儲能系統(tǒng)國際安全標準解析-20211202

1—趙家林2021-12-02儲能系統(tǒng)

國際安全標準解析

IntroductiontoESSSafetyStandards12/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandardsContent212/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards其他國家儲能系統(tǒng)標準簡介5UL標準思路及要點4IEC標準思路及要點3儲能系統(tǒng)產品特點儲能系統(tǒng)國際安全標準概覽21儲能系統(tǒng)312/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards儲能系統(tǒng)（EnergyStorageSystem:ESS）：Equipmentthatreceivesenergyandthenprovidesameanstostorethatenergyinsomeformforlateruseinordertosupplyelectricalenergywhenneeded.(UL9540)能夠接收能量，然后通過一定方式存儲能量，待需要時以電能的方式被使用的設備。儲能系統(tǒng)種類Source:EnergyMarketAuthority,HandbookforEnergyStorageSystems機械儲能電化學儲能熱儲能電氣儲能化學儲能儲能系統(tǒng)產品特點412/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards比較項目一般電氣產品儲能系統(tǒng)*構成單一產品形態(tài)多個子系統(tǒng)及零部件組成應用場景單一應用場景多應用場景：戶用、工商業(yè)、公用事業(yè)風險以電氣危害為主電氣危害+能量危害+火災和爆炸危害備注：*主要以鋰離子電池儲能系統(tǒng)為例。Content512/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards其他國家儲能系統(tǒng)標準簡介5UL標準思路及要點4IEC標準思路及要點3儲能系統(tǒng)產品特點儲能系統(tǒng)國際安全標準概覽21儲能系統(tǒng)國際安全標準概覽612/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards系統(tǒng)安全標準、系統(tǒng)安裝標準、特殊測試標準北美ANSI/CAN/UL9540:2020ANSI/CAN/UL9540A:2019NFPA855:2020澳洲AS/NZS5139:2019歐洲ENIEC62933-5-2:2020VDE-AR-E2510-2:2021VDE-AR-E2510-50:2017國際電工委員會IECTS62933-5-1:2017IEC62933-5-2:2020新加坡TR77-2:2020Content712/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards其他國家儲能系統(tǒng)標準簡介5UL標準思路及要點4IEC標準思路及要點3儲能系統(tǒng)產品特點儲能系統(tǒng)國際安全標準概覽21IEC62933系列標準結構StructureofIEC62933series812/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandardsIEC62933seriesPart1:VocabularyPart2:UnitparametersandtestingmethodsPart3:PlanningandperformanceassessmentofelectricalenergystoragesystemsPart4:EnvironmentalissuesPart5:Safetyconsiderationsforgrid-integratedEESsystems安全要求環(huán)境影響設計規(guī)劃和性能評估參數和測試方法詞匯定義儲能系統(tǒng)安全要求

SafetyRequirementsforelectricalenergystorage(EES)systems912/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandardsIECTS62933-5-1:安全考量通用規(guī)范

IEC62933-5-2:安全要求——電化學系統(tǒng)IEC62933-5-2框架Framework1012/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards一般說明范圍Scope參考標準Normativereferences名詞定義Termsanddefinitions電池儲能系統(tǒng)基本準則BasicguidelinesforsafetyofBESS危害考慮Hazardconsiderations電池儲能系統(tǒng)風險評估BESSsystemriskassessment降低風險所需要求Requirementsnecessarytoreducerisks系統(tǒng)驗證和測試Systemvalidationandtesting指引和手冊Guidelinesandmanuals風險評估及降低風險措施測試驗證文件要求IEC62933-5-2:電池儲能系統(tǒng)安全基本準則

BasicguidelinesforsafetyofBESS1112/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards風險分析儲能模式定義（4.2&6.1）危害識別（6.3.1&6.3.2）風險評估（6.3.3&6.3.4）風險評價（6.3.3&6.3.4）風險是否可容忍：對操作人員、用戶和相鄰人員的影響IEC62933-5-2:電池儲能系統(tǒng)安全基本準則

