Teknologi catu daya tak terputus (UPS) telah digunakan dalam berbagai aplikasi selama bertahun-tahun untuk mendukung kelanjutan pengoperasian beban-beban utama selama gangguan pasokan listrik dari jaringan. Sistem ini telah digunakan di banyak lokasi berbeda untuk memberikan kekebalan tambahan dari gangguan jaringan listrik yang mengganggu pengoperasian beban tertentu. Sistem UPS sering digunakan untuk melindungi komputer, fasilitas komputer dan peralatan telekomunikasi. Dengan evolusi teknologi energi baru terkini, sistem penyimpanan energi (ESS) telah berkembang pesat. ESS, khususnya yang menggunakan teknologi baterai, biasanya dipasok oleh sumber terbarukan seperti tenaga surya atau angin dan memungkinkan penyimpanan energi yang dihasilkan oleh sumber-sumber ini untuk digunakan pada waktu yang berbeda.

Standar ANSI AS untuk UPS saat ini adalah UL 1778, Standar untuk Sistem Tenaga Tak Terputus. dan CSA-C22.2 No. 107.3 untuk Kanada. UL 9540, Standar Sistem dan Peralatan Penyimpanan Energi, adalah standar nasional Amerika dan Kanada untuk ESS. Meskipun produk UPS yang sudah matang dan produk ESS yang berkembang pesat memiliki beberapa kesamaan dalam solusi teknis, pengoperasian, dan pemasangan, terdapat perbedaan penting. Makalah ini akan meninjau perbedaan penting, menguraikan persyaratan keselamatan produk yang berlaku terkait masing-masing produk, dan merangkum bagaimana kode berkembang dalam menangani kedua jenis instalasi.

MemperkenalkanUPS

Pembentukan

Sistem UPS adalah sistem kelistrikan yang dirancang untuk menyediakan daya berbasis arus bolak-balik sementara untuk beban kritis jika terjadi kegagalan jaringan listrik atau mode kegagalan sumber daya utama lainnya. UPS berukuran untuk memberikan kelanjutan seketika dari jumlah daya yang telah ditentukan untuk jangka waktu tertentu. Hal ini memungkinkan sumber listrik sekunder, misalnya generator, untuk online dan melanjutkan dengan cadangan listrik. UPS dapat dengan aman mematikan beban yang tidak penting sambil terus menyediakan daya untuk beban peralatan yang lebih penting. Sistem UPS telah menyediakan dukungan penting ini untuk berbagai aplikasi selama bertahun-tahun. UPS akan memanfaatkan energi yang tersimpan dari sumber energi terintegrasi. Ini biasanya berupa bank baterai, superkapasitor, atau gerakan mekanis roda gila sebagai sumber energi.

UPS tipikal yang menggunakan bank baterai untuk suplainya terdiri dari komponen utama berikut:

Penyearah/pengisi daya – Bagian UPS ini mengambil pasokan listrik AC, memperbaikinya dan menghasilkan tegangan DC yang digunakan untuk mengisi daya baterai.

• Inverter – Jika terjadi kegagalan pasokan listrik, inverter akan mengubah daya DC yang disimpan dalam baterai menjadi keluaran daya AC bersih yang sesuai untuk peralatan pendukung.

• Sakelar transfer – Perangkat peralihan otomatis dan seketika yang mentransfer daya dari berbagai sumber, misalnya listrik, inverter UPS, dan generator, ke beban kritis.

• Bank baterai – Menyimpan energi yang dibutuhkan UPS untuk menjalankan fungsi yang diinginkan.

Standar saat ini untuk sistem UPS

• Standar ANSI AS saat ini untuk UPS adalah UL 1778/C22.2 No. 107.3, Standar untuk Sistem Tenaga Tak Terputus, yang mendefinisikan UPS sebagai “kombinasi konverter, sakelar, dan perangkat penyimpan energi (seperti baterai) yang membentuk sumber daya sistem untuk menjaga kontinuitas daya ke suatu beban jika terjadi kegagalan daya input.”

• Sedang dikembangkan adalah edisi baru IEC 62040-1 dan IEC 62477-1. UL/CSA 62040-1 (menggunakan UL/CSA 62477-1 sebagai Standar referensi) akan diselaraskan dengan standar ini.

