Kapalı tip VRLA aküler kullanılsa bile kurşun asit akü odası tehlikeli bölge midir?

Odanın tamamı genellikle tehlikeli bölge değildir, ancak hücrelerin çevresindeki küçük bir hacim her zaman öyledir. IEC 62485-2'ye (EN IEC 62485-2) göre havalandırılan bir kurşun asit akü odası normalde tehlikeli olmayan bölge olarak ele alınır; hidrojenin şarj sırasında yanıcı bir konsantrasyona ulaşabildiği yer ise hücre tıpalarının yakın çevresidir. Valf regüleli (VRLA, "kapalı tip") aküler açık tip akülere göre çok daha az hidrojen salar, ama hiç salmaz değildir; bu nedenle aynı mantık onlar için de geçerlidir.

Kısa cevap

• Oda: havalandırma IEC 62485-2 formülüyle boyutlandırılmışsa ve cebri havalandırma varsa bunun, şarjın mümkün olduğu her durumda çalıştığı kanıtlanmışsa oda normalde sınıflandırılmaz.
• Hücrelerin yakını: IEC 62485-2, kıvılcımları, arkları, kor halindeki parçaları ve sıcak yüzeyleri tıpa açıklıkları çevresinde hesaplanan bir emniyet mesafesinin dışında tutar. Birleşik Krallık HSE'nin akülere ilişkin kılavuzu, şarj edilmekte olan akülerin çevresinde her yönde bir metreye kadar bir Bölge 1 bulunduğunun kabul edilmesi gerektiğini söyler.
• VRLA: gazın çoğu hücre içinde yeniden birleşir, ancak bir miktar hidrojen yine de dışarı çıkar; hücreler aşırı şarj edildiğinde, fazla ısındığında veya arızalı olduğunda bu miktar çok daha fazladır. Bu aküler de havalandırma ve emniyet mesafesi gerektirir.
• Havalandırma güvenilir değilse: hava akışı güvence altına alınamıyorsa oda, diğer her salımda olduğu gibi IEC 60079-10-1 ile sınıflandırılmalıdır; bu genellikle odanın hidrojenin toplandığı üst kısmında bir bölge verir.

Tehlikeli olan neden oda değil, hücrelerin yakın çevresidir

Bir kurşun asit hücre tam şarja yaklaştıkça fazla akım elektrolitteki suyu hidrojen ve oksijene ayrıştırır (elektroliz). Gaz çıkışı hücre gerilimi ve sıcaklıkla birlikte hızla artar; bu nedenle hızlı şarj (boost) ve dengeleme şarjları, tampon şarja (float) göre çok daha fazla gaz üretir. Hidrojenin alt patlama sınırı (APS, İng. LEL) hacimce %4'tür; tutuşma enerjisi çok düşüktür, gaz grubu IIC, sıcaklık sınıfı T1'dir ve hızla tavana yükselir.

IEC 62485-2 bunu bir patlamayı önleme sorunu olarak ele alır. Oda havalandırmasını, ortalama hidrojen konsantrasyonu APS'nin çok altında kalacak şekilde boyutlandırır; formülüne bir seyreltme faktörü ve bir emniyet faktörü yerleştirilmiştir. Ancak tıpanın hemen ağzında gaz henüz oda havasıyla karışmamıştır. Standardın akünün yakın çevresi için ayrı bir maddesinin ve gaz oluşturan akımdan ve hücre kapasitesinden bir emniyet mesafesi d hesaplayan bir ekinin bulunmasının nedeni budur.

Kurşun akülerin şarjına ilişkin İsviçre kaza sigortası kılavuzu aynı şeyi açık bir dille söyler: havalandırma gerekliliği karşılandığında şarj odalarında patlama riski yoktur, ancak akünün yaklaşık 1 m yakınında seyrelme her zaman güvence altında değildir; bu nedenle orada tutuşturucu kaynaklardan kaçınılmalıdır. Birleşik Krallık HSE'nin akümülatörlere ilişkin broşürü bir adım öteye giderek bu hacme bir ad verir: şarj edilmekte olan akülerin çevresinde bir metreye kadar uzanan ve içinde uygun ekipman kullanılan bir Bölge 1; iyi bir havalandırma ise yakın çevrenin ötesindeki her yerin tehlikeli olmayan bölge sayılmasına imkân verebilir.

Kapalı tip VRLA akülerde ne değişir

Bir VRLA hücre, pozitif plakada oluşan oksijenin negatif plakada yeniden birleşeceği şekilde tasarlanmıştır; bu, hidrojen oluşumunun büyük kısmını bastırır ve su eklenmesine gerek bırakmaz. Yeniden birleşme kusursuz değildir. VRLA gaz tahliye sistemlerine ilişkin sektör bilgileri, VRLA akülerin şarj sırasında, açık tip akülerden daha düşük oranlarda da olsa, yine bir hidrojen ve oksijen karışımı saldığını ve hidrojenin difüzyonla da dışarı çıktığını belirtir. HSE, valf regüleli akülerin hidrojen salma olasılığını açık tip akülere göre çok daha düşük olarak tanımlar, ancak çok hızlı veya çok uzun şarjın bir gaz basıncı oluşturduğu ve valfin bu gazı dışarı verdiği konusunda uyarır.

