Технології джерела безперебійного живлення (UPS) використовуються в різних програмах протягом багатьох років для підтримки безперервної роботи ключових навантажень під час перебоїв у подачі електроенергії з мережі. Ці системи використовувались у багатьох різних місцях, щоб забезпечити додатковий імунітет від перебоїв у мережі, що заважають роботі певних навантажень. Системи ДБЖ часто використовуються для захисту комп'ютерів, комп'ютерного обладнання та телекомунікаційного обладнання. З недавньою еволюцією нових енергетичних технологій, системи зберігання енергії (ESS) швидко поширилися. ESS, особливо ті, що використовують акумуляторні технології, зазвичай постачаються з відновлюваних джерел, таких як сонячна або вітрова енергія, і дозволяють зберігати енергію, вироблену цими джерелами, для використання в різний час.

Поточним стандартом ANSI США для ДБЖ є UL 1778, стандарт для систем безперебійного живлення. і CSA-C22.2 № 107.3 для Канади. UL 9540, стандарт для систем зберігання енергії та обладнання, є американським і канадським національним стандартом для ESS. Хоча як зрілі продукти ДБЖ, так і ESS, що швидко розвиваються, мають певну спільність у технічних рішеннях, роботі та встановленні, є важливі відмінності. У цьому документі розглядатимуться критичні відмінності, окреслюватимуться застосовні вимоги безпеки продукту, пов’язані з кожним із них, і буде підсумовано, як коди розвиваються щодо обох типів установок.

ЗнайомствоДБЖ

формування

Система ДБЖ — це електрична система, призначена для забезпечення миттєвого тимчасового живлення змінним струмом для критичних навантажень у разі збою електричної мережі або інших режимів збою джерела живлення. ДБЖ має розмір, щоб забезпечити миттєве продовження заданої кількості електроенергії протягом певного періоду часу. Це дозволяє вторинному джерелу живлення, наприклад, генератору, підключатися до мережі та продовжувати резервне живлення. ДБЖ може безпечно вимкнути несуттєве навантаження, продовжуючи забезпечувати живлення більш важливого навантаження обладнання. Системи ДБЖ протягом багатьох років надають цю важливу підтримку для різних програм. ДБЖ використовуватиме накопичену енергію від вбудованого джерела енергії. Зазвичай це батарея, суперконденсатор або механічний рух маховика як джерело енергії.

Типовий ДБЖ, який використовує акумуляторну батарею для живлення, складається з таких основних компонентів:

Випрямляч/зарядний пристрій – ця секція ДБЖ приймає джерело живлення змінного струму, випрямляє його та виробляє напругу постійного струму, яка використовується для заряджання акумуляторів.

• Інвертор – у разі збою в електромережі інвертор перетворить постійний струм, що зберігається в батареях, у чистий вихід змінного струму, який підходить для підтримуваного обладнання.

• Перемикач – автоматичний і миттєвий перемикаючий пристрій, який передає живлення від різних джерел, наприклад, мережі, інвертора ДБЖ і генератора, до критичного навантаження.

• Акумуляторна батарея – зберігає енергію, необхідну ДБЖ для виконання призначеної функції.

Діючі стандарти для систем ДБЖ

• Поточним стандартом ANSI США для ДБЖ є UL 1778/C22.2 № 107.3, стандарт для систем безперебійного живлення, який визначає ДБЖ як «комбінацію перетворювачів, перемикачів і накопичувачів енергії (таких як батареї), що утворюють джерело живлення. система для підтримки безперервності живлення навантаження у разі збою вхідного живлення».

• У стадії розробки знаходяться нові видання IEC 62040-1 та IEC 62477-1. UL/CSA 62040-1 (з використанням UL/CSA 62477-1 як еталонного стандарту) буде гармонізовано з цими стандартами.

