שאלה נפוצה בתפעול דאטה סנטרים: לאחר כמה שנות שירות, בדיקה שגרתית מגלה תא נפוח אחד במחרוזת סוללות UPS. המתח שלו נמוך, אבל שאר התאים נראים תקינים. האם אפשר להחליף רק את היחידה התקולה, או שצריך להחליף את כל המחרוזת?
התשובה היא כמעט תמיד: להחליף את כל המחרוזת.
מדוע תא אחד שכשל מוביל לעיתים קרובות לפסילת המחרוזת כולה
מחרוזות של סוללות עופרת-חומצה מחוברות בטור. במעגל טורי, הזרם זהה בכל תא, אך המתח, ההתנגדות הפנימית והקיבולת לעולם אינם תואמים באופן מושלם בין התאים. זהו שורש הבעיה.
הבדל בהתנגדות הפנימית
לסוללת עופרת-חומצה חדשה בקיבולת קטנה ובמתח 12V יש בדרך כלל התנגדות פנימית בין 0.015 ל-0.018Ω. בסוללה שפועלת בשטח במשך שלוש עד חמש שנים, ההתנגדות הפנימית יכולה לעלות מעל 0.05 Ω – ולעיתים קרובות הרבה יותר.
כאשר תאים ישנים וחדשים נטענים יחד בטור, מתח הטעינה מתחלק בהתאם להתנגדות הפנימית. התא הישן, בעל ההתנגדות הגבוהה יותר, מקבל מתח גבוה יותר. כתוצאה מכך, התא החדש עלול שלא להיטען במלואו, בעוד שהתא הישן כבר נמצא בטעינת יתר – מתחמם, מאבד מים, מתנפח ומאיץ את הכשל שלו עצמו. במהלך פריקה, המצב מתהפך: ההתנגדות הפנימית הגבוהה יותר של התא הישן גורמת למתח שלו לרדת מהר יותר. המחרוזת כולה נכבית מוקדם בגלל המתח הנמוך של התא הישן, והקיבולת של התא החדש אינה מנוצלת כלל.
אי-התאמה במתח
תקנים למחרוזות סוללות מגדירים את ההפרשים המרביים המותרים במתח מעגל פתוח בין תאים. הפרש המתח בין תא ישן לתא חדש גדול בהרבה מהמגבלה הזו. מנקודת מבט של עמידה בתקנים, ערבוב תאים ישנים וחדשים פשוט אינו מומלץ.
ירידה בקיבולת
הקיבולת השימושית של מחרוזת סוללות נקבעת על ידי התא החלש ביותר שלה. לאחר שלוש עד חמש שנים, הקיבולת של תא ישן עשויה לרדת ל-70–80% מהערך הנקוב שלו, בעוד שתא חדש נמצא ב-100%. במהלך פריקה, התא הישן מתרוקן ראשון ומפעיל את הגנת המחרוזת. לתא החדש עדיין יש אנרגיה לספק, אך הוא אינו יכול להעביר אותה משום שהמחרוזת כבר כבתה.
מכל הסיבות הללו, הנוהג המקובל בתעשייה ברור: אם מחרוזת סוללות עופרת-חומצה נמצאת בשירות יותר משלוש שנים ותא אחד נכשל, יש להחליף את כל המחרוזת. החלפה של תא אחד בלבד עשויה לעלות רק חלק קטן מהחלפה מלאה, אך הסיכונים הנובעים מכך – כשלים נוספים, עלויות תחזוקה גבוהות יותר וזמן השבתה אפשרי – עולים בהרבה על החיסכון קצר הטווח.
במה שונה סוללת ניקל-אבץ?
מה קורה אם הדאטה סנטר משתמש במקום זאת בסוללת ניקל-אבץ? האם אותה בעיה חלה גם כאן?
ההבדל המרכזי הראשון הוא אורך חיי השירות.
