Network PowerCollection

Limited Edition

1Caro Lettore,

Emerson Network Power, da sempre impegnata nella diffusione della cultura tecnica, ha selezionato le tematiche pi richieste dai professionisti del settore che lavorano ogni giorno sugli aspetti applicativi, le problematiche reali e gli sviluppi legati alle infrastrutture critiche.

Grazie allaiuto dei nostri esperti e alle segnalazioni dei nostri clienti, sono stati scelti e approfonditi alcuni argomenti relativi alla continuit elettrica, sistemi di condizionamento tecnologico, rack e manutenzione preventiva.

La raccolta ha dato origine al presente Network Power Collection che, ci auguriamo, possa essere un valido strumento di aggiornamento e di riflessione anche per la tua quotidiana attivit professionale.

Buona lettura!

Emerson Network PowerMarket Unit Italia

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A cura di/editorEmerson Network Power - Italia

Finito di stampare/End of printingSettembre/September 2013

Tutti i diritti riservati/All rights reserverdNessuna parte di questo libro pu essere riprodotta o trasmessa in qualsiasi forma o con qualsiasi mezzo elettronico, meccanico o altro senza lautorizzazione scritta dellEditore.

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3INdICE

CoNtINuIt dEllalImENtazIoNE ElEttrICa

1 Guida alla scelta del gruppo statico

di continuit Pag. 5

2 UPS e trasformatori Pag. 19

3 Regimi anomali di funzionamento degli UPS Pag. 25

CoNdIzIoNamENto tECNologICo E rIsParmIo

ENErgEtICo

1 Migliorarelefficienzadiundatacenteresistente:

5 possibili soluzioni di Thermal Management

a confronto Pag. 31

2 3 Strategie per tagliare i costi

energetici di un data center grazie a una

maggioreefficienzadelcondizionamento Pag.41

3 Risparmio energetico e free-cooling Pag. 51

sIstEmI raCk

1 I sistemi rack: da banali armadi a componenti

importanti di sale server e data center Pag. 57

sErvIzI

1 Limportanza della manutenzione preventiva

per i dispositivi mission-critical Pag. 65

2 Guida: le batterie nei gruppi statici

di continuit Pag. 77

3 Efficienzaenergeticaneidatacenter:

tecnologie e metriche a supporto Pag. 91

aPProfoNdImENtI It

1 Creare uninfrastruttura IT che si adatti

al business Pag. 101

2 Qual il tuo piano per la crescita? Pag. 107

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2GUIdA: LE BATTErIE

NEI GrUPPI STATIcI

dI cONTINUIT

INtroduzIoNE

Secondo lElectric Power research Institute, il 98% di tutte le interruzioni dicorrente dura meno di 10 secondi. Se in quei 10 secondi le batterie del sistema UPS che supporta la rete non funzionano correttamente, la perdita economica che ne deriva potrebbe essere di migliaia di euro. Nei sofisticati sistemi Ac Power odierni le batterie rappresentano il componente meno avanzato a livello tecnologico. Proprio per questo motivo la loro importanza spesso sottovalutata dagli operatori del settore. Questo un grave errore in quanto un guasto alla batteria spesso la causa primaria della perdita di carico: laccumulatore infatti il componente dellUPS che pi di tutti risulta soggetto allusura e allet ed responsabile del 37% dei guasti al gruppo di continuit. Una perdita di carico in qualsiasi punto della rete pu avere effetto sullintera operazione, con serie conseguenze sullattivit dellazienda. dati gli elevati costi di un downtime, non va sottovalutata la necessit di prestare unattenzione particolare alla protezione del sistema che supporta le reti critiche. capire come conservare e gestire le batterie dellUPS pu quindi non solo prolungarne la durata, ma anche evitare costosi tempi di fermo. Test abituali e periodici sono dunque essenziali per valutare lintegrit del sistema e prevedere eventuali malfunzionamenti.Il presente documento mira a fornire unapanoramica delle informazioni tecniche necessarie a gestire le batterie degli UPS, in modo da estenderne laspettativa di vita e risparmiare tempo e possibili problemi in futuro.

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Definizioni

Una batteria (o accumulatore elettrico) un sistema che immagazzina energia sot-to forma di carica elettrica e la restituisce quando richiesta (nella stessa forma o in unaltra). Le batterie di accumulatori stazionari sono la sorgente di energia di riserva pi adeguata per lapplicazione nei sistemi statici di continuit. La cella lunit fon-damentale dei dispositivi elettrochimici.Un blocco di batteria (o mono-blocco) il termine commerciale usato per indicare una serie di celle.