BasicguidelinesforsafetyofBESS1212/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards風險降低（7&8）風險評估、評價（6.3.3&6.3.4）驗證和測試（7&8）條款7降低風險所需要求Clause7Requirementsnecessarytoreducerisks條款8系統(tǒng)驗證和測試Clause8SystemvalidationandtestingIEC62933-5-2:危害考慮Hazardconsiderations1312/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards電氣危害Electricalhazards:觸電Electricshock——燒傷Burns，心室顫動Ventricularfibrillation弧閃Arcflash——燒傷Burns靜電Staticelectricity——引發(fā)其他危害，如爆炸explosion機械危害Mechanicalhazards電磁危害Hazardsarisingfromelectrical,magnetic,andelectromagneticfields火災危害Firehazards溫度危害Temperaturehazards：高溫&低溫化學危害Chemicalhazards爆炸危害ExplosionhazardsIEC62933-5-2:危害考慮Hazardconsiderations1412/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards儲能種類

BESSCategory電氣危害Electrical爆炸危害Explosion火災危害Fire溫度危害Temperature化學危害Chemical主要危害PrincipalhazardsC-A:鋰電池YYYYY熱失控、熱蔓延可燃氣體泄漏火災導致化學有毒氣體C-B:鉛酸電池YYNNY可燃化學物質傳播有毒化學物質傳播C-C:高溫電池YYYYY熱擴散異常加熱C-D:液流電池YYNYY可燃化學物質傳播有毒化學物質傳播IEC62933-5-2:系統(tǒng)級別風險分析Systemlevelriskanalysis1512/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandardsBESS系統(tǒng)級別風險分析應當基于系統(tǒng)風險和復雜度采用以下或等同方法進行評估：ThesystemlevelBESSriskanalysisshallbeperformedbasedontherisk(BESSsize/severity)andcomplexityofthesystemusingoneofthefollowingtechniquesoranequivalentone:自下而上第一性原則風險分析：例如失效模式分析FMEA(IEC60812)bottom-upfirstprinciplesriskanalysis(e.g.failuremodeandeffectanalysis(FMEA):seeIEC60812);自上而下分析：例如故障樹FTA(IEC61025)top-downanalysis(e.g.faulttreeanalysis(FTA):seeIEC61025);綜合分析：例如危害與可操作性研究HAZOP(IEC61882)，系統(tǒng)理論事故模型和過程STAMPcombinedand/orintegratedanalysis(e.g.hazardandoperabilitystudy(HAZOP):seeIEC61882,STAMP(systemstheoreticaccidentmodelandprocesses)).IEC62933-5-2:降低風險所需要求——產品設計角度

Requirementsnecessarytoreducerisks1612/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards降低風險的方法The

priority

of

risk

reduction

approaches:本質安全設計

inherentlysafedesign防護和保護裝置guardsandprotectivedevices提供終端用戶信息informationforendusersIEC62933-5-2:降低風險所需要求——過程控制角度

Requirementsnecessarytoreducerisks1712/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards從過程控制角度：控制和監(jiān)視預防緩解現場緊急響應區(qū)域緊急響應以火災風險為例：BMS控制+偵測（氣體/溫感/煙感）維護保養(yǎng)滅火裝置聲光報警消防救援損害從故障演變?yōu)槭鹿室约白钚』瘬p害的層級措施最小化危害的一般風險降低措施IEC62933-5-2:降低風險所需要求

