Technologie zasilaczy awaryjnych (UPS) są stosowane w różnych zastosowaniach od wielu lat w celu zapewnienia ciągłości pracy kluczowych odbiorników podczas przerw w dostawie prądu z sieci. Systemy te znalazły zastosowanie w wielu różnych lokalizacjach, aby zapewnić dodatkową odporność na zakłócenia w sieci zakłócające pracę określonych obciążeń. Systemy UPS są często wykorzystywane do ochrony komputerów, urządzeń komputerowych i sprzętu telekomunikacyjnego. Wraz z niedawnym rozwojem nowych technologii energetycznych, systemy magazynowania energii (ESS) szybko się rozprzestrzeniły. ESS, szczególnie te wykorzystujące technologie akumulatorowe, są zazwyczaj zasilane ze źródeł odnawialnych, takich jak energia słoneczna lub wiatrowa, i umożliwiają magazynowanie energii wytwarzanej przez te źródła do wykorzystania w różnym czasie.

Obecna amerykańska norma ANSI dotycząca zasilaczy UPS to UL 1778, norma dotycząca systemów zasilania awaryjnego. oraz CSA-C22.2 nr 107.3 dla Kanady. UL 9540, norma dotycząca systemów i urządzeń magazynowania energii, to amerykańska i kanadyjska norma krajowa dotycząca ESS. Chociaż zarówno dojrzałe produkty UPS, jak i szybko rozwijające się produkowane ESS mają pewne podobieństwa w rozwiązaniach technicznych, działaniu i instalacji, istnieją istotne różnice. W tym artykule dokonamy przeglądu najważniejszych różnic, zarysujemy obowiązujące wymagania dotyczące bezpieczeństwa produktów powiązane z każdym z nich i podsumowujemy ewolucję kodeksów w odniesieniu do obu typów instalacji.

PrzedstawiamyUPS-em

Tworzenie

System UPS to system elektryczny zaprojektowany w celu zapewnienia chwilowego, tymczasowego zasilania prądem przemiennym dla odbiorników krytycznych w przypadku awarii sieci elektrycznej lub innej awarii źródła zasilania. Zasilacz UPS jest tak dobrany, aby zapewniał natychmiastową kontynuację z góry określonej ilości mocy przez określony czas. Umożliwia to włączenie dodatkowego źródła zasilania, np. generatora, i kontynuowanie zasilania rezerwowego. Zasilacz UPS może bezpiecznie wyłączyć mniej istotne obciążenia, kontynuując dostarczanie energii do ważniejszych odbiorników. Systemy UPS zapewniają to krytyczne wsparcie dla różnych zastosowań od wielu lat. UPS będzie wykorzystywać zmagazynowaną energię ze zintegrowanego źródła energii. Jest to zazwyczaj zespół akumulatorów, superkondensator lub mechaniczny ruch koła zamachowego jako źródła energii.

Typowy UPS wykorzystujący do zasilania zestaw akumulatorów składa się z następujących głównych elementów:

Prostownik/ładowarka – ta sekcja zasilacza UPS pobiera zasilanie z sieci prądu przemiennego, prostuje je i wytwarza napięcie prądu stałego wykorzystywane do ładowania akumulatorów.

• Falownik – w przypadku awarii zasilania sieciowego falownik przekształci energię prądu stałego zmagazynowaną w akumulatorach w czystą moc wyjściową prądu przemiennego, odpowiednią dla obsługiwanego sprzętu.

• Przełącznik zasilania – automatyczne i natychmiastowe urządzenie przełączające, które przenosi energię z różnych źródeł, np. sieci, falownika UPS i generatora, do obciążenia krytycznego.

• Zespół akumulatorów – przechowuje energię potrzebną zasilaczowi UPS do wykonywania jego zamierzonych funkcji.

Aktualne standardy dla systemów UPS

• Obecna amerykańska norma ANSI dotycząca zasilaczy UPS to UL 1778/C22.2 nr 107.3, norma dotycząca systemów zasilania bezprzerwowego, która definiuje zasilacz UPS jako „połączenie konwerterów, przełączników i urządzeń magazynujących energię (takich jak akumulatory) tworzące zasilacz system utrzymania ciągłości zasilania odbiornika w przypadku awarii zasilania wejściowego.”

• W opracowaniu są nowe wydania norm IEC 62040-1 i IEC 62477-1. UL/CSA 62040-1 (wykorzystując UL/CSA 62477-1 jako normę odniesienia) zostanie zharmonizowana z tymi normami.