Memperkenalkan penyimpanan energi sistem (ESS)

ESS mendapatkan daya tarik sebagai jawaban terhadap sejumlah tantangan yang dihadapi ketersediaan dan

keandalan di pasar energi saat ini. ESS, khususnya yang menggunakan teknologi baterai, membantu memitigasi ketersediaan berbagai sumber terbarukan seperti tenaga surya atau angin. ESS adalah sumber daya yang andal selama masa penggunaan puncak dan dapat membantu manajemen beban, fluktuasi daya, dan fungsi terkait jaringan lainnya. ESS digunakan untuk aplikasi utilitas, komersial, industri dan perumahan.

Standar terkini untuk ESS

UL 9540, Standar Sistem dan Peralatan Penyimpanan Energi, adalah standar nasional Amerika dan Kanada untuk ESS.

• Pertama kali diterbitkan pada tahun 2016, UL 9540 mencakup berbagai teknologi untuk ESS termasuk sistem penyimpanan energi baterai (BESS). UL 9540 juga mencakup teknologi penyimpanan lainnya: ESS mekanis, misalnya penyimpanan roda gila yang dipasangkan dengan generator, ESS kimiawi, misalnya penyimpanan hidrogen yang dipasangkan dengan sistem sel bahan bakar, dan ESS termal, misalnya penyimpanan panas laten yang dipasangkan dengan generator.
• UL 9540, edisi keduanya mendefinisikan sistem penyimpanan energi sebagai “Peralatan yang menerima energi dan kemudian menyediakan sarana untuk menyimpan energi tersebut dalam beberapa bentuk untuk digunakan nanti guna memasok energi listrik bila diperlukan.” Edisi kedua UL 9540 lebih lanjut mensyaratkan bahwa BESS harus tunduk pada UL 9540A, Metode Uji Standar untuk Mengevaluasi Perambatan Api Pelarian Termal dalam Sistem Penyimpanan Energi Baterai, jika diperlukan untuk memenuhi pengecualian dalam kode.
• UL 9540 saat ini memasuki edisi ketiga.

Membandingkan ESS dengan UPS

Fungsi dan dimensi

ESS memiliki konstruksi yang mirip dengan UPS tetapi berbeda dalam penggunaannya. Seperti UPS, ESS mencakup mekanisme penyimpanan energi seperti baterai, peralatan konversi daya, misalnya inverter, dan berbagai elektronik dan kontrol lainnya. Berbeda dengan UPS, ESS dapat beroperasi secara paralel dengan jaringan listrik, sehingga menghasilkan siklus sistem yang lebih besar dibandingkan yang pernah dialami oleh UPS. ESS dapat berkolaborasi secara interaktif dengan jaringan listrik atau dalam mode mandiri, atau keduanya, tergantung pada jenis sistem konversi daya yang digunakan. ESS bahkan dapat berfungsi sebagai fungsionalitas UPS. Seperti UPS, ESS dapat hadir dalam berbagai ukuran mulai dari sistem perumahan kecil dengan energi kurang dari 20 kWh hingga aplikasi utilitas yang menggunakan sistem wadah energi multi-megawatt dengan beberapa rak baterai di dalam wadahnya.

Komposisi kimia dan keamanan

Bahan kimia baterai yang umum digunakan dalam UPS selalu berupa baterai timbal-asam atau nikel-kadmium. Berbeda dengan UPS, BESS menggunakan teknologi seperti baterai litium-ion sejak awal karena baterai litium-ion memiliki kinerja siklus yang lebih baik dan kepadatan energi yang lebih tinggi, sehingga dapat menyediakan lebih banyak energi dengan jejak fisik yang lebih kecil. Baterai litium-ion juga memiliki persyaratan perawatan yang jauh lebih rendah dibandingkan teknologi baterai tradisional. Namun saat ini baterai lithium-ion juga semakin banyak digunakan dalam aplikasi UPS.

Namun, kecelakaan serius di Arizona pada tahun 2019 yang melibatkan ESS yang digunakan dalam aplikasi utilitas mengakibatkan cedera serius pada beberapa petugas pertolongan pertama dan menarik perhatian berbagai pemangku kepentingan, termasuk regulator dan lembaga asuransi. Untuk memastikan bahwa bidang yang sedang berkembang ini tidak terhambat oleh insiden keselamatan yang dapat dihindari, spesifikasi dan standar yang sesuai perlu dikembangkan untuk ESS. Untuk mendorong pengembangan spesifikasi dan standar keselamatan yang sesuai untuk ESS, Departemen Energi AS (DOE) meluncurkan forum tahunan pertama tentang Keamanan dan Keandalan ESS pada tahun 2015.

