BẢO DƯỠNG ẮC-QUY TĂNG ĐỘ TIN CẬY CỦA CẢ HỆ THỐNG

Thứ năm ngày 17 tháng 06 năm 2021

Bảo dưỡng ắc-quy tăng độ tin cậy của cả hệ thống

Ở các công trình quan trọng như bệnh viện, trung tâm dữ liệu… nguồn điện bắt buộc phải liên tục, không thể đứt quãng dù chỉ một giây. Ngoài nguồn cung cấp chính từ lưới điện, các nguồn điện thứ cấp khác cũng phải luôn ở trạng thái sẵn sàng, có thể khởi động bất kỳ lúc nào khi bị mất điện.

Các  nguồn thứ cấp thường dùng nhiều hiện nay có thể phân làm 02 loại:

• Nguồn điện dự phòng khẩn cấp: lưu trữ trong các bình ắc-quy.
• Nguồn phát điện dự phòng: một loại thiết bị có thể chuyển hóa các dạng năng lượng khác thành điện năng, thường gặp nhất là máy phát điện.

Hai loại nguồn điện này khác nhau ở thời điểm và thời lượng hoạt động. Máy phát cần một khoảng thời gian để chuyển từ trạng thái “ngủ đông” sang hoạt động, nhưng cung cấp nguồn điện ổn định trong thời gian dài, có thể là cả ngày. Ắc-quy có thể cấp điện ngay khi điện lưới bị ngắt, nhưng do kinh phí đầu tư rất lớn nên chỉ hoạt động trong thời gian ngắn (tối đa khoảng nửa tiếng) trong lúc chờ máy phát khởi động.

Nhờ ưu thế cấp điện tức thì, hệ thống ắc-quy đóng vai trò quan trọng hơn so với máy phát, và phải đảm bảo luôn sẵn sàng bất kỳ lúc nào. Lẽ dĩ nhiên, bất cứ sản phẩm nào muốn hoạt động lâu dài và hạn chế hỏng hóc đều cần được bảo dưỡng định kỳ.

Đối với ắc-quy, mục đích bảo dưỡng là kéo dài tuổi thọ và đảm bảo ắc-quy hoạt động đúng theo thiết kế ban đầu. Cần kiểm tra để nắm bắt bất kỳ dấu hiệu bất thường nào có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của ắc-quy. Ngoài ra, việc lắp đặt ắc-quy trong môi trường tuân theo các khuyến nghị của nhà sản xuất cũng rất quan trọng.

Những loại ắc-quy phổ biến:

Có nhiều loại ắc-quy có thể đảm nhận vai trò cung cấp điện, phổ biến nhất là loại axit chì và nickel-cadmium (NiCd). Tiêu chuẩn về hệ thống điện khẩn cấp và dự phòng NFPA 110 định nghĩa hai loại ắc-quy axit chì:

• Ắc-quy FLA (Flooded lead-acid): thường gọi là ắc-quy “ướt”, là loại ắc-quy axit chì bao gồm các điện cực chìm trong dung dịch điện phân. Ắc-quy FLA có khe để bổ sung nước, có một lỗ thông hơi cho phép khuếch tán bớt khí hydro và oxy sinh ra từ phản ứng điện phân, hạn chế nguy cơ cháy nổ khi gặp nguồn lửa từ bên ngoài.
• Ắc-quy VRLA (Valve-regulated lead-acid): thường gọi là ắc-quy “khô”, có cấu tạo gần giống FLA, cũng gồm các tấm điện cực chìm trong dung dịch điện phân nhưng đã được niêm phong kín cùng với một van để thông hơi trong trường hợp áp suất khí bên trong ắc-quy cao hơn áp suất bên ngoài. Do được niêm phong nên VRLA có thể lắp đặt theo nhiều hướng, khác với FLA chỉ có một chiều đứng.
• Mặc dù tiêu chuẩn NFPA 110-2010 chấp nhận sử dụng ắc-quy NiCd, nhưng không cung cấp định nghĩa cho loại ắc-quy này. Định nghĩa có thể được tìm thấy trong tiêu chuẩn IEEE 1106-2015:
• Nickel-cadmium: Khí oxi sinh ra bên trong tế bào sẽ tái tổ hợp với hydro nhằm hạn chế sự gia tăng khí hydro và dẫn đến hạn chế sự tiêu hao nước theo thời gian.

