Nepārtrauktās barošanas avota (UPS) tehnoloģijas ir izmantotas dažādās lietojumprogrammās daudzus gadus, lai atbalstītu galveno slodžu nepārtrauktu darbību laikā, kad tiek pārtraukta barošana no tīkla. Šīs sistēmas ir izmantotas daudzās dažādās vietās, lai nodrošinātu papildu imunitāti pret tīkla pārtraukumiem, kas traucē noteiktu slodžu darbību. UPS sistēmas bieži izmanto, lai aizsargātu datorus, datoru iekārtas un telekomunikāciju iekārtas. Nesenajā jauno enerģētikas tehnoloģiju attīstībā enerģijas uzglabāšanas sistēmas (ESS) ir strauji izplatījušās. ESS, jo īpaši tās, kurās tiek izmantotas akumulatoru tehnoloģijas, parasti tiek piegādātas no atjaunojamiem avotiem, piemēram, saules vai vēja enerģijas, un ļauj uzglabāt no šiem avotiem saražoto enerģiju izmantošanai dažādos laikos.

Pašreizējais ASV ANSI standarts UPS ir UL 1778 — nepārtrauktās barošanas sistēmu standarts. un CSA-C22.2 Nr. 107.3 Kanādai. UL 9540, enerģijas uzglabāšanas sistēmu un iekārtu standarts, ir Amerikas un Kanādas nacionālais ESS standarts. Lai gan gan nobriedušiem UPS produktiem, gan strauji attīstošajam ražotajam ESS tehniskajos risinājumos, darbībās un uzstādīšanā ir dažas kopīgas iezīmes, tomēr pastāv būtiskas atšķirības. Šajā rakstā tiks apskatītas būtiskākās atšķirības, izklāstītas piemērojamās produktu drošības prasības, kas saistītas ar katru no tām, un apkopots, kā kodi attīstās, risinot abu veidu iekārtas.

IepazīstināmUPS

Veidošanās

UPS sistēma ir elektriskā sistēma, kas izstrādāta, lai nodrošinātu momentānu īslaicīgu uz maiņstrāvu balstītu jaudu kritiskām slodzēm elektrotīkla atteices vai citu tīkla strāvas avota atteices režīmu gadījumā. UPS ir veidots tā, lai noteiktu laiku nodrošinātu tūlītēju iepriekš noteikta jaudas daudzuma nepārtrauktību. Tas ļauj sekundāram barošanas avotam, piemēram, ģeneratoram, nonākt tiešsaistē un turpināt enerģijas dublēšanu. UPS var droši izslēgt nebūtiskas slodzes, vienlaikus turpinot nodrošināt strāvu svarīgākām aprīkojuma slodzēm. UPS sistēmas ir nodrošinājušas šo kritisko atbalstu dažādām lietojumprogrammām jau daudzus gadus. UPS izmantos uzkrāto enerģiju no integrēta enerģijas avota. Parasti tā ir akumulatora banka, superkondensators vai spararata mehāniskā kustība kā enerģijas avots.

Tipisks UPS, kura piegādei izmanto akumulatoru banku, sastāv no šādām galvenajām sastāvdaļām:

Taisngriezis/lādētājs – šī UPS sadaļa paņem maiņstrāvas barošanu, iztaisno to un rada līdzstrāvas spriegumu, ko izmanto akumulatoru uzlādēšanai.

• Invertors – strāvas padeves pārtraukuma gadījumā invertors pārveidos baterijās uzkrāto līdzstrāvu par tīru maiņstrāvas izvadi, kas ir piemērota atbalstītajam aprīkojumam.

• Pārslēgšanās slēdzis – automātiska un momentāna pārslēgšanas ierīce, kas pārsūta jaudu no dažādiem avotiem, piemēram, elektrotīkla, UPS invertora un ģeneratora, uz kritisko slodzi.

• Akumulatora banka – uzglabā enerģiju, kas nepieciešama UPS paredzētās funkcijas veikšanai.

Pašreizējie standarti UPS sistēmām

• Pašreizējais ASV ANSI standarts UPS ir UL 1778/C22.2 Nr. 107.3, Nepārtrauktās barošanas sistēmu standarts, kas definē UPS kā "pārveidotāju, slēdžu un enerģijas uzglabāšanas ierīču (piemēram, akumulatoru) kombināciju, kas veido barošanu. sistēma, kas nodrošina strāvas padeves nepārtrauktību slodzei ievades strāvas padeves pārtraukuma gadījumā.

• Tiek izstrādāti jauni IEC 62040-1 un IEC 62477-1 izdevumi. UL/CSA 62040-1 (izmantojot UL/CSA 62477-1 kā atsauces standartu) tiks saskaņots ar šiem standartiem.

