Analisis Kegagalan Baterai UPS di Pusat Data Internet

Kekuatan situs telekomunikasi dianggap sebagai darah jaringan telekomunikasi, sedangkan baterai dianggap sebagai reservoir darahnya, yang menjaga kelancaran pengoperasian jaringan. Namun, pemeliharaan baterai selalu menjadi aspek yang menantang. Karena produsen terus menurunkan harga setelah pengadaan terpusat, kualitas baterai menurun secara signifikan. Setiap tahun, lebih dari 70% kegagalan sistem tenaga telekomunikasi disebabkan oleh masalah baterai, sehingga pemeliharaan baterai menjadi hal yang memusingkan bagi personel pemeliharaan. Artikel ini menawarkan analisis penyebab utama kegagalan baterai, yang mungkin bisa menjadi referensi berguna bagi orang lain.

1. Ikhtisar Peralatan Listrik di Lokasi

Peralatan listrik di lokasi terdiri dari dua unit UPS 40kVA dari merek internasional ternama. Baterai dipasang pada tahun 2016. Berikut informasi detailnya:

Informasi UPS	Informasi Baterai
Merek & Model: Merek Internasional UPS UL33	Merek & Model: 12V 100Ah
Konfigurasi: 40 kVA, 2 unit dalam sistem paralel, masing-masing dengan beban kurang lebih 5 kW	Jumlah baterai: 30 sel per grup, 2 grup, total 60 sel
Tanggal Komisioning: 2006 (10 tahun pelayanan)	Tanggal Komisioning: 2016 (5 tahun pelayanan)

Pada tanggal 6 Juni, pabrikan UPS melakukan perawatan rutin, mengganti kapasitor AC dan DC (masa servis 5 tahun) dan kipas angin. Selama pengujian pengosongan baterai (20 menit), ditemukan bahwa kinerja pengosongan baterai buruk. Arus pengosongan adalah 16A, dan setelah 10 menit pengosongan, tegangan beberapa sel turun menjadi 11,6V, tetapi tidak ada penonjolan baterai yang terlihat.

Ditemukan bahwa kedua kelompok baterai UPS mengalami masalah menonjol selama pemeriksaan. Dengan menggunakan multimeter, mereka mengukur tegangan riak pengisian baterai (diukur menggunakan pengaturan AC), yang mencapai 7V (jauh melebihi standar pemeliharaan). Akibatnya, mereka awalnya curiga bahwa kapasitor filter DC yang diganti oleh teknisi pabrikan UPS rusak, menyebabkan tegangan riak berlebihan pada bus DC UPS, yang menyebabkan baterai menggembung.

2. Situasi Kegagalan di Tempat

Pada tanggal 22 Juli, tim dari Lembaga Penelitian melakukan pemeriksaan keselamatan di kantor cabang. Mereka menemukan bahwa baterai sistem UPS di lantai 5 sebuah gedung membengkak parah. Jika terjadi pemadaman listrik dari jaringan listrik, dikhawatirkan baterai tidak dapat terisi dengan baik, sehingga berpotensi menyebabkan kecelakaan. Oleh karena itu, mereka segera merekomendasikan agar personel pemeliharaan cabang menghubungi teknisi pabrik untuk mengatur sesi investigasi dan pemecahan masalah bersama di lokasi dengan ketiga pihak pada sore berikutnya.

Baterai 12V menggembung

Pada sore hari tanggal 23 Juli, ketiga pihak tiba di lokasi. Setelah diperiksa, kedua unit UPS ternyata berfungsi normal, dengan tegangan float sekitar 404V untuk baterai (sesuai dengan parameter yang ditetapkan). Insinyur pabrikan menggunakan multimeter Fluke 287C (akurasi tinggi) untuk mengukur tegangan riak pengisian baterai, yaitu sekitar 0,439V. Meteran penjepit Fluke 376 (akurasi lebih rendah) diukur sekitar 0,4V. Hasil dari kedua instrumen serupa dan berada dalam rentang tegangan riak khas untuk peralatan tersebut (umumnya kurang dari 1% tegangan bus). Hal ini menunjukkan bahwa kapasitor DC yang diganti telah memenuhi persyaratan dan berfungsi normal. Oleh karena itu, dugaan teori sebelumnya bahwa penggantian kapasitor menyebabkan tegangan riak berlebihan dan baterai menggembung telah dikesampingkan.

