טכנולוגיות אספקת חשמל אל פסק (UPS) נמצאות בשימוש ביישומים שונים במשך שנים רבות כדי לתמוך בפעילות מתמשכת של עומסי מפתח במהלך הפסקות חשמל מהרשת. מערכות אלו שימשו במקומות רבים ושונים כדי לספק חסינות נוספת מפני הפרעות ברשת המפריעות לפעולתם של עומסים מוגדרים. מערכות UPS משמשות לעתים קרובות להגנה על מחשבים, מתקני מחשב וציוד תקשורת. עם ההתפתחות האחרונה של טכנולוגיות אנרגיה חדשות, מערכות אחסון אנרגיה (ESS) התרבו במהירות. ESS, במיוחד אלה המשתמשים בטכנולוגיות סוללה, מסופקות בדרך כלל על ידי מקורות מתחדשים כמו אנרגיה סולארית או רוח ומאפשרים אחסון אנרגיה המופקת ממקורות אלה לשימוש בזמנים שונים.

תקן ה-ANSI האמריקאי הנוכחי עבור UPS הוא UL 1778, התקן למערכות אל-פסק. ו-CSA-C22.2 מס' 107.3 עבור קנדה. UL 9540, התקן למערכות וציוד אחסון אנרגיה, הוא התקן הלאומי האמריקאי והקנדי עבור ESS. בעוד שגם למוצרי ה-UPS הבוגרים וגם ל-ESS המתפתח במהירות המיוצר יש משותף מסוים בפתרונות טכניים, תפעול והתקנה, ישנם הבדלים חשובים. מאמר זה יסקור את ההבדלים הקריטיים, יתווה את דרישות בטיחות המוצר הרלוונטיות לכל אחד מהם ויסכם כיצד קודים מתפתחים בטיפול בשני סוגי המתקנים.

היכרותUPS

מַעֲרָך

מערכת UPS היא מערכת חשמלית המיועדת לספק כוח זמני זמני המבוסס על זרם חילופין מיידי לעומסים קריטיים במקרה של כשל ברשת החשמל או מצבי כשל אחרים של מקור החשמל. גודל ה-UPS מספק המשך מיידי של כמות כוח קבועה מראש למשך זמן מסוים. זה מאפשר למקור כוח משני, למשל, גנרטור, להיכנס לאינטרנט ולהמשיך בגיבוי כוח. ה-UPS עשוי לכבות בבטחה עומסים לא חיוניים תוך המשך אספקת חשמל לעומסי ציוד חשובים יותר. מערכות UPS מספקות תמיכה קריטית זו עבור יישומים שונים במשך שנים רבות. UPS ינצל אנרגיה מאוחסנת ממקור אנרגיה משולב. זה בדרך כלל בנק סוללות, קבל-על או תנועה מכנית של גלגל תנופה כמקור אנרגיה.

UPS טיפוסי המשתמש בבנק סוללות לאספקתו מורכב מהרכיבים העיקריים הבאים:

מיישר/מטען - חלק UPS זה לוקח את אספקת החשמל AC, מתקן אותו ומייצר מתח DC המשמש לטעינת הסוללות.

• מהפך - במקרה של תקלה באספקת החשמל, המהפך ימיר את כוח ה-DC המאוחסן בסוללות לפלט מתח AC נקי המתאים לציוד הנתמך.

• מתג העברה - התקן מיתוג אוטומטי ומידי המעביר כוח ממקורות שונים, כגון רשת, מהפך UPS וגנרטור, לעומס קריטי.

• בנק סוללות - מאחסן את האנרגיה הדרושה ל-UPS לבצע את תפקידו המיועד.

תקנים עדכניים עבור מערכות UPS

• תקן ה-ANSI הנוכחי של UPS בארה"ב הוא UL 1778/C22.2 No. 107.3, התקן למערכות אל-פסק, המגדיר UPS כ"שילוב של ממירים, מתגים והתקני אחסון אנרגיה (כגון סוללות) המהווים כוח חשמל מערכת לשמירה על המשכיות החשמל לעומס במקרה של הפסקת חשמל בקלט."

• בפיתוח נמצאות מהדורות חדשות של IEC 62040-1 ו-IEC 62477-1. UL/CSA 62040-1 (באמצעות UL/CSA 62477-1 כתקן ייחוס) יהיה מותאם לתקנים אלה.