Requirementsnecessarytoreducerisks1812/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards預防措施Preventivemeasures安全設計Safetydesign防護和保護措施Guardsandprotectivemeasures生命周期安全管理LifecyclesafetymanagementIEC62933-5-2:系統(tǒng)驗證和測試Systemvalidationandtesting1912/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards試驗Test條款Subclauseno.參考文件Referenceddocument型式試驗TypeTest工廠驗收試驗FATTest現場驗收試驗SATTest備注Remark電氣危害Electricalhazards短路保護Short-circuitprotection-X--過充、高電流充電和接地故障保護Overcharge,highcurrentchargeandearthfaultprotection-X-X模擬故障脈沖耐受電壓保護ImpulsewithstandvoltageprotectionIEC60664-1X--“V-L”:OVCIII耐壓DielectricvoltageIEC60664-1XXX“V-L”:OVCIII絕緣電阻InsulationresistanceIEC60364-6XXX接地系統(tǒng)檢查EarthingandbondingsystemcheckIEC62368-1IEC61936-1X-X防孤島Anti-islanding-XXXIEC62933-5-2:系統(tǒng)驗證和測試Systemvalidationandtesting2012/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards試驗Test條款Subclauseno.參考文件Referenceddocument型式試驗TypeTest工廠驗收試驗FATTest現場驗收試驗SATTest備注Remark機械危害Mechanicalhazards殼體沖擊EnclosureimpactIEC62477-1X--靜態(tài)壓力StaticforceIEC62477-1X--地震沖擊和震動Earthquakeimpactandvibration---X爆炸Explosion可燃氣體規(guī)格Specificationofflammablegas-X--氣體偵測/廢氣偵測Gasdetection/off-gasdetectionIEC60079-29(allparts)XXX通風VentilationIEC60079-7IEC60079-13-XX電磁危害Hazardsarisingfromelectric,magnetic,andelectromagneticfields8.2.4IEC61000-1-2IEC61000-6-7IEC60364-4-44X--EMCIEC62933-5-2:系統(tǒng)驗證和測試Systemvalidationandtesting2112/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards試驗Test條款Subclauseno.參考文件Referenceddocument型式試驗TypeTest工廠驗收試驗FATTest現場驗收試驗SATTest備注Remark火災危害Firehazards(propagation)8.2.5IEC62619XXXUL9540A儲能系統(tǒng)如果存在熱失控風險，其火災特性需要參考附錄C通過大規(guī)?；馃囼瀬碓u價，根據其預期安裝情況帶或者不帶消防系統(tǒng)。ThefirecharacteristicsofaBESSwhichhasthepotentialtoexhibitthermalrunawayaccordingtoAnnexBshouldbedeterminedthroughalarge-scalefiretestoftheBESSthatevaluatesfirepropagationandheatgenerationforananticipatedBESSinstallationwithandwithoutthefiresuppressionsystem.Testdatageneratedasaresultoflarge-scalefiretestingcanvalidateaBESSinstallationwiththeintendedfiresuppressionsystem.SeeAnnexCfordetailsregardinglarge-scalefiretesting.大規(guī)?；馃囼灧椒▍⒖糢L9540A.Alarge-scalefiretestofaBESSisintendedtoevaluatethefirecharacteristicsofaBESSsystemthatundergoesthermalrunaway.ThedatageneratedcanbeusedtodeterminethefireandexplosionprotectionrequiredforinstallationofaBESS.AnexampleofthistypeoftestmethodcanbefoundinUL9540A.IEC62933-5-2:系統(tǒng)驗證和測試Systemvalidationandtesting2212/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards試驗Test條款Subclauseno.參考文件Referenceddocument型式試驗TypeTest工廠驗收試驗FATTest現場驗收試驗SATTest備注Remark溫度危害Temperaturehazards熱控制操作驗證Verificationofthermalcontroloperation-X-X電池溫度控制通風子系統(tǒng)異常操作Abnormaloperationsofsubsystemsforventilation-X-X封堵或斷開正常工作溫度試驗Temperatureundernormaloperationtest-X-X滿載充放電化學危害Chemicaleffects有毒液體規(guī)格Specificationoftoxicfluids-X--適用于有有害液體的儲能系統(tǒng)液體偵測Fluidsdetection-XXX有害液體保護措施Protectivemeasuresagainsthazardousfluids-XXXIEC62933-5-2:系統(tǒng)驗證和測試Systemvalidationandtesting2312/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards試驗Test條款Subclauseno.參考文件Referenceddocument型式試驗TypeTest工廠驗收試驗FATTest現場驗收試驗SATTest備注Remark輔源控制和通訊系統(tǒng)故障危害Hazardsarisingfromauxiliary,controlandcommunicationsystemmalfunctions8.2.8IECTS62933-5-1X-X基于FMEA故障模擬環(huán)境危害Hazardsarisingfromenvironments耐潮氣進入ResistancetomoistureingressIEC60529X--洪災環(huán)境：浸水測試暴露在海洋環(huán)境（鹽霧）Exposuretomarineenvironments(saltfog)IEC60068-2-52X--嚴酷等級Severitylevel1or2IP防護IPratingofBESSenclosureandprotectiveguards8.2.10IEC60529X--“S-U”:min.IPX4;