Phương thức kiểm tra:

Việc bảo dưỡng ắc-quy cần đặc biệt chú trọng. Khi được bảo dưỡng thường xuyên, ắc-quy sẽ hoạt động đúng theo thiết kế ban đầu, đảm bảo nguồn điện liên tục để hỗ trợ an toàn các hệ thống quan trọng, và cũng để kéo dài tuổi thọ hệ thống, giảm chi phí vận hành.
Kiểm tra là bước đầu tiên khi bảo dưỡng. Đây là bước rất quan trọng giúp kỹ thuật viên nhận biết nguyên nhân và nguồn gốc của vấn đề. Phương thức kiểm tra đã được IEEE phát triển và ban hành trong các bộ tiêu chuẩn riêng cho từng loại ắc-quy.

1. Ắc quy FLA (ắc quy “ướt”):

Đối với loại ắc-quy này, cần thường xuyên tiến hành kiểm tra. Nhân viên có thể dựa theo tiêu chuẩn IEEE 450-2010 để dễ dàng thiết lập một quy trình bảo dưỡng chuẩn xác. Theo IEEE 450-2010, công việc kiểm tra nên được thực hiện thường xuyên hàng tháng, hàng quý và hàng năm. Mỗi giai đoạn kiểm tra sẽ có những công việc cụ thể riêng. Sau đây là những bước cần thực hiện khi kiểm tra hàng tháng.

Kiểm tra trực quan:

• Điều kiện môi trường. Các khu vực (phòng) càng sạch càng tốt để bụi bẩn không bao phủ các tế bào ắc-quy.
• Kiểm tra các vết nứt. Bước này rất quan trọng vì một vết nứt ở lớp vỏ ngoài cũng khiến dung dịch điện giải bị rò rỉ và ắc-quy sạc xả liên tục.
• Mức dung dịch điện giải. Nếu dung dịch điện giải sụt giảm đáng kể đồng nghĩa trọng lượng riêng của dung dịch điện phân tăng lên, ảnh hưởng đến tuổi thọ ắc-quy.
• Đầu cực bị ăn mòn. Sự ăn mòn tại đầu cực ắc-quy làm tăng điện trở, dẫn đến sụt giảm dòng điện cung cấp bởi hệ thống ắc-quy.

Thực hiện các phép đo:

• Đo điện áp thả nổi (float voltage) ở hai đầu cực. Nếu kết quả đo điện áp thả nổi vượt quá  phạm vi đề nghị của nhà sản xuất, sẽ ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ ắc-quy.
• Đo độ thông thoáng và nhiệt độ phòng. Nhiệt độ quan trọng vì ảnh hưởng tuổi thọ ắc-quy. Độ thông thoáng giúp thổi khí hydro tản đi, vì nồng độ hydro trong không khí cao sẽ làm tăng đáng kể nguy cơ cháy nổ.

Đối với IEEE 450-2010, kiểm tra trực quan hàng tháng là đề xuất chung cho bất kỳ hệ thống nào. Còn NFPA 110 yêu cầu phải kiểm tra hàng tuần cho các hệ thống điện khẩn cấp và dự phòng. Việc kiểm tra hàng quý sẽ bao gồm các phép đo sau:

• Điện áp của mỗi tế bào. Điện áp thấp hơn đề xuất của nhà sản xuất có thể ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ ắc-quy.
• Trọng lượng riêng chất điện giải của mỗi tế bào. Một điều cần nhớ là trọng lượng riêng của chất điện giải sẽ tăng lên ở mỗi lần sạc đầy. Do đó, nên đo tại ba vị trí: đỉnh, đáy và ở giữa của tế bào, rồi lấy giá trị trung bình. Nếu không thể đo tại ba vị trí, thì xem xét giá trị ở gần điểm giữa nhất.
• Nhiệt độ chất điện giải của một vài tế bào. Nếu ta có một hệ thống ắc-quy 120 V và 60 tế bào, chỉ cần kiểm tra 06 trong số đó là đủ. Nhiệt độ tốt nhất nên bằng với khuyến cáo của nhà sản xuất. Nhiệt độ cao sẽ làm tăng điện áp thả nổi, khiến quá trình điện phân suy giảm, sinh ra nhiều khí hydro và oxi hơn. Tương tự, nếu nhiệt độ thấp, điện áp thả nổi cũng sẽ thấp, kéo dài quá trình sạc ắc-quy

Việc kiểm tra hàng năm thực hiện tương tự kiểm tra hàng quý. Sau khi kiểm tra, ta nên phân tích và đánh giá các thông số để có biện pháp khắc phục nếu có hiện tượng bất thường. Mỗi hiện tượng bất thường sẽ có giải pháp xử lý cụ thể, và có thể tham khảo bảng thống kê các hiện tượng và cách xử lý thường gặp. Tuy nhiên, ngoài các hiện tượng chung đối với tất cả các loại ắc-quy, sẽ có một vài hiện tượng đặc biệt chỉ xuất hiện ứng với từng loại ắc-quy.

