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Feuerlöschsysteme für Energiespeichersysteme (ESS): Gewährleistung von Sicherheit und Schutz

Brandstudie Energiespeichersystem

Über den ESS UL 9540A REPORT

UL 9540A ist eine Prüfnorm, die von Underwriters Laboratories (UL), einer weltweiten Organisation für Sicherheitszertifizierung, entwickelt wurde. Sie konzentriert sich speziell auf die Sicherheit von Energiespeichersystemen (ESS), einschließlich Batterie-Energiespeichersystemen (BESS). Die Norm legt strenge Kriterien und Prüfverfahren fest, um die Sicherheit, Leistung und Zuverlässigkeit dieser Systeme zu bewerten.

Zweck der UL 9540A-Prüfung: Das Hauptziel der UL 9540A-Prüfung ist es, sicherzustellen, dass Energiespeichersysteme sicher und zuverlässig sind und mit potenziellen Gefahren umgehen können. Die Prüfungen sollen potenzielle Risiken wie thermisches Durchgehen, Explosionen, Feuer und elektrische Ausfälle identifizieren, die durch interne oder externe Faktoren ausgelöst werden können.

UL 9540A Prüfverfahren: Die Prüfverfahren nach UL 9540A decken verschiedene Aspekte eines Energiespeichersystems ab, einschließlich Batteriemodule, Batteriepacks, Wärmemanagementsysteme und Sicherheitssteuerungen.

Einige der wichtigsten durchgeführten Tests sind:

Thermische Ausbreitungsprüfung: Hier wird die Fähigkeit des Systems bewertet, zu verhindern, dass sich ein thermisches Durchgehen in einer Batteriezelle auf benachbarte Zellen oder Module ausbreitet.
Überladungstest: Mit dieser Prüfung soll die Reaktion des Energiespeichersystems auf eine Überladung bewertet werden, um sicherzustellen, dass es nicht zu einem katastrophalen Ausfall kommt.
Quetschtest: Bei dieser Prüfung wird die strukturelle Integrität des Systems ermittelt, indem es einer mechanischen Belastung ausgesetzt wird, die mögliche Unfälle simuliert.
Kurzschlusstest: Hier wird die Reaktion des Systems auf einen Kurzschluss untersucht, um zu prüfen, ob es in der Lage ist, solche Situationen sicher zu bewältigen.
Prüfung auf Brandeinwirkung: Hierbei wird die Leistung des Systems im Falle eines externen Feuers bewertet, um sicherzustellen, dass es die Situation nicht verschlimmert oder zur Ausbreitung des Feuers beiträgt.

Bildnachweis durch UL Underwriters Laboratories

In diesem Bericht werden die Ergebnisse von Experimenten vorgestellt, die von UL Fire Research and Development durchgeführt wurden. Der Zweck dieser Experimente war es, Daten über die Brand- und Verpuffungsrisiken im Zusammenhang mit einem thermischen Durchgehen und dessen Ausbreitung durch Energiespeichersysteme (ESS) zu sammeln.

Die Prüfnorm UL 9540A wurde zur systematischen Bewertung des thermischen Durchgehens und der Ausbreitung in Energiespeichersystemen auf verschiedenen Ebenen verwendet, einschließlich Zelle, Modul, Einheit und Installation. Die aus diesen Tests gewonnenen Informationen können bei der Entwicklung von Brand- und Explosionsschutzsystemen für die sichere Platzierung und Installation von ESS genutzt werden.

Während der Experimente wurden zusätzlich zu den Temperatur-, Druck- und Gasmessinstrumenten, die sich im Behälter befanden, tragbare Gasmessgeräte der Feuerwehr sowohl innerhalb als auch außerhalb des Lagerbehälters aufgestellt. Dies geschah, um ihre Wirksamkeit bei der Erkennung von Nebenprodukten des thermischen Durchgehens zu bewerten und die Feuerwehr bei ihren Entscheidungen zur Größenbestimmung zu unterstützen.