Batterie in serie e in paralleloLa batteria composta da uno o pi bloc-chi di celle collegati in serie o in parallelo. La scelta di quale metodo utilizzare dipen-de dalle esigenze del circuito che si deve realizzare.

Le batterie collegate in serie (collegando il polo negativo della prima con il polo positivo della seconda e cos di seguito) forniscono una corrente elettrica dove la tensione data dalla somma delle tensio-ni di ogni batteria ma la corrente disponi-bile resta quella di una singola cella.

Il collegamento in parallelo (tutti i poli ne-gativi di ogni batteria sono collegati ad un conduttore e tutti i poli positivi ad un se-condo conduttore) fornisce una corrente elettrica (da prelevare sui due conduttori) in cui la tensione uguale a quella di una sola batteria e la corrente la somma del-le correnti.

Caratteristiche costruttive degli accumulatori vrla

PiastreLe batterie sono prodotte spalmando la materia attiva (detta anche pasta) su una griglia di piastre positiva e negati-va che poi converte lenergia chimica in energia elettrica. Le piastre devono esse-re in grado di soddisfare i tipici regimi di scarica degli UPS. Quindi devono essere ad elevato spessore e le griglie devono es-sere realizzate con una lega di piombo in grado di garantire alle piastre unottima resistenza alla corrosione. Le piastre ne-gative degli accumulatori sono normal-mente del tipo a griglia impastata.

Piastre di un accumulatore.

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Contenitori e coperchicontenitori (vasi) e coperchi costruiti in ABS resistente agli urti e ritardante la fiamma secondo la normativa UL94 classe V-0 e IEc 707, metodo FV0. Essi devono essere progettati in modo tale da sop-portare pressioni interne pari ad almeno cinque volte la pressione di apertura delle valvole di sfiato.

ElettrolitoNei tipi di accumulatori al piombo VrLA, lelettrolito una soluzione acquosa di acido solforico alla densit compresa tra 1,250 e 1,290 Kg/dm3 a 20c, con carat-teristiche di purezza adeguata.

separatoreI separatori usati rappresentano uno dei componenti fondamentali degli accumu-latori a ricombinazione. Si deve garanti-re che non vengano introdotte sostanze estranee e dannose al funzionamento dellaccumulatore. Il separatore anche caratterizzato da una resistenza interna molto bassa che conferisce agli accumu-latori unottima attitudine alle scariche rapide. I separatori avvolgono comple-tamente e isolano tra di loro le piastre di opposta polarit.

valvoleOgni singolo elemento corredato di una valvola unidirezionale in gomma, la cui pressione di apertura deve essere almeno pari a 0,3 atmosfere (30 kpa).

terminaliI terminali servono a facilitare il colle-gamento tra i singoli monoblocchi con lamelle o cavetti con capocorda e mini-mizzare le cadute di tensione. Il passag-

gio dei terminali attraverso il coperchio realizzato in modo tale da garantire la sigil-latura ermetica fra terminale e coperchio, le connessioni interne fra gli elementi di un monoblocco sono saldate elettricamente attraverso i setti di separazione cos da ren-dere minima la caduta di tensione al pas-saggio di corrente e garantire la completa impermeabilit tra elementi contigui.

Qual il ruolo della batteria in un gruppo di continuit?

In un UPS le batterie sono la fonte di ener-gia immediata in caso di fuori tolleranza dei parametri di ingresso o di mancanza di rete. Esse infatti garantiscono la continui-t dellalimentazione fornendo energia allinverter (per il tempo necessario) quando manca la rete di alimentazione. E dunque indispensabile che esse siano sempre collegate e cariche per poter con-tare sul loro corretto funzionamento.

Tipicamente la batteria varia a seconda dellapplicazione, del carico protetto e delle prescrizioni a livello normativo. Lo scopo principale della batteria quello di sopperire alle microinterruzioni, alle in-terruzioni brevi o di media durata, oppure,

Guida: le batterie nei gruppi statici di continuit

Valvola

Piastra

Griglia

Separatorecontenitore

coperchio

TerminaleEstruso di connessione

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in caso di presenza di un gruppo elettro-geno connesso alla rete, agevolare la sua inserzione una volta esaurito il transitorio. La batteria utile per agevolare lo shut-down automatico dei carichi informatici in caso di interruzioni prolungate della rete.

