储能系统国际安全标准解析-20211202

1—赵家林2021-12-02储能系统

国际安全标准解析

IntroductiontoESSSafetyStandards12/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandardsContent212/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards其他国家储能系统标准简介5UL标准思路及要点4IEC标准思路及要点3储能系统产品特点储能系统国际安全标准概览21储能系统312/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards储能系统（EnergyStorageSystem:ESS）：Equipmentthatreceivesenergyandthenprovidesameanstostorethatenergyinsomeformforlateruseinordertosupplyelectricalenergywhenneeded.(UL9540)能够接收能量，然后通过一定方式存储能量，待需要时以电能的方式被使用的设备。储能系统种类Source:EnergyMarketAuthority,HandbookforEnergyStorageSystems机械储能电化学储能热储能电气储能化学储能储能系统产品特点412/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards比较项目一般电气产品储能系统*构成单一产品形态多个子系统及零部件组成应用场景单一应用场景多应用场景：户用、工商业、公用事业风险以电气危害为主电气危害+能量危害+火灾和爆炸危害备注：*主要以锂离子电池储能系统为例。Content512/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards其他国家储能系统标准简介5UL标准思路及要点4IEC标准思路及要点3储能系统产品特点储能系统国际安全标准概览21储能系统国际安全标准概览612/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards系统安全标准、系统安装标准、特殊测试标准北美ANSI/CAN/UL9540:2020ANSI/CAN/UL9540A:2019NFPA855:2020澳洲AS/NZS5139:2019欧洲ENIEC62933-5-2:2020VDE-AR-E2510-2:2021VDE-AR-E2510-50:2017国际电工委员会IECTS62933-5-1:2017IEC62933-5-2:2020新加坡TR77-2:2020Content712/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards其他国家储能系统标准简介5UL标准思路及要点4IEC标准思路及要点3储能系统产品特点储能系统国际安全标准概览21IEC62933系列标准结构StructureofIEC62933series812/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandardsIEC62933seriesPart1:VocabularyPart2:UnitparametersandtestingmethodsPart3:PlanningandperformanceassessmentofelectricalenergystoragesystemsPart4:EnvironmentalissuesPart5:Safetyconsiderationsforgrid-integratedEESsystems安全要求环境影响设计规划和性能评估参数和测试方法词汇定义储能系统安全要求

SafetyRequirementsforelectricalenergystorage(EES)systems912/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandardsIECTS62933-5-1:安全考量通用规范

IEC62933-5-2:安全要求——电化学系统IEC62933-5-2框架Framework1012/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards一般说明范围Scope参考标准Normativereferences名词定义Termsanddefinitions电池储能系统基本准则BasicguidelinesforsafetyofBESS危害考虑Hazardconsiderations电池储能系统风险评估BESSsystemriskassessment降低风险所需要求Requirementsnecessarytoreducerisks系统验证和测试Systemvalidationandtesting指引和手册Guidelinesandmanuals风险评估及降低风险措施测试验证文件要求IEC62933-5-2:电池储能系统安全基本准则

BasicguidelinesforsafetyofBESS1112/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards风险分析储能模式定义（4.2&6.1）危害识别（6.3.1&6.3.2）风险评估（6.3.3&6.3.4）风险评价（6.3.3&6.3.4）风险是否可容忍：对操作人员、用户和相邻人员的影响IEC62933-5-2:电池储能系统安全基本准则

BasicguidelinesforsafetyofBESS1212/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards风险降低（7&8）风险评估、评价（6.3.3&6.3.4）验证和测试（7&8）条款7降低风险所需要求Clause7Requirementsnecessarytoreducerisks条款8系统验证和测试Clause8SystemvalidationandtestingIEC62933-5-2:危害考虑Hazardconsiderations1312/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards电气危害Electricalhazards:触电Electricshock——烧伤Burns，心室颤动Ventricularfibrillation弧闪Arcflash——烧伤Burns静电Staticelectricity——引发其他危害，如爆炸explosion机械危害Mechanicalhazards电磁危害Hazardsarisingfromelectrical,magnetic,andelectromagneticfields火灾危害Firehazards温度危害Temperaturehazards：高温&低温化学危害Chemicalhazards爆炸危害ExplosionhazardsIEC62933-5-2:危害考虑Hazardconsiderations1412/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards储能种类