Wärmebildtechnik | Rauchmelder und andere elektrische Melder

Diese Art der Detektion kann fehlerhaft sein, und es hat sich beispielsweise gezeigt, dass die thermische Detektion in verschiedener Hinsicht überhaupt nicht funktioniert, z. B. bei der Bestimmung des Brandortes oder der Feststellung, ob sich der Brand bereits in der Löschphase befindet. Da ESS-Systeme zahlreiche elektrische und elektronische Geräte enthalten, besteht die Möglichkeit, dass die elektrischen oder elektronischen Sensoren beschädigt werden, wodurch das Detektionssystem beeinträchtigt wird.

Das Termo-pneumatische Detektionssystem von Protecfire

Die SPY-Detektoren von Protecfire bieten eine robuste und zuverlässige Lösung für die Detektion, da sie nicht auf Strom oder andere unterstützende Geräte angewiesen sind; sie sind völlig unabhängig. Die SPY-Melder ermöglichen eine präzise Lokalisierung des Feuers und bestimmen genau, wo es sich befindet, da der am Brandherd installierte SPY-Melder den Alarm auslösen wird.

Zweiphasige thermische Erkennung für ein einzelnes System

Das T-REX-System bietet eine Lösung mit zwei verschiedenen Temperaturschwellen.

Phase 1 - Auslösung bei niedrigen Temperaturen: Melder mit einer niedrigeren Temperaturschwelle aktivieren das ARGON-System, was als erste Brandbekämpfung angesehen werden kann. Wenn das Feuer erfolgreich gelöscht wird, wird der Schaden minimiert und die angrenzenden Gefahren werden reduziert.

Phase 2 - Auslösung bei höheren Temperaturen: In diesem Fall wird das Fortschreiten des Brandes durch den Anstieg der Temperaturen im ESS überprüft. Der zweite Satz von Detektoren wird ausgelöst, und ein anderes Löschmittel, das Tiborex Absolute in Kombination mit Argon, kommt zum Einsatz. Dieses Gemisch wird als extrem feiner Nebel verteilt, um das brennende Objekt abzukühlen.

Bildnachweis durch UL Underwriters Laboratories

Überschläge verhindern, Leben retten

Ein Flashover ist ein Phänomen, das während eines Brandes auftritt, wenn die Temperatur und die Wärmestrahlung in einem geschlossenen Raum ein kritisches Niveau erreichen, was zu einer schnellen und weitreichenden Entzündung aller brennbaren Materialien in diesem Bereich führt. Dies ist ein äußerst gefährliches und potenziell lebensbedrohliches Ereignis, das zu einer erheblichen Eskalation eines Brandes führen kann.

In der Anfangsphase eines Brandes erhöht die von den brennenden Materialien freigesetzte Wärme allmählich die Temperatur der Umgebung. Wenn die Temperatur steigt, erreichen die Gegenstände im Raum ihren Zündpunkt, und brennbare Gase und Dämpfe werden freigesetzt. Wenn die Bedingungen stimmen, können sich diese Gase und Dämpfe gleichzeitig entzünden und einen Flashover verursachen.

Der Flashover-Effekt ist durch einen plötzlichen und intensiven Flammenausbruch gekennzeichnet, der den gesamten Raum erfasst. Er führt zur Entzündung aller verfügbaren brennbaren Materialien, einschließlich Möbeln, Vorhängen, Teppichen und anderen Einrichtungsgegenständen im Raum. Das Feuer geht schnell von einem lokal begrenzten Brand in ein voll entwickeltes Feuer über, wobei sich die Flammen schnell ausbreiten und extreme Hitze, dichten Rauch und giftige Gase erzeugen.

