UPS-teknologier (Uninterruptible Power Supply) er blevet brugt i forskellige applikationer i mange år for at understøtte fortsat drift af nøglebelastninger under strømafbrydelser fra nettet. Disse systemer er blevet brugt mange forskellige steder for at give yderligere immunitet mod netafbrydelser, der forstyrrer driften af ​​definerede belastninger. UPS-systemer bruges ofte til at beskytte computere, computerfaciliteter og telekommunikationsudstyr. Med den seneste udvikling af nye energiteknologier har energilagringssystemer (ESS) spredt sig hurtigt. ESS, især dem, der bruger batteriteknologier, forsynes typisk af vedvarende kilder såsom sol- eller vindenergi og muliggør lagring af energi produceret af disse kilder til brug på forskellige tidspunkter.

Den nuværende amerikanske ANSI-standard for UPS er UL 1778, standarden for Uninterruptible Power Systems. og CSA-C22.2 nr. 107.3 for Canada. UL 9540, standarden for energilagringssystemer og -udstyr, er den amerikanske og canadiske nationale standard for ESS. Mens både de modne UPS-produkter og det hurtigt udviklede ESS produceret har nogle fællestræk i tekniske løsninger, drift og installation, er der vigtige forskelle. Dette papir vil gennemgå de kritiske differentieringer, skitsere de gældende produktsikkerhedskrav forbundet med hver enkelt og opsummere, hvordan koder udvikler sig i forhold til begge typer installationer.

IntroduktionUPS

Dannelse

Et UPS-system er et elektrisk system, der er designet til at levere øjeblikkelig midlertidig vekselstrømsbaseret strøm til kritiske belastninger i tilfælde af elektrisk netsvigt eller andre strømforsyningssvigttilstande. UPS'en er dimensioneret til at give en øjeblikkelig fortsættelse af en forudbestemt mængde strøm i en bestemt varighed. Dette gør det muligt for en sekundær strømkilde, f.eks. en generator, at komme online og fortsætte med strømbackup. UPS'en kan sikkert lukke ned for ikke-essentielle belastninger, mens den fortsætter med at levere strøm til vigtigere udstyrsbelastninger. UPS-systemer har ydet denne kritiske støtte til forskellige applikationer i mange år. En UPS vil udnytte lagret energi fra en integreret energikilde. Dette er typisk batteribank, superkondensator eller den mekaniske bevægelse af et svinghjul som energikilde.

En typisk UPS, der bruger en batteribank til forsyningen, består af følgende hovedkomponenter:

Ensretter/oplader – Denne UPS-sektion tager vekselstrømsforsyningen, ensretter den og producerer en jævnspænding, der bruges til at oplade batterierne.

• Inverter – I tilfælde af netforsyningssvigt vil inverteren konvertere den jævnstrøm, der er lagret i batterierne, til ren vekselstrøm, der passer til det understøttede udstyr.

• Overførselskontakt – En automatisk og øjeblikkelig koblingsenhed, der overfører strøm fra forskellige kilder, f.eks. lysnettet, UPS-inverter og generator, til en kritisk belastning.

• Batteribank – Gemmer den energi, der er nødvendig for, at UPS'en kan udføre den tilsigtede funktion.

Nuværende standarder til UPS-systemer

• Den nuværende amerikanske ANSI-standard for UPS er UL 1778/C22.2 nr. 107.3, standarden for Uninterruptible Power Systems, som definerer en UPS som "en kombination af omformere, switches og energilagringsenheder (såsom batterier), der udgør en strømforsyning system til at opretholde kontinuitet af strøm til en belastning i tilfælde af strømsvigt ved input."

• Under udvikling er nye udgaver af IEC 62040-1 og IEC 62477-1. UL/CSA 62040-1 (med UL/CSA 62477-1 som referencestandard) vil blive harmoniseret med disse standarder.