Schema UPS con architettura a doppia conversione in funzionamento da batteria

Classificazione delle batterie

dal punto di vista della composizione chi-mica, le batterie pi utilizzate sono: Alpiombo:lepiutilizzatepergliUPS,

dove le piastre sono in piombo e lelet-trolita una soluzione di acido solforico e acqua distillata.

Alnichel-cadmio:dovelepiastreposi-tive sono di ossido di nichel trivalente, gli elettrodi negativi sono di cadmio o ferro e lelettrolita idrossido di po-tassio; sono adatte per ambienti parti-colarmente critici con temperature di esercizio che possono variare da -40 a +60c.

Agliionidilitio:cheoffronounabuonaresistenza alle alte temperature e alta densit di potenza erogata.

dal punto di vista della tecnica costrutti-va, le batterie pi utilizzate sono le: Batterie a ricombinazione, in cui gli

accumulatori possono sopportare le correnti di corto circuito riportate nella varie tabelle fornite dai costruttori per la durata di 1 senza danneggiarsi.

Batterieavasoapertooaelettrolitoli-bero (ELI), in cui gli accumulatori sono provvisti di un foro di riempimento che permette di ricompensare la diminu-zione della riserva delettrolito libero tramite aggiunta dacqua distillata de-mineralizzata

Batterie VRLA (Valve Regulated LeadAcid), meglio note come batterie erme-tiche: sono regolate a valvola e spesso fornite con i sistemi statici di continuit.

Gli accumulatori a VrLA sono a bassissi-ma emissione di gas e quindi installabili in aree accessibili alloperatore.

Ad oggi la tecnologia pi usata laccu-mulatore al piombo acido di tipo VrLA, ovvero stazionarie al piombo-acido rego-late a valvola.In modo impreciso, spesso questo tipo di batteria viene definito ermetico per dif-ferenziarsi dal tipo a vaso aperto. Tuttavia, come si evince dalla definizione stessa, non sono batterie completamente erme-tiche perch esiste una valvola per regola-re il deflusso di idrogeno che viene prodot-to durante il funzionamento in carica e, in misura minore, durante quello in scarica.Vengono definite prive di manutenzione in quanto sono strutturate in contenitori chiusi in cui sono accolti sia le piastre al piombo che lelettrolita acido. costrut-tivamente parlando, sono paragonabili come involucro a quelle utilizzate per lav-viamento di autovetture, con la differenza che hanno un funzionamento stazionario compatibile coi regimi di scarica degli UPS, quindi con una curva di risposta co-

By-Pass manuale

CA/CC/CC CC/CAIngresso rete

Ingresso rete

Uscita

C.S.

Batterie

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stante allinterno dei parametri presta-biliti, a differenza delle altre che devono fornire grandi spunti di energia per i brevi periodi dellaccensione.In generale, entrambe le soluzioni sono a bassissima emissione di gas e sono quindi installabili in aree accessibili alloperatore (come da norme cEI EN 62040-1). Linstallazione delle batterie VrLA pu es-sere prevista allinterno di appositi armadi oppure su idonei scaffali.

Caratteristiche funzionali

CapacitLa capacit di un accumulatore, espressa in Ah, la quantit di elettricit che esso in grado di fornire durante la scarica. Que-sta grandezza dipende, a parit di confi-gurazione, dal regime di scarica e dalla temperatura e tensione di fine scarica. Per gli accumulatori tipicamente usati in Eu-ropa la capacit riferita al regime di sca-rica di 10 ore alla temperatura di 20c. La capacit si misura scaricando la batteria ad una corrente costante fino a quando non raggiunge un determinato voltaggio, definito come tensione di fine scarica, che per le VrLA di 1,7 Volt. Il valore si misura moltiplicando la corrente di scari-ca per il tempo richiesto a raggiungere la tensione di fine scarica. La capacit della batteria varia in base al tasso di scarica: quanto pi alto questultimo tanto pi

bassa la capacit della cella.