Mehrere Faktoren tragen zum Auftreten von Überschlägen bei, darunter:

Temperatur: Die Temperatur in dem eingeschlossenen Raum erreicht einen kritischen Wert, in der Regel zwischen 1.100 und 1.200 Grad Fahrenheit (600 bis 650 Grad Celsius).
Verfügbarkeit von Sauerstoff: Es steht ausreichend Sauerstoff zur Verfügung, um die Verbrennung aller brennbaren Stoffe gleichzeitig zu unterstützen.
Wärmestrom: Die vom Feuer ausgehende Wärmestrahlung übersteigt die Kühlkapazität der umgebenden Oberflächen, was zu einem schnellen Temperaturanstieg führt.

Ein Flashover ist eine äußerst gefährliche Situation für Feuerwehrleute und Bewohner eines Gebäudes. Er stellt eine große Herausforderung dar, da sich das Feuer schnell ausbreitet, die Hitze sehr groß ist, die Sicht durch dichten Rauch eingeschränkt ist und die Gefahr eines Gebäudeeinsturzes besteht. Die hohen Temperaturen und die giftigen Gase, die bei einem Flashover entstehen, erschweren den Bewohnern die Flucht und den Feuerwehrleuten das Eindringen in den Bereich und die Durchführung von Rettungsmaßnahmen.

Um das Risiko eines Überschlags zu verringern, sollten vorbeugende Maßnahmen und Brandschutzstrategien umgesetzt werden, darunter:

Effektive Branderkennung: Die frühzeitige Erkennung von Bränden durch Rauchmelder, Wärmemelder und automatische Brandmeldesysteme ermöglicht eine schnelle Reaktion und Intervention, bevor es zu einem Flashover kommt.
Angemessene Belüftung: Eine ordnungsgemäße Belüftung von Gebäuden kann dazu beitragen, Hitze, Rauch und giftige Gase abzuführen und so die Wahrscheinlichkeit eines Überschlags zu verringern. Sie lässt frische Luft einströmen und heiße Gase entweichen, wodurch die Ansammlung brennbarer Gase begrenzt und die Wahrscheinlichkeit einer gleichzeitigen Entzündung verringert wird.
Brandbekämpfungssysteme: Die Installation von automatischen Sprinkleranlagen, Feuerlöschern und anderen Brandbekämpfungssystemen kann dazu beitragen, Brände zu kontrollieren und zu unterdrücken, bevor sie das Stadium des Flashovers erreichen.
Ausbildung zum Feuerwehrmann: Feuerwehrleute durchlaufen eine strenge Ausbildung, um das Verhalten von Bränden, einschließlich des Überschlagens, zu verstehen. Sie sind mit geeigneter Schutzausrüstung und Techniken ausgestattet, um Brände unter gefährlichen Bedingungen zu erkennen und zu bekämpfen.

Bei diesen Tests gab es ein erhebliches Problem mit Überschlägen, die durch das Öffnen von Türen verursacht wurden. Handelt es sich bei dem Löschmittel um ein Gas, ist dieser Effekt noch schlimmer, da beim Öffnen der Tür die Umgebung das Löschmittel verliert und durch Sauerstoff ersetzt wird. In dem Moment, in dem die Tür geöffnet wird, strömt plötzlich Sauerstoff ein, der das Feuer anheizt und zu einem Flashover führen kann, der das Leben der Person, die die Tür öffnet, in Gefahr bringt. Da Gas ein Löschmittel ist, das die Oberflächen und die Umgebung im ESS nicht abkühlt, kann es die Flamme zwar eindämmen, aber die Temperatur nicht ausreichend senken, um ein sofortiges Wiederaufflammen zu verhindern.

Wie man FlashOver mit dem T-REX verhindert

Das T-REX-System bietet eine Lösung zur Verhinderung von Flashover. Im Tiborex-Absolute-Tank befindet sich ein Einlass für den Schlauch der Feuerwehr, der weiterhin Wasser in Form von Nebel in den Brandbereich einspritzt. Es ist wichtig zu beachten, dass nur die Ventile am erkannten Brandherd geöffnet werden. Die übrigen Einheiten (bei mehreren Behältern) werden durch das Löschwasser nicht beeinträchtigt.

