Технологии источников бесперебойного питания (ИБП) уже много лет используются в различных приложениях для поддержки непрерывной работы ключевых нагрузок во время перебоев в подаче электроэнергии из сети. Эти системы использовались во многих различных местах для обеспечения дополнительной защиты от перебоев в сети, мешающих работе определенных нагрузок. Системы ИБП часто используются для защиты компьютеров, компьютерного оборудования и телекоммуникационного оборудования. С недавним развитием новых энергетических технологий быстро распространились системы хранения энергии (ESS). ESS, особенно те, которые используют аккумуляторные технологии, обычно питаются от возобновляемых источников, таких как солнечная или ветровая энергия, и позволяют хранить энергию, произведенную этими источниками, для использования в разное время.

Текущий стандарт США ANSI для ИБП — UL 1778, стандарт для систем бесперебойного питания. и CSA-C22.2 № 107.3 для Канады. UL 9540, Стандарт для систем и оборудования хранения энергии, является национальным стандартом США и Канады для ESS. Хотя и зрелые продукты ИБП, и быстро развивающиеся продукты ESS имеют некоторые общие черты в технических решениях, эксплуатации и установке, между ними есть и важные различия. В этом документе будут рассмотрены критические различия, изложены применимые требования к безопасности продукции, связанные с каждым из них, и кратко изложено, как развиваются кодексы применительно к обоим типам установок.

ПредставляемUPS

Формирование

Система ИБП — это электрическая система, предназначенная для мгновенного и временного обеспечения переменным током критических нагрузок в случае отказа электросети или других режимов отказа источника питания. ИБП рассчитан на мгновенное продолжение подачи заданного количества энергии в течение определенного периода времени. Это позволяет вторичному источнику питания, например генератору, подключиться к сети и продолжить работу в режиме резервного питания. ИБП может безопасно отключать второстепенные нагрузки, продолжая подавать питание на более важные нагрузки оборудования. Системы ИБП уже много лет обеспечивают эту критически важную поддержку для различных приложений. ИБП будет использовать накопленную энергию из встроенного источника энергии. Обычно это аккумуляторная батарея, суперконденсатор или механическое движение маховика в качестве источника энергии.

Типичный ИБП, использующий для питания аккумуляторную батарею, состоит из следующих основных компонентов:

Выпрямитель/зарядное устройство. Эта секция ИБП принимает сетевое питание переменного тока, выпрямляет его и создает напряжение постоянного тока, используемое для зарядки аккумуляторов.

• Инвертор – в случае сбоя электропитания инвертор преобразует энергию постоянного тока, накопленную в батареях, в чистую выходную мощность переменного тока, подходящую для поддерживаемого оборудования.

• Резервный переключатель – автоматическое и мгновенное коммутационное устройство, которое передает мощность от различных источников, например, от сети, инвертора ИБП и генератора, на критическую нагрузку.

• Батарейный блок – хранит энергию, необходимую ИБП для выполнения предусмотренных функций.

Текущие стандарты для систем ИБП

• Действующим стандартом ANSI США для ИБП является UL 1778/C22.2 № 107.3, Стандарт для систем бесперебойного питания, который определяет ИБП как «комбинацию преобразователей, переключателей и устройств хранения энергии (таких как батареи), составляющих источник питания. система для поддержания непрерывности электропитания нагрузки в случае сбоя входного питания».

• В разработке находятся новые редакции IEC 62040-1 и IEC 62477-1. UL/CSA 62040-1 (с использованием UL/CSA 62477-1 в качестве эталонного стандарта) будет гармонизирован с этими стандартами.

Представляем накопитель энергии системы (ESS)

ESS набирают обороты как ответ на ряд проблем, связанных с доступностью и

надежность на современном энергетическом рынке. ESS, особенно те, которые используют аккумуляторные технологии, помогают смягчить нестабильную доступность возобновляемых источников, таких как солнечная или ветровая энергия. ESS являются источником надежного энергоснабжения в периоды пиковой нагрузки и могут помочь в управлении нагрузкой, колебаниях мощности и других функциях, связанных с сетью. ESS используются в коммунальных, коммерческих, промышленных и жилых помещениях.

Текущие стандарты ESS

UL 9540, Стандарт для систем и оборудования хранения энергии, является национальным стандартом США и Канады для ESS.

• Стандарт UL 9540, впервые опубликованный в 2016 году, включает в себя несколько технологий для ESS, включая системы аккумуляторного хранения энергии (BESS). UL 9540 также охватывает другие технологии хранения: механическую ESS, например, маховиковую систему хранения в сочетании с генератором, химическую ESS, например, систему хранения водорода в сочетании с системой топливных элементов, и термическую ESS, например, систему хранения скрытого тепла в сочетании с генератором.
• Второе издание UL 9540 определяет систему хранения энергии как «Оборудование, которое получает энергию, а затем предоставляет средства для хранения этой энергии в той или иной форме для последующего использования с целью подачи электрической энергии при необходимости». Второе издание UL 9540 дополнительно требует, чтобы BESS подвергался UL 9540A, стандартному методу испытаний для оценки неконтролируемого теплового распространения огня в аккумуляторных системах хранения энергии, если это необходимо для соблюдения исключений в нормах.
• UL 9540 в настоящее время находится в третьем издании.