Comportamento al corto circuitoGli accumulatori possono sopportare le correnti di corto circuito riportate nelle varie tabelle fornite dai costruttori per il tempo dichiarato senza danneggiarsi.

resistenza internaLa resistenza elettrica di un accumulatore al piombo, dipende essenzialmente dal tipo di isolamento interno e dallo stato di carica. La resistenza interna degli accumu-latori allo stato completamente carico a 20c oscilla su valori attorno a 1 20 m.

sviluppo del gasLe migliori batterie ermetiche hanno unelevata efficienza di ricombinazione (>di98%)elosviluppodigasinelementia 20c in normali condizioni operative praticamente trascurabile.La quantit di gas (costituito prevalente-mente di idrogeno) che si libera nellaria cos modesta che le batterie VrLA posso-no essere installate in locali o armadi con-tenenti apparecchiature elettriche senza che si determinino in essi pericoli di esplo-sioni. I locali o gli armadi devono comun-que essere provvisti di aperture idonee ad assicurare un adeguato ricambio daria.

funzionamento di batterie in paralleloQuando la capacit richiesta pi alta di quella disponibile dalla singola stringa possibile effettuare il collegamento in pa-rallelo di pi batterie per ottenere la capa-cit desiderata.In tal caso comunque necessario ricor-dare quanto segue:eseguireiparalleliutilizzandoelementi

di uguale capacit, tipo e numero;

Guida: le batterie nei gruppi statici di continuit

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rendereiramiinparalleloilpipossibileuguali e simmetrici tra loro (si intende la lunghezza dei collegamenti), al fine di non provocare disomogeneit nelle correnti;

noncollegarepidiseibatterieinparal-lelo;

noncollegarebatterievecchieconbat-terie nuove.

stoccaggioSe non possono essere subito installate negli impianti, le batterie devono esse-re tenute in locali freschi, puliti e privi di umidit per un tempo non superiore a 3 mesi, senza ricarica.

Cos il limite di vita attesa e quali fattori lo influenzano?

IEEE definisce il limite di vita attesa di una batteria UPS come il momento in cui non pi in grado di erogare l80% della pro-pria capacit nominale in ampere/ora. Quando la batteria raggiunge l80% della propria capacit nominale, il processo diinvecchiamento diventa pi veloce e la batteria deve essere sostituita.determinare quanto durer una batteria pu essere complesso perch spesso ri-sulta difficile distinguere la vita di pro-getto dalla reale vita di esercizio. La prima rappresenta il tempo di vita pre-visto dal produttore sulla base della con-formazione della batteria e della sua ope-rativit, sotto condizioni ideali testate in laboratorio. La vita di esercizio invece tiene conto di tutti i fattori esterni e delle pratiche di manutenzione attuate.

Vi sono vari fattori che influenzano la du-rata complessiva e le prestazioni degli ac-

cumulatori: la temperatura di esercizio e del locale che li ospita, il ciclo di scarica, la modalit con cui vengono maneggiati e la qualit dei sistemi usati per la manu-tenzione.La TEMPErATUrA il fattore che maggior-mente modifica la vita attesa degli accu-mulatori al piombo acido, in particolare dei tipi VrLA; a tal proposito esiste una guida che definisce quanto sia il deterio-ramento per ogni grado centigrado di au-mento della temperatura media.La prestazioni di vita di una batteria per uso stazionario al piombo, a fronte di un uso ad una temperatura massima di 20-25c, tipicamente definita dai parametri della Guida Eurobat in quattro categorie:standardCommercial(3-5anni);generalPurpose(6-9anni);highPerformance(10-12anni);longLife(>12anni).

Per ogni variazione media annuale di 10c sopra la temperatura nominale di 25c, la vita della batteria si riduce del 50%.

molto importante utilizzare la batteria ad una temperatura non molto elevata in quanto un aumento della temperatura desercizio rispetto a quella di progetto,

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anche di solo pochi gradi centigradi, fa si che solo questo parametro contribuisca con percentuali molto elevate a diminuir-ne la durata di vita effettiva.Normalmente si consiglia di installare lUPS in un locale idoneo dal punto di vi-sta della temperatura (tra 15 e 25 c), della ventilazione e della sicurezza dal ri-schio esplosioni, secondo la norma cEI EN 60896-11.

Altro importante elemento di influenza della vita attesa il dETErIOrAMENTO MEccANIcO derivante dal cIcLO dI FUN-ZIONAMENTO: al momento dellinstalla-zione la batteria dispone del 100% della sua capacit nominale, ma ogni scarica e successiva ricarica riduce leggermente la sua capacit. dopo che lUPS stato utilizzato in moda-lit batteria in seguito ad uninterruzione di corrente, questa viene ricaricata per luso successivo. Tale fase si chiama ciclo di scarica.

Nella fase di scarica, una reazione elettro-chimica fa espandere la pasta dentro alla struttura a griglia. Questo comporta una pressione nella struttura che cambia le di-mensioni del materiale posizionato sulla piastra positiva, causando cos la corro-sione della griglia positiva. Ne deriva un aumento delle piastre positi-ve sia in orizzontale che in verticale e il di-stacco della pasta dalla struttura. ci fa si che lelettrolita attacchi la struttura con il passare del tempo. La corrosione aumen-ta cos la resistenza interna della cella e ne riduce la capacit.

