Katkematu toiteallika (UPS) tehnoloogiaid on erinevates rakendustes kasutatud juba aastaid, et toetada võtmekoormuste jätkuvat tööd võrgu toitekatkestuste ajal. Neid süsteeme on kasutatud paljudes erinevates kohtades, et tagada täiendav kaitse võrgukatkestuste eest, mis segavad määratletud koormuste tööd. UPS-süsteeme kasutatakse sageli arvutite, arvutiseadmete ja telekommunikatsiooniseadmete kaitsmiseks. Uute energiatehnoloogiate hiljutise arenguga on energiasalvestussüsteemid (ESS) kiiresti levinud. ESS, eriti need, mis kasutavad akutehnoloogiaid, varustatakse tavaliselt taastuvatest allikatest, nagu päikese- või tuuleenergia, ning need võimaldavad salvestada nendest allikatest toodetud energiat erinevatel aegadel kasutamiseks.

USA praegune UPS-i ANSI standard on UL 1778, katkematute toitesüsteemide standard. ja CSA-C22.2 nr 107.3 Kanada jaoks. UL 9540, energiasalvestussüsteemide ja -seadmete standard, on Ameerika ja Kanada riiklik ESS-standard. Kuigi nii küpsetel UPS-i toodetel kui ka kiiresti areneval toodetud ESS-il on tehniliste lahenduste, toimingute ja paigalduse osas mõningaid ühiseid jooni, on siiski olulisi erinevusi. Selles artiklis vaadeldakse kriitilisi erinevusi, kirjeldatakse nendega seotud kohaldatavaid tooteohutusnõudeid ja tehakse kokkuvõte, kuidas koodid arenevad mõlemat tüüpi käitiste puhul.

TutvustameUPS

Moodustamine

UPS-süsteem on elektrisüsteem, mis on loodud pakkuma hetkelist ajutist vahelduvvoolupõhist toidet kriitilistele koormustele elektrivõrgu rikke või muude toiteallika rikkerežiimide korral. UPS-i suurus on etteantud koguse võimsuse hetkeliseks jätkumiseks teatud aja jooksul. See võimaldab sekundaarsel toiteallikal, nt generaatoril, liituda võrguga ja jätkata toite varundamisega. UPS võib ohutult välja lülitada ebaolulised koormused, jätkates samal ajal toite andmist olulisematele seadmekoormustele. UPS-süsteemid on pakkunud seda olulist tuge erinevatele rakendustele juba aastaid. UPS kasutab salvestatud energiat integreeritud energiaallikast. Tavaliselt on see akupank, superkondensaator või hooratta mehaaniline liikumine energiaallikana.

Tüüpiline UPS, mis kasutab varustamiseks akupanka, koosneb järgmistest põhikomponentidest:

Alaldi/laadija – see UPS-i sektsioon võtab vahelduvvoolu vooluvõrgust, alaldab selle ja toodab akude laadimiseks kasutatavat alalispinget.

• Inverter – vooluvõrgu rikke korral muundab inverter akudesse salvestatud alalisvoolu puhtaks vahelduvvoolu väljundiks, mis sobib toetatud seadmetele.

• Ülekandelüliti – automaatne ja hetkeline lülitusseade, mis edastab võimsuse erinevatest allikatest, nt vooluvõrgust, UPS-i inverterist ja generaatorist, kriitilisele koormusele.

• Akupank – salvestab energiat, mida UPS vajab ettenähtud funktsiooni täitmiseks.

Praegused standardid UPS-süsteemide jaoks

• USA praegune UPS-i ANSI standard on UL 1778/C22.2 nr 107.3, katkematute toitesüsteemide standard, mis määratleb UPSi kui "muundurite, lülitite ja energiasalvestusseadmete (nt akud) kombinatsiooni, mis moodustavad toiteallika süsteem sisendvoolukatkestuse korral koormuse toite katkematuse säilitamiseks.

• Arendamisel on standardite IEC 62040-1 ja IEC 62477-1 uued väljaanded. UL/CSA 62040-1 (kasutades võrdlusstandardina UL/CSA 62477-1) ühtlustatakse nende standarditega.