Die Wasserströmung senkt die Innentemperatur, den Sauerstoffgehalt und den Wärmestrom, wodurch die Gefahr eines FlashOver-Effekts verringert wird.

Auf diese Weise können wir Verletzungen oder sogar Todesfälle verhindern, die durch das Öffnen von Türen beim Versuch, anhaltende Brände zu löschen, verursacht werden.

Wenn es um Brandbekämpfungssysteme für Energiespeichersysteme (ESS) geht, gibt es zwei gängige Methoden: Wassernebel - im Fall von T-REX verwenden wir das Tiborex Absolute - und Argongas-basierte Löschsysteme. Beide Ansätze haben ihre eigenen Vorteile und Überlegungen. Lassen Sie uns die beiden im Zusammenhang mit ESS vergleichen.

Mechanismus der Unterdrückung:

Tiborex Absoluter Nebel: Feinsprühsysteme verwenden feine Flüssigkeitströpfchen zur Brandbekämpfung. Der Nebel absorbiert die Hitze, kühlt das Feuer und verdrängt den Sauerstoff, wodurch die Intensität des Feuers verringert wird. Er kann auch eine physische Barriere bilden, um die Ausbreitung des Feuers zu verhindern.

Argon-Gas-Unterdrückung: Bei Gaslöschanlagen werden spezielle Löschmittel wie Inertgase (z. B. Argon) zur Brandbekämpfung eingesetzt. Das Gas verdrängt den Sauerstoff, unterbricht den Verbrennungsprozess und löscht das Feuer.

Effektivität:

Feiner Sprühnebel: Wassernebel kann das Feuer und die umgebenden Flächen wirksam abkühlen, die Temperatur senken und ein Wiederaufflammen verhindern. Er ist besonders für Brände fester Materialien und einiger brennbarer Flüssigkeiten geeignet.
Argon-Gas-Unterdrückung: Gasbasierte Systeme wirken schnell, da sie den Sauerstoff rasch verdrängen und Brände effektiv unterdrücken. Sie sind sehr effizient beim Löschen von Bränden in geschlossenen Räumen und werden häufig in Bereichen mit empfindlichen Geräten eingesetzt, in denen Wasserschäden minimiert werden müssen.

Kompatibilität der Geräte:

Feiner Sprühnebel: Nebelsysteme erfordern eine sorgfältige Prüfung der elektrischen Ausrüstung und möglicher Wasserschäden. Auch wenn sie so konstruiert werden können, dass die Wassereinwirkung minimiert wird, können bestimmte ESS-Komponenten dennoch feuchtigkeitsempfindlich sein, und es sollten entsprechende Schutzmaßnahmen getroffen werden.
Argon-Gasentstörung: Bei gasbasierten Systemen wird kein Wasser eingeleitet, wodurch das Risiko von Schäden an elektrischen Geräten minimiert wird.

Umweltaspekte:

Feiner Sprühnebel: Tiborex Absolute ist ein umweltfreundliches Löschmittel. Es trägt nicht zum Ozonabbau oder zur globalen Erwärmung bei. Allerdings können Nebelsysteme bei der Löschung eine beträchtliche Menge an Flüssigkeit verbrauchen, und es sollten angemessene Entsorgungs- oder Recyclingmaßnahmen getroffen werden.

Gasunterdrückung: Systeme auf Argon-Gas-Basis bieten Reinigungsmittel, die keine Rückstände hinterlassen und so Schäden und Reinigungsaufwand minimieren.

Die Lösung mit T-REX

3-stufige Brandunterdrückung für ESS

Stufe 1

Erkennung niedriger Temperaturen und Aktivierung von Argon-Gas

Stufe 2

Höhere Temperaturdetektion mit einem Löschmittel aus Tiborex Absolute und Argon in feiner Sprüh-/Nebeldispersion, das die Temperaturen senkt.

Stufe 3

Anschluss der Brandbekämpfungsanlage und Wasserförderung durch das T-REX-System, um menschliches Eingreifen von der Wirkung des Flashovers fernzuhalten.