A szünetmentes tápegység (UPS) technológiáit évek óta használják különféle alkalmazásokban, hogy támogassák a kulcsfontosságú terhelések folyamatos működését a hálózatról érkező áramellátás megszakadása esetén. Ezeket a rendszereket számos különböző helyen használták, hogy további védettséget biztosítsanak a meghatározott terhelések működését zavaró hálózati megszakításokkal szemben. Az UPS rendszereket gyakran használják számítógépek, számítógépes létesítmények és távközlési berendezések védelmére. Az új energiatechnológiák közelmúltbeli fejlődésével az energiatároló rendszerek (ESS) gyorsan elterjedtek. Az ESS-eket, különösen az akkumulátoros technológiát használókat, jellemzően megújuló forrásokból, például nap- vagy szélenergiából táplálják, és lehetővé teszik az ezekből a forrásokból előállított energia tárolását különböző időpontokban történő felhasználásra.

A szünetmentes tápegységekre vonatkozó jelenlegi amerikai ANSI-szabvány az UL 1778, a szünetmentes tápellátási rendszerek szabványa. és CSA-C22.2 No. 107.3 Kanada esetében. Az UL 9540, az energiatároló rendszerek és berendezések szabványa, az ESS amerikai és kanadai nemzeti szabványa. Noha mind a kiforrott UPS-termékek, mind a gyorsan fejlődő ESS-ek műszaki megoldásai, működése és telepítése tekintetében közösek, vannak lényeges különbségek. Ez a cikk áttekinti a kritikus megkülönböztetéseket, felvázolja az mindegyikhez kapcsolódó vonatkozó termékbiztonsági követelményeket, és összefoglalja, hogy a kódexek hogyan fejlődnek mindkét típusú létesítmény esetében.

BemutatkozikUPS

Képződés

Az UPS-rendszer olyan elektromos rendszer, amelyet arra terveztek, hogy pillanatnyi, ideiglenes váltóáram-alapú áramellátást biztosítson a kritikus terhelések számára elektromos hálózat meghibásodása vagy más hálózati áramforrás-kimaradás esetén. A szünetmentes tápegység úgy van méretezve, hogy egy előre meghatározott mennyiségű energia azonnali folytatását biztosítsa egy meghatározott ideig. Ez lehetővé teszi, hogy egy másodlagos áramforrás, például egy generátor online kapcsolódjon, és folytassa a tartalék energiaellátást. Az UPS biztonságosan leállíthatja a nem alapvető terheléseket, miközben továbbra is ellátja a fontosabb berendezések terheléseit. Az UPS rendszerek már évek óta biztosítják ezt a kritikus támogatást különféle alkalmazásokhoz. Az UPS egy integrált energiaforrásból származó tárolt energiát hasznosít. Ez jellemzően akkumulátorbank, szuperkondenzátor vagy egy lendkerék mechanikus mozgása energiaforrásként.

Egy tipikus UPS, amely akkumulátort használ az ellátásához, a következő fő összetevőkből áll:

Egyenirányító/töltő – Ez az UPS-rész veszi a váltakozó áramú tápellátást, egyenirányítja azt, és az akkumulátorok töltésére használt egyenfeszültséget állít elő.

• Inverter – Hálózati áramkimaradás esetén az inverter az akkumulátorokban tárolt egyenáramot tiszta váltakozó áramú kimenetté alakítja, amely megfelel a támogatott berendezéseknek.

• Átviteli kapcsoló – Automatikus és azonnali kapcsolóeszköz, amely különféle forrásokból, pl. hálózatról, UPS inverterről és generátorról ad át energiát a kritikus terhelésre.

• Akkumulátorbank – Tárolja a szünetmentes tápegység rendeltetésszerű működéséhez szükséges energiát.

Jelenlegi szabványok UPS rendszerekhez

• A szünetmentes tápegységekre vonatkozó jelenlegi amerikai ANSI-szabvány az UL 1778/C22.2 No. 107.3, a szünetmentes tápellátási rendszerek szabványa, amely az UPS-t „átalakítók, kapcsolók és energiatároló eszközök (például akkumulátorok) kombinációjaként határozza meg, amelyek tápegységet alkotnak. rendszer az áramellátás folyamatosságának fenntartásához a terheléshez bemeneti áramkimaradás esetén."

• Az IEC 62040-1 és az IEC 62477-1 új kiadásai fejlesztés alatt állnak. Az UL/CSA 62040-1 (az UL/CSA 62477-1 referenciaszabványként) harmonizálásra kerül ezekkel a szabványokkal.

