UL 9540A Великомасштабний тест на пожежу: Система зберігання енергії на основі літій-ферумованого фосфату ACE підвищує безпеку від пожежі в дата-центрах

Центри обробки даних забезпечують критично важливу обчислювальну інфраструктуру та великі обсяги даних, що мають стратегічне значення для бізнесу. Подія теплового вибуху у системі зберігання енергії на основі літій-іонних акумуляторів (BESS) може викликати ланцюгову послідовність відмов, які варіюються від простою обладнання та втрати даних до значних фінансових збитків, а в найгіршому випадку — масштабного пожежі з серйозними наслідками для безпеки.

З введенням шостого видання UL 9540A, випробування великих масштабів на рівні встановлення (LSFT) стали важливою умовою відповідності для внутрішніх систем зберігання енергії. Вогнестійкість елементу сама по собі недостатня для демонстрації безпеки на рівні системи. Ефективна захист має запобігати поширенню пожежі між модулями, стелажами та сусіднім обладнанням у дата-центрі.

Внутрішньо розроблена трьохрівнева архітектура системи зберігання енергії на основі літій-ферумофосфатних (LFP) акумуляторів створює багаторівневу систему протипожежної безпеки, що охоплює рівні клітини, модуля та стелажу. Система успішно пройшла попередній тестування встановлення масштабного пожежного випробування UL 9540A, що демонструє комплексний підхід до обмеження теплового вибуху та контролю поширення пожежі для високогустинних дата-центрів.

І. Безпека на рівні елементу: Власне стабільна хімія фосфату заліза та літію

Клітинки LFP надають стабільну електрохімічну основу для тепловідведення та зменшення ризику пожежі. На відміну від трикомпонентних літій-іонних хімій, кристалічна структура олівіну LFP демонструє більшу термальну стабільність і обмежує виділення реактивного кисню під час термічної аварії, зменшуючи умови, які можуть сприяти швидкому горінню.

Дизайн безпеки на рівні комірок ACE включає такі функції:

• Формула клітини з низьким виділенням тепла: формула розроблена з метою зменшити загальне виділення тепла під час події термічної розірваності клітини, допомагаючи тримати тепло, що генерується локальним дефектом, в контролюваному діапазоні.
• Висока консистенція клітинного групування та сортування: строгий процес відбору ідентифікує та видаляє клітини з аномальним внутрішнім опором або характеристиками напруги, що зменшує ймовірність прихованого дефекту, який уникнення внутрішнього короткого замикання викликає.
• Церамічно-композитний роздільник і термостійкий електроліт: ці дві захисні заходи збільшують термічну стабільність і затримують початок і посилення теплової нестабільності. Під час випробування на пожежу UL 9540A, запущена комірка перейшла у теплову нестабільність і почала горіти повільно, без миттєвого вибуху або викидання гарячих рідких частинок, таким чином зменшуючи початкові теплові та механічні фактори поширення пожежі.

II. Ізоляція на рівні модуля: Чотиришаровий захист для обмеження локалізованого пожежі

Модуль представляє собою критичний проміжний бар'єр проти поширення тепла та вогню. ACE інтегрує теплоізоляцію, зонування та контролюване відведення тиску, щоб створити незалежну вогнестійку оболонку для кожного модуля.

• Серпентинна розташування клітин і градієнт теплового опору: Теплоізоляційні канали вбудовані між клітинами, тоді як матеріали з поступово зміненим тепловим опором послідовно зменшують бічний перенос тепла і допомагають запобігти сусіднім клітинам досягати умов запалювання.
• Високотемпературостійка композитна теплоізоляція: модуль закритий пожаростійкими теплоізоляційними матеріалами, призначеними для перенесення екстремальних температур і обмеження випромінювальної теплопередачі між суміжними модулями.
• Напрямленне газове випускання та обмеження тиску кисню: Вибухонебезпечні гази, що утворюються під час термічного розкладу, направляються відповідними шляхами випуску. Контрольований мікроположній тиск у модулі також допомагає обмежити проникнення зовнішнього кисню та придушити тривалий горіння.
• Незалежні герметичні відсіки: Кожний модуль фізично ізольований, тому тепло, що виникає при горінні в одному модулі, зберігається у його відсіку і не легко передається сусіднім модулям.

Результати великомасштабних випробувань пожежею показали, що після запуску модулю, горіння залишалося локалізованим і поступово розвивалося. Сусідні модулі в одному шафі не показали спостережуваного пожежі або термічної аварії, тоді як напруга і температура елементу залишалися в нормальних діапазонах роботи. Ці результати підтримують мету системи зупинки поширення термічної аварії між модулями.

III. Пожежна захист на рівні стелажу: Обмеження поширення між суміжними стелажами

У високонасичених дата-центрах, щільно розташовані стелажі створюють потенційний шлях поширення тепла та диму від одного енергозберігального шафи до іншої. Архітектура термічної захисту на рівні стелажів ACE надає додатковий шар обмеження.