BESSCategory电气危害Electrical爆炸危害Explosion火灾危害Fire温度危害Temperature化学危害Chemical主要危害PrincipalhazardsC-A:锂电池YYYYY热失控、热蔓延可燃气体泄漏火灾导致化学有毒气体C-B:铅酸电池YYNNY可燃化学物质传播有毒化学物质传播C-C:高温电池YYYYY热扩散异常加热C-D:液流电池YYNYY可燃化学物质传播有毒化学物质传播IEC62933-5-2:系统级别风险分析Systemlevelriskanalysis1512/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandardsBESS系统级别风险分析应当基于系统风险和复杂度采用以下或等同方法进行评估：ThesystemlevelBESSriskanalysisshallbeperformedbasedontherisk(BESSsize/severity)andcomplexityofthesystemusingoneofthefollowingtechniquesoranequivalentone:自下而上第一性原则风险分析：例如失效模式分析FMEA(IEC60812)bottom-upfirstprinciplesriskanalysis(e.g.failuremodeandeffectanalysis(FMEA):seeIEC60812);自上而下分析：例如故障树FTA(IEC61025)top-downanalysis(e.g.faulttreeanalysis(FTA):seeIEC61025);综合分析：例如危害与可操作性研究HAZOP(IEC61882)，系统理论事故模型和过程STAMPcombinedand/orintegratedanalysis(e.g.hazardandoperabilitystudy(HAZOP):seeIEC61882,STAMP(systemstheoreticaccidentmodelandprocesses)).IEC62933-5-2:降低风险所需要求——产品设计角度

Requirementsnecessarytoreducerisks1612/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards降低风险的方法The

priority

of

risk

reduction

approaches:本质安全设计

inherentlysafedesign防护和保护装置guardsandprotectivedevices提供终端用户信息informationforendusersIEC62933-5-2:降低风险所需要求——过程控制角度

Requirementsnecessarytoreducerisks1712/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards从过程控制角度：控制和监视预防缓解现场紧急响应区域紧急响应以火灾风险为例：BMS控制+侦测（气体/温感/烟感）维护保养灭火装置声光报警消防救援损害从故障演变为事故以及最小化损害的层级措施最小化危害的一般风险降低措施IEC62933-5-2:降低风险所需要求