Bemutatkozik energiatárolás rendszerek (ESS)

Az ESS-ek egyre nagyobb teret hódítanak a rendelkezésre állás és a rendelkezésre állás előtt álló számos kihívásra adott válaszként

megbízhatóság a mai energiapiacon. Az ESS, különösen az akkumulátoros technológiát használók, segítenek csökkenteni a megújuló források, például a nap- vagy szélenergia változó rendelkezésre állását. Az ESS megbízható áramforrást jelent a csúcshasználati időkben, és segíthet a terheléskezelésben, az áramingadozásokban és más, hálózattal kapcsolatos funkciókban. Az ESS-t közüzemi, kereskedelmi, ipari és lakossági alkalmazásokban használják.

Az ESS jelenlegi szabványai

Az UL 9540, az energiatároló rendszerek és berendezések szabványa, az ESS amerikai és kanadai nemzeti szabványa.

• Az először 2016-ban publikált UL 9540 többféle ESS-technológiát tartalmaz, beleértve az akkumulátoros energiatároló rendszereket (BESS). Az UL 9540 más tárolási technológiákra is kiterjed: mechanikus ESS, például generátorral párosított lendkerekes tároló, kémiai ESS, pl. üzemanyagcellás rendszerrel párosított hidrogéntároló, és termikus ESS, pl. látens hőtároló generátorral párosítva.
• Az UL 9540, második kiadása az energiatároló rendszert úgy definiálja, mint „olyan berendezéseket, amelyek energiát kapnak, majd módot biztosítanak az energia tárolására valamilyen formában későbbi felhasználás céljából, hogy szükség esetén elektromos energiát lássanak el”. Az UL 9540 második kiadása előírja továbbá, hogy a BESS-t alá kell vetni az UL 9540A szabványnak, amely az akkumulátoros energiatároló rendszerek hőkifutó tűzterjedésének értékelésére szolgáló szabványos vizsgálati módszer, ha szükséges a kódokban szereplő kivételek teljesítéséhez.
• Az UL 9540 jelenleg a harmadik kiadásnál tart.

Az ESS és a UPS összehasonlítása

Funkciók és méretek

Az ESS felépítésében hasonló az UPS-hez, de eltér a használatában. Az UPS-hez hasonlóan az ESS is tartalmaz egy energiatároló mechanizmust, például akkumulátorokat, energiaátalakító berendezéseket, például invertereket, valamint számos egyéb elektronikát és vezérlőt. Az UPS-től eltérően azonban az ESS párhuzamosan is működhet a hálózattal, ami a rendszer nagyobb ciklusát eredményezi, mint amit egy UPS valaha is tapasztalna. Az ESS interaktívan együttműködhet a hálózattal vagy önálló módban, vagy mindkettőben, az alkalmazott energiaátalakító rendszer típusától függően. Az ESS akár UPS funkcióként is működhet. Az UPS-hez hasonlóan az ESS is többféle méretben készülhet a 20 kWh-nál kevesebb energiát termelő kis lakossági rendszerektől a több megawattos energiatároló rendszereket használó közüzemi alkalmazásokig, amelyekben több akkumulátortartó állvány található.

Kémiai összetétel és biztonság

Az UPS-ben használt tipikus akkumulátor-kémia mindig is ólom-savas vagy nikkel-kadmium akkumulátor volt. Az UPS-szel ellentétben a BESS a kezdetektől fogva olyan technológiákat használ, mint például a lítium-ion akkumulátorok, mivel a lítium-ion akkumulátorok jobb ciklusteljesítményűek és nagyobb energiasűrűséggel rendelkeznek, ami kisebb fizikai helyigény mellett több energiát biztosít. A lítium-ion akkumulátorok karbantartási igénye is sokkal alacsonyabb, mint a hagyományos akkumulátortechnológiáknál. Jelenleg azonban a lítium-ion akkumulátorokat egyre gyakrabban használják az UPS alkalmazásokban is.

Azonban egy 2019-ben Arizonában történt súlyos baleset, amelyben egy közüzemi alkalmazásokban használt ESS érintett, több elsősegélynyújtó súlyos sérüléseket szenvedett, és felkeltette a különböző érdekelt felek, köztük a szabályozó hatóságok és a biztosítási ügynökségek figyelmét. Annak biztosítása érdekében, hogy ezt a növekvő területet ne akadályozzák elkerülhető biztonsági események, megfelelő előírásokat és szabványokat kell kidolgozni az ESS-hez. Az ESS-re vonatkozó megfelelő biztonsági előírások és szabványok kidolgozásának ösztönzése érdekében az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma (DOE) 2015-ben elindította az első éves fórumot az ESS biztonságáról és megbízhatóságáról.

