יום שלישי, דצמבר 19, 2017

האל פסק שלי

מזה זמן מה אני משתעשע ברעיון של להקים או לשדרג מערכת אל פסק לצרכיי, הבעיה נוצרה לאחר שרמת השירות שקיבלתי מחברת חשמל היתה שוות ערך לאוהל באמצע המדבר.

חלק מחברי צחקו שחלק מהבעיות שנתקלתי בהם הם נתקלים כשהם עובדים על פרוייקטים באמצע המדבר או אם שומעים על מקום שמתכונן להיות מנותק מחברות תשתיות.

אבל אני .. יש לי אפילו מכתב של חברת חשמל בו הם מתנצלים על חלק מהתקלות, ושהם תיקנו את הבעיה (בזמנו).
חלק מהבעיה הוא חוסר גנרטור חירום אוטומטי בבניין (רק בניינים מעל 9 קומות שמים גנרטור חירום ומתקנים רפואיים מחזיקים גנרטורים) וכנראה צרכנים מוזרים בבניין.

הבעיה שלי הייתה הפסקות חשמל רגעיות ועד הפסקות חשמל של כשלוש שעות פעם ביומיים שלוש במשך תקופה של מספר שבועות (מאז תיקון התקלה רמת הפסקות החשמל מעל 10 דקות ירדו לאחת בשבוע - שבועיים).

אבל לא רק הפסקות חשמל יכולות להפריע גם מתח שנופל מתחת לערך מסויים יתחיל לגרום לציוד במשרד לא לתפקד (או לההרס).  דוגמה מצויינת ניתן לראות באל פסק של APC (4000VA) שמנתק את מתח ההזנה למטען המצברים כאשר התדר יוצא מגבולות או המתח נופל מתחת ל 200 או מעל 240.

לצערי הרב ה APC אינו מגיע עם תוכנה חופשית ומערכת הPowerChute לא קיימת במאגרי דביאן לכן מה שנשאר זה להתחבר לדף של ה APC בשביל לדלות מידע (ניתן להתחבר גם בחיבורים אחרים חוץ מהרשת אבל זה לא פרקטי במקרה שלי).

זה לא רק APC שמגיע ללא תוכנה חופשית, גם סדרת הבית של Advice (סדרת ה PV) מגיעה עם מערכת שאינה תוכנה חופשית ואפילו דריבר החיבור שלה ב USB זה האק שמישהוא עשה.

במקרה שלי כאשר מתחילים לתכנן את מערכת האל פסק המחוברת תמיד  (אליה ניתן לחבר אפילו אל פסק או צרכנים ישירות) צריך להתחשב במספר דברים שהם לא ברורים למי שלא עשה זאת לפני כן:

סוג המצברים (עלות / תועלת) .
משקל מערכת ה UPS
גודל פיזי של ארון ה UPS

מהנדס חשמל שמוכן לבדוק את המערכת ולאשר אותה (אם מחברים יותר מרק מצברים למערכת ה ה UPS).

מתחילים מהצרכנים -

נגדיר ב W את כמות הוואטים שכלל הצרכנים שצריכים לעבוד מהמעגל הראשי.

לדוגמה המחשב הנייד שלי צורך עד 60W אז אני לוקח את ה 60W ולא את הצריכה בפועל (נמוכה מזה).
הנתב שלי דורש 50W.
הפיי שלי דורש כ 10W.
המזגן דורש כ 1000W.
לכן לחישוב אני אקח מינימום 1200W (צריך יותר מזה).

כמה זמן אנו רוצים שהמערכת תעבוד בשעות -
נגדיר ב T את כמות השעות שאנו מעוניינים שהמערכת שלנו תעבוד.

מתח המצברים (בתלות ה UPS שלנו או האל פסק שאנו בונים ) - נסמן ב Vdc

מקדם הצריכה של המצברים -

סוגים שונים של מצברים מתנהגים בצורה שונה בהתאם לעומס, ככל ערך ה אמפר/שעה שמצויין הוא לפי צריכה ל 20 שעות. לכן מצבר של 100 אמפר-שעה של 12 וולט יאפשר לנו מקסימום צריכה של :

100 A/H * 12 Vdc / 20 H ~ 60 W

לא ממש משנה איזה סוג מצברים ניקח, הצריכה שלנו לא צריכה לעלות על הערך הזה מהוראות הייצרן אם אנחנו רוצים לשמור על חיי המצבר.

