Uninterruptible power supply (UPS) tækni hefur verið notuð í ýmsum forritum í mörg ár til að styðja við áframhaldandi rekstur lykilálags við truflanir á raforku frá neti. Þessi kerfi hafa verið notuð á mörgum mismunandi stöðum til að veita aukið friðhelgi gegn truflunum á neti sem truflar rekstur skilgreindra álags. UPS kerfi eru oft notuð til að vernda tölvur, tölvuaðstöðu og fjarskiptabúnað. Með nýlegri þróun nýrrar orkutækni hefur orkugeymslukerfum (ESS) fjölgað hratt. ESS, sérstaklega þeir sem nota rafhlöðutækni, eru venjulega útvegaðir af endurnýjanlegum orkugjöfum eins og sólarorku eða vindorku og gera kleift að geyma orku sem framleidd er af þessum uppsprettum til notkunar á mismunandi tímum.

Núverandi bandaríski ANSI staðallinn fyrir UPS er UL 1778, staðallinn fyrir órofa raforkukerfi. og CSA-C22.2 nr. 107.3 fyrir Kanada. UL 9540, staðall fyrir orkugeymslukerfi og búnað, er bandarískur og kanadískur landsstaðall fyrir ESS. Þó að bæði þroskuðu UPS vörurnar og ESS sem er í örri þróun, sem framleitt er, eigi nokkuð sameiginlegt í tæknilausnum, rekstri og uppsetningu, þá er mikilvægur munur. Þessi grein mun fara yfir mikilvæga aðgreiningu, gera grein fyrir viðeigandi vöruöryggiskröfum sem tengjast hverri og draga saman hvernig kóðar eru að þróast við að taka á báðum gerðum uppsetninga.

KynnirUPS

Myndun

UPS kerfi er rafkerfi sem er hannað til að veita tafarlaust tímabundið riðstraumsafl fyrir mikilvægt álag ef bilun verður í rafmagnsneti eða öðrum bilunarmátum í raforkugjafa. UPS er stærð til að veita tafarlaust framhald af fyrirfram ákveðnu magni af krafti í ákveðinn tíma. Þetta gerir aukaaflgjafa, td rafall, kleift að koma á netið og halda áfram með afrit af afli. UPS getur á öruggan hátt lokað ónauðsynlegu álagi á meðan hún heldur áfram að veita mikilvægari búnaðarhleðslu afl. UPS kerfi hafa veitt þennan mikilvæga stuðning fyrir ýmis forrit í mörg ár. UPS mun nýta geymda orku frá samþættum orkugjafa. Þetta er venjulega rafhlöðubanki, ofurþétti eða vélræn hreyfing svifhjóls sem orkugjafa.

Dæmigerð UPS sem notar rafhlöðubanka fyrir framboðið samanstendur af eftirfarandi aðalhlutum:

Afriðli/hleðslutæki - Þessi UPS hluti tekur rafstrauminn, lagar það og framleiðir DC spennu sem notuð er til að hlaða rafhlöðurnar.

• Inverter – Ef rafmagnsbilun verður, mun inverterinn umbreyta DC aflinu sem er geymt í rafhlöðunum í hreint AC aflgjafa sem hentar studdum búnaði.

• Flutningsrofi – Sjálfvirkur og tafarlaus rofibúnaður sem flytur afl frá ýmsum aðilum, td rafmagni, UPS inverter og rafall, yfir á mikilvæga álag.

• Rafhlöðubanki – Geymir þá orku sem þarf til að UPS-kerfið geti sinnt tilætluðum árangri.

Núgildandi staðlar fyrir UPS kerfi

• Núverandi bandaríski ANSI staðallinn fyrir UPS er UL 1778/C22.2 nr. 107.3, staðallinn fyrir óafbrigðan raforkukerfi, sem skilgreinir UPS sem „sambland af breytum, rofum og orkugeymslutækjum (eins og rafhlöðum) sem mynda afl kerfi til að viðhalda samfellu afl til álags ef inntaksrafmagn bilar.

• Í þróun eru nýjar útgáfur af IEC 62040-1 og IEC 62477-1. UL/CSA 62040-1 (með UL/CSA 62477-1 sem viðmiðunarstaðal) verður samræmdur þessum stöðlum.