Le batterie al piombo a vaso aperto (con controllo del liquido), che utilizzano una

griglia con lega irrobustita di calcio o anti-monio, possono durare fino a 20 anni. Quelle al piombo puro, come le plant e le AT&T a cella rotonda, anche 30 anni.Per le batterie ermetiche non per la cor-rosione la causa principale di guasto per-ch esistono cause che insorgono prece-dentemente: una di queste pu essere, ad esempio, il numero di cicli di scarica. Una batteria tipo pu sopportare da 50-100 scariche profonde (scarica oltre l80% del-la sua capacit) a migliaia di scarsa entit.

ricarica: metodi e tempi

In qualsiasi impianto dove sono inseriti, gli accumulatori rappresentano una riser-va di energia di pronto impiego da utiliz-zare quando se ne presenta la necessit. Per questo necessario che:durante i periodi nei quali gli accumu-

latori non sono chiamati ad erogare energia, essi siano mantenuti in pieno stato di carica mediante carica di con-servazione;

dopo un funzionamento in scarica, gliaccumulatori siano ricaricati comple-tamente per ripristinare la riserva di energia originaria. La ricarica deve esse-re effettuata immediatamente dopo la scarica.

Un accumulatore in ricarica quando si imprime una tensione ai suoi capi supe-riore alla sua tensione a vuoto. La ricarica pu essere effettuata in vari modi, a se-conda del tempo disponibile per la ricari-ca o del tipo di batteria: contensionedicaricaa2,4V/cella;contensionedicaricaavalorediman-

tenimento;caricaa2,7V/cella(caricarapida).

Guida: le batterie nei gruppi statici di continuit

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Per ognuno di questi metodi si possono individuare varie fasi. comunque, per tut-ti i metodi elencati, lultima fase della rica-rica avviene alla tensione di mantenimen-to (o tensione tampone), che dipende dal tipo di accumulatore, dallet e dalla temperatura.La tensione di mantenimento tale da fare circolare una corrente di ricarica che compensa lautoscarica dellaccumulato-re, senza provocare un consumo eccessi-vo di elettrolito. Per non deteriorare il tempo di vita utile della batteria, fondamentale che il di-spositivo carica batterie sia in grado di compensare la tensione di mantenimento in funzione della temperatura.

Il TEMPO dI rIcArIcA il tempo massimo richiesto per ripristinare lo stato di carica della batteria dellUPS successivamente ad una fase di scarica, tenuto conto della capacit di carica installata, per consenti-re una nuova scarica completa a condizio-ni di servizio specificate (cEI EN 62040-1).

La durata della ricarica definita dal tem-po che intercorre dal momento in cui lUPS, dopo una scarica, viene alimentato a valori nominali e il momento in cui la cor-rente verso la batteria raggiunge un valore minimo (specificato dal costruttore).

Questo valore indica che la batteria sta-ta ricaricata ad un valore superiore al 90% della propria capacit (cEI EN 62040-3). La durata della ricarica, per diversi valori di corrente massima assorbita dalla batte-ria (0,1c10 0,15c10 0,25c10), indi-cata dal costruttore.Per effettuare la ricarica degli accumula-tori la procedura che rende massima la

loro vita quella di operare ad una tensio-ne costante identica a quella della carica di mantenimento (2,27 V/cella @ 20c per batterie VrLA e ELA) con una corren-te iniziale massima di carica pari a 0,1c10 Ampere. Operando in questo modo, per ripristinare il 90% della capacit, i tempi di ricarica sono di circa 10-12 ore.

Quali sono i parametri da consi-derare in fase di progettazione?