ככל אצבע למצברים שונים יש רמה מותרת של פריקה -
 במצבר עופרת-חומצה רטוב מותר לפרוק לטעינה של 75% לפני גרימת נזק.
למצבר פריקה מלאה ניתן לפרוק לטעינה של 45% (בחלק אפילו לרמה של 25%).  נסמן זאת ב S.


כמובן שסוג המצברים צריך להתאים ל UPS שלנו, מצברי AGM מעדיפים מטען מצבר חכם (תלת שלבי ומעלה) בעוד מצבר עופרת-חומצה אינו דורש זאת. אם מחליף מצבר עופרת-חומצה ב AGM ואין לנו מזל אנו יכלוים לגלות שלפעמים המצבר אינו מסוגל לבצע טעינה (מתח המצבר נמוך מהמינימום הנדרש לטעינה).

גם מחיר המצבר ויכולת הרכישה שלו תופסת תפקיד טוב (לדוגמה אם אני צריך לחכות 3 חודשים עד שהמצבר יגיע במשלוח לעומת מצבר שאני יכול לרכוש בחנות ליד ).

וכמובן האחזקה, אחח האחזקה מצברים שונים יש להם אחזקה שונה לפי הוראות ייצרן.

אם אני מעוניין שהאל פסק יוכל לעבוד עם עומס של כל הצרכנים עבור 10 שעות :

W * T / Vdc  יתן לי את כמות האמפר שאני צריך לצרוך (במקרה הזה 1000 אמפר).

כמות המצברים שצריך לקחת היא יותר מכמות הצריכה כי אי אפשר לנצל את כל הקיבלות של המצבר (יש לנו מקדם ביטחון למצברים).

ככל ניקח את התוצאה ונכפיל אותה במקדם הביטחון של המצבר (S) בשביל לדעת כמה באמת אנו צריכים להחזיק.

לכן עבור המצבר עופרת-חומצה רטוב שמאפשר פריקה עד לרמת טעינה של 75% מקדם הביטחון הוא 4.
ובמקרה הזה 4000 אמפר / על 12 וולט. (אם היינו מתייחסים רק לצריכה מקסימלית של 60W למצבר 100 זה היה 2000).

עבור מצברי AGM שמאפשר פריקה לרמת טעינה של 45% מקדם הביטחון הוא 2.
ובמקרה הזה 2000 אמפר על 12 וולט.

ואם רוצים לחשוב על 18650ו21700 או ליתיום-יון צריכים לוודא שיהיה לנו מערכת טעינה מתאימה, קירור מתאים ולוודא שיש ביטוח טוב כי אם נעשה טעות זה יהיה בערך כמו להשאיר נוט ללא השגחה בתחנת דלק.

וכן אני יודע שליותיום-יון אמור להיות מיועד להחלפה ללא דאגה עבור כל מצבר VLRA אחר, רק שכאשר משהוא כושל במערכת המצבר (מצברי ליתיום-יון אמורים להכיל בקר בקוד סגור) זה מסמן בסימני עשן לשאר הבניין מה הולך לקרות בזמן הקרוב.

עכשיו נכנס המשקל לתמונה -

יחידה של 500 אמפר 12 וולט של AGM שוקלת 180 קילוגרם.  (חיבור טורי של 6 יחידות של 2 וולט)

יחידה של 500 אמפר 12 וולט של עופרת-חומצה (שודרש אחזקה ) שוקלת 140 קילוגרם. (חיבור מקבילי של 5 מצברי 100).

יחידה של 500 אמפר 12 וולט של מצבר ליטיום-יון משקלה 65 קילוגרם. ( חיבור מקבילי של 5 מצברי 100). - דרוש בקר טעינה מיוחד אבל המצברים הקודמים ב UPS היו מסוג AGM יש סיכויי טוב שלא יהיה שום צורך בהתקן אחר.

בנייה של 500 אמפר 12 וולט מסוללות 18650 - באזור ה 50 ק"ג (משקל ממוצע של 18650 הוא כ 45 גרם חיבור מקבילי של 333 יחידות כל אחת של 3.7 וולט.משקל נוסף לאריזה , בקרים ליחידות) - דורש בקר. (זו הסוללה הפופלארית לבנייה של מערכות כמו ה tesla wall)

בנייה של 500 אמפר 12 וולט מסוללות 21700 - באזור ה 40 ק"ג (משקל ממוצע של 100 גרם , חיבור מקבילי של 119 סוללות. משקל נוסף לאריזה , בקרים ליחידות)  - דרוש בקר - זו הסוללה החדשה שקשורה ל GigaFactory של טסלה.