Знайомство зберігання енергії системи (ESS)

ESS набирають популярності як відповідь на ряд проблем, що постають перед доступністю та

надійність на сучасному енергетичному ринку. ESS, особливо ті, що використовують акумуляторні технології, допомагають зменшити змінну доступність відновлюваних джерел, таких як сонячна або вітрова енергія. ESS є джерелом надійного живлення під час пікового навантаження та може допомогти з керуванням навантаженням, коливаннями потужності та іншими функціями, пов’язаними з мережею. ESS використовуються в комунальних, комерційних, промислових і житлових приміщеннях.

Актуальні стандарти ЕСС

UL 9540, стандарт для систем зберігання енергії та обладнання, є американським і канадським національним стандартом для ESS.

• Уперше опублікований у 2016 році стандарт UL 9540 містить кілька технологій для ESS, включаючи системи накопичення енергії від акумуляторів (BESS). UL 9540 також охоплює інші технології зберігання: механічні ESS, наприклад, накопичувач на маховику в поєднанні з генератором, хімічні ESS, наприклад, зберігання водню в поєднанні з системою паливних елементів, і термічні ESS, наприклад, накопичення прихованого тепла в поєднанні з генератором.
• UL 9540, його друге видання, визначає систему зберігання енергії як «обладнання, яке отримує енергію, а потім забезпечує засоби для зберігання цієї енергії в певній формі для подальшого використання з метою постачання електроенергії, коли це необхідно». Друге видання UL 9540 також вимагає, щоб BESS піддавався стандарту UL 9540A, стандартному методу випробувань для оцінки розповсюдження теплового вогню в системах накопичення енергії на батареях, якщо це необхідно для виконання винятків у кодах.
• UL 9540 наразі випущено третє видання.

Порівняння ESS з UPS

Функції та розмірність

ESS за своєю конструкцією схожий на ДБЖ, але відрізняється у використанні. Подібно до ДБЖ, ESS включає в себе механізм накопичення енергії, такий як батареї, обладнання для перетворення електроенергії, наприклад, інвертори, а також різну іншу електроніку та засоби керування. Однак, на відміну від ДБЖ, ESS може працювати паралельно з мережею, що призводить до більшої циклічної зміни системи, ніж ДБЖ. ESS може взаємодіяти з мережею в інтерактивному режимі або в автономному режимі, або в обох, залежно від типу використовуваної системи перетворення електроенергії. ESS може навіть працювати як ДБЖ. Як і ДБЖ, ESS може мати різні розміри: від невеликої побутової системи, яка споживає менше 20 кВт/год енергії, до комунальних установок із використанням багатомегаватних енергоконтейнерних систем із кількома акумуляторними стійками всередині контейнера.

Хімічний склад і безпека

Типовою хімічною речовиною батареї, що використовується в ДБЖ, завжди були свинцево-кислотні або нікель-кадмієві батареї. На відміну від ДБЖ, BESS із самого початку використовує такі технології, як літій-іонні батареї, оскільки літій-іонні батареї мають кращу продуктивність циклу та вищу щільність енергії, що може забезпечити більше енергії при меншому фізичному сліді. Літій-іонні батареї також мають набагато менші вимоги до обслуговування, ніж традиційні акумуляторні технології. Але в даний час літій-іонні батареї також все частіше використовуються в системах ДБЖ.

Однак серйозна аварія в Арізоні в 2019 році, пов’язана з ESS, що використовується в комунальному господарстві, призвела до серйозних травм кількох служб швидкого реагування та привернула увагу різних зацікавлених сторін, включаючи регулятори та страхові агентства. Щоб гарантувати, що цій галузі, що розвивається, не перешкоджають випадки безпеки, яких можна уникнути, необхідно розробити відповідні специфікації та стандарти для ESS. Щоб заохотити розробку відповідних специфікацій безпеки та стандартів для ESS, Міністерство енергетики США (DOE) запустило перший щорічний форум з безпеки та надійності ESS у 2015 році.

