Колко безопасна е системата за съхранение на енергия с ниско напрежение при домашна употреба?

Разбиране на реалностите около безопасното ниско напрежение за домашни системи ESS

Защо 'ниско напрежение' не означава 'без риск': Човешката физиология и поведението при погрешен ток

Системите с ниско напрежение могат да работят при под 50 волта променлив ток или 120 волта постоянен ток според насоките на NEC, но не позволявайте на тези числа да заблуждават никого относно безопасността. Организмът ни реагира изненадващо силно на електричеството дори при малки стойности. Само 5 милиампера, протичащи през кожата, могат да предизвикат мускулни спазми, при които човек остава залепнал за под напрежение жица. А когато стойността достигне около 50 милиампера? Това е достатъчно, за да бъде сериозно нарушена ритмиката на сърцето. Тези проблеми възникват най-вече когато има повреда в системата. Помислете какво се случва при повреда на изолацията или при наличие на замърсяване към земя на повърхности като влажни бетонни подове или метални работни маси. Изведнъж дори инсталация с 48 волта постоянен ток става рискована, защото контактното съпротивление пада до опасно ниски нива около 480 ома, позволявайки свободно протичане на 100 милиампера. Съществува и факторът топлина, който никой не очаква. Дъговите разряди в тези системи с по-ниско напрежение могат внезапно да повишат температурата над 3500 градуса по Целзий, запалвайки всичко наблизо. Затова забравете какво хората мислят за категориите на напрежението. Добрите практики за изолация, правилните методи за заземяване и бързото реагиране при повреди не са просто препоръки за електротехниците, които работят с тези системи. Те са абсолютна необходимост, независимо дали източникът на енергия отговаря на традиционните определения за високо напрежение или не.

Напрежението като критерий в жилищна среда: 48V DC като практическа отправна точка за ниско напрежение в системите за енергиен склад

Все по-често при жилищните системи за съхранение на енергия се използва 48V DC като стандарт за безопасност, като се постига баланс между плътността на мощността и по-ниските рискове. Това напрежение е под прага от 60V DC, при който международни стандарти като IEC 61140 изискват засилено защитно осигуряване. В сравнение с високоволтовите алтернативи, системите с 48V предлагат измерими предимства по отношение на безопасността:

Класифицирането на NEC Class 2 допълнително подкрепя този подход, като ограничава изхода до 100 W, намалява наличната енергия при повреда и осигурява по-безопасни инсталации, подходящи за самостоятелна реализация, като същевременно отговаря на основните нужди за резервно захранване в домакинствата.

Топлинен пробив и безопасност срещу пожар при битови батерии с ниско напрежение

Значение на химичния състав: LiFePO₄ срещу NMC топлинна стабилност при екстремни условия (UL 9540A)

Химията на батериите има голямо значение за тяхната безопасност при монтаж в домакинства със системи за съхранение на енергия с ниско напрежение. Литиево-желязната фосфатна батерия, известна още като LiFePO4, не попада в състояние на термично разбягване благодарение на стабилната си оливинова кристална структура. Тези батерии всъщност издържат доста добре дори при температури над 260 градуса по Целзий, което е около 500 по Фаренхайт. От друга страна, никел-марганец-кобалтовите клетки имат тенденцията да се разрушават насилствено, след като достигнат около 200 градуса по Целзий. Когато нещата тръгнат зле, тези NMC клетки могат да достигнат изгарящи температури над 900 градуса по Целзий, понякога достигайки 1652 по Фаренхайт в най-лошите сценарии. Изпитвания според стандарта UL 9540A потвърждават това – LiFePO4 клетките обикновено просто излизат от строя на място, без да разпространяват проблема навсякъде. Но при модулите NMC в около 8 от 10 случая по време на тестовете се наблюдава разпространение на повредите през системата. Тъй като повечето домашни инсталации използват пасивни методи за охлаждане и имат ограничено пространство, вродената стабилност на LiFePO4 я прави по-добрия избор за приложения с ниско напрежение ESS. Това означава, че собствениците на жилища нямат нужда от сложни активни системи за термично управление, за да осигурят безопасно функциониране.

Конструиране на кутии и управление на разпространението в компактни системи с ниско напрежение

Добрият дизайн на кутията има голямо значение, когато става въпрос за ограничаване на повредите при малки домакински системи за съхранение на енергия. Съвременните многопластови конструкции обикновено включват керамични термични бариери заедно с канали за отдушване, активирани от налягане, които правилно отвеждат продуктите на горенето. Ако температурата вътрешно стане твърде висока или налягането надхвърли безопасните нива, специални противопожарни отдушници насочват горещите газове надолу, далеч от други части на системата. Едновременно с това разширяващи се уплътнения започват да се раздухват, създавайки бариери около повредените модули. Тестовете всъщност показват, че при наличие на тези характеристики пожарите обхващат по-малко от 5% от съседните клетки по време на термични инциденти. Като се комбинира това с постоянен контрол на температурата в различните групи клетки, получаваме инженерно решение, което задържа проблемите изолирани в рамките на сигурностни лимити по UL. Това работи дори в стеснени пространства, където тези системи често се монтират, като технически помещения или ъгли в гаражи.