Forum DOE ESS yang pertama berkontribusi terhadap sejumlah besar pekerjaan mengenai spesifikasi dan standar ESS. Yang paling penting adalah pengembangan NEC No. 706 dan pengembangan NFPA 855, sebuah standar untuk instalasi sistem penyimpanan energi stasioner, yang secara langsung mempengaruhi standar sistem baterai stasioner di ICC IFC dan NFPA 1. Saat ini, NEC dan NFPA 855 memiliki juga telah diperbarui untuk versi 2023.

Status standar ESS dan UPS saat ini

Tujuan dari semua kegiatan pengembangan peraturan dan standar adalah untuk mengatasi keamanan sistem ini secara memadai. Sayangnya, standar saat ini telah menimbulkan kebingungan di industri.

1.NFPA 855. Dokumen utama yang mempengaruhi pemasangan BESS dan UPS adalah NFPA 855 versi 2020, Standar untuk Pemasangan Sistem Penyimpanan Energi Stasioner. NFPA 855 mendefinisikan penyimpanan energi sebagai “kumpulan satu atau lebih perangkat yang mampu menyimpan energi untuk pasokan di masa depan ke beban listrik lokal, jaringan utilitas, atau dukungan jaringan.” Definisi ini mencakup aplikasi untuk UPS dan ESS. Selain itu, NFPA 855 dan kode kebakaran mengharuskan ESS dievaluasi dan disertifikasi sesuai UL 9540. Namun, UL 1778 selalu menjadi standar keamanan produk tradisional untuk UPS. Sistem ini telah dievaluasi secara independen untuk memenuhi persyaratan keselamatan yang berlaku dan mendukung pemasangan yang aman. Oleh karena itu, persyaratan UL 9540 telah menyebabkan kebingungan di industri.

2.UL 9540A. UL 9540A memerlukan mulai dari level baterai dan pengujian langkah demi langkah hingga melewati level instalasi. Persyaratan ini mengakibatkan sistem UPS tunduk pada standar pemasaran yang sebelumnya tidak diwajibkan.

3.UL 1973. UL 1973 adalah standar keamanan sistem baterai untuk ESS dan UPS. Namun, versi UL 1973-2018 tidak menyertakan ketentuan pengujian untuk baterai timbal-asam, yang juga merupakan tantangan bagi sistem UPS yang menggunakan teknologi baterai tradisional seperti baterai timbal-asam.

Ringkasan

Saat ini, NEC (National Electrical Code) dan NFPA 855 sedang mengklarifikasi definisi ini.

• Misalnya, NFPA 855 versi 2023 mengklarifikasi bahwa baterai asam timbal dan nikel-kadmium tertentu (600 V atau kurang) tercantum dalam UL 1973.
• Selain itu, sistem baterai timbal-asam yang disertifikasi dan ditandai menurut UL 1778 tidak perlu disertifikasi menurut UL 9540 bila digunakan sebagai catu daya cadangan.

Untuk mengatasi masalah kurangnya standar pengujian untuk baterai timbal-asam dan nikel-kadmium di UL 1973, Lampiran H (Evaluasi alternatif untuk baterai asam timbal atau nikel-kadmium yang diatur katup atau berventilasi) secara khusus ditambahkan ke baterai edisi ketiga UL 1973 dirilis pada Februari 2022.

Perubahan ini mewakili perkembangan positif untuk membedakan persyaratan pemasangan UPS dan ESS yang aman. Pekerjaan lebih lanjut termasuk memperbarui NEC Pasal 480 untuk memenuhi persyaratan pemasangan teknologi selain timbal-asam dan nikel-kadmium dengan lebih baik. Selain itu, standar NFPA 855 perlu diperbarui lebih lanjut untuk memberikan kejelasan yang lebih baik mengenai peraturan perlindungan kebakaran, khususnya mengenai berbagai teknologi yang digunakan dalam aplikasi stasioner, baik itu UPS atau ESS.

Penulis berharap perubahan yang berkelanjutan akan meningkatkan keselamatan industri, terlepas dari apakah UPS tradisional atau ESS yang digunakan. Saat kita melihat solusi penyimpanan energi berkembang pesat dan pesat, mengatasi masalah keamanan intrinsik suatu produk sangatlah penting untuk membuka inovasi keselamatan dan memenuhi kebutuhan masyarakat.