Kynnir orkugeymsla kerfi (ESS)

ESSs eru að ná völdum sem svar við fjölda áskorana sem standa frammi fyrir framboði og

áreiðanleika á orkumarkaði nútímans. ESS, sérstaklega þeir sem nota rafhlöðutækni, hjálpa til við að draga úr breytilegu framboði endurnýjanlegra orkugjafa eins og sólar- eða vindorku. ESS eru uppspretta áreiðanlegrar orku á álagstímum og geta aðstoðað við hleðslustjórnun, aflsveiflur og aðrar nettengdar aðgerðir. ESS eru notaðir fyrir gagnsemi, verslun, iðnaðar og íbúðarhúsnæði.

Núverandi staðlar fyrir ESS

UL 9540, staðall fyrir orkugeymslukerfi og búnað, er bandarískur og kanadískur landsstaðall fyrir ESS.

• Fyrst birt árið 2016, UL 9540 inniheldur margar tækni fyrir ESS, þar á meðal rafhlöðuorkugeymslukerfi (BESS). UL 9540 nær einnig til annarrar geymslutækni: vélrænni ESS, td svifhjólageymslu pöruð við rafal, efna-ESS, td vetnisgeymslu pöruð við efnarafalakerfi, og varma-ESS, td dulda varmageymslu pöruð við rafal.
• UL 9540, önnur útgáfa þess skilgreinir orkugeymslukerfi sem "Búnaður sem tekur við orku og veitir síðan leið til að geyma þá orku í einhverri mynd til síðari nota til að útvega raforku þegar þörf krefur." Önnur útgáfa af UL 9540 krefst þess ennfremur að BESS sé háð UL 9540A, stöðluðu prófunaraðferðinni til að meta útbreiðslu varma bruna í rafhlöðuorkugeymslukerfum, ef þess er krafist til að uppfylla undantekningar í kóðanum.
• UL 9540 er nú í þriðju útgáfu.

Samanburður ESS við UPS

Aðgerðir og vídd

ESS er svipað í byggingu og UPS en er mismunandi í notkun þess. Eins og UPS, inniheldur ESS orkugeymslukerfi eins og rafhlöður, aflbreytibúnað, td invertera, og ýmis önnur rafeindatækni og stjórntæki. Ólíkt UPS, hins vegar, getur ESS starfað samhliða neti, sem leiðir til meiri hjólreiða á kerfinu en UPS myndi nokkurn tíma upplifa. ESS getur unnið gagnvirkt við netið eða í sjálfstæðum ham, eða hvort tveggja, allt eftir tegund aflskiptakerfis sem notað er. ESS gæti jafnvel virkað sem UPS virkni. Eins og UPS getur ESS komið í ýmsum stærðum, allt frá litlu íbúðakerfi sem er minna en 20 kWst af orku til veituforrita sem nota multi-megawatta orkugámakerfi með mörgum rafhlöðurekki innan ílátsins.

Efnasamsetning og öryggi

Dæmigerð rafhlöðuefnafræði sem notuð eru í UPS hafa alltaf verið blýsýru- eða nikkel-kadmíum rafhlöður. Ólíkt UPS, notar BESS tækni eins og litíumjónarafhlöður frá upphafi vegna þess að litíumjónarafhlöður hafa betri hringrásafköst og meiri orkuþéttleika, sem getur veitt meiri orku í minna líkamlegu fótspori. Lithium-ion rafhlöður hafa einnig mun minni viðhaldsþörf en hefðbundin rafhlöðutækni. En eins og er eru litíumjónarafhlöður einnig notaðar í auknum mæli í UPS forritum.

Hins vegar, alvarlegt slys í Arizona árið 2019 þar sem ESS var notað í tólum olli alvarlegum meiðslum á nokkrum fyrstu viðbragðsaðilum og vakti athygli ýmissa hagsmunaaðila, þar á meðal eftirlitsaðila og tryggingastofnana. Til að tryggja að þetta vaxandi svið verði ekki hamlað af óhjákvæmilegum öryggisatvikum, þarf að þróa viðeigandi forskriftir og staðla fyrir ESS. Til að hvetja til þróunar viðeigandi öryggisforskrifta og staðla fyrir ESS, hóf bandaríska orkumálaráðuneytið (DOE) fyrsta árlega vettvanginn um ESS öryggi og áreiðanleika árið 2015.