Tutvustame energia salvestamine süsteemid (ESS)

ESS-id on üha populaarsemaks muutumas vastusena mitmetele kättesaadavuse ja kättesaadavusega seotud väljakutsetele

töökindlus tänapäeva energiaturul. ESS, eriti need, mis kasutavad akutehnoloogiaid, aitavad leevendada taastuvate energiaallikate (nt päikese- või tuuleenergia) muutuvat kättesaadavust. ESS on usaldusväärse toiteallikaks tippkasutuse ajal ning võib aidata koormuse haldamisel, võimsuse kõikumisel ja muudel võrguga seotud funktsioonidel. ESS-i kasutatakse kommunaal-, kaubandus-, tööstus- ja elamurakendustes.

ESSi kehtivad standardid

UL 9540, energiasalvestussüsteemide ja -seadmete standard, on Ameerika ja Kanada riiklik ESS-standard.

• Esmakordselt 2016. aastal avaldatud UL 9540 sisaldab mitmeid ESS-i tehnoloogiaid, sealhulgas aku energiasalvestussüsteeme (BESS). UL 9540 hõlmab ka teisi salvestustehnoloogiaid: mehaanilist ESS-i, nt generaatoriga ühendatud hoorattahoidlat, keemilist ESS-i, nt kütuseelemendisüsteemiga ühendatud vesinikuhoidlat, ja termilist ESS-i, nt generaatoriga ühendatud varjatud soojussalvestit.
• UL 9540, selle teine ​​väljaanne, määratleb energia salvestamise süsteemi kui "seadet, mis võtab vastu energiat ja annab seejärel võimaluse salvestada seda energiat mingil kujul hilisemaks kasutamiseks, et vajaduse korral elektrienergiaga varustada." UL 9540 teises väljaandes nõutakse lisaks, et BESS-i suhtes rakendataks UL 9540A, mis on standardne katsemeetod termilise põlemise leviku hindamiseks akuenergia salvestussüsteemides, kui see on nõutav koodide erandite täitmiseks.
• UL 9540 on praegu kolmandas väljaandes.

ESSi võrdlemine UPS-iga

Funktsioonid ja mõõtmed

ESS sarnaneb oma ehituselt UPS-iga, kuid erineb selle kasutamise poolest. Nagu UPS, sisaldab ka ESS energiasalvestusmehhanisme, nagu akud, võimsuse muundamise seadmed, nt inverterid, ja mitmesugused muud elektroonika- ja juhtimisseadmed. Erinevalt UPS-ist võib ESS siiski töötada võrguga paralleelselt, mille tulemuseks on süsteemi suurem tsüklilisus, kui UPS kunagi kogeks. Olenevalt kasutatava võimsuse muundamise süsteemi tüübist võib ESS teha interaktiivset koostööd võrguga või eraldiseisvas režiimis või mõlemas. ESS võib isegi töötada UPS-i funktsioonina. Sarnaselt UPS-iga võib ESS olla erinevates suurustes alates väikesest elamusüsteemist, mille energiatarve on alla 20 kWh, kuni kommunaalteenusteni, mis kasutavad mitme megavatise energiamahutisüsteeme koos mitme akuriiuliga.

Keemiline koostis ja ohutus

Tüüpilised UPS-ides kasutatud akude keemiatooted on alati olnud plii-happe- või nikkel-kaadmiumakud. Erinevalt UPS-ist kasutab BESS algusest peale selliseid tehnoloogiaid nagu liitium-ioonakud, kuna liitiumioonakudel on parem tsükli jõudlus ja suurem energiatihedus, mis võib anda väiksema füüsilise jalajäljega rohkem energiat. Liitium-ioonakudel on ka palju väiksemad hooldusnõuded kui traditsioonilistel akutehnoloogiatel. Kuid praegu kasutatakse liitiumioonakusid üha enam ka UPS-i rakendustes.

2019. aastal Arizonas toimunud tõsine õnnetus, milles osales kommunaalteenuste rakendustes kasutatud ESS, põhjustas aga mitmete esmareageerijate tõsiseid vigastusi ning äratas erinevate sidusrühmade, sealhulgas reguleerivate asutuste ja kindlustusagentuuride tähelepanu. Tagamaks, et seda kasvavat valdkonda ei takistaks välditavad ohutusjuhtumid, tuleb ESSi jaoks välja töötada asjakohased spetsifikatsioonid ja standardid. ESS-i asjakohaste ohutusnõuete ja standardite väljatöötamise soodustamiseks käivitas USA energeetikaministeerium (DOE) 2015. aastal esimese iga-aastase ESS-i ohutuse ja töökindluse foorumi.