ואם חיים בסרט אפשר לבנות מ super capacitors אבל נראה לי שאז אפשר להשכיר כמה חדרים בשביל סדר של 500 אמפר.

(*) כאשר ציינתי בנייה (הוספתי משקל למה שאני מעריך יהיה לציוד הנוסף פרט למה שידוע).

(*) יש הרבה אנשים שמחברים סוללות 18650 וחבריו מלחימים ולא ממש מתייחסים לצורות הטעינה המתאימה וההגנות, יש שם כל כך הרבה דברים שיכולים ללכת פייפן, אני אישית אומר פשוט לא.

באל פסקים שראיתי היו שני "שיטות" לחבר את המצברים:

כמגירה נשלפת (שדורשת שלושה אנשים בשביל להכניס מערכת חדשה)
כמספר טרמנילים אליהם ניתן לחבר מצברים.

אורך החיים של המצברים -

לכל מצבר יש אורח חיים (מדף ) וכמות שימוש, ככל ניתן לצפות כשלוש שנים או 500 טעינות (המוקדם מבניהם) עבור עופרת חומצה , חלק מה AGMים 6 שנים ומעלה. ניתן להאריך את אורך החיים ע"י שימוש במקדם בטיחות, למנוע עבודה בטמפ' גבוהה מהוראות היצרן שימוש בטעינה רב שלבית ושימוש לפי מקדם ה20 שעות.

ניתן לצפות לירידה בטעינה לאורך זמן (ללא שימוש) בכלל זו הסיבה למה מחברים פאנל סולארי בשביל להחזיק רמת טעינה.

מטענים -
ככל עדיך להשתמש באותו סוג המצברים שהUPS משתמש בו כבר (בשביל שלא יהיה צורך לרכוש מטען מצברים מתאים).

כאשר מתח המצבר יורד מרף מסויים לא בטוח שהמטען של ה UPS יוכל להטעין זאת (חלק לא מסוגלים להטעין מתחת למתח של 10 וולט כאשר מדובר על מצברי 12V).

יש מצברים חיצוניים שכן מסוגלים לטעון מחדש מצברים כאלה.

מתח מערכת ה DC שלנו - זה צריך להגיע מUPS שלנו אבלככל אצבע,
על כל 1000W עולים למדרגה הבאה.
עד 1000W צריכה 12Vdc זה בסדר.
עד 2000W עדיף כבר שיהיה 24V.
מעל 2000W עדיף שיהיה כבר48V.

את ה UPS בוחרים לפי צריכת  + 30% (זה גם בערך מה שעושים כאשר בוחרים גנרטור להפעיל את המערכת).

אמנם עלות המצברים (והממירים/מטענים) תהיה גבוהה יותר הזרם יהיה נמוך יותר,יוציאו פחות חום והקבלים שנצטרך יהיו דקים יותר.

כל זה טוב ויפה כל עוד אנו יכולים לחבר מצברים ל UPS שלנו, אבל מה קורה אם אנו מתכננים לבנות UPS מאפס ?

פה נכנס מהנדס החשמל שלנו לתמונה כדי שיאשר את העבודה, אנו נצטרך לוודא חיבור להארקה מתאימה, לבחור סוג המטען וסוג ממיר המתח, לחבר התקנים שיגנו על מהערכת שאנו צריכים (כמו למשל להעיף רעש ) או למנוע פיצוץ מראש.

אני מאמין שכאשר בוחרים ממיר מתח צריך (עדיף) לקחת משהוא שמוציא גל סינוס טהור ולא גל סינוס מדומה אם יש צרכנים רגישים - כמובן שאפשר ללכת על גל סינוס מדומה אבל אז לא צריך להתמודד עם קבלים שהולכים פייפן ביחדת המזגן, שהמקרר הולך פייפן, או דברים שיתחממו ויהרסו.

די חשוב לדעת שלא כל מה שסינוס מדומה זהה, יש כאלה שיש להם יותר או פחות מדרגות.

אפשרות חלקית לפתור את הבעייה היה שימוש באל פסק זול שתדר המוצע שלו הוא גל סינוס טהור לפני הציוד שדורש סינוס טהור (מקרר, מזגן וכו').