לסוללת ניקל-אבץ של Gerchamp （Gerchamp מציעה מגוון דגמי סוללות NiZn ליישומי UPS שונים, כולל 8XNFG90 לצד 8XNFZ38.） יש חיי תכנון של 10–15 שנים, לעומת 3–5 שנים בלבד בסוללות עופרת-חומצה קונבנציונליות.
חיי שירות ארוכים יותר פירושם ביצועים יציבים יותר לאורך זמן. לאחר חמש או שש שנות עבודה, מחרוזת ניקל-אבץ עדיין נמצאת במחצית הראשונה או באמצע מחזור החיים שלה. העקביות בין התאים מבחינת התנגדות פנימית, מתח וקיבולת טובה בהרבה מזו של סוללות עופרת-חומצה באותו גיל. ההסתברות לכשל חמור של תא יחיד נמוכה הרבה יותר.
שנית, מצב הכשל שונה. כאשר סוללות עופרת-חומצה מזדקנות, ההתנגדות הפנימית עולה בחדות והקיבולת יורדת באופן פתאומי. כאשר תא אחד נכשל, המחרוזת כולה קורסת זמן קצר לאחר מכן. לעומת זאת, סוללת ניקל-אבץ הקרובה לסוף חייה מציגה בעיקר עלייה הדרגתית בהתנגדות הפנימית. היא אינה נפתחת למעגל פתוח או מתקצרת בפתאומיות, ואינה מתנפחת, דולפת חומצה או משחררת גזים קורוזיביים כמו סוללות עופרת-חומצה. גם אם הביצועים של תא אחד מתדרדרים, שאר המחרוזת יכולה להמשיך לעבוד – רק הקיבולת הכוללת יורדת. לצוותי התחזוקה יש מספיק זמן לתזמן החלפה מתוכננת, במקום להיקרא לתיקון חירום באמצע הלילה.
כמובן, ערבוב תאים ישנים וחדשים אינו מומלץ בשום כימיית סוללות, כולל ניקל-אבץ. אבל הנקודה המרכזית היא זו: סוללות ניקל-אבץ שומרות על עקביות ארוכת טווח טובה בהרבה. הן אינן מפתחות את הפערים הגדולים הנראים במחרוזות עופרת-חומצה לאחר שלוש או ארבע שנים. המשמעות היא שתרחיש “תא אחד פגום” מתרחש מאוחר הרבה יותר – ולעיתים רחוקות הרבה יותר – במחזור החיים של סוללת UPS מניקל-אבץ.
מסקנות מעשיות למפעילי דאטה סנטרים
אז בחזרה לשאלה המקורית: תא סוללת UPS אחד פגום – מה צריך לעשות?
אם אתם משתמשים בסוללות עופרת-חומצה והמחרוזת בת יותר משלוש שנים: החליפו את כל המחרוזת. לא מדובר בניסיון להגדיל עלויות; זו בחירה רציונלית המבוססת על ניסיון בשטח. כמה מאות הדולרים שתחסכו בהחלפת תא אחד בלבד צפויים לחזור אליכם כהוצאה גדולה פי כמה בעלויות תפעול גבוהות יותר – או גרוע מכך, בהשבתה שניתן היה למנוע.
אם אתם בוחנים טכנולוגיית סוללות אחרת לדאטה סנטר או למתקן AIDC: שקלו ניקל-אבץ. חיי התכנון שלה ארוכים פי שניים עד שלושה מאלו של עופרת-חומצה. לאורך חיי הדאטה סנטר, מספר החלפות הסוללות יורד באופן דרמטי.
מנקודת מבט של עלות בעלות כוללת, לסוללת ניקל-אבץ עשויה להיות עלות ראשונית גבוהה יותר מזו של עופרת-חומצה, אך היא מונעת שתיים או שלוש החלפות מלאות של מחרוזות – ובכך מבטלת לא רק עלויות חומר ועבודה, אלא גם את כאבי הראש של תיאום זמני השבתה. עבור כל מתקן שמעריך אמינות גבוהה ועומס תחזוקה נמוך, ניקל-אבץ היא אפשרות שראוי לבחון ברצינות.