripristinata.

In alcuni casi, le batterie potrebbero anche essere necessarie per supportare la "funzione di avvio nero" di una centrale elettrica. Questa funzionalità è disponibile per alcune centrali elettriche per consentire l'avvio del funzionamento dopo un'interruzione di corrente nazionale senza affidarsi all'alimentazione della rete di trasmissione esterna. Una volta che le centrali elettriche con funzione di avvio nero hanno ripreso il funzionamento, possono fornire energia ad altre centrali elettriche in modo che possano anche riavviarsi. La funzione di avvio nero è quindi essenziale per la sicurezza dell'alimentazione di rete del paese.

Poiché le batterie svolgono un ruolo così importante, è fondamentale che i sistemi delle batterie siano pianificati, installati e monitorati in conformità agli standard pertinenti, come lo standard europeo EN 50272-2, che corrisponde allo standard tedesco VDE0510. La capacità della batteria deve essere calcolata in base al numero di utenti che necessitano di alimentazione a batteria e alla quantità di energia richiesta da ciascun utente. Gli operatori delle centrali elettriche devono inoltre dimostrare che i sistemi di alimentazione di emergenza possono supportare funzioni essenziali in caso di emergenza.

Capacità della batteria

Una batteria deve essere in grado di fornire energia elettrica in modo continuo per un determinato periodo di tempo. Questa funzionalità è definita come capacità ed è calcolata moltiplicando la corrente fornita per il tempo, con il risultato espresso in ampere ora (Ah). I produttori di batterie specificano la capacità nominale dei propri prodotti, ma non sempre corrisponde alla realtà. Anche quando sono nuove, ad esempio, le batterie devono essere caricate per un certo periodo di tempo prima che raggiungano la capacità massima. Inoltre, durante il suo ciclo di vita, la capacità della batteria potrebbe ridursi significativamente con l'invecchiamento, fino a quando alla fine non raggiunge il punto in cui non è in grado di fornire alimentazione per il periodo previsto originariamente.

In condizioni favorevoli, una batteria può avere una durata di 20 anni, ma questa è l'eccezione piuttosto che la regola. Le batterie immagazzinano energia chimicamente e l'efficienza dei processi chimici può deteriorarsi rapidamente se la batteria viene gestita e manutenuta in modo inadeguato. Carica insufficiente, livelli di carico non uniformi, bulloni di serraggio o collegamenti interni corrosi, temperature ambiente sfavorevoli e cattiva ventilazione possono ridurre in modo rapido e drastico la durata di una batteria. 

Inoltre, è importante ricordare che una batteria è costituita da una serie di celle collegate in serie. Una singola cella difettosa può impedire il corretto funzionamento dell'intera batteria, con la possibilità di arrestare un intero impianto, causando l'assenza di alimentazione nell'intero distretto urbano o il collasso dei processi industriali. L'installazione di una batteria ha una qualità pari a quella della sua cella più debole.

Test di capacità 

Una batteria può essere testata in diversi modi. Ad esempio, le tensioni delle celle possono essere misurate con un voltmetro, oppure è possibile misurare l'impedenza interna di ciascuna cella. È inoltre possibile misurare la gravità specifica e la temperatura dell'elettrolita. Tuttavia, nessuna di queste misurazioni può essere utilizzata per trarre conclusioni completamente affidabili sulla capacità dell'impianto complessivo, ed è per questo che il test di scarica, altrimenti noto come test di capacità, è così importante. 

Il nuovo TORKEL 900 di Megger incarna gli ultimi sviluppi nei test di scarica. Essenzialmente, non è niente di più di un resistore di carico, ma è un resistore di carico intelligente e controllato elettronicamente in grado, ad esempio, di garantire che la corrente di scarica rimanga costante durante il test di capacità. In alternativa, lo strumento può essere configurato per un'erogazione di potenza costante durante il test o per una resistenza di carico costante. Se in qualsiasi momento risulta impossibile mantenere le condizioni specificate, il test viene interrotto immediatamente.

Collegare l'apparecchiatura di test TORKEL alla batteria è semplice

Simulazione della resistenza di carico

I test di capacità in genere richiedono una corrente di scarica costante dalla batteria per tutta la durata del test. Ciò si ottiene caricando l'intera batteria con una resistenza, simulata dall'apparecchiatura di test. Con le apparecchiature di test TORKEL, se un'apparecchiatura di test da sola non è in grado di fornire una corrente di scarica sufficiente, è possibile collegare ulteriori apparecchiature di test o unità di carico. In questo modo, sono possibili anche le correnti di scarica più elevate.

È possibile collegare ulteriori apparecchiature di test o unità di carico TORKEL per aumentare la capacità di scarica.

Eseguendo un test di scarica, è possibile determinare se la batteria è in grado di erogare l'alimentazione in modo continuo per il periodo di tempo richiesto, che spesso è di diverse ore. Un problema pratico è che la tensione della batteria diminuisce continuamente durante il test, il che significa che anche la potenza erogata dalla batteria diminuisce. In molti casi è preferibile che la potenza erogata rimanga costante durante il test e per garantire ciò, l'apparecchiatura di test può essere configurata per regolare continuamente la resistenza di carico.