אז אם ממיר המתח שלנו הוא 6kW/(peak 8kW) ניתן לחבר ממיר סינוס טהור של 2kW/(peak 4kW) למזגן (אם הצריכה בזמן הפעלתו נמוכה נ3600 וואט). כן נכון שחלק מהממירים לא יציגו כל עדות לנזק כאשר נמשוך מהם לרגע צריכה גבוהה יותר ממה שהם מציינים , זה לא הופך את הפעולה הזאת לבטוחה או תקינה.


לכל מזגן יש את המקדם שלו של כמה הוא יצרוך בעת הפעלה, אפשר לקבל חלק מהמידע הזה מהדירוג של המנוע שלה -  (שמעתי על כאלה שהם פי 6LRA A to F וכאלה שהם פי 2 ).

אז למה לא גנרטור ?

גנרטור לא מושתק של 7kW וכ 100 ליטר דלק יעלה פחות מאשר ממיר מתח + מטען + מצברים + עלות החשמל הדרושה לטעינה.

ההבדל העיקרי ברמות האספקה האלה  הוא הנחיות החשמל (ככל הידוע לי חיבור כזה מחייב אישור של חברת חשמל ורישום הגנרטור בעוד UPS לא נדרש ברישום באותו רמת וואט).

ככל הידוע לי החיבור עצמו דורש התקנת מפריד,  התקן סנכרון (עבור השוואת מתח, תדר וזווית מופע כאשר יש חיבור במקביל) והתקן להסרת הרמוניות.

גנרטורים ככל דורשים חדר מיוחד, אספקת אוויר וסילוק גזי פליטה, דורשים מקדם הגנה נגד רעידות (ממיר מתח לא מייצר רמת רעידות כזאת). חלק גדול המגנרטורים לא מגיע כלל אם אפשרות הארקה.  והכי חשוב הרעש שהם עושים.

גנרטור "מושתק" יכול לעלות בסדר גודל של פי 2 ויותר מאשר גנרטור שאינו מושתק ואז המחיר יהיה דומה למחיר של אל פסק מבוסס מצברים (עבור אותה כמות המצברים ).

יש מגבלות על איחסון הדלק של גנרטור (אורך חיי בנזין נע בין חצי שנה לשנה בהתאם לייצרן), צריך לדאוג למערכת גילויי וכיבויי אש (חיוג לא נכון לכיבוי אש והקפצה עולה סכום נכבד).

קבלת נתונים -

נכון להיות כמעט כל ה UPSים שעבדתי איתם נתנו ממשק כלשהוא ב SNMP ועבור זה במיוחד קיים ה snmp-ups שאמור לעבוד מול nut.

עבור הUPSים שמתחברים ב USB יש את  הדריבר blazer שניתן להשתמש בו בשביל לקשר אותו ל nut.

אני עומד להחליף UPS ככל הנראה ל APC חדש ונראה מה הוא ייתן.

נ.ב. אני ממש מעריך את עבודתם המדהימה של עובדי התשתיות וחברות החשמל שסיפקו לי את היכלות ללמוד את זה.

2 comments:

  1. הAPC שלך לא עובד עם APCUPSD? הוא GPLv2.

    מהניסיון שלי בתחום הביתי המתחרה של אדוויס EATON משתמש בפרוטוקול usbhid-ups תחת NUT ומשתף פעולה עם upowerd מה שמזהה את האל פסק כבטרייה בדומה לנייד ומאפשר לנהלו על ידי הכלים לניהול בטרייה של מחשב נייד שהם יותר נוחים לניהול ישיר אבל פחות נוחים לניהול מרחוק.

    השבמחק
  2. לאחר שראיתי את תגובתך ,הלכתי למדריך ובאמת APCUPSD אמור לתמוך ב PCNET (פאורשוט) - תודה.

    אני אשתדל לבדוק אם זה לא רק נתמך אלא מאפשר לצרכנים (ולא המערכת המנהלת) ללכת לישון כאשר ה UPS שולח הודעה שצריך לקחת חופשה קצרה.

    PCNET - הוא פרוטוקול קייני בו שרת ה UPS מודיע ברשת כי הוא הולך לנתק צרכנים (ונראה לי הוא אומר איזה שקע/קבוצה אמורה להיות מנותקת בקרוב).

    השבמחק