Przedstawiamy magazynowanie energii systemy (ESS)

ESS zyskują na popularności jako odpowiedź na szereg wyzwań stojących przed dostępnością i

niezawodność na dzisiejszym rynku energii. ESS, zwłaszcza te wykorzystujące technologie akumulatorowe, pomagają ograniczyć zmienną dostępność źródeł odnawialnych, takich jak energia słoneczna lub wiatrowa. ESS są źródłem niezawodnej energii w godzinach szczytu i mogą pomóc w zarządzaniu obciążeniem, wahaniach mocy i innych funkcjach związanych z siecią. ESS są wykorzystywane w zastosowaniach użyteczności publicznej, komercyjnych, przemysłowych i mieszkaniowych.

Aktualne standardy dla ESS

UL 9540, norma dotycząca systemów i urządzeń magazynowania energii, to amerykańska i kanadyjska norma krajowa dotycząca ESS.

• Opublikowana po raz pierwszy w 2016 r. norma UL 9540 obejmuje wiele technologii dla ESS, w tym systemy magazynowania energii akumulatorów (BESS). Norma UL 9540 obejmuje także inne technologie magazynowania: mechaniczny ESS, np. magazynowanie na kole zamachowym w połączeniu z generatorem, chemiczny ESS, np. magazynowanie wodoru w połączeniu z systemem ogniw paliwowych oraz termiczny ESS, np. magazynowanie ciepła utajonego w połączeniu z generatorem.
• Norma UL 9540, jej drugie wydanie, definiuje system magazynowania energii jako „urządzenie, które odbiera energię, a następnie zapewnia środki do przechowywania tej energii w jakiejś formie do późniejszego wykorzystania w celu dostarczania energii elektrycznej w razie potrzeby”. Drugie wydanie normy UL 9540 wymaga ponadto, aby BESS podlegał normie UL 9540A, standardowej metodzie badania służącej do oceny rozprzestrzeniania się termicznego niekontrolowanego pożaru w akumulatorowych systemach magazynowania energii, jeśli jest to wymagane w celu spełnienia wyjątków określonych w przepisach.
• UL 9540 jest obecnie w trzeciej edycji.

Porównanie ESS z UPS

Funkcje i wymiary

Zasilacz ESS ma podobną konstrukcję do zasilacza UPS, ale różni się sposobem użycia. Podobnie jak UPS, ESS zawiera mechanizm magazynowania energii, taki jak akumulatory, sprzęt do przetwarzania mocy, np. falowniki oraz różne inne urządzenia elektroniczne i sterujące. Jednak w przeciwieństwie do UPS, ESS może działać równolegle z siecią, co skutkuje częstszą cyklą pracy systemu, niż kiedykolwiek doświadczyłby UPS. ESS może współpracować interaktywnie z siecią lub w trybie autonomicznym, lub w obu przypadkach, w zależności od rodzaju zastosowanego systemu konwersji mocy. ESS może nawet działać jako funkcjonalność UPS. Podobnie jak UPS, ESS może być dostępny w różnych rozmiarach, od małych systemów mieszkaniowych zużywających mniej niż 20 kWh energii po aplikacje użyteczności publicznej wykorzystujące wielomegawatowe systemy kontenerów na energię z wieloma stojakami na akumulatory w kontenerze

Skład chemiczny i bezpieczeństwo

Typowym składem akumulatorów stosowanych w zasilaczach UPS zawsze były akumulatory ołowiowo-kwasowe lub niklowo-kadmowe. W przeciwieństwie do UPS, firma BESS od początku korzysta z technologii takich jak akumulatory litowo-jonowe, ponieważ akumulatory litowo-jonowe charakteryzują się lepszą wydajnością cykli i większą gęstością energii, co pozwala zapewnić więcej energii przy mniejszej powierzchni. Baterie litowo-jonowe mają również znacznie niższe wymagania konserwacyjne niż tradycyjne technologie akumulatorowe. Jednak obecnie akumulatory litowo-jonowe są również coraz częściej stosowane w zastosowaniach UPS.

Jednak poważny wypadek, który miał miejsce w Arizonie w 2019 r. z udziałem ESS wykorzystywanego w zastosowaniach użyteczności publicznej, spowodował poważne obrażenia kilku osób udzielających pierwszej pomocy i przyciągnął uwagę różnych zainteresowanych stron, w tym organów regulacyjnych i agencji ubezpieczeniowych. Aby zapewnić, że ta rozwijająca się dziedzina nie zostanie zakłócona przez możliwe do uniknięcia zdarzenia związane z bezpieczeństwem, należy opracować odpowiednie specyfikacje i standardy dla ESS. Aby zachęcić do opracowania odpowiednich specyfikacji i standardów bezpieczeństwa dla ESS, Departament Energii Stanów Zjednoczonych (DOE) uruchomił w 2015 r. pierwsze doroczne forum na temat bezpieczeństwa i niezawodności ESS.