Uygulamada bunun anlamı şudur:

• VRLA hücreler daha az gaz verdiği için IEC 62485-2 hesabında onlar için kullanılan gaz oluşturan akım daha düşüktür; dolayısıyla gerekli hava debisi ve emniyet mesafesi daha küçüktür, ancak hesap yine de yapılır.
• Şarj cihazı arızaları akü tipinden daha önemlidir. Arızalı bir gerilim regülatörü veya yüksek oda sıcaklığı bir VRLA akü dizisini yoğun gaz çıkışına ve en kötü durumda termal kaçağa sürükleyebilir.
• Bazı kuruluşlar patlama riski değerlendirmelerinde kesintisiz güç kaynağı (UPS) akülerinin çevresine yine de küçük, hesaplanmış bir Bölge 1 çizer ve elektriksel tutuşturucu kaynakları bunun dışında tutar; taşınabilir ekipmandaki küçük VRLA aküler için ise yalnızca ihmal edilebilir bir bölge beklerler.
• Tıpa açıklıkları borularla merkezi bir gaz tahliye sistemine bağlanmışsa emniyet mesafesi borunun ucunda uygulanır.

Kendi odanız için nasıl karar verilir

1. Hava debisini hesaplayın: IEC 62485-2 formülünü gerçek hücre sayısı, kapasite, akü tipi ve şarj cihazının kullanabileceği en yüksek şarj modu için uygulayın. Bkz. akü odası havalandırmasının nasıl hesaplandığı.
2. Havalandırmanın güvenilir olduğunu kontrol edin: kapatılamayan doğal açıklıklar, alçakta giriş ve yüksekte çıkış, tavan cebi bulunmaması; cebri egzoz izlenmeli, örneğin şarj cihazıyla kilitlenmeli (interlock) veya alarm vermelidir.
3. Tutuşturucu kaynakları hücrelerin yakın çevresinden uzak tutun: şarj cihazları, akü kesicileri, anahtarlar, röleler, Ex olmayan aydınlatma armatürleri ve prizler. Bunları emniyet mesafesinin dışına veya bir bölmenin arkasına monte edin.
4. Sonucu kaydedin: risk değerlendirmesinde veya Patlamadan Korunma Dokümanında odanın tehlikeli olmadığını, hücrelerin çevresindeki hacmin tanımını ve fan arızalandığında ne olacağını yazın.
5. Yeterli havalandırma güvence altına alınamıyorsa IEC 60079-10-1 kapsamında tam bir sınıflandırmaya geçin.

ABD model kodları da benzer bir yol izler: International Fire Code ile uyumlu 2015 International Mechanical Code, sıvı elektrolitli (flooded) kurşun asit, nikel kadmiyum veya VRLA aküler bulunan odaların, hidrojen oda hacminin %1'inin, yani APS'nin dörtte birinin altında kalacak şekilde havalandırılmasını istiyordu.

Sık yapılan hatalar

• VRLA aküleri "gazsız" saymak. Daha az gaz verirler ve bir şarj cihazı arızası çok gaz vermelerine yol açabilir.
• Şarj cihazını veya akü kesicisini doğrudan hücrelerin üzerine monte etmek. Bu, anahtarlama kontaklarını hidrojen sütununun en yoğun kısmına yerleştirir.
• Havalandırmayı düzeltmek yerine odanın tamamını Bölge 1 olarak sınıflandırıp bunun için Ex ekipman satın almak. Akü standartları sorunu seyreltmeyle çözer.
• Şarj biter bitmez cebri havalandırmayı kapatmak. Hücreler bir süre daha gaz vermeye devam eder; İsviçre kılavuzu şarjdan sonra en az bir saat egzoz ister.

excodex'te ilgili yazılar

• Akü odaları ve şarj alanları: hidrojen havalandırması ve tehlikeli bölgeler
• Hidrojen güvenliğinin temelleri: geniş yanıcılık aralığı, düşük tutuşma enerjisi ve görünmeyen alevler
• Forklift akü şarj alanı tehlikeli bölge midir?
• Havalandırma fanı arızalanırsa bölge sınıflandırması ne olur?
• Gaz kartı: hidrojen; standart sayfası: IEC 60079-10-1

Standartlar ve ek kaynaklar

• IEC 62485-2, ikincil hücreler ve akü tesisleri için güvenlik gereklilikleri, Bölüm 2: sabit aküler (EN 50272-2'nin yerini alan EN IEC 62485-2:2018); patlama tehlikelerine karşı hükümler, akünün yakın çevresi ve emniyet mesafesi eki dahil: içindekiler önizlemesi
• IEC 60079-10-1, alanların sınıflandırılması, patlayıcı gaz ortamları
• HSE INDG139, Using electric storage batteries safely (rev. 2011); şarj edilmekte olan akülerin bir metreye kadar çevresindeki Bölge 1 dahil: hse.gov.uk (PDF)
• Suva, kurşun akülerin şarjında havalandırma önlemleri (Fransızca): suva.ch
• ZVEI bilgi broşürü 26, sabit uygulamalardaki VRLA aküler için gaz tahliye sistemleri (2018): PDF
• Brzezińska, D., Ventilation system influence on hydrogen explosion hazards in industrial lead-acid battery rooms, Energies 11 (2018) 2086: mdpi.com
• International Code Council, akü odaları için oda hacminin %1,0'ı hidrojen sınırını aktaran 2015-2017 kod değişikliği önerileri (International Fire Code bölüm 608'e atıf yapan 2015 International Mechanical Code 502.4.1): iccsafe.org (PDF)

Bu yazı excodex editör ekibinin hazırladığı genel teknik bilgidir. Geçerli standartların, ekipman sertifikalarının ve talimatlarının, ulusal mevzuatın veya yetkin bir kişinin değerlendirmesinin yerini tutmaz.