Requirementsnecessarytoreducerisks1812/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards预防措施Preventivemeasures安全设计Safetydesign防护和保护措施Guardsandprotectivemeasures生命周期安全管理LifecyclesafetymanagementIEC62933-5-2:系统验证和测试Systemvalidationandtesting1912/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards试验Test条款Subclauseno.参考文件Referenceddocument型式试验TypeTest工厂验收试验FATTest现场验收试验SATTest备注Remark电气危害Electricalhazards短路保护Short-circuitprotection-X--过充、高电流充电和接地故障保护Overcharge,highcurrentchargeandearthfaultprotection-X-X模拟故障脉冲耐受电压保护ImpulsewithstandvoltageprotectionIEC60664-1X--“V-L”:OVCIII耐压DielectricvoltageIEC60664-1XXX“V-L”:OVCIII绝缘电阻InsulationresistanceIEC60364-6XXX接地系统检查EarthingandbondingsystemcheckIEC62368-1IEC61936-1X-X防孤岛Anti-islanding-XXXIEC62933-5-2:系统验证和测试Systemvalidationandtesting2012/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards试验Test条款Subclauseno.参考文件Referenceddocument型式试验TypeTest工厂验收试验FATTest现场验收试验SATTest备注Remark机械危害Mechanicalhazards壳体冲击EnclosureimpactIEC62477-1X--静态压力StaticforceIEC62477-1X--地震冲击和震动Earthquakeimpactandvibration---X爆炸Explosion可燃气体规格Specificationofflammablegas-X--气体侦测/废气侦测Gasdetection/off-gasdetectionIEC60079-29(allparts)XXX通风VentilationIEC60079-7IEC60079-13-XX电磁危害Hazardsarisingfromelectric,magnetic,andelectromagneticfields8.2.4IEC61000-1-2IEC61000-6-7IEC60364-4-44X--EMCIEC62933-5-2:系统验证和测试Systemvalidationandtesting2112/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards试验Test条款Subclauseno.参考文件Referenceddocument型式试验TypeTest工厂验收试验FATTest现场验收试验SATTest备注Remark火灾危害Firehazards(propagation)8.2.5IEC62619XXXUL9540A储能系统如果存在热失控风险，其火灾特性需要参考附录C通过大规模火烧试验来评价，根据其预期安装情况带或者不带消防系统。ThefirecharacteristicsofaBESSwhichhasthepotentialtoexhibitthermalrunawayaccordingtoAnnexBshouldbedeterminedthroughalarge-scalefiretestoftheBESSthatevaluatesfirepropagationandheatgenerationforananticipatedBESSinstallationwithandwithoutthefiresuppressionsystem.Testdatageneratedasaresultoflarge-scalefiretestingcanvalidateaBESSinstallationwiththeintendedfiresuppressionsystem.SeeAnnexCfordetailsregardinglarge-scalefiretesting.大规模火烧试验方法参考UL9540A.Alarge-scalefiretestofaBESSisintendedtoevaluatethefirecharacteristicsofaBESSsystemthatundergoesthermalrunaway.ThedatageneratedcanbeusedtodeterminethefireandexplosionprotectionrequiredforinstallationofaBESS.AnexampleofthistypeoftestmethodcanbefoundinUL9540A.IEC62933-5-2:系统验证和测试Systemvalidationandtesting2212/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards试验Test条款Subclauseno.参考文件Referenceddocument型式试验TypeTest工厂验收试验FATTest现场验收试验SATTest备注Remark温度危害Temperaturehazards热控制操作验证Verificationofthermalcontroloperation-X-X电池温度控制通风子系统异常操作Abnormaloperationsofsubsystemsforventilation-X-X封堵或断开正常工作温度试验Temperatureundernormaloperationtest-X-X满载充放电化学危害Chemicaleffects有毒液体规格Specificationoftoxicfluids-X--适用于有有害液体的储能系统液体侦测Fluidsdetection-XXX有害液体保护措施Protectivemeasuresagainsthazardousfluids-XXXIEC62933-5-2:系统验证和测试Systemvalidationandtesting2312/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards试验Test条款Subclauseno.参考文件Referenceddocument型式试验TypeTest工厂验收试验FATTest现场验收试验SATTest备注Remark辅源控制和通讯系统故障危害Hazardsarisingfromauxiliary,controlandcommunicationsystemmalfunctions8.2.8IECTS62933-5-1X-X基于FMEA故障模拟环境危害Hazardsarisingfromenvironments耐潮气进入ResistancetomoistureingressIEC60529X--洪灾环境：浸水测试暴露在海洋环境（盐雾）Exposuretomarineenvironments(saltfog)IEC60068-2-52X--严酷等级Severitylevel1or2IP防护IPratingofBESSenclosureandprotectiveguards8.2.10IEC60529X--“S-U”:min.IPX4;

IP2XIEC62933-5-2:指引和手册Guidelinesandmanuals2412/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards用户手册Usermanual紧急程序手册Emergencyproceduremanual第一响应手册Firstresponsemanual个人防护设备Personalprotectiveequipment(PPE)guidelines

弧闪故障能量评估determinearcflashincidentenergyContent2512/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards其他国家储能系统标准简介5UL标准思路及要点4IEC标准思路及要点3储能系统产品特点储能系统国际安全标准概览21美国储能相关标准2612/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandardsUL9540:范围Scope2712/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards该标准是系统标准，系统包括能量存储机制，电力转换设备和其他配套设备Thisstandardisasystemstandard,whereanenergystoragesystemconsistsoftheanenergystoragemechanism,powerconversionequipmentandbalanceofplantequipment.单独部件不认为是储能系统Individualparts(e.g.powerconversionsystem,batterysystem,etc.)ofanenergystoragesystemarenotconsideredanenergystoragesystemontheirown.该标准用于评估系统各部件的兼容性和安全性Thisstandardevaluatesthecompatibilityandsafetyofthesevariouscomponentsintegratedintoasystem.UL9540框架Framework2812/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards部分Section条款Clause主要内容Content介绍Introduction1~6标准适用范围，零部件要求，参考标准及其他通用说明结构Construction7~9非金属材料、金属材料及壳体要求10~14电气安全：布线、设备、电气安规距离、绝缘和接地15~17系统安全分析和控制18~21加热和制冷系统，管路，运动部件和危害液体控制22,

23可燃气体聚集及消防24,

25PCS和电池系统要求性能Performance27~32电气测试33~36机械测试37环境测试制造和生产测试ManufacturingandProductionTests38~40工厂生产测试和要求标识和文件Markings&Instructions41,