Az első DOE ESS Fórum hozzájárult az ESS specifikációival és szabványaival kapcsolatos nagy mennyiségű munkához. A legfigyelemreméltóbb a NEC No. 706 fejlesztése és az NFPA 855, a helyhez kötött energiatároló rendszerek telepítésére vonatkozó szabvány, amely közvetlenül érinti az ICC IFC és az NFPA 1 helyhez kötött akkumulátorrendszereinek szabványát. Ma az NEC és az NFPA 855 rendelkezik a 2023-as verziókhoz is frissítve.

Az ESS és UPS szabványok jelenlegi állapota

Minden szabály- és szabványfejlesztési tevékenység célja e rendszerek biztonságának megfelelő kezelése. Sajnos a jelenlegi szabványok némi zavart keltettek az iparágban.

1.NFPA 855. A BESS és az UPS telepítését érintő legfontosabb dokumentum az NFPA 855, a helyhez kötött energiatároló rendszerek telepítésének szabványa, 2020-as verziója. Az NFPA 855 meghatározása szerint az energiatárolás „egy vagy több eszközből álló összeállítás, amely képes energiát tárolni a helyi elektromos terhelések, közműhálózatok vagy hálózati támogatások jövőbeli ellátásához”. Ez a meghatározás magában foglalja az UPS és az ESS alkalmazásokat. Ezenkívül az NFPA 855 és a tűzvédelmi előírások megkövetelik az ESS-ek értékelését és UL 9540 szerinti tanúsítását. Az UL 1778 azonban mindig is az UPS hagyományos termékbiztonsági szabványa volt. A rendszert független értékelésnek vetették alá a vonatkozó biztonsági követelményeknek való megfelelés szempontjából, és támogatja a biztonságos telepítést. Ezért az UL 9540 követelménye némi zavart okozott az iparágban.

2. UL 9540A. Az UL 9540A előírja, hogy az akkumulátor töltöttségi szintjétől kell kezdeni, és lépésről lépésre kell tesztelni a telepítési szint eléréséig. Ezek a követelmények azt eredményezik, hogy az UPS-rendszerekre olyan forgalmazási szabványok vonatkoznak, amelyekre korábban nem volt szükség.

3.UL 1973. Az UL 1973 az akkumulátorrendszer biztonsági szabványa az ESS és az UPS számára. Az UL 1973-2018 verzió azonban nem tartalmaz vizsgálati rendelkezéseket az ólom-savas akkumulátorokra vonatkozóan, ami szintén kihívást jelent a hagyományos akkumulátortechnológiát, például ólom-savas akkumulátorokat használó UPS-rendszerek számára.

Összegzés

Jelenleg a NEC (National Electrical Code) és az NFPA 855 is tisztázza ezeket a meghatározásokat.

• Például az NFPA 855 2023-as verziója egyértelművé teszi, hogy bizonyos ólom-savas és nikkel-kadmium akkumulátorok (600 V vagy kisebb) szerepelnek az UL 1973-ban.
• Ezenkívül az UL 1778 szerint tanúsított és jelölt ólomakkumulátor-rendszereket nem kell az UL 9540 szerint tanúsítani, ha tartalék tápegységként használják őket.

Az Ólom-savas és nikkel-kadmium akkumulátorokra vonatkozó vizsgálati szabványok hiányának problémájának megoldása érdekében az UL 1973-ban a H függelék (A szeleppel szabályozott vagy szellőztetett ólom-savas vagy nikkel-kadmium akkumulátorok alternatíváinak értékelése) kifejezetten hozzáadásra került a Az UL 1973 harmadik kiadása 2022 februárjában jelent meg.

Ezek a változások pozitív fejleményt jelentenek az UPS és az ESS biztonságos telepítési követelményeinek megkülönböztetése érdekében. A további munka magában foglalja az NEC 480. cikkének frissítését, hogy jobban megfeleljenek az ólom-savtól és a nikkel-kadmiumtól eltérő technológiák telepítési követelményeinek. Ezenkívül az NFPA 855 szabványt tovább kell frissíteni a tűzvédelmi előírások egyértelműbbé tétele érdekében, különösen a helyhez kötött alkalmazásokban használt különféle technológiák tekintetében, legyen szó akár UPS-ről, akár ESS-ről.

A szerző reméli, hogy a folyamatos változtatások javítani fogják az iparág biztonságát, függetlenül attól, hogy hagyományos UPS-t vagy ESS-t használnak. Ahogy azt látjuk, hogy az energiatárolási megoldások jelentős és gyors ütemben terjednek, a termékek belső biztonságának kezelése kulcsfontosságú a biztonsági innováció felszabadításához és a társadalom igényeinek kielégítéséhez.