Uno dei principali fattori da considerare la qualit delle batterie, che influisce sulla loro vita attesa, e la loro capacit.Questultima stabilisce la corrente nomi-nale di scarica ed espressa in amperora: essa definisce la quantit di carica che la batteria pu fornire scaricandosi su una resistenza costante, fino a quando la ten-sione di scarica non raggiunge il valore definito di fine scarica.Inoltre si deve ricordare che statistica-mente le microinterruzioni possono arri-vare a numeri considerevoli, per cui non devono essere tralasciate nel momento della scelta della qualit della batteria. Le piastre e le griglie allinterno dellaccumu-latore devono essere in grado di soddisfa-re i tipici regimi di scarica degli UPS.Un altro parametro fondamentale da ri-levare in fase di progettazione, collegato alla capacit, la temperatura di funzio-namento dellUPS, ovvero del locale bat-terie. Le batterie funzionanti in ambienti a bassa temperatura, subiscono infatti una temporanea diminuzione della capa-cit disponibile e anche della tensione di scarica (i valori normali di capacit e di tensione si ristabiliscono ritornando alla temperatura normale). Un aumento della temperatura della batteria comporta in-

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vece un aumento della sua capacit. Lef-fetto della temperatura sulla capacit dovuto alle variazioni della viscosit e del-la resistenza dellelettrolito (nel grafico si mostra la capacit di un accumulatore in funzione della sua temperatura di eserci-zio). Alle basse temperature la viscosit aumenta e ci riduce il regime di diffusio-ne dellacido nei pori della materia attiva.

monitoraggio, manutenzione e sostituzione delle batterie

In caso di interruzione di corrente, anche solo una cella guasta della batteria pu compromettere lintero sistema UPS e non garantire quindi la necessaria prote-zione. Le performance delle batterie possono essere ottimizzate adottando strategie di gestione proattive, come ad esempio: effettuaredeitestdellacapacitsecon-

do le raccomandazioni IEEE per verifica-re lintegrit della batteria;

effettuare periodicamente dei checkalle batterie sulla base delle indicazioni del produttore;

seguire,quandopossibile,lebestprac-tice sulla manutenzione stabilite dagli standard IEEE;

effettuare un costante monitoraggiodella salute degli accumulatori per evi-tare downtime inattesi;

teneredeglistockdibatterieinsito.

Il modo migliore per determinare lo sta-to di performance di una batteria senza scaricarla utilizzare il sistema di monito-raggio che misura la resistenza interna di tutte le celle. Questa infatti aumenta man mano che la batteria invecchia e perde ca-pacit. Un sostanziale aumento della resi-

stenza allinterno di una cella da consi-derarsi la fine della vita per tutta la stringa della batteria. Anche se la batteria funziona in modo appropriato, importante monitorarla quotidianamente per valutarne leffettivo stato di salute. Tenendo sotto controllo tutti i parametri critici della batteria (il voltaggio delle celle, la resistenza interna, lo storico dei cicli di scarica, il voltaggio complessivo della stringa, la corrente e la temperatura) i monitor permettono di prevenire eventuali problemi, evitando cos di dover sostituire prematuramente le batterie o incorrere in inevitabili guasti.

Lottimizzazione delle performance di funzionamento delle batterie passano anche attraverso la loro regolare manu-tenzione. Le pubblicazioni IEEE (1188 per le VrLA e 450 per le batterie di tipo ELI) ne documentano le best practice, le qua-li includono: prova di accettazione della carica prima dellinstallazione, ispezioni e test di carica durante tutto il ciclo di vita delle batterie.

Purtroppo spesso le best practice ven-gono sostituite dalle pratiche comuni, meno costose. Ai Facility Manager si con-siglia dunque di tenere in considerazio-ne almeno le linee guida del costruttore relative alla manutenzione e le possibili opzioni efficaci dal punto di vista dei costi.

Oltre ad attuare le giuste pratiche di ma-nutenzione e monitoraggio delle batte-rie, importante anche sostituire gli ac-cumulatori guasti o non pi attivi.

Guida: le batterie nei gruppi statici di continuit

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Le batterie perdono capacit man mano che invec-chiano.

Secondo gli standard IEEE, le batterie an-drebbero sostituite quando raggiungono una capacit massima dell80%. Una tipi-ca batteria VrLA arriva a questa capacit di funzionamento in circa 3-5 anni.

E consigliabile tenere uno stock di batte-rie nuove in sito sufficiente a coprire dal 5 al 10% delle batterie (a seconda del tipo) in ogni cabinet. Le batterie in stock invec-chieranno assieme alla stringa principale di batterie e questo render la sostituzio-ne pi rapida e pi stabile per lUPS.

sicurezza del locale batterie

durante il normale funzionamento, gli ac-cumulatori elettrici sviluppano quantit di idrogeno che, emesse nellatmosfera circostante, possono creare una miscela esplosiva se la loro concentrazione supera la soglia del Limite Inferiore di Esplosione (LEL), pari al 4% del volume. A tale scopo unopportuna ventilazione deve essere predisposta per mantenere la concentra-zione di idrogeno al di sotto di questo li-mite di sicurezza.