Критични функции за безопасност: BMS, наблюдение и ранно откриване на повреди

Отвъд напрежението: Откриване на подуване, корозия и неизправности във връзките при нисконапрежни ESS

Само по нивото на напрежение не може да се прецени безопасността при системите за съхранение на енергия с ниско напрежение. Важното се случва физически първо, задълго преди да се появят електрически проблеми на измервателния уред. Вземете като пример разширяването на клетките. Когато клетките започнат да се разширяват, това означава, че вътре се натрупва газ, както и че възниква механично напрежение, което може да доведе до спукване, ако не се отстрани навреме. Съвременните системи вече комбинират сензори, чувствителни към сила, с внимателно наблюдение на напрежението, за да засичат тези проблеми навреме. Друга голяма загриженост? Корозия в точките на свързване. Тя води до по-високо съпротивление между компонентите, което причинява горещи точки, които може да не активират обикновени аларми за напрежение, но все пак представляват сериозна опасност от пожар за близките материали. И не забравяйте и за лошите връзки. Те създават миниатюрни дъги, които генерират внезапни температурни скокове точно преди нещата напълно да се повредят. Най-новите системи за управление на батерии всъщност откриват всички тези проблеми чрез напреднали методи като термично картиране в множество точки и така наречената импедансна спектроскопия. Тези системи могат да засекат дори малки промени в съпротивлението около 15%. Защо това е толкова важно? Според доклада на Националната асоциация за противопожарна защита от 2023 г., почти една четвърт от повредите в домашни системи за съхранение на енергия се дължат на физическа деградация, вместо на прости проблеми с прекомерно напрежение или ток.

Основни възможности на BMS за жилищни нисконапрежени системи

Ефективната жилищна система BMS излиза далеч зад рамките на основната регулация на напрежението. Тя трябва да осигурява:

• Проследяване в реално време на множество параметри , включително температурни градиенти между клетките, съпротивление на изолацията, токове на утечка и метрики за състоянието на здравето
• Алгоритми за прогнозиране на повреди , обучени върху исторически модели на деградация, за прогнозиране на края на живота или началото на топлинно напрежение
• Резервни хардуерни прекъсвания , способни да изолират повреди в рамките на милисекунди след установяване на аномално повишаване на температурата или промяна в импеданса
• Диагностика, интегрирана с облака , осигуряваща отдалечени сигнали и практически препоръки чрез сигурни IoT протоколи

Старите системи за наблюдение на напрежението вече не са достатъчни в сравнение с модерните системи, които непрекъснато следят какво се случва вътре в батериите. Тези нови системи наблюдават неща като миниатюрни промени във вътрешното съпротивление и начина, по който топлината се разпределя между различните части на батерийния пакет. Истинската стойност се проявява, когато проблемите могат да бъдат отстранени още в зародиш. Например, ако системата засече разширяване на дадена клетка, тя може автоматично да намали мощността, подавана през този участък, преди да се случи сериозна повреда. Повечето повреди на батерии не възникват изведнъж. Данни от индустрията показват, че около 78% от тях се развиват бавно в продължение на периоди от седмици до месеци. Такова детайлно наблюдение напълно променя подхода ни към поддръжката на батерии — от поправка след повреда към действително предвиждане на проблеми, преди те да станат сериозни.

Сертифициране, стандарти за инсталиране и околната среда

Получаването на подходящите сертификати и спазването на правилата за инсталиране са от решаващо значение за безопасното внедряване на системи за съхранение на енергия при ниско напрежение. Независими сертификации като UL 9540 за безопасност на системата, UL 1973 за производителност на клетките и NFPA 855 относно пожарната защита дават на проектиращите трета страна доказателство, че техните системи могат да поемат повреди, без да излязат от строя. При инсталирането на тези системи електротехниците трябва да спазват и местните разпоредби. В Северна Америка те следват NEC статия 706, докато в останалата част на света се прилага IEC 62477. Тези стандарти изискват използването на одобрени компоненти, квалифицирани работници и различни изпитвания след инсталиране, включително проверка на съпротивлението на изолацията, осигуряване на достатъчно пространство за вентилация и потвърждение, че корпусите са неповредени. Като се има предвид по-голямата картина, производителите трябва да проявяват грижа за това какво се случва с продуктите им на дълга сметка. Компаниите, които спазват стандарта ISO 14001, произвеждат по-екологични продукти и разполагат с програми за правилно рециклиране на старите устройства. Според данни от последната година от индустриални статистики около три четвърти от всички проблеми с безопасността след сервизиране възникват поради неправилно унищожаване на тези системи. Затова управлението на това как системите навлизат, функционират и евентуално напускат пазара, трябва да бъде част от всяка стратегия за безопасност от самото начало.

ЧЗВ

Какво се счита за ниско напрежение в домашните системи за съхранение на енергия?

Ниското напрежение в домашните системи за съхранение на енергия обикновено означава такива, работещи под 50 волта променлив ток или 120 волта постоянен ток, според насоките на NEC.

Защо 48V DC често се избира за жилищни системи за съхранение на енергия?

48V DC често се избира, тъй като осигурява баланс между плътността на мощността и безопасността. Това значително намалява риска от удар и енергията при дъгов разряд в сравнение с високоволтови системи.

Как химичният състав на батерията влияе на топлинния пробив и пожарната безопасност?

Батериите като LiFePO4 са по-малко склонни към топлинен пробив поради стабилната си структура в сравнение с NMC клетки, които могат да достигнат опасно високи температури при топлинно напрежение.

Каква роля играе Системата за управление на батерии (BMS) за безопасността?

BMS е от съществено значение за наблюдението на множество параметри, откриването на ранни повреди и осигуряване на безопасна работа чрез бързо изолиране на неизправностите.