Iepazīstinām enerģijas uzkrāšana sistēmas (ESS)

ESS kļūst arvien populārāka kā atbilde uz vairākām problēmām, ar kurām saskaras pieejamība un

uzticamību mūsdienu enerģijas tirgū. ESS, jo īpaši tie, kas izmanto akumulatoru tehnoloģijas, palīdz mazināt atjaunīgo avotu, piemēram, saules vai vēja enerģijas, mainīgo pieejamību. ESS ir uzticamas enerģijas avots maksimālās izmantošanas laikā un var palīdzēt slodzes pārvaldībā, jaudas svārstībās un citās ar tīklu saistītās funkcijās. ESS izmanto komunālajiem, komerciāliem, rūpnieciskiem un dzīvojamiem lietojumiem.

Pašreizējie ESS standarti

UL 9540, enerģijas uzglabāšanas sistēmu un iekārtu standarts, ir Amerikas un Kanādas nacionālais ESS standarts.

• Pirmo reizi publicēts 2016. gadā, UL 9540 ietver vairākas ESS tehnoloģijas, tostarp akumulatora enerģijas uzglabāšanas sistēmas (BESS). UL 9540 attiecas arī uz citām uzglabāšanas tehnoloģijām: mehānisko ESS, piemēram, spararata uzglabāšanu pārī ar ģeneratoru, ķīmisko ESS, piemēram, ūdeņraža krātuvi, kas savienota ar kurināmā elementu sistēmu, un termisko ESS, piemēram, latento siltuma uzglabāšanu, kas savienota ar ģeneratoru.
• UL 9540, tā otrais izdevums, enerģijas uzkrāšanas sistēma definēta kā “iekārta, kas saņem enerģiju un pēc tam nodrošina līdzekļus šīs enerģijas uzglabāšanai kaut kādā veidā vēlākai izmantošanai, lai vajadzības gadījumā piegādātu elektroenerģiju”. Otrajā UL 9540 izdevumā turklāt ir noteikts, ka BESS ir jāpakļauj UL 9540A — standarta testa metodei, lai novērtētu akumulatoru enerģijas uzglabāšanas sistēmu siltuma izplūdes ugunsgrēku izplatīšanos, ja tas ir nepieciešams, lai ievērotu kodu izņēmumus.
• UL 9540 pašlaik tiek izdots trešais izdevums.

ESS salīdzināšana ar UPS

Funkcijas un izmēri

ESS pēc uzbūves ir līdzīgs UPS, taču atšķiras pēc tā lietojuma. Tāpat kā UPS, arī ESS ietver enerģijas uzkrāšanas mehānismu, piemēram, akumulatorus, jaudas pārveidošanas iekārtas, piemēram, invertorus un dažādas citas elektronikas un vadības ierīces. Tomēr atšķirībā no UPS ESS var darboties paralēli tīklam, kā rezultātā sistēmas cikliskums ir lielāks nekā UPS. Atkarībā no izmantotās jaudas pārveidošanas sistēmas veida ESS var sadarboties interaktīvi ar tīklu vai savrupā režīmā, vai abos. ESS var pat darboties kā UPS funkcionalitāte. Tāpat kā UPS, arī ESS var būt dažāda izmēra, sākot no mazām dzīvojamajām sistēmām, kas patērē mazāk par 20 kWh, līdz komunālajiem lietojumiem, kas izmanto vairāku megavatu enerģijas konteineru sistēmas ar vairākiem akumulatoru statīviem konteinerā.

Ķīmiskais sastāvs un drošība

Tipiskā UPS izmantotā akumulatoru ķīmija vienmēr ir bijusi svina-skābes vai niķeļa-kadmija akumulatori. Atšķirībā no UPS, BESS jau no paša sākuma izmanto tādas tehnoloģijas kā litija jonu akumulatori, jo litija jonu akumulatoriem ir labāka cikla veiktspēja un lielāks enerģijas blīvums, kas var nodrošināt vairāk enerģijas ar mazāku fizisko nospiedumu. Litija jonu akumulatoriem ir arī daudz zemākas apkopes prasības nekā tradicionālajām akumulatoru tehnoloģijām. Taču pašlaik litija jonu akumulatorus arvien vairāk izmanto arī UPS lietojumos.

Tomēr nopietns negadījums Arizonā 2019. gadā, kurā iesaistīta komunālo pakalpojumu lietojumprogrammās izmantotā ESS, izraisīja nopietnus savainojumus vairākiem pirmās palīdzības sniedzējiem, un tas piesaistīja dažādu ieinteresēto personu, tostarp regulatoru un apdrošināšanas aģentūru, uzmanību. Lai nodrošinātu, ka šo augošo jomu neapgrūtina drošības negadījumi, no kuriem iespējams izvairīties, ir jāizstrādā atbilstošas ​​ESS specifikācijas un standarti. Lai veicinātu atbilstošu drošības specifikāciju un standartu izstrādi ESS, ASV Enerģētikas departaments (DOE) 2015. gadā uzsāka pirmo ikgadējo forumu par ESS drošību un uzticamību.