Introduktion energilagring systemer (ESS)

ESS'er vinder indpas som svaret på en række udfordringer, som tilgængelighed og

pålidelighed på dagens energimarked. ESS, især dem, der bruger batteriteknologier, hjælper med at afbøde den variable tilgængelighed af vedvarende kilder såsom sol- eller vindenergi. ESS er en kilde til pålidelig strøm under spidsbelastningstider og kan hjælpe med belastningsstyring, strømudsving og andre netrelaterede funktioner. ESS bruges til forsynings-, kommerciel-, industri- og boligapplikationer.

Nuværende standarder for ESS

UL 9540, standarden for energilagringssystemer og -udstyr, er den amerikanske og canadiske nationale standard for ESS.

• Først udgivet i 2016, UL 9540 inkluderer flere teknologier til ESS, herunder batterienergilagringssystemer (BESS). UL 9540 dækker også andre lagringsteknologier: mekanisk ESS, f.eks. svinghjulslagring parret med en generator, kemisk ESS, f.eks. brintlagring parret med et brændselscellesystem, og termisk ESS, f.eks. latent varmelagring parret med en generator.
• UL 9540, dens anden udgave definerer et energilagringssystem som "Udstyr, der modtager energi og derefter giver et middel til at lagre denne energi i en eller anden form til senere brug for at levere elektrisk energi, når det er nødvendigt." Den anden udgave af UL 9540 kræver yderligere, at en BESS underkastes UL 9540A, standardtestmetoden til evaluering af termisk runaway-brandudbredelse i batterienergilagringssystemer, hvis det er nødvendigt for at opfylde undtagelserne i koderne.
• UL 9540 er i øjeblikket i sin tredje udgave.

Sammenligning af ESS med UPS

Funktioner og dimension

En ESS ligner i konstruktionen en UPS, men adskiller sig i dens brug. Ligesom UPS inkluderer ESS en energilagringsmekanisme såsom batterier, strømkonverteringsudstyr, f.eks. vekselrettere og forskellig anden elektronik og kontrol. I modsætning til UPS'en kan en ESS dog fungere parallelt med nettet, hvilket resulterer i større cykling af systemet, end en UPS nogensinde ville opleve. En ESS kan samarbejde interaktivt med nettet eller i en selvstændig tilstand, eller begge dele, afhængigt af den anvendte type strømkonverteringssystem. En ESS kan endda fungere som UPS-funktionalitet. Ligesom UPS kan ESS komme i en række størrelser fra et lille boligsystem, der er mindre end 20 kWh energi til forsyningsapplikationer, der bruger multi-megawatt energibeholdersystemer med flere batteristativer i beholderen

Kemisk sammensætning og sikkerhed

Den typiske batterikemi, der bruges i UPS, har altid været bly-syre- eller nikkel-cadmium-batterier. I modsætning til UPS bruger BESS teknologier som lithium-ion-batterier fra begyndelsen, fordi lithium-ion-batterier har bedre cyklusydelse og højere energitæthed, hvilket kan give mere energi i et mindre fysisk fodaftryk. Lithium-ion-batterier har også meget lavere vedligeholdelseskrav end traditionelle batteriteknologier. Men i øjeblikket bruges lithium-ion-batterier også i stigende grad i UPS-applikationer.

En alvorlig ulykke i Arizona i 2019, der involverede en ESS, der blev brugt i forsyningsapplikationer, resulterede imidlertid i alvorlige skader på adskillige førstehjælpere og tiltrak sig opmærksomhed fra forskellige interessenter, herunder regulatorer og forsikringsbureauer. For at sikre, at dette voksende felt ikke hæmmes af undgåelige sikkerhedshændelser, skal der udvikles passende specifikationer og standarder for ESS. For at fremme udviklingen af ​​passende sikkerhedsspecifikationer og standarder for ESS lancerede det amerikanske energiministerium (DOE) det første årlige forum om ESS sikkerhed og pålidelighed i 2015.