Перший форум DOE ESS сприяв значному об’єму роботи над специфікаціями та стандартами ESS. Найбільш заслуговує на увагу розробка NEC № 706 і розробка NFPA 855, стандарту для установок стаціонарних систем накопичення енергії, який безпосередньо впливає на стандарт для стаціонарних акумуляторних систем у ICC IFC і ​​NFPA 1. Сьогодні NEC і NFPA 855 мають також оновлено для версій 2023 року.

Поточний стан стандартів ESS та UPS

Метою всіх заходів щодо розробки правил і стандартів є належне вирішення питань безпеки цих систем. На жаль, поточні стандарти створили певну плутанину в галузі.

1.NFPA 855. Ключовим документом, який впливає на встановлення BESS та UPS, є версія 2020 року NFPA 855, стандарт для встановлення стаціонарних систем накопичення енергії. NFPA 855 визначає накопичення енергії як «збірку з одного або кількох пристроїв, здатних зберігати енергію для майбутнього постачання місцевих електричних навантажень, комунальних мереж або підтримки мережі». Це визначення включає додатки для UPS та ESS. Крім того, NFPA 855 і протипожежні норми вимагають, щоб ESS були оцінені та сертифіковані відповідно до UL 9540. Однак UL 1778 завжди був традиційним стандартом безпеки продукції для ДБЖ. Система пройшла незалежну оцінку на відповідність чинним вимогам безпеки та підтримує безпечне встановлення. Таким чином, вимога UL 9540 викликала певну плутанину в галузі.

2. UL 9540A. UL 9540A вимагає починати з рівня заряду батареї та крок за кроком тестувати до проходження рівня встановлення. Ці вимоги призводять до того, що системи ДБЖ підлягають маркетинговим стандартам, які раніше не вимагалися.

3.UL 1973. UL 1973 — це стандарт безпеки акумуляторної системи для ESS та ДБЖ. Однак версія UL 1973-2018 не містить положень щодо тестування свинцево-кислотних акумуляторів, що також є проблемою для систем ДБЖ, які використовують традиційні акумуляторні технології, такі як свинцево-кислотні акумулятори.

Резюме

Наразі як NEC (Національний електротехнічний кодекс), так і NFPA 855 уточнюють ці визначення.

• Наприклад, версія NFPA 855 від 2023 року пояснює, що конкретні свинцево-кислотні та нікель-кадмієві батареї (600 В або менше) перераховані в UL 1973.
• Крім того, системи свинцево-кислотних акумуляторів, сертифіковані та марковані відповідно до UL 1778, не потребують сертифікації відповідно до UL 9540, якщо вони використовуються як резервне джерело живлення.

Щоб вирішити проблему відсутності стандартів випробувань для свинцево-кислотних і нікель-кадмієвих акумуляторів в UL 1973, Додаток H (Оцінка альтернатив клапанно-регульованим або вентильованим свинцево-кислотним або нікель-кадмієвим акумуляторам) був спеціально доданий до третє видання UL 1973, випущене в лютому 2022 року.

Ці зміни є позитивним кроком у розмежуванні вимог щодо безпечного встановлення ДБЖ та ESS. Подальша робота включає оновлення статті 480 NEC для кращого врахування вимог до встановлення для технологій, відмінних від свинцево-кислотних і нікель-кадмієвих. Крім того, стандарт NFPA 855 потребує додаткового оновлення, щоб забезпечити більшу ясність щодо правил протипожежного захисту, зокрема щодо різних технологій, які використовуються в стаціонарних системах, незалежно від того, чи то UPS чи ESS.

Автор сподівається, що продовження змін підвищить безпеку галузі, незалежно від того, використовується традиційне ДБЖ або ESS. Оскільки ми бачимо, що рішення для накопичення енергії поширюються значними й швидкими темпами, вирішення питання внутрішньої безпеки продуктів має вирішальне значення для впровадження інновацій у сфері безпеки та задоволення потреб суспільства.