UPS-teknologier (Uninterruptible Power Supply) har blitt brukt i ulike applikasjoner i mange år for å støtte fortsatt drift av nøkkelbelastninger under strømavbrudd fra nettet. Disse systemene har blitt brukt på mange forskjellige steder for å gi ekstra immunitet mot nettavbrudd som forstyrrer driften av definerte laster. UPS-systemer brukes ofte til å beskytte datamaskiner, datafasiliteter og telekommunikasjonsutstyr. Med den nylige utviklingen av nye energiteknologier har energilagringssystemer (ESS) spredt seg raskt. ESS, spesielt de som bruker batteriteknologi, blir vanligvis levert av fornybare kilder som sol- eller vindkraft og muliggjør lagring av energi produsert av disse kildene for bruk til forskjellige tider.

Den gjeldende amerikanske ANSI-standarden for UPS er UL 1778, standarden for avbruddsfrie strømsystemer. og CSA-C22.2 nr. 107.3 for Canada. UL 9540, standarden for energilagringssystemer og utstyr, er den amerikanske og kanadiske nasjonale standarden for ESS. Mens både de modne UPS-produktene og den raskt utviklende ESS-produserte har noe fellestrekk i tekniske løsninger, drift og installasjon, er det viktige forskjeller. Denne artikkelen vil gjennomgå de kritiske differensieringene, skissere gjeldende produktsikkerhetskrav knyttet til hver og oppsummere hvordan koder utvikler seg når det gjelder begge typer installasjoner.

IntrodusererUPS

Formasjon

Et UPS-system er et elektrisk system designet for å gi øyeblikkelig midlertidig vekselstrømbasert strøm for kritiske belastninger i tilfelle feil i strømnettet eller andre strømforsyningsfeilmoduser. UPS-en er dimensjonert for å gi en umiddelbar fortsettelse av en forhåndsbestemt mengde strøm for en bestemt varighet. Dette gjør at en sekundær strømkilde, f.eks. en generator, kan kobles til og fortsette med strømbackup. UPS-en kan trygt slå av ikke-essensielle belastninger mens den fortsetter å gi strøm til viktigere utstyrsbelastninger. UPS-systemer har gitt denne kritiske støtten for ulike applikasjoner i mange år. En UPS vil utnytte lagret energi fra en integrert energikilde. Dette er typisk batteribank, superkondensator eller mekanisk bevegelse av et svinghjul som energikilde.

En typisk UPS som bruker en batteribank for forsyningen består av følgende hovedkomponenter:

Likeretter/lader – Denne UPS-seksjonen tar vekselstrømforsyningen, retter den opp og produserer en likespenning som brukes til å lade batteriene.

• Inverter – I tilfelle strømbrudd vil omformeren konvertere DC-strømmen som er lagret i batteriene til ren vekselstrøm som passer for det støttede utstyret.

• Overføringsbryter – En automatisk og øyeblikkelig koblingsenhet som overfører strøm fra ulike kilder, f.eks. strømnettet, UPS-omformer og generator, til en kritisk belastning.

• Batteribank – Lagrer energien som trengs for at UPS-en skal utføre sin tiltenkte funksjon.

Gjeldende standarder for UPS-systemer

• Den gjeldende amerikanske ANSI-standarden for UPS er UL 1778/C22.2 nr. 107.3, standarden for avbruddsfri strømsystemer, som definerer en UPS som "en kombinasjon av omformere, brytere og energilagringsenheter (som batterier) som utgjør en strømforsyning system for å opprettholde strømkontinuitet til en last i tilfelle strømbrudd.»

• Under utvikling er nye utgaver av IEC 62040-1 og IEC 62477-1. UL/CSA 62040-1 (bruker UL/CSA 62477-1 som referansestandard) vil bli harmonisert med disse standardene.

Introduserer energilagring systemer (ESS)

ESS-er får gjennomslag som svaret på en rekke utfordringer tilgjengelighet og

pålitelighet i dagens energimarked. ESS, spesielt de som bruker batteriteknologi, bidrar til å redusere den variable tilgjengeligheten til fornybare kilder som sol- eller vindkraft. ESS er en kilde til pålitelig strøm under høye brukstider og kan bistå med lasthåndtering, strømsvingninger og andre nettrelaterte funksjoner. ESS brukes til bruksområder, kommersielle, industrielle og boligapplikasjoner.

Gjeldende standarder for ESS

UL 9540, standarden for energilagringssystemer og utstyr, er den amerikanske og kanadiske nasjonale standarden for ESS.

• Først publisert i 2016, inkluderer UL 9540 flere teknologier for ESS, inkludert batterienergilagringssystemer (BESS). UL 9540 dekker også andre lagringsteknologier: mekanisk ESS, f.eks. svinghjulslagring sammenkoblet med en generator, kjemisk ESS, f.eks. hydrogenlagring sammenkoblet med et brenselcellesystem, og termisk ESS, f.eks. latent varmelagring sammenkoblet med en generator.
• UL 9540, dens andre utgave definerer et energilagringssystem som "Utstyr som mottar energi og deretter gir et middel til å lagre denne energien i en eller annen form for senere bruk for å levere elektrisk energi når det er nødvendig." Den andre utgaven av UL 9540 krever videre at en BESS underkastes UL 9540A, standard testmetode for evaluering av termisk runaway brannforplantning i batterienergilagringssystemer, hvis det er nødvendig for å oppfylle unntakene i kodene.
• UL 9540 er for tiden i sin tredje utgave.