Det første DOE ESS-forum bidrog til en stor mængde arbejde med ESS-specifikationer og -standarder. Det mest bemærkelsesværdige er udviklingen af ​​NEC nr. 706 og udviklingen af ​​NFPA 855, en standard for stationære energilagringssysteminstallationer, som direkte påvirker standarden for stationære batterisystemer i ICC IFC og NFPA 1. I dag har NEC og NFPA 855 også blevet opdateret til 2023-versioner.

Aktuel status for ESS- og UPS-standarder

Målet med alle regler og standardudviklingsaktiviteter er at imødekomme disse systemers sikkerhed tilstrækkeligt. Desværre har de nuværende standarder skabt en vis forvirring i branchen.

1.NFPA 855. Nøgledokumentet, der påvirker installationen af ​​BESS og UPS, er 2020-versionen af ​​NFPA 855, standard for installation af stationære energilagringssystemer. NFPA 855 definerer energilagring som "en samling af en eller flere enheder, der er i stand til at lagre energi til fremtidig forsyning til lokale elektriske belastninger, forsyningsnet eller netunderstøttelse." Denne definition omfatter applikationer til UPS og ESS. Derudover kræver NFPA 855 og brandkoder, at ESS'er skal evalueres og certificeres til UL 9540. UL 1778 har dog altid været den traditionelle produktsikkerhedsstandard for UPS. Systemet er blevet uafhængigt evalueret for overholdelse af gældende sikkerhedskrav og understøtter sikker installation. Derfor har kravet om UL 9540 skabt en del forvirring i branchen.

2. UL 9540A. UL 9540A kræver, at man starter fra batteriniveauet og tester trin for trin, indtil man har bestået installationsniveauet. Disse krav resulterer i, at UPS-systemer er underlagt markedsføringsstandarder, som ikke var påkrævet tidligere.

3.UL 1973. UL 1973 er ​​batterisystemets sikkerhedsstandard for ESS og UPS. UL 1973-2018-versionen inkluderer dog ikke testbestemmelser for bly-syre-batterier, hvilket også er en udfordring for UPS-systemer, der bruger traditionel batteriteknologi, såsom bly-syre-batterier.

Oversigt

I øjeblikket er både NEC (National Electrical Code) og NFPA 855 ved at præcisere disse definitioner.

• For eksempel præciserer 2023-versionen af ​​NFPA 855, at specifikke bly-syre- og nikkel-cadmium-batterier (600 V eller mindre) er opført i UL 1973.
• Derudover behøver bly-syre batterisystemer, der er certificeret og mærket i henhold til UL 1778, ikke at være certificeret i henhold til UL 9540, når de bruges som backup strømforsyning.

For at løse problemet med manglen på teststandarder for bly-syre- og nikkel-cadmium-batterier i UL 1973, blev appendiks H (Vurder alternativer til ventilregulerede eller ventilerede bly-syre- eller nikkel-cadmium-batterier) specifikt tilføjet til tredje udgave af UL 1973 udgivet i februar 2022.

Disse ændringer repræsenterer en positiv udvikling for at differentiere kravene til sikker installation af UPS og ESS. Yderligere arbejde omfatter opdatering af NEC artikel 480 for bedre at imødekomme installationskrav til andre teknologier end blysyre og nikkel-cadmium. Derudover skal NFPA 855-standarden opdateres yderligere for at give større klarhed om brandbeskyttelsesforskrifter, især med hensyn til de forskellige teknologier, der bruges i stationære applikationer, uanset om de er UPS eller ESS.

Forfatteren håber, at fortsatte ændringer vil forbedre sikkerheden i industrien, uanset om der anvendes en traditionel UPS eller ESS. Da vi ser energilagringsløsninger udbrede sig på betydelige og hurtige måder, er det afgørende at tage fat på produkternes iboende sikkerhed for at frigøre sikkerhedsinnovation og opfylde samfundets behov.