Multimeter: 0,439V

Meteran penjepit: sekitar 0,4V

Tinjauan terhadap catatan sejarah sistem UPS menunjukkan bahwa, pada tanggal 6 Juni, kedua unit UPS telah menjalani uji pengosongan baterai selama 15 menit. Setelah sakelar daya utama dipulihkan, pengisian daya yang disamakan selama 6 menit dilakukan, diikuti dengan uji pengosongan baterai selama 14 menit oleh teknisi pabrikan. Setelah pengujian, sistem UPS secara otomatis memulai empat pengisian daya yang disamakan selama 12 jam berturut-turut, dengan masing-masing fase dipisahkan oleh interval 1 menit, berakhir pada pukul 5:32 pagi pada tanggal 9 Juni. Sejak itu, baterai tetap dalam mode pengisian daya mengambang.

Pemeriksaan lebih lanjut terhadap pengaturan baterai UPS asli menunjukkan hal berikut:

• Masa pakai baterai diatur ke 48 bulan (4 tahun), meskipun harapan hidup sebenarnya dari baterai 12V adalah 5 tahun.

• Pengisian daya yang disamakan disetel ke 'diaktifkan.'

• Batas arus pengisian diatur ke 10A.

• Pemicu untuk beralih ke pengisian daya yang disamakan diatur ke 1A (sistem akan secara otomatis beralih ke pengisian daya yang disamakan jika arus pengisian daya mengambang melebihi 1A, meskipun nilai default untuk model ini adalah 0,03C10~0,05C10, artinya pengisian daya yang disamakan dipicu ketika arus muatan mengambang mencapai 3-5A. Namun, karena alasan yang tidak diketahui, personel pemeliharaan pabrikan telah menyesuaikannya menjadi 0,01C10, yang berarti pengisian yang disamakan akan dipicu ketika arus muatan mengambang mencapai 1A).

• Waktu perlindungan pengisian daya yang disamakan diatur ke 720 menit (pengisian daya yang disamakan akan berhenti secara otomatis setelah 12 jam).

3. Analisis Penyebab Kegagalan

Berdasarkan keadaan di atas maka proses kegagalan dapat dianalisis sebagai berikut:

• Kedua kelompok baterai pada sistem UPS ini telah digunakan selama 4 tahun (masa pakai baterai 12V adalah 5 tahun), dan kapasitas baterai telah menurun secara signifikan. Namun sebelum rusak, tampilan luar baterai masih normal, tidak ada tanda-tanda menggembung. Tinjauan lebih lanjut terhadap catatan historis UPS dari tanggal 30 Januari 2019 (catatan sebelum tanggal ini dihapus) hingga 6 Juni 2020, menunjukkan bahwa sistem UPS telah melakukan 12 kali pengisian daya yang disamakan, dengan durasi terlama tidak lebih dari 15 menit. Hal ini menunjukkan bahwa durasi pengisian daya yang disamakan yang diatur dalam sistem UPS sebelum pemeliharaan relatif singkat, hanya 15 menit, dan pengisian daya yang disamakan dalam jangka pendek pada sistem UPS tidak akan menyebabkan baterai membengkak.

• Setelah pemeliharaan dan penggantian kapasitor, sistem UPS dihidupkan ulang. Logika kontrol mengidentifikasi baterai sebagai baterai yang baru tersambung, sehingga baterai memulai pengisian daya yang disamakan selama 6 menit, lalu beralih ke pengisian daya mengambang. Namun, setelah pengujian pengosongan daya selama 14 menit, sistem UPS secara otomatis memulai pengisian daya yang seimbang untuk mengisi ulang baterai hingga penuh. Karena baterai digunakan selama 4 tahun, kemampuan retensi muatan internalnya menurun, menyebabkan arus muatan mengambang melebihi 1A, memicu ambang batas pengisian setara 1A yang ditetapkan dalam sistem UPS (nilai default untuk model ini adalah 3~5A arus muatan mengambang untuk memicu pengisian yang seimbang, tetapi karena alasan tertentu, personel pemeliharaan telah memodifikasinya menjadi 1A). Hal ini mengakibatkan sistem UPS berulang kali memulai pengisian daya yang disamakan hingga sirkuit terbuka baterai internal akhirnya menghentikannya (Jika tidak, sistem UPS akan terus mengulangi pengisian daya yang disamakan, yang dapat menyebabkan kelompok baterai terbakar). Selama periode ini, baterai menjalani empat siklus pengisian daya yang disamakan secara terus menerus selama 48 jam (setiap siklus dijeda hanya selama 1 menit setiap 12 jam sebelum melanjutkan pengisian daya yang disamakan). Setelah pengisian daya yang seimbang dalam waktu lama, baterai akhirnya membengkak, dan bahkan katup ventilasi pun berubah bentuk.