I luoghi di installazione delle batterie sono considerati sicuri ai fini delle esplo-sioni quando, con ventilazione naturale o forzata (artificiale), la concentrazione di idrogeno viene mantenuta al di sotto di questo limite di sicurezza.

Calcolo della ventilazione (naturale o forzata)

Lallegato M della cEI EN 62040-1 e il pa-ragrafo 8.2 della cEI EN 50272-2 defini-scono i metodi di espulsione dellidroge-no in maniera naturale o forzata, al fine di rimanere al di sotto della soglia del 4%. La minima portata daria per la ventilazione del luogo di installazione di batterie deve essere calcolata con la seguente formula, che definisce Q (portata daria, espressa in m3/h):

Q = 0,05 x N x Igas x Crt x 10-3

dove:N = numero di elementi (da 2 Volt) costi-tuenti la batteriaCrt = capacit c10 [Ah] a 1.80 volt/ele-mento, a 20c. Igas [ma/ah] = corrente che produce gas

Igas, in particolare determinata dalla seguente formula:

Igas = Ifloat/boost x fg x fs

dove:Ifloat = corrente in tampone in condizione di carica totale a una tensione di carica in tampone definita a 20cIboost = corrente in tampone in condizione di carica totale a una tensione di carica ra-pida definita a 20 cfg = fattore di emissione del gas, adegua-mento della corrente allo stato di carica totale che produce idrogenofs = fattore di sicurezza, per tenere conto di elementi difettosi in una batteria e in una batteria invecchiata

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Una volta ottenuto Q, il calcolo pro-cede per quanto riguarda le dimensioni minime delle aperture atte a garantire il ricambio daria in caso di ricambio natu-rale dellaria. La quantit di flusso daria di ventilazione deve essere assicurata preferibilmente mediante ventilazione naturale, altrimenti mediante ventilazio-ne forzata (artificiale). I locali batterie o gli involucri per le batterie richiedono un ingresso e unuscita daria (di valore A) con un minimo di superficie libera della-pertura calcolata dalla seguente formula:

A = 28 x Q

dove Q portata di aria fresca [m3/h].Ai fini di questo calcolo la velocit dellaria si suppone sia 0,1 m/s. Lingresso e lusci-

valori relativi alla ricarica a tampone

Elementi aperti al piombo

Batterie VRLA al piombo

Batterie NiCd

fg

(fattore di emissione del gas)1 0,2 1

fs

(fattore di sicurezza)5 5 5

Ifloat [ma/ah]

(corrente in tampone)1 1 1

Iboost [ma ah]

(corrente tipica in ricarica rapida)4 8 10

Igas [ma/ah]

(corrente che produce gas)5 1 5

ta daria devono essere collocate nel mi-glior modo possibile per creare le migliori condizioni di ricambio daria, ad esempio le aperture dovranno essere su pareti op-poste, distanza minima di separazione di 2 m, quando le aperture sono sulla stes-sa parete. Quando non si pu ottenere un adeguato flusso daria (Q) mediante ventilazione naturale e si ricorre alla ven-tilazione forzata, la norma prescrive che il caricabatterie deve essere interblocca-to con il sistema di ventilazione o deve essere attivato un allarme per assicura-re il flusso daria richiesto in relazione al modo di ricarica scelto.

I valori di Ifloat/boost, fg, fs e quindi di Igas sono stati standardizzati dalla Nor-ma cEI EN 50272-2, come dalla tabella che segue:

Guida: le batterie nei gruppi statici di continuit

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sistema uPs Configurazionebatterie

Portata daria da movimentare

Q [m3/h]

Aperture verso lambiente esterno

A [cm2]

uPs da 10 kva 15 al 100% del carico 1 x 32 x 9 Ah 0.1 2.5

uPs da 40 kva60 al 50% del carico 2 x 32 x 26 Ah 0.5 14

uPs da 200 kva30 al 100% del carico 4 x 40x 75 Ah 3.6 101

uPs da 500 kva10 al 100% del carico 4 x 40 x 100 Ah 4.8 134

di seguito, si riportano alcuni casi tipici di UPS e relative portate daria da movimen-

tare e aperture verso lambiente esterno per la ventilazione naturale:

distanza di prossimit (secondo il par 8.7 della CEI EN 50272-2)