• Пожаростійкі та теплозахисні шари: В структуру шафи вбудовано високоміцний пожаростійкий теплоізоляційний матеріал, з незалежними пожарними бар'єрами між шафами для обмеження високої температури випромінювання та розповсюдження диму.
• Інтегровані шляхи звільнення тиску та вентиляції: Відокремлені канали направляють гарячі гази з горіння від сусідніх шаф і основних областей циркуляції даних.
• Високоміцна пожаростійка металевая оболонка: конструкція шафи розроблена таким чином, щоб зберігати свою цілісність у умовах сильного тепла, зменшуючи ймовірність деформації, тріщин або витікання полум'я в загальні області обладнання.

Під час тесту на масштабний вогонь рівня стелажа UL 9540A модуль у стелажі запуску був намагально піддано тепловому пробігу і згорів. Сусідні цільові стелажі не показали спостережуваного відкритого полум'я або теплового пробігу, і батарейні модулі в цих стелажах залишилися непошкодженими. Результати демонструють ефективне обмеження поширення вогню при перевірених конфігураціях.

IV. UL 9540A Великомасштабний тест на вогненну стійкість: Повна доказова база щодо безпеки на рівні системи

Тест проводився відповідно до методології випробувань пожежі великого масштабу на рівні встановлення UL 9540A шостого видання, з конфігурацією, призначеною для представлення застосування центру обробки даних, включаючи повне живлення системи та кілька стелажів, встановлених біля один одного. Активні системи пожежогасіння були вимкнені під час тесту, щоб збільшити серйозність сценарію термічної нестабільності.

Головні спостереження тесту включали:

• Заблокованою батарейним елементом відбувся тепловий пробіг і він поступово запалав, без вибуху або викидання гарячих часток спостерігалося. 
• Сусідні модулі в одному корпусі не показували спостережуваних ознак пожарища або теплової розвантаження, і їхні параметри роботи залишалися в нормальних межах.
• Сусідні цільові стелажі не показали спостережуваного проникнення високої температури в корпус стелажу, і не було спостережено вогню або теплової поширення всередині їхніх батарейних модулів.
• Після горіння повторного загорання не спостерігалося. Кабіна запуску ціла, і суміжні кабіни можна безпосередньо використовувати.

Де багато індустрійних рішень зосереджені на тестуванні лише на одному або двох рівнях батарейної системи, підхід ACE поширює великомасштабне тестування на вогнестійкість UL 9540A на рівні елементу, модуля та шафи/стелажу. Це багатошарове підтвердження може підтримувати огляд із питань пожежної безпеки та документацію про відповідність для проектів з енергозберігання в дата-центрах у Північній Америці та Китайській Народній Республіці, одночасно допомагаючи оптимізувати оцінки заходів протипожежної безпеки та зменшувати потребу у подальших модифікаціях системи.

П. Значення застосування в різних сценаріях центрів обробки даних

• Високотісне розташування: Інтегрована архітектура системи з обмеження поширення вогню може зменшити залежність від великих додаткових зон із захистом від вогню, що допомагає зберігати цінне приміщення дата-центру та підтримувати більш високу щільність енергозберігання.
• Ймовірно, менша складність пожаробезпеки: Пасивні теплоізоляційні та вогнестійкі конструкції можуть доповнювати активні заходи пожаробезпеки на рівні об’єкта і можуть зменшити потребу у додатковому спеціалізованому обладнанні, з урахуванням чинних норм, стандартів та вимог органів влади.
• Контрольоване операційне та технічне ризик: Обмежуючи неполадки та пожежні події локальними модулями або шафами, архітектура проектована для сприяння цілеспрямованому реагуванню на події та мінімізації незначних порушень у загальному дата-центрі.
• Підтримка міжнародних стандартів: Повністю заповнений звіт про масштабний пожежний тест UL 9540A може надати важливу технічну документацію для встановлення дата-центрів у закордоні та міжнародних інфраструктурних проектів, за умови локального регуляторного погодження.
• Довгий термін служби технології LFP: хімія LFP поєднує сильну теплову стабільність і довгий циклічний термін служби, що робить її придатною для застосувань, які потребують 24/7 резервного живлення та енергозберігання для пікового навантаження/заповнення долини.

Висновок

Безпека зберігання енергії не є проблемою захисту в одній точці; це дисципліна системного проектування, яка простягається від окремої батареї до повної середовища центру обробки даних. Трьохрівнева архітектура зберігання енергії LFP ACE поєднує термоконтроль на рівні елементу, незалежне ізоляцію модуля та укриття пожежі на рівні стелажу, щоб вирішити ризик поширення пожежі, спричиненого тепловим вибухом.

Підтримується результатами великомасштабного тесту на пожар UL 9540A, ця багатошарова система безпеки призначена для допомоги дата-центрам досягти практичного балансу щільності розгортання, готовності до виконання стандартів, операційної стійкості та безпеки від пожежі. Для критичної обчислювальної інфраструктури та критичних даних бізнесу ACE надає підхід до безпеки накопичення енергії, заснований на обмеженні поширення, контролюваному поширенні та перевірці на рівні системи.