4. Kesimpulan

Berdasarkan pengamatan dan analisa diatas, penyebab kegagalan baterai pada sistem UPS ini adalah sebagai berikut:

• Penyebab langsungnya adalah pengaturan parameter pengisian daya sistem UPS yang tidak tepat, yang menyebabkan pengisian daya merata secara terus menerus selama 48 jam dengan interval hanya 1 menit di antara setiap siklus. Bahkan baterai baru pun tidak akan tahan terhadap pengisian daya yang merata dan berkepanjangan, sehingga menyebabkan kegagalan baterai yang menggembung dalam kasus ini.

• Model sistem UPS merupakan desain awal dengan keterbatasan fungsional. Model UPS lama ini (dirancang 20 tahun yang lalu) tidak memiliki pengaturan 'waktu perlindungan interval pengisian daya yang disamakan' (merek lain biasanya mengatur interval ini menjadi 7 hari), sehingga menghasilkan beberapa siklus pengisian daya yang disamakan secara terus menerus.

• Kinerja baterai telah menurun karena usia (masa pakai 4 tahun), dengan berkurangnya kapasitas pengosongan dan retensi daya yang buruk. Sebelum tanggal 6 Juni, ambang batas arus konversi muatan yang disamakan ke muatan mengambang ditetapkan terlalu rendah (hanya 1A untuk baterai 100Ah). Nilai default sistem UPS adalah 3~5A, namun petugas pemeliharaan secara misterius mengubahnya menjadi 1A.

• Sistem UPS telah beroperasi selama 14 tahun, jauh melampaui usia penghentiannya, sehingga kesalahan pengukuran tidak dapat dihindari. Kesalahan ini mungkin menyebabkan sistem berulang kali memulai pengisian daya yang seimbang karena deteksi arus yang tidak akurat.

• Untungnya, sirkuit terbuka di salah satu sel baterai mencegah sistem UPS melanjutkan siklus pengisian daya yang disamakan berulang kali setelah pengisian daya yang disamakan keempat, sehingga menghindari potensi baterai terbakar.

5. Tindakan Perbaikan atas Kegagalan

Upaya perbaikan tersebut meliputi dua aspek:

Pertama, ubah sementara parameter pengisian baterai UPS:

• Nonaktifkan pengaturan pengisian daya yang disamakan dalam sistem UPS.

• Sesuaikan arus pemicu untuk beralih dari pengisian daya mengambang ke pengisian daya yang disamakan ke 3A (meskipun 3A masih agak rendah, karena minimum default adalah 3A, namun sebelumnya disetel ke 1A).

• Sesuaikan waktu perlindungan pengisian daya yang disamakan menjadi 1 jam (sebelumnya disetel ke 12 jam).

Kedua, pihak kantor cabang mengganti kedua kelompok baterai tersebut dengan baterai cadangan, namun baterai cadangan tersebut hanya berkapasitas 50 Ah sehingga hanya dapat digunakan untuk keperluan darurat sementara. Ada rencana untuk memindahkan beban dari sistem UPS ke sumber listrik lain di masa depan, untuk menyelesaikan masalah keamanan pasokan listrik secara menyeluruh.

Operator menghabiskan banyak uang setiap tahunnya untuk layanan pemeliharaan sistem UPS, namun karena kelalaian dan kecerobohan personel pemeliharaan, mereka bahkan secara keliru mengubah nilai default sistem UPS, yang sungguh sulit dipercaya. Disarankan agar produsen UPS memperhatikan pemeliharaan produknya dengan serius dan menghindari kesalahan mendasar seperti itu di masa mendatang, sehingga meningkatkan kualitas layanan pemeliharaannya. Sementara itu, disarankan agar operator juga lebih memperhatikan layanan pemeliharaan selanjutnya yang diberikan oleh produsen UPS dan membangun sistem evaluasi untuk terus meningkatkan pengoperasian sistem UPS yang aman dan andal.