Esimene DOE ESSi foorum aitas kaasa suurele hulgale tööle ESSi spetsifikatsioonide ja standarditega. Märkimisväärseim on NEC nr 706 väljatöötamine ja statsionaarsete energiasalvestussüsteemide paigaldiste standardi NFPA 855 väljatöötamine, mis mõjutab otseselt statsionaarsete akusüsteemide standardit ICC IFC ja NFPA 1. Tänapäeval on NEC ja NFPA 855 välja töötatud. värskendatud ka 2023. aasta versioonide jaoks.

ESS-i ja UPS-i standardite hetkeseis

Kõigi reeglite ja standardite arendamise tegevuste eesmärk on adekvaatselt käsitleda nende süsteemide turvalisust. Kahjuks on praegused standardid tekitanud selles valdkonnas segadust.

1.NFPA 855. BESS-i ja UPS-i paigaldamist mõjutav põhidokument on statsionaarsete energiasalvestussüsteemide paigaldamise standardi NFPA 855 2020. aasta versioon. NFPA 855 määratleb energiasalvestuse kui "ühest või mitmest seadmest koosneva koostu, mis on võimeline salvestama energiat tulevaseks varustamiseks kohalikele elektrikoormustele, kommunaalvõrkudele või võrgutoele." See määratlus hõlmab rakendusi UPS-i ja ESS-i jaoks. Lisaks nõuavad NFPA 855 ja tuletõkkekoodid ESS-ide hindamist ja sertifitseerimist UL 9540 järgi. Siiski on UL 1778 alati olnud UPS-i traditsiooniline tooteohutusstandard. Süsteemi on sõltumatult hinnatud vastavuse osas kehtivatele ohutusnõuetele ja see toetab ohutut paigaldamist. Seetõttu on UL 9540 nõue tekitanud tööstuses segadust.

2. UL 9540A. UL 9540A nõuab aku tasemest alustamist ja samm-sammult testimist kuni paigaldustaseme ületamiseni. Nende nõuete tõttu kohaldatakse UPS-süsteemidele turustusstandardeid, mida varem ei nõutud.

3.UL 1973. UL 1973 on ESS-i ja UPS-i akusüsteemi ohutusstandard. UL 1973–2018 versioon ei sisalda aga pliiakude testimise sätteid, mis on väljakutseks ka traditsioonilist akutehnoloogiat (nt pliiakud) kasutavatele UPS-süsteemidele.

Kokkuvõte

Praegu selgitavad nii NEC (National Electrical Code) kui ka NFPA 855 neid määratlusi.

• Näiteks NFPA 855 2023. aasta versioon selgitab, et konkreetsed plii-happe- ja nikkel-kaadmiumakud (600 V või vähem) on loetletud UL 1973-s.
• Lisaks ei pea UL 1778 järgi sertifitseeritud ja märgistatud pliiakusüsteemid UL 9540 järgi sertifitseerima, kui neid kasutatakse varutoiteallikana.

Et lahendada plii-happe- ja nikkel-kaadmiumpatareide katsestandardite puudumise probleemi UL 1973-s, lisati lisa H (Klapiga reguleeritavate või ventileeritavate plii-happe- või nikkel-kaadmiumpatareide alternatiivide hindamine). UL 1973 kolmas väljaanne ilmus 2022. aasta veebruaris.

Need muudatused kujutavad endast positiivset arengut, et eristada UPS-i ja ESS-i ohutu paigaldusnõudeid. Edasine töö hõlmab NEC artikli 480 ajakohastamist, et paremini käsitleda paigaldusnõudeid muudele tehnoloogiatele peale pliihappe ja nikkel-kaadmiumi. Lisaks tuleb NFPA 855 standardit täiendavalt ajakohastada, et tagada suurem selgus tulekaitseeeskirjades, eriti seoses erinevate statsionaarsetes rakendustes kasutatavate tehnoloogiatega, olgu need siis UPS või ESS.

Autor loodab, et jätkuvad muudatused parandavad tööstuse ohutust, olenemata sellest, kas kasutatakse traditsioonilist UPS-i või ESS-i. Kuna näeme, et energiasalvestuslahendused levivad märkimisväärselt ja kiiresti, on toodete olemusliku ohutusega tegelemine ülioluline ohutusalase innovatsiooni avamiseks ja ühiskonna vajaduste rahuldamiseks.