L'apparecchiatura di test monitora anche la tensione della batteria durante tutto il test, per garantire che non scenda al di sotto della tensione finale specificata dal produttore della batteria. Se la tensione finale viene raggiunta, il test termina automaticamente. Ciò è importante perché un'ulteriore scarica potrebbe danneggiare la batteria.

Al termine del test di capacità è possibile stabilire con un elevato grado di sicurezza se l'installazione della batteria funziona in conformità con le specifiche del produttore e se è in grado di soddisfare i requisiti dell'applicazione in cui viene utilizzata.

Il sistema di registrazione dati BVM può essere collegato a ciascuna cella in modo semplice e rapido utilizzando un morsetto

Monitoraggio della tensione della batteria

Come già detto, l'installazione di una batteria ha una qualità pari a quella della cella più debole ma, fino ad ora, è stato difficile valutare le condizioni delle singole celle. Ciò significa che nella batteria potrebbero essere presenti celle deboli che stanno appena riuscendo a svolgere le proprie funzioni ma che dovranno essere presto sostituite. Il sistema BVM di Megger consente di individuare queste celle. Si tratta di un registratore di dati che monitora e registra la tensione del terminale di ciascuna singola cella durante il test di capacità. Il sistema BVM utilizza morsetti per consentire collegamenti rapidi e semplici a ciascuna cella.

Utilizzando il sistema BVM insieme a un'apparecchiatura di test TORKEL, è possibile registrare le tensioni delle singole celle per l'intero processo di scarica

Se la curva che registra la tensione di una cella mostra un'attività insolita, la cella critica viene immediatamente identificata e valutata. Il test di capacità viene interrotto immediatamente se una cella raggiunge il punto in cui potrebbe potenzialmente esplodere. Inoltre, il sistema BVM determina rapidamente se è opportuno eseguire un lungo test di capacità. Se le singole celle mostrano un'attività insolita all'inizio di un test di capacità, non vi è alcun valore in fase di elaborazione, in quanto i risultati del test non saranno significativi. Il sistema BVM, in combinazione con un'apparecchiatura di test TORKEL, monitora anche il processo di ricarica quando la batteria viene ricollegata al raddrizzatore di carica dopo aver eseguito un test di capacità. In questo modo si garantisce che la ricarica venga eseguita correttamente.

Protezione del personale addetto al test 

Il sistema BVM ha un'altra funzione molto importante: Protegge il personale di test da pericoli gravi, poiché non devono più entrare nella sala batterie durante l'esecuzione del test di capacità. Le celle di una batteria hanno una densità di energia molto elevata ed è per questo che, in determinate condizioni, possono esplodere. In tal caso, le celle possono schizzare nella sala batterie come proiettili letali. Una cella che sta per esplodere non emette alcun preavviso: non emette fumo, non emette scintille, non emette rumore e non emette odori. Senza il sistema BVM, il personale addetto ai test deve entrare nella sala batterie durante il test e controllare la tensione terminale di ogni singola cella, esponendosi al rischio di esplosione.

Le devastanti esplosioni delle celle della batteria non sono rare  

Novità

Il nuovo TORKEL 900 di Megger offre numerosi vantaggi rispetto al suo predecessore, il TORKEL 800. Tuttavia, analogamente al TORKEL 800, può essere utilizzato completamente in modo indipendente. Tutti i risultati dei test sono memorizzati sul dispositivo e possono essere utilizzati per il confronto con test successivi o con i dati di un'installazione di una batteria strutturalmente simile. In questo modo è molto facile individuare le tendenze e le anomalie avverse. Tutti i risultati principali vengono salvati in tempo reale e presentati come curve di scarica.

Il nuovo TORKEL 900 è stato lanciato nel 2017   

I test di capacità regolari sono il modo più affidabile per determinare le condizioni di installazione di una batteria, ma possono anche essere complicati. Si consiglia pertanto di effettuare le seguenti procedure di manutenzione per controllare lo stato della batteria tra un test di scarica e l'altro: 

Operazioni da eseguire idealmente una volta al mese:

• Ispezione visiva dei livelli dell'elettrolita nelle batterie al piombo-acido e delle soglie e dei livelli delle batterie NiCd
• Controllo visivo per verificare che i collegamenti non siano corrosi
• Controlli della ventilazione e della temperatura della sala

Operazioni da eseguire idealmente due volte all'anno:

• Tensione totale della batteria 
• Celle e tensione di blocco
• Corrente di carica completamente carica per riconoscere l'instabilità termica
• Tensione e corrente CA sovrapposte
• Peso specifico dell'acido nelle celle (operazione non consentita per le batterie al piombo sigillate)
• Temperatura dell'acido nelle celle (operazione non consentita per le batterie al piombo sigillate)
• Impedenza (misurazione comparativa)
• Prova di funzionamento del carico (30–60 min) con carico originale 

Operazioni da eseguire idealmente una volta all'anno:

• Collegamenti a vite 
• Test automatico della batteria in cui si osserva un calo della tensione CC sulla stringa della batteria

Il momento peggiore per scoprire un problema di una batteria in standby è quando si deve utilizzare durante un'interruzione di corrente. Tuttavia, come spiegato in questo articolo, questo scenario da incubo può essere evitato con una buona gestione della batteria e test regolari. E, con le più recenti apparecchiature di test, queste attività sono molto meno onerose di quanto non fossero prima.

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