Pierwsze Forum DOE ESS wniosło wkład w dużą ilość prac nad specyfikacjami i standardami ESS. Najbardziej godne uwagi jest opracowanie normy NEC nr 706 oraz opracowanie normy NFPA 855 dla instalacji stacjonarnych systemów magazynowania energii, co bezpośrednio wpływa na normę dla stacjonarnych systemów baterii w ICC IFC i NFPA 1. Obecnie NEC i NFPA 855 mają zaktualizowano również do wersji 2023.

Aktualny stan standardów ESS i UPS

Celem wszystkich działań związanych z opracowywaniem zasad i standardów jest odpowiednie zajęcie się bezpieczeństwem tych systemów. Niestety, obecne standardy spowodowały pewne zamieszanie w branży.

1.NFPA 855. Kluczowym dokumentem mającym wpływ na instalację BESS i UPS jest wersja NFPA 855 z 2020 r., Norma dotycząca instalacji stacjonarnych systemów magazynowania energii. Norma NFPA 855 definiuje magazynowanie energii jako „zespół jednego lub większej liczby urządzeń zdolnych do magazynowania energii w celu przyszłego dostarczenia jej do lokalnych odbiorników elektrycznych, sieci elektroenergetycznych lub wsparcia sieci”. Definicja ta obejmuje aplikacje dla UPS i ESS. Ponadto norma NFPA 855 i przepisy przeciwpożarowe wymagają, aby ESS były oceniane i certyfikowane zgodnie z normą UL 9540. Jednakże norma UL 1778 zawsze była tradycyjną normą bezpieczeństwa produktów dla zasilaczy UPS. System został niezależnie oceniony pod kątem zgodności z obowiązującymi wymogami bezpieczeństwa i zapewnia bezpieczny montaż. Dlatego też wymagania normy UL 9540 spowodowały pewne zamieszanie w branży.

2. UL9540A. UL 9540A wymaga rozpoczęcia od poziomu akumulatora i testowania krok po kroku, aż do przejścia przez poziom instalacji. Wymagania te powodują, że systemy UPS podlegają standardom marketingowym, które nie były wymagane w przeszłości.

3.UL 1973. UL 1973 to norma bezpieczeństwa systemów akumulatorowych dla ESS i UPS. Wersja UL 1973-2018 nie zawiera jednak przepisów dotyczących testowania akumulatorów kwasowo-ołowiowych, co stanowi również wyzwanie dla systemów UPS wykorzystujących tradycyjną technologię akumulatorów, taką jak akumulatory kwasowo-ołowiowe.

Streszczenie

Obecnie zarówno NEC (Krajowy Kodeks Elektryczny), jak i NFPA 855 wyjaśniają te definicje.

• Na przykład wersja normy NFPA 855 z 2023 r. wyjaśnia, że ​​określone akumulatory kwasowo-ołowiowe i niklowo-kadmowe (600 V lub mniej) są wymienione w normie UL 1973.
• Ponadto systemy akumulatorów kwasowo-ołowiowych certyfikowane i oznaczone zgodnie z normą UL 1778 nie muszą być certyfikowane zgodnie z normą UL 9540, jeśli są używane jako źródło zasilania rezerwowego.

Aby rozwiązać problem braku norm testowych dla akumulatorów kwasowo-ołowiowych i niklowo-kadmowych w normie UL 1973, dodano specjalnie Dodatek H (Ocena alternatyw dla akumulatorów kwasowo-ołowiowych lub niklowo-kadmowych z regulacją zaworów lub wentylacją). trzecie wydanie UL 1973 wydane w lutym 2022 r.

Zmiany te stanowią pozytywny rozwój w celu odróżnienia wymagań dotyczących bezpiecznej instalacji UPS i ESS. Dalsze prace obejmują aktualizację art. 480 NEC w celu lepszego uwzględnienia wymogów instalacyjnych dla technologii innych niż kwasowo-ołowiowa i niklowo-kadmowa. Ponadto norma NFPA 855 wymaga dalszej aktualizacji, aby zapewnić większą przejrzystość przepisów dotyczących ochrony przeciwpożarowej, szczególnie w odniesieniu do różnych technologii stosowanych w zastosowaniach stacjonarnych, niezależnie od tego, czy są to UPS czy ESS.

Autor ma nadzieję, że dalsze zmiany wpłyną na poprawę bezpieczeństwa w branży, niezależnie od tego, czy zastosowany zostanie tradycyjny UPS, czy ESS. Ponieważ widzimy, że rozwiązania w zakresie magazynowania energii rozprzestrzeniają się w znaczący i szybki sposób, zajęcie się kwestią wewnętrznego bezpieczeństwa produktów ma kluczowe znaczenie dla uwolnienia innowacji w zakresie bezpieczeństwa i zaspokojenia potrzeb społeczeństwa.