היכרות אחסון אנרגיה מערכות (ESS)

ESSs צוברים אחיזה כתשובה למספר אתגרים העומדים בפני זמינות ו

אמינות בשוק האנרגיה של היום. ESS, במיוחד אלה המשתמשים בטכנולוגיות סוללות, מסייעות לצמצם את הזמינות המשתנה של מקורות מתחדשים כגון אנרגיה סולארית או רוח. ESS הם מקור לכוח אמין בזמני שימוש שיא ויכולים לסייע בניהול עומסים, תנודות חשמל ופונקציות אחרות הקשורות לרשת. ESS משמשים ליישומי שירות, מסחר, תעשייה ומגורים.

תקנים נוכחיים עבור ESS

UL 9540, התקן למערכות וציוד אחסון אנרגיה, הוא התקן הלאומי האמריקאי והקנדי עבור ESS.

• פורסם לראשונה בשנת 2016, UL 9540 כולל טכנולוגיות מרובות עבור ESS כולל מערכות אחסון אנרגיה של סוללות (BESS). UL 9540 מכסה גם טכנולוגיות אחסון אחרות: ESS מכאני, למשל, אחסון גלגל תנופה בשילוב עם גנרטור, ESS כימי, למשל, אחסון מימן בשילוב עם מערכת תאי דלק, ו-ESS תרמי, למשל, אחסון חום סמוי בשילוב עם גנרטור.
• UL 9540, המהדורה השנייה שלו מגדירה מערכת אחסון אנרגיה כ"ציוד שמקבל אנרגיה ולאחר מכן מספק אמצעי לאחסן את האנרגיה הזו בצורה כלשהי לשימוש מאוחר יותר על מנת לספק אנרגיה חשמלית בעת הצורך." המהדורה השנייה של UL 9540 מחייבת עוד יותר כי BESS יהיה כפוף ל-UL 9540A, שיטת הבדיקה הסטנדרטית להערכת התפשטות אש תרמית בריחת אש במערכות אחסון אנרגיה בסוללות, אם נדרש כדי לעמוד בחריגים בקודים.
• UL 9540 נמצא כעת במהדורה שלישית.

השוואה בין ESS ל-UPS

פונקציות ומימד

ESS דומה במבנה ל-UPS אך שונה בשימוש שלו. בדומה ל-UPS, ESS כולל מנגנון אחסון אנרגיה כגון סוללות, ציוד להמרת חשמל, למשל, ממירים, ועוד מוצרי אלקטרוניקה ובקרות שונות. עם זאת, בניגוד ל-UPS, ESS עשוי לפעול במקביל לרשת, מה שגורם למחזוריות גדולה יותר של המערכת ממה ש-UPS יחווה אי פעם. ESS יכול לשתף פעולה באופן אינטראקטיבי עם הרשת או במצב עצמאי, או שניהם, בהתאם לסוג מערכת המרת החשמל המופעלת. ESS עשוי אפילו לעבוד כפונקציונליות של UPS. בדומה ל-UPS, ESS יכולה להגיע במגוון גדלים, החל ממערכת מגורים קטנה בעלת פחות מ-20 קילוואט אנרגיה ועד יישומי שירות באמצעות מערכות מיכלי אנרגיה מרובות מגה-וואט עם מתלי סוללות מרובים בתוך המיכל.

הרכב כימי ובטיחות

הכימיקלים האופייניים לסוללות בשימוש ב-UPS היו תמיד סוללות עופרת-חומצה או ניקל-קדמיום. בניגוד ל-UPS, BESS משתמשת בטכנולוגיות כמו סוללות ליתיום-יון מההתחלה מכיוון שלסוללות ליתיום-יון יש ביצועי מחזור טובים יותר וצפיפות אנרגיה גבוהה יותר, מה שיכול לספק יותר אנרגיה בטביעת רגל פיזית קטנה יותר. לסוללות ליתיום-יון יש גם דרישות תחזוקה נמוכות בהרבה מטכנולוגיות סוללות מסורתיות. אבל נכון לעכשיו, סוללות ליתיום-יון נמצאות יותר ויותר בשימוש ביישומי UPS.

עם זאת, תאונה חמורה באריזונה בשנת 2019, הכוללת ESS המשמש ביישומי שירות, גרמה לפציעות חמורות למספר מגיבים ראשונים ומשכה את תשומת לבם של בעלי עניין שונים, כולל רגולטורים וסוכנויות ביטוח. כדי להבטיח שהתחום הצומח הזה לא ייפגע על ידי אירועי בטיחות הניתנים להימנעות, יש לפתח מפרטים ותקנים מתאימים עבור ESS. כדי לעודד את הפיתוח של מפרטי בטיחות ותקנים מתאימים עבור ESS, משרד האנרגיה האמריקאי (DOE) השיק את הפורום השנתי הראשון בנושא בטיחות ואמינות של ESS ב-2015.