richiamando quanto detto dalla norma cEI EN 50272-2 (par 8.7): Nellimmedia-ta vicinanza della batteria la diluizione di gas esplosivi non sempre assicurata. Per-tanto, deve essere osservata una distanza di sicurezza in aria entro la quale sono vietati dispositivi incandescenti (300 c di temperatura massima superficiale) o che emettono scintille. La dispersione del gas esplosivo dipende dalla rapidit di rilascio del gas e dalla ventilazione in prossimit della sorgente di rilascio. Per il calcolo della distanza di sicurezza dalla sorgente di rilascio (d) si applica la seguente formula, supponendo una di-spersione emisferica del gas:

d = 28.8 .3 Igas .3 Cn .3 N

dove: Igas = corrente che produce gas (mA / Ah). NB: La corrente Igas delle batterie in esa-me presa nel caso di ricarica a tampone ed pari a 1 mA/Ah

Cn = capacit nominale della batteria c10 (Ah)

N = numero elementi della singola bat-teria (in pratica, per una batteria da 12V N=6)

Nei casi presi in esame nella precedente tabella, la distanza di sicurezza quindi calcolata, seguendo la formula citata so-pra, come segue:

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sistema uPs Configurazionebatterie

Distanza di sicurezzad [mm]

uPs da 10 kva 15 al 100% del carico 1 x 32 x 9 Ah 109 mm

uPs da 40 kva 60 al 50% del carico 2 x 32 x 26 Ah 155 mm

uPs da 200 kva 30 al 100% del carico 4 x 40 x 75 Ah 221 mm

uPs da 500 kva 10 al 100% del carico 4 x 40 x 100 Ah 243 mm

In pratica, leventuale pericolo di esplo-sione in un locale batterie limitato alla zona delimitata dalla sfera di raggio d intorno alla valvola della batteria. dati i valori molto bassi della distanza di sicu-

Zona d in ciascun ripiano di batterie racchiuse in armadio.

rezza d (nellordine di qualche centinaio di mm), se le batterie sono del tipo VrLA e racchiuse in armadi, tale distanza soli-tamente gi soddisfatta dal pannello divi-sorio dellarmadio.

N.B. I casi esposti sono degli esempi che possono variare a seconda della taglia dellUPS, della sua dinamica di batteria, della capacit e del modello di batteria. Si consiglia pertanto di fare sempre riferimento a chi propone la configurazione dellUPS per avere dei valori corretti e che facciano effettivamente riferimento alla configurazione di batteria proposta.

Guida: le batterie nei gruppi statici di continuit

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sostanza assorbente da posizionare nel locale batterie secondo il decreto ministeriale n. 20 del 2011

In tutti i locali tecnici (data center, emit-tenti radio televisive, cEd, stazioni ferro-viarie, marittime e aeroportuali, ospedali, istituti bancari e assicurativi, centri com-merciali, aziende manifatturiere, ma-gazzini, ) nei quali, a corredo di un UPS statico, sono installate batterie di tipo stazionario, prevalentemente costituite da elementi con piastre al piombo, e con-seguentemente dalla presenza di acido solforico, il decreto Ministeriale n.20 del 24 gennaio 2011, G.U. n.60 del 14 marzo 2011, dispone che deve essere tenuta a disposizione una quantit di sostanza as-sorbente e neutralizzante sufficiente ad estinguere completamente lelettrolito contenuto in almeno 2 elementi compo-nenti la batteria, per ciascuna batteria in-stallata. Il quantitativo di soluzione acida conte-nuto nellelemento dovr essere attesta-to dal fabbricante. Per le batterie di tipo stazionario (applicazioni UPS), il decreto identifica chi deve ottemperare a quanto richiesto:In tutti gli ambienti destinati a contenere stabilmente concentrazioni di accumula-tori al piombo acido (sala batterie) deve essere tenuta a disposizione una quantit di sostanza assorbente e neutralizzante (testata e certificata dagli Enti e/a istituti specificamente preposti Ispesl, laborato-ri universitari, ecc.) sufficiente ad estin-guere completamente tutto lelettrolito contenuto in almeno due degli elementi componenti la batteria, per ciascuna bat-teria installata. Il quantitativo di soluzione

acida contenuto nellelemento, espresso in litri, dovr essere attestato da una di-chiarazione del fabbricante . Per identificare la quantit di sostanza as-sorbente/neutralizzante si dovr pertanto stabilire il volume di soluzione acida di cui si in possesso (elettrolito contenuto in almeno due degli elementi componenti la batteria, per ciascuna batteria installata), facendo riferimento alle informazioni for-nite dal costruttore di batterie.

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