Sammenligner ESS med UPS

Funksjoner og dimensjon

En ESS ligner i konstruksjonen på en UPS, men er forskjellig i bruken. I likhet med UPS inkluderer ESS en energilagringsmekanisme som batterier, strømkonverteringsutstyr, f.eks. invertere og diverse annen elektronikk og kontroller. I motsetning til UPS, kan imidlertid en ESS operere parallelt med nettet, noe som resulterer i større sykling av systemet enn en UPS noen gang vil oppleve. En ESS kan samarbeide interaktivt med nettet eller i en frittstående modus, eller begge deler, avhengig av typen strømkonverteringssystem som brukes. En ESS kan til og med fungere som UPS-funksjonalitet. I likhet med UPS kan ESS komme i en rekke størrelser fra et lite boligsystem som er mindre enn 20 kWh energi til bruksapplikasjoner som bruker multi-megawatt energibeholdersystemer med flere batteristativ i beholderen

Kjemisk sammensetning og sikkerhet

De typiske batterikjemiene som brukes i UPS har alltid vært bly-syre- eller nikkel-kadmium-batterier. I motsetning til UPS, bruker BESS teknologier som litium-ion-batterier fra begynnelsen fordi litium-ion-batterier har bedre syklusytelse og høyere energitetthet, noe som kan gi mer energi i et mindre fysisk fotavtrykk. Litium-ion-batterier har også mye lavere vedlikeholdskrav enn tradisjonelle batteriteknologier. Men for tiden brukes litium-ion-batterier også i økende grad i UPS-applikasjoner.

En alvorlig ulykke i Arizona i 2019 som involverte en ESS brukt i bruksområder, resulterte imidlertid i alvorlige skader på flere førstehjelpere og vakte oppmerksomhet fra ulike interessenter, inkludert regulatorer og forsikringsbyråer. For å sikre at dette voksende feltet ikke hemmes av sikkerhetshendelser som kan unngås, må det utvikles passende spesifikasjoner og standarder for ESS. For å oppmuntre til utvikling av passende sikkerhetsspesifikasjoner og standarder for ESS, lanserte US Department of Energy (DOE) det første årlige forumet om ESS Safety and Reliability i 2015.

Det første DOE ESS-forumet bidro til en stor mengde arbeid med ESS-spesifikasjoner og -standarder. Det mest bemerkelsesverdige er utviklingen av NEC nr. 706 og utviklingen av NFPA 855, en standard for stasjonære energilagringssysteminstallasjoner, som direkte påvirker standarden for stasjonære batterisystemer i ICC IFC og NFPA 1. I dag har NEC og NFPA 855 også oppdatert for 2023-versjoner.

Gjeldende status for ESS- og UPS-standarder

Målet med all utvikling av regler og standarder er å ivareta sikkerheten til disse systemene. Dessverre har dagens standarder skapt en del forvirring i bransjen.

1.NFPA 855. Nøkkeldokumentet som påvirker installasjonen av BESS og UPS er 2020-versjonen av NFPA 855, standard for installasjon av stasjonære energilagringssystemer. NFPA 855 definerer energilagring som "en sammenstilling av en eller flere enheter som er i stand til å lagre energi for fremtidig forsyning til lokale elektriske belastninger, strømnett eller nettstøtte." Denne definisjonen inkluderer applikasjoner for UPS og ESS. I tillegg krever NFPA 855 og brannkoder at ESS-er skal evalueres og sertifiseres til UL 9540. UL 1778 har imidlertid alltid vært den tradisjonelle produktsikkerhetsstandarden for UPS. Systemet har blitt uavhengig evaluert for samsvar med gjeldende sikkerhetskrav og støtter sikker installasjon. Derfor har kravet til UL 9540 forårsaket en del forvirring i bransjen.

2. UL 9540A. UL 9540A krever at man starter fra batterinivået og tester trinn for trinn til man passerer installasjonsnivået. Disse kravene fører til at UPS-systemer er underlagt markedsføringsstandarder som ikke var påkrevd tidligere.

3.UL 1973. UL 1973 er ​​sikkerhetsstandarden for batterisystem for ESS og UPS. UL 1973-2018-versjonen inkluderer imidlertid ikke testbestemmelser for bly-syre-batterier, noe som også er en utfordring for UPS-systemer som bruker tradisjonell batteriteknologi som bly-syre-batterier.

Sammendrag

For tiden klargjør både NEC (National Electrical Code) og NFPA 855 disse definisjonene.

• For eksempel klargjør 2023-versjonen av NFPA 855 at spesifikke bly-syre- og nikkel-kadmium-batterier (600 V eller mindre) er oppført i UL 1973.
• I tillegg trenger bly-syre batterisystemer sertifisert og merket i henhold til UL 1778 ikke å være sertifisert i henhold til UL 9540 når de brukes som reservestrømforsyning.

For å løse problemet med mangelen på teststandarder for bly-syre- og nikkel-kadmium-batterier i UL 1973, ble vedlegg H (Vurder alternativer til ventilregulerte eller ventilerte bly-syre- eller nikkel-kadmium-batterier) spesielt lagt til tredje utgave av UL 1973 utgitt i februar 2022.

Disse endringene representerer en positiv utvikling for å differensiere kravene til sikker installasjon av UPS og ESS. Ytterligere arbeid inkluderer å oppdatere NEC artikkel 480 for å bedre møte installasjonskrav for andre teknologier enn blysyre og nikkel-kadmium. I tillegg må NFPA 855-standarden oppdateres ytterligere for å gi større klarhet i brannvernforskrifter, spesielt angående de ulike teknologiene som brukes i stasjonære applikasjoner, enten de er UPS eller ESS.

Forfatteren håper at fortsatte endringer vil forbedre sikkerheten i industrien, uavhengig av om en tradisjonell UPS eller ESS brukes. Ettersom vi ser at energilagringsløsninger sprer seg på betydelige og raske måter, er det avgjørende å ta opp produktenes egensikkerhet for å låse opp sikkerhetsinnovasjon og møte samfunnets behov.