Fyrsti DOE ESS vettvangurinn lagði sitt af mörkum til mikillar vinnu við ESS forskriftir og staðla. Athyglisverðast er þróun NEC nr. 706 og þróun NFPA 855, staðals fyrir kyrrstæðar orkugeymslukerfisuppsetningar, sem hefur bein áhrif á staðalinn fyrir kyrrstæð rafhlöðukerfi í ICC IFC og NFPA 1. Í dag hafa NEC og NFPA 855 einnig verið uppfært fyrir 2023 útgáfur.

Núverandi staða ESS og UPS staðla

Markmið allrar þróunaraðgerða á reglum og stöðlum er að takast á við öryggi þessara kerfa á fullnægjandi hátt. Því miður hafa núverandi staðlar skapað nokkurn rugling í greininni.

1.NFPA 855. Lykilskjalið sem hefur áhrif á uppsetningu BESS og UPS er 2020 útgáfan af NFPA 855, staðli fyrir uppsetningu á kyrrstæðum orkugeymslukerfum. NFPA 855 skilgreinir orkugeymslu sem „samstæðu eins eða fleiri tækja sem geta geymt orku fyrir framtíðarafgreiðslu til staðbundins rafmagnsálags, veitureta eða netstuðnings. Þessi skilgreining nær yfir forrit fyrir UPS og ESS. Að auki, NFPA 855 og brunakóðar krefjast þess að ESS sé metið og vottað samkvæmt UL 9540. Hins vegar hefur UL 1778 alltaf verið hefðbundinn varaöryggisstaðall fyrir UPS. Kerfið hefur verið metið sjálfstætt með tilliti til samræmis við viðeigandi öryggiskröfur og styður örugga uppsetningu. Þess vegna hefur krafan um UL 9540 valdið nokkrum ruglingi í greininni.

2. UL 9540A. UL 9540A krefst þess að byrjað sé frá rafhlöðustigi og prófað skref fyrir skref þar til uppsetningarstigið er náð. Þessar kröfur leiða til þess að UPS kerfi eru háð markaðsstöðlum sem ekki var krafist áður.

3.UL 1973. UL 1973 er ​​öryggisstaðall rafhlöðukerfisins fyrir ESS og UPS. Hins vegar inniheldur UL 1973-2018 útgáfan ekki prófunarákvæði fyrir blýsýrurafhlöður, sem er einnig áskorun fyrir UPS kerfi sem nota hefðbundna rafhlöðutækni eins og blýsýrurafhlöður.

Samantekt

Eins og er, eru bæði NEC (National Electrical Code) og NFPA 855 að skýra þessar skilgreiningar.

• Til dæmis skýrir 2023 útgáfan af NFPA 855 að sérstakar blýsýru- og nikkel-kadmíum rafhlöður (600 V eða minna) eru skráðar í UL 1973.
• Að auki þurfa blýsýrurafhlöðukerfi vottuð og merkt samkvæmt UL 1778 ekki að vera vottuð samkvæmt UL 9540 þegar þau eru notuð sem varaaflgjafi.

Til þess að leysa vandamálið vegna skorts á prófunarstöðlum fyrir blýsýru- og nikkel-kadmíum rafhlöður í UL 1973, var viðauki H (Mettu valkosti við ventilstýrða eða loftræsta blýsýru- eða nikkel-kadmíum rafhlöður) sérstaklega bætt við þriðja útgáfa af UL 1973 gefin út í febrúar 2022.

Þessar breytingar tákna jákvæða þróun í því skyni að aðgreina kröfur um örugga uppsetningu UPS og ESS. Frekari vinna felur í sér að uppfæra NEC grein 480 til að mæta betur uppsetningarkröfum fyrir aðra tækni en blýsýru og nikkel-kadmíum. Að auki þarf að uppfæra NFPA 855 staðalinn frekar til að veita meiri skýrleika varðandi brunavarnir, sérstaklega varðandi hina ýmsu tækni sem notuð er í kyrrstæðum forritum, hvort sem þær eru UPS eða ESS.

Höfundur vonast til að áframhaldandi breytingar muni bæta öryggi iðnaðarins, óháð því hvort notað er hefðbundin UPS eða ESS. Þar sem við sjáum að orkugeymslulausnum fjölgi á verulegan og hraðan hátt er mikilvægt að takast á við innra öryggi vara til að opna öryggisnýjungar og mæta þörfum samfélagsins.