2. Ắc quy VRLA (ắc quy “khô”):

Ắc-quy VRLA hiện đang rất phổ biến, được gọi là ắc-quy “không cần bảo dưỡng”, do được niêm phong và sử dụng “công nghệ tái tổ hợp”. Ắc-quy được niêm phong đảm bảo cố định dung dịch điện phân sẽ nằm trong ắc quy, không chảy ra ngoài. Công nghệ tái tổ hợp được hiểu là oxy giải phóng ở cực dương đi đến cực âm, tại đó sẽ tái kết hợp với hydro và biến thành nước. Quá trình này sẽ bảo tồn nước bên trong ắc-quy.

Tương tự ắc-quy FLA, IEEE cũng phát triển một bộ tiêu chuẩn dành riêng cho VRLA - tiêu chuẩn 1188-2005. Mặc dù ắc-quy VRLA đã được niêm phong kín, nhưng vẫn luôn có nguy hiểm trong quá trình lắp đặt và bảo dưỡng. Chỉ những nhân viên được đào tạo và am hiểu mới nên thực hiện công việc này. Tất cả nhân viên phải sử dụng thiết bị bảo hộ cá nhân như kính bảo hộ, găng tay, giày cách điện… khi làm việc với ắc-quy.

Cũng như ắc-quy “ướt”, kiểm tra là một phần quan trọng trong việc bảo dưỡng, và cũng được IEEE khuyến nghị nên thực hiện kiểm tra hàng tháng, hàng quý, và hàng năm. Việc kiểm tra hàng tháng cho ắc-quy VRLA tương tự FLA, bao gồm:

• -Kiểm tra trực quan: điều kiện môi trường, các vết nứt và sự ăn mòn tại các đầu cực.
• Đo các thông số: Điện áp thả nổi ở hai đầu cực, dòng điện thả nổi, độ thông thoáng và nhiệt độ phòng.
• Đối với VRLA, việc kiểm tra hàng quý sẽ cần đo kiểm các thông số phức tạp hơn.
• Giá trị Ohm nội tại của tế bào. Nếu các giá trị ohm thay đổi đáng kể (30  - 50%), nên tiến hành thay thế ắc-quy.
• Nhiệt độ ở cực âm của mỗi tế bào so với tế bào khác. Nếu chênh lệch nghĩa là mức sạc đang cao.
• Điện áp từng tế bào. Điện áp thấp kéo dài đồng nghĩa có vấn đề xảy ra bên trong, và sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ ắc-quy.

Cuối cùng, kiểm tra hàng năm sẽ giới hạn các thông số đo sau:

• Điện trở tế bào với tế bào và cả bình ắc-quy. Nếu giá trị cao hơn 20% so với thông thường, cần thực hiện các hành động khắc phục, chẳng hạn như làm sạch các kết nối.
• Dòng gợn của bộ sạc làm ảnh hưởng đến nhiệt độ ắc-quy.

3. Ắc quy nickel-cadmium (NiCd):

Loại ắc-quy này cũng có các bản cực chìm trong dung dịch điện phân. Cực dương làm bằng niken hydroxit và cực âm là cadmium hydroxit. Loại ắc-quy này có các đặc điểm nổi trội sau:

• Số chu kỳ sạc xả cao.
• Có thể sạc rất nhanh.
• Tuổi thọ dài.

Tuy nhiên, bỏ qua giá thành tương đối cao, loại ắc-quy này vẫn có những hạn chế về kỹ thuật sau:

• Ắc-quy NiCd có điện áp thấp (chỉ 1,2V thay vì 2V như ắc-quy axit chì). Đây có thể là vấn đề đối với không gian lắp đăt. Một hệ thống 120V cần 60 tế bào axit chì, nhưng NiCd cần 100.
• Cadmium rất độc hại, do đó rất khó để tiêu hủy khi ắc-quy hỏng hóc.
• Ắc-quy NiCd có “bộ nhớ”, nghĩa là “nhớ” mức xả cuối  cùng và không xả thêm nữa. Do đó, ắc-quy Ni-Cd cần được xả cạn để mất đi điểm nhớ và sau đó sạc đầy lại.