42标识和文件要求UL9540符合性要求2912/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards电池系统PCS储能系统Electrochemical:

UL1973Fuelcell:CSAFC1Stationaryenginegenerators:UL2200orCSAC22.2No.100,andCSAC22.2No.14.材料适用性结构适用性零部件符合性及适用性电气安全性（绝缘、保护、接地）火灾及爆炸风险（UL9540A，防爆泄爆，消防）安全控制（功能安全）测试验证工厂质量控制标识和文件符合性UL1741UL62109-1orCAN/CSAC22.2No.62109-1UL1012,UL1564,orCAN/CSAC22.2No.107.1难点1：UL9540A测试3012/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards评估储能系统热失控火灾蔓延的测试方法电芯级别CellLevel热失控及气体成分及爆炸特性模组级别ModuleLevel热失控特性，HRR,SRR,气体成分等单元级别UnitLevel对周围的影响（温升、热流、气体成分、爆炸危害）安装级别InstallationLevel消防系统有效性（温升、热流、气体成分、爆炸危害）难点1：UL9540A测试3112/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandardsUL9540A测试验证容量（Energycapacity）超过限值安全距离（Separationdistances）缩短特殊安装方式（Mountingmethod）或场所（Location）单个电化学ESS单元最大能量：户外壁挂Outdoorwallmounted

-20kWh住宅用途Residentialuse-20kWh非住宅用Non-residentialuse-50kWh室内壁挂系统Indoorwallmountedsystems住宅中安装（如允许）Systemsforinstallationinresidentialdwellings(wherepermitted)难点2：可燃气体聚集防控3212/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards正常工作时释放氢气或其他可燃气体故障时释放可燃气体控制可燃气体浓度不超过25%LFL排气Ventilation开孔Openings难点3：功能安全评估3312/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards控制系统（对安全至关重要）：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").难点4：弧闪风险评估3412/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandardsRequirementIEC62933-5-2:2020UL9540:2020AS5139:2019Arcflashriskassessment弧闪风险评估─accordingtoNFPA70EorCSAZ462根据NFPA70E或CSAZ462accordingtoNFPA70EAnnexDDetaileddescriptionandrequirements根据NFPA70E附录D，提供了详细说明和要求Arcflashboundary弧闪边界1.2cal/cm2(5J/cm2)1.2cal/cm2(5J/cm2)1.2cal/cm2(5J/cm2)Marking(arcflashhazardandPPErequirements)标识（弧闪危害及PPE要求）YesYesYesDocumentation(addresselectricalsafetyincludingarcflash)文件（说明包含弧闪的电气安全要求）YesYesYes难点4：弧闪风险评估3512/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandardsNFPA70E:2018Skindamagefromasecond-degreeburn安全能量限值：1.2cal/cm2(5J/cm2)SeconddegreeburnsAustralianEnergyCouncil,Electricalarcflashhazardmanagementguideline,2019难点4：弧闪风险评估3612/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards两种评估方法：PPEcategorymethod（个人防护设备等级方法）Incidentenergyanalysismethod（故障能量分析方法）NFPA70E:2018,Riskassessmentflowchart(partial)难点4：弧闪风险评估3712/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards计算弧闪能量确定弧闪边界选择PPEDeterminingarcflashincidentenergyDeterminingarcflashboundarySelectingpersonalprotectiveequipmentMarking&Documentation设备标识及文件说明难点4：弧闪风险评估3812/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards直流电弧故障能量评估方法：最大功率法Maximumpowermethodology(Doanmethod).详细弧闪电流和能量计算方法Detailedarcingcurrentandenergycalculationmethod(Ammermanmethod)Doan,D.R,“ArcFlashCalculationsforExposurestoDCSystems,”IEEETransactionsonIndustrialApplications,Vol46,No.6,2010.Simpledcsystemmodel难点5：步入式单元附加要求3912/02/2021IntroductiontoESSSafetyStandards尺寸：不超过16.2×2.6×2.9-m(53×8.5×9.5-ft)高人可进入：安全流程，标识，门锁等措施人员进出门：内部打开/宽度高度/出口标识工作空间尺寸：符合NFPA70，CSAC22.1或IEEEC2通风：5.1L/s/m2

照明：100lux，按照NFPA70