Pirmais DOE ESS forums veicināja lielu darbu pie ESS specifikācijām un standartiem. Ievērības cienīgākā ir NEC Nr. 706 izstrāde un stacionāro enerģijas uzkrāšanas sistēmu instalāciju standarta NFPA 855 izstrāde, kas tieši ietekmē stacionāro akumulatoru sistēmu standartu ICC IFC un NFPA 1. Mūsdienās NEC un NFPA 855 ir ir atjaunināts arī 2023. gada versijām.

Pašreizējais ESS un UPS standartu statuss

Visu noteikumu un standartu izstrādes darbību mērķis ir adekvāti pievērsties šo sistēmu drošībai. Diemžēl pašreizējie standarti ir radījuši zināmu neskaidrību nozarē.

1.NFPA 855. Galvenais dokuments, kas ietekmē BESS un UPS uzstādīšanu, ir NFPA 855, stacionāro enerģijas uzglabāšanas sistēmu uzstādīšanas standarts, 2020. gada versija. NFPA 855 definē enerģijas uzkrāšanu kā "vienas vai vairāku ierīču komplektu, kas spēj uzglabāt enerģiju turpmākai piegādei vietējām elektriskām slodzēm, komunālajiem tīkliem vai tīkla atbalstam." Šī definīcija ietver lietojumprogrammas UPS un ESS. Turklāt NFPA 855 un ugunsdrošības kodeksi nosaka, ka ESS ir jānovērtē un jāsertificē atbilstoši UL 9540. Tomēr UL 1778 vienmēr ir bijis tradicionālais UPS produktu drošības standarts. Sistēma ir neatkarīgi novērtēta, vai tā atbilst piemērojamajām drošības prasībām, un tā atbalsta drošu uzstādīšanu. Tāpēc UL 9540 prasība ir radījusi zināmu neskaidrību nozarē.

2. UL 9540A. UL 9540A prasa sākt no akumulatora uzlādes līmeņa un soli pa solim pārbaudīt, līdz tiek sasniegts uzstādīšanas līmenis. Šo prasību rezultātā UPS sistēmām tiek piemēroti tirdzniecības standarti, kas agrāk nebija pieprasīti.

3.UL 1973. UL 1973 ir ESS un UPS akumulatoru sistēmas drošības standarts. Tomēr UL 1973-2018 versijā nav iekļauti svina-skābes akumulatoru testēšanas noteikumi, kas arī ir izaicinājums UPS sistēmām, kurās izmanto tradicionālo akumulatoru tehnoloģiju, piemēram, svina-skābes akumulatorus.

Kopsavilkums

Pašlaik gan NEC (National Electrical Code), gan NFPA 855 precizē šīs definīcijas.

• Piemēram, NFPA 855 2023. gada versijā ir precizēts, ka UL 1973 ir uzskaitītas īpašas svina-skābes un niķeļa-kadmija baterijas (600 V vai mazākas).
• Turklāt svina-skābes akumulatoru sistēmām, kas sertificētas un marķētas saskaņā ar UL 1778, nav jāsertificē saskaņā ar UL 9540, ja tās tiek izmantotas kā rezerves barošanas avots.

Lai atrisinātu problēmu, kas saistīta ar svina-skābes un niķeļa-kadmija akumulatoru pārbaudes standartu trūkumu UL 1973, H pielikums (Novērtēt alternatīvas ar vārstu regulējamām vai ventilējamām svina-skābes vai niķeļa-kadmija akumulatoriem) tika īpaši pievienots. UL 1973 trešais izdevums, kas izdots 2022. gada februārī.

Šīs izmaiņas ir pozitīva attīstība, lai atšķirtu UPS un ESS drošas uzstādīšanas prasības. Turpmākais darbs ietver NEC 480. panta atjaunināšanu, lai labāk risinātu uzstādīšanas prasības tehnoloģijām, kas nav svina skābe un niķeļa-kadmijs. Turklāt NFPA 855 standarts ir jāturpina atjaunināt, lai nodrošinātu lielāku skaidrību par ugunsdrošības noteikumiem, jo ​​īpaši attiecībā uz dažādām tehnoloģijām, ko izmanto stacionāros lietojumos neatkarīgi no tā, vai tās ir UPS vai ESS.

Autore cer, ka nepārtrauktas izmaiņas uzlabos nozares drošību neatkarīgi no tā, vai tiek izmantots tradicionālais UPS vai ESS. Tā kā mēs redzam, ka enerģijas uzglabāšanas risinājumi izplatās nozīmīgi un ātri, produktu iekšējās drošības problēmas ir ļoti svarīgas, lai atbrīvotu drošības inovācijas un apmierinātu sabiedrības vajadzības.