IP2XIEC62933-5-2:指引和手冊Guidelinesandmanuals2412/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards用戶手冊Usermanual緊急程序手冊Emergencyproceduremanual第一響應手冊Firstresponsemanual個人防護設備Personalprotectiveequipment(PPE)guidelines

弧閃故障能量評估determinearcflashincidentenergyContent2512/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards其他國家儲能系統(tǒng)標準簡介5UL標準思路及要點4IEC標準思路及要點3儲能系統(tǒng)產品特點儲能系統(tǒng)國際安全標準概覽21美國儲能相關標準2612/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandardsUL9540:范圍Scope2712/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards該標準是系統(tǒng)標準，系統(tǒng)包括能量存儲機制，電力轉換設備和其他配套設備Thisstandardisasystemstandard,whereanenergystoragesystemconsistsoftheanenergystoragemechanism,powerconversionequipmentandbalanceofplantequipment.單獨部件不認為是儲能系統(tǒng)Individualparts(e.g.powerconversionsystem,batterysystem,etc.)ofanenergystoragesystemarenotconsideredanenergystoragesystemontheirown.該標準用于評估系統(tǒng)各部件的兼容性和安全性Thisstandardevaluatesthecompatibilityandsafetyofthesevariouscomponentsintegratedintoasystem.UL9540框架Framework2812/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards部分Section條款Clause主要內容Content介紹Introduction1~6標準適用范圍，零部件要求，參考標準及其他通用說明結構Construction7~9非金屬材料、金屬材料及殼體要求10~14電氣安全：布線、設備、電氣安規(guī)距離、絕緣和接地15~17系統(tǒng)安全分析和控制18~21加熱和制冷系統(tǒng)，管路，運動部件和危害液體控制22,

23可燃氣體聚集及消防24,

25PCS和電池系統(tǒng)要求性能Performance27~32電氣測試33~36機械測試37環(huán)境測試制造和生產測試ManufacturingandProductionTests38~40工廠生產測試和要求標識和文件Markings&Instructions41,

42標識和文件要求UL9540符合性要求2912/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards電池系統(tǒng)PCS儲能系統(tǒng)Electrochemical:

UL1973Fuelcell:CSAFC1Stationaryenginegenerators:UL2200orCSAC22.2No.100,andCSAC22.2No.14.材料適用性結構適用性零部件符合性及適用性電氣安全性（絕緣、保護、接地）火災及爆炸風險（UL9540A，防爆泄爆，消防）安全控制（功能安全）測試驗證工廠質量控制標識和文件符合性UL1741UL62109-1orCAN/CSAC22.2No.62109-1UL1012,UL1564,orCAN/CSAC22.2No.107.1難點1：UL9540A測試3012/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards評估儲能系統(tǒng)熱失控火災蔓延的測試方法電芯級別CellLevel熱失控及氣體成分及爆炸特性模組級別ModuleLevel熱失控特性，HRR,SRR,氣體成分等單元級別UnitLevel對周圍的影響（溫升、熱流、氣體成分、爆炸危害）安裝級別InstallationLevel消防系統(tǒng)有效性（溫升、熱流、氣體成分、爆炸危害）難點1：UL9540A測試3112/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandardsUL9540A測試驗證容量（Energycapacity）超過限值安全距離（Separationdistances）縮短特殊安裝方式（Mountingmethod）或場所（Location）單個電化學ESS單元最大能量：戶外壁掛Outdoorwallmounted