Сравнение ESS с ИБП

Функции и размеры

ESS по конструкции похож на ИБП, но отличается по способу использования. Подобно ИБП, ESS включает в себя механизм хранения энергии, такой как батареи, оборудование для преобразования энергии, например, инверторы, а также различную другую электронику и средства управления. Однако, в отличие от ИБП, ESS может работать параллельно с сетью, что приводит к большей цикличности системы, чем когда-либо было бы при использовании ИБП. ESS может взаимодействовать с сетью интерактивно или в автономном режиме, или в обоих случаях, в зависимости от типа используемой системы преобразования энергии. ESS может даже работать как ИБП. Как и ИБП, ESS может иметь различные размеры: от небольшой бытовой системы с энергопотреблением менее 20 кВтч до коммунальных предприятий, использующих энергоконтейнерные системы мощностью в несколько мегаватт с несколькими аккумуляторными стойками внутри контейнера.

Химический состав и безопасность

Типичный химический состав батарей, используемых в ИБП, всегда представлял собой свинцово-кислотные или никель-кадмиевые батареи. В отличие от UPS, BESS с самого начала использует такие технологии, как литий-ионные батареи, поскольку литий-ионные батареи имеют лучшую циклическую производительность и более высокую плотность энергии, что может обеспечить больше энергии при меньших физических затратах. Литий-ионные батареи также требуют гораздо меньшего обслуживания, чем традиционные аккумуляторные технологии. Но в настоящее время литий-ионные батареи все чаще используются в ИБП.

Однако серьезная авария в Аризоне в 2019 году с участием ESS, используемой в коммунальных предприятиях, привела к серьезным травмам нескольких сотрудников службы экстренного реагирования и привлекла внимание различных заинтересованных сторон, включая регулирующие органы и страховые агентства. Чтобы гарантировать, что эта растущая область не будет затруднена инцидентами безопасности, которых можно избежать, необходимо разработать соответствующие спецификации и стандарты для ESS. Чтобы стимулировать разработку соответствующих спецификаций и стандартов безопасности для ESS, Министерство энергетики США (DOE) организовало первый ежегодный форум по безопасности и надежности ESS в 2015 году.

Первый форум ESS Министерства энергетики США способствовал большому объему работы над спецификациями и стандартами ESS. Наиболее примечательными являются разработка NEC № 706 и разработка NFPA 855, стандарта для установок стационарных систем хранения энергии, который напрямую влияет на стандарт для стационарных аккумуляторных систем в ICC IFC и NFPA 1. Сегодня NEC и NFPA 855 имеют также обновлен для версий 2023 года.

Текущее состояние стандартов ESS и UPS

Целью всей деятельности по разработке правил и стандартов является адекватное обеспечение безопасности этих систем. К сожалению, действующие стандарты создали некоторую путаницу в отрасли.

1.NFPA 855. Ключевым документом, влияющим на установку BESS и ИБП, является версия NFPA 855 2020 года «Стандарт для установки стационарных систем хранения энергии». NFPA 855 определяет хранение энергии как «сборку одного или нескольких устройств, способных хранить энергию для будущей подачи на местные электрические нагрузки, коммунальные сети или поддержку сети». Это определение включает приложения для ИБП и ESS. Кроме того, NFPA 855 и нормы пожарной безопасности требуют, чтобы ESS были оценены и сертифицированы в соответствии с UL 9540. Однако UL 1778 всегда был традиционным стандартом безопасности продукции для ИБП. Система прошла независимую оценку на соответствие применимым требованиям безопасности и обеспечивает безопасную установку. Таким образом, требование UL 9540 вызвало некоторую путаницу в отрасли.

2. УЛ 9540А. UL 9540A требует начинать с уровня заряда батареи и проводить поэтапное тестирование до достижения уровня установки. Эти требования приводят к тому, что системы ИБП подпадают под действие маркетинговых стандартов, которые не требовались в прошлом.

3.UL 1973. UL 1973 — это стандарт безопасности аккумуляторных систем для ESS и ИБП. Однако версия UL 1973-2018 не включает положения по тестированию свинцово-кислотных аккумуляторов, что также является проблемой для систем ИБП, использующих традиционные аккумуляторные технологии, такие как свинцово-кислотные аккумуляторы.

Краткое содержание

В настоящее время эти определения уточняются как NEC (Национальный электротехнический кодекс), так и NFPA 855.

• Например, в версии NFPA 855 2023 года уточняется, что определенные свинцово-кислотные и никель-кадмиевые батареи (600 В или меньше) перечислены в UL 1973.
• Кроме того, системы свинцово-кислотных аккумуляторов, сертифицированные и маркированные в соответствии с UL 1778, не нуждаются в сертификации в соответствии с UL 9540 при использовании в качестве резервного источника питания.

Чтобы решить проблему отсутствия стандартов испытаний свинцово-кислотных и никель-кадмиевых батарей в UL 1973, в UL 1973 было специально добавлено Приложение H (Оценка альтернатив свинцово-кислотным или никель-кадмиевым батареям с клапанным регулированием или вентиляцией). третье издание UL 1973 выпущено в феврале 2022 года.

Эти изменения представляют собой позитивное событие, позволяющее дифференцировать требования к безопасной установке ИБП и ESS. Дальнейшая работа включает обновление статьи 480 NEC, чтобы лучше учитывать требования к установке для технологий, отличных от свинцово-кислотных и никель-кадмиевых. Кроме того, стандарт NFPA 855 нуждается в дальнейшем обновлении, чтобы обеспечить большую ясность в правилах противопожарной защиты, особенно в отношении различных технологий, используемых в стационарных приложениях, будь то ИБП или ESS.

Автор надеется, что продолжающиеся изменения повысят безопасность отрасли независимо от того, используется ли традиционный ИБП или ESS. Поскольку мы видим, что решения для хранения энергии распространяются значительным и быстрым образом, обеспечение искробезопасности продуктов имеет решающее значение для внедрения инноваций в области безопасности и удовлетворения потребностей общества.