פורום DOE ESS הראשון תרם לכמות גדולה של עבודה על מפרטים ותקנים של ESS. הראוי לציון הוא הפיתוח של NEC מס' 706 ופיתוח NFPA 855, תקן להתקנות מערכות אחסון אנרגיה נייחות, המשפיע ישירות על התקן למערכות סוללות נייחות ב-ICC IFC ו-NFPA 1. כיום, ל-NEC ול-NFPA 855 עודכן גם עבור גרסאות 2023.

המצב הנוכחי של תקני ESS ו-UPS

המטרה של כל פעילויות פיתוח הכללים והתקנים היא לתת מענה נאות לאבטחת המערכות הללו. לרוע המזל, הסטנדרטים הנוכחיים יצרו בלבול מסוים בתעשייה.

1.NFPA 855. מסמך המפתח המשפיע על התקנת BESS ו-UPS הוא גרסת 2020 של NFPA 855, תקן להתקנה של מערכות אחסון אנרגיה נייחות. NFPA 855 מגדיר אחסון אנרגיה כ"מכלול של מכשיר אחד או יותר המסוגל לאחסן אנרגיה לאספקה ​​עתידית לעומסי חשמל מקומיים, רשתות שירות או תמיכה ברשת." הגדרה זו כוללת יישומים עבור UPS ו-ESS. בנוסף, NFPA 855 וקודי אש דורשים הערכה ואישור של ESS ל-UL 9540. עם זאת, UL 1778 תמיד היה תקן בטיחות המוצר המסורתי עבור UPS. המערכת נבדקה באופן עצמאי לעמידה בדרישות הבטיחות הרלוונטיות ותומכת בהתקנה בטוחה. לכן, הדרישה של UL 9540 גרמה לבלבול מסוים בתעשייה.

2. UL 9540A. UL 9540A דורש להתחיל מרמת הסוללה ובדיקה שלב אחר שלב עד למעבר רמת ההתקנה. דרישות אלו מביאות לכך שמערכות UPS כפופות לתקני שיווק שלא נדרשו בעבר.

3.UL 1973. UL 1973 הוא תקן הבטיחות של מערכת הסוללות עבור ESS ו-UPS. עם זאת, גרסת UL 1973-2018 אינה כוללת הוראות בדיקה עבור סוללות עופרת, מה שמהווה אתגר גם עבור מערכות UPS המשתמשות בטכנולוגיית סוללה מסורתית כגון סוללות עופרת.

תַקצִיר

נכון לעכשיו, הן NEC (National Electrical Code) והן NFPA 855 מבהירות את ההגדרות הללו.

• לדוגמה, גרסת 2023 של NFPA 855 מבהירה שסוללות עופרת-חומצה וניקל-קדמיום ספציפיות (600 V או פחות) מופיעות ב-UL 1973.
• בנוסף, מערכות סוללות עופרת-חומצה מאושרות ומסומנות לפי UL 1778 אינן צריכות להיות מאושרות לפי UL 9540 כאשר הן משמשות כספק כוח גיבוי.

על מנת לפתור את בעיית היעדר תקני בדיקה עבור סוללות עופרת חומצה וניקל קדמיום ב-UL 1973, התווסף במיוחד נספח H (הערכת חלופות לסוללות עופרת חומצה או ניקל קדמיום מווסתות שסתומים או מאווררים) מהדורה שלישית של UL 1973 שפורסמה בפברואר 2022.

שינויים אלה מייצגים התפתחות חיובית על מנת להבדיל בין דרישות ההתקנה הבטוחה של UPS ו-ESS. עבודה נוספת כוללת עדכון סעיף 480 של NEC כדי לתת מענה טוב יותר לדרישות ההתקנה של טכנולוגיות שאינן חומצה עופרת וניקל-קדמיום. בנוסף, יש לעדכן עוד יותר את תקן NFPA 855 כדי לספק בהירות רבה יותר על תקנות ההגנה מפני אש, במיוחד לגבי הטכנולוגיות השונות המשמשות ביישומים נייחים, בין אם הם UPS או ESS.

המחבר מקווה שהמשך השינויים ישפרו את בטיחות התעשייה, ללא קשר אם נעשה שימוש ב-UPS מסורתית או ESS. כפי שאנו רואים פתרונות אחסון אנרגיה מתרבים בדרכים משמעותיות ומהירות, התייחסות לבטיחות הפנימית של מוצרים היא קריטית לפתיחת חדשנות בטיחותית ועמידה בצרכי החברה.