-20kWh住宅用途Residentialuse-20kWh非住宅用Non-residentialuse-50kWh室內壁掛系統(tǒng)Indoorwallmountedsystems住宅中安裝（如允許）Systemsforinstallationinresidentialdwellings(wherepermitted)難點2：可燃氣體聚集防控3212/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards正常工作時釋放氫氣或其他可燃氣體故障時釋放可燃氣體控制可燃氣體濃度不超過25%LFL排氣Ventilation開孔Openings難點3：功能安全評估3312/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards控制系統(tǒng)（對安全至關重要）：功能安全ControlSystems(criticalforsafety):functionalsafety–a)UL991andUL1998;b)CSAC22.2No.0.8(ClassB);c)AnnexHofUL60730-1orCAN/CSA-E60730-1(ClassB);d)IEC61508(allparts)(minimumofSafetyIntegrityLevel(SIL)"2");e)ISO13849-1andISO13849-2(minimumofPerformanceLevel(PL)"c");f)ISO26262(allparts)(minimumAutomotiveSafetyIntegrityLevel(ASIL)"C").難點4：弧閃風險評估3412/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandardsRequirementIEC62933-5-2:2020UL9540:2020AS5139:2019Arcflashriskassessment弧閃風險評估─accordingtoNFPA70EorCSAZ462根據NFPA70E或CSAZ462accordingtoNFPA70EAnnexDDetaileddescriptionandrequirements根據NFPA70E附錄D，提供了詳細說明和要求Arcflashboundary弧閃邊界1.2cal/cm2(5J/cm2)1.2cal/cm2(5J/cm2)1.2cal/cm2(5J/cm2)Marking(arcflashhazardandPPErequirements)標識（弧閃危害及PPE要求）YesYesYesDocumentation(addresselectricalsafetyincludingarcflash)文件（說明包含弧閃的電氣安全要求）YesYesYes難點4：弧閃風險評估3512/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandardsNFPA70E:2018Skindamagefromasecond-degreeburn安全能量限值：1.2cal/cm2(5J/cm2)SeconddegreeburnsAustralianEnergyCouncil,Electricalarcflashhazardmanagementguideline,2019難點4：弧閃風險評估3612/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards兩種評估方法：PPEcategorymethod（個人防護設備等級方法）Incidentenergyanalysismethod（故障能量分析方法）NFPA70E:2018,Riskassessmentflowchart(partial)難點4：弧閃風險評估3712/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards計算弧閃能量確定弧閃邊界選擇PPEDeterminingarcflashincidentenergyDeterminingarcflashboundarySelectingpersonalprotectiveequipmentMarking&Documentation設備標識及文件說明難點4：弧閃風險評估3812/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards直流電弧故障能量評估方法：最大功率法Maximumpowermethodology(Doanmethod).詳細弧閃電流和能量計算方法Detailedarcingcurrentandenergycalculationmethod(Ammermanmethod)Doan,D.R,“ArcFlashCalculationsforExposurestoDCSystems,”IEEETransactionsonIndustrialApplications,Vol46,No.6,2010.Simpledcsystemmodel難點5：步入式單元附加要求3912/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards尺寸：不超過16.2×2.6×2.9-m(53×8.5×9.5-ft)高人可進入：安全流程，標識，門鎖等措施人員進出門：內部打開/寬度高度/出口標識工作空間尺寸：符合NFPA70，CSAC22.1或IEEEC2通風：5.1L/s/m2

照明：100lux，按照NFPA70