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Sistemas de supressão de incêndios para sistemas de armazenamento de energia (ESS): Garantir a segurança e a protecção

Estudo de incêndio do sistema de armazenamento de energia

Sobre o RELATÓRIO ESS UL 9540A

A UL 9540A é uma norma de teste desenvolvida pela Underwriters Laboratories (UL), uma organização global de certificação de segurança. Centra-se especificamente na segurança dos sistemas de armazenamento de energia (ESS), incluindo os sistemas de armazenamento de energia em baterias (BESS). A norma estabelece critérios rigorosos e procedimentos de teste para avaliar a segurança, o desempenho e a fiabilidade destes sistemas.

Objectivo dos testes UL 9540A: O principal objetivo dos testes UL 9540A é garantir que os sistemas de armazenamento de energia sejam seguros, confiáveis e capazes de lidar com riscos potenciais. Os testes são projetados para identificar riscos potenciais, como fuga térmica, explosão, incêndio e falhas elétricas, que podem ser desencadeadas por fatores internos ou externos.

Procedimentos de teste da UL 9540A: Os procedimentos de ensaio da norma UL 9540A abrangem vários aspectos de um sistema de armazenamento de energia, incluindo módulos de baterias, conjuntos de baterias, sistemas de gestão térmica e controlos de segurança.

Alguns dos principais testes efectuados são:

Teste de propagação térmica: Este teste avalia a capacidade do sistema para evitar que a fuga térmica numa célula da bateria se propague para células ou módulos adjacentes.
Teste de sobrecarga: O objectivo deste ensaio é avaliar a resposta do sistema de armazenamento de energia a uma condição de sobrecarga, assegurando que não conduz a uma falha catastrófica.
Teste de esmagamento: Este teste determina a integridade estrutural do sistema, submetendo-o a um esforço mecânico, simulando potenciais eventos acidentais.
Teste de curto-circuito: Examina a resposta do sistema a um evento de curto-circuito, verificando a sua capacidade de lidar com tais situações de forma segura.
Teste de exposição ao fogo: Este teste avalia o desempenho do sistema em caso de incêndio externo, garantindo que não agrava a situação ou contribui para a propagação do incêndio.

Créditos das imagens por UL Underwriters laboratories

Este relatório apresenta os resultados das experiências realizadas pela UL Fire Research and Development. O objectivo destas experiências era recolher dados sobre os riscos de incêndio e deflagração associados à fuga térmica e à sua propagação através de sistemas de armazenamento de energia (ESS).

A norma de teste UL 9540A foi utilizada para avaliar sistematicamente a fuga e propagação térmica em sistemas de armazenamento de energia a vários níveis, incluindo célula, módulo, unidade e instalação. A informação obtida a partir destes testes pode ser utilizada na concepção de sistemas de protecção contra incêndios e explosões para a localização e instalação seguras de ESS.

Durante as experiências, para além dos instrumentos de medição de temperatura, pressão e gás colocados no interior do contentor, foram colocados monitores de gás portáteis dos bombeiros, tanto no interior como no exterior do contentor de armazenagem. Esta colocação foi feita para avaliar a sua eficácia na detecção dos subprodutos da fuga térmica e para ajudar os bombeiros nas decisões de dimensionamento.

Imagem térmica | detectores de fumo e outros detectores eléctricos

Este tipo de detecção pode apresentar falhas, tendo sido comprovado, por exemplo, que a detecção térmica pode não funcionar de todo em vários aspectos, como determinar a localização do incêndio ou se este já se encontra em fase de supressão. Uma vez que os sistemas ESS contêm numerosos equipamentos eléctricos e electrónicos, existe a possibilidade de danificar os sensores eléctricos ou electrónicos, comprometendo o sistema de detecção.

Sistema de detecção Termo-pneumático da Protecfire

Os detectores SPY da Protecfire oferecem uma solução robusta e fiável para a detecção, uma vez que não dependem de energia ou de qualquer outro equipamento de apoio; são completamente independentes. Os detectores SPY permitem uma localização precisa do incêndio, determinando exactamente onde este se encontra, pois o SPY instalado no foco de incêndio é o que accionará o alarme.

Detecção térmica bifásica para um único sistema

O sistema T-REX oferece uma solução com dois limiares de temperatura diferentes.

Fase 1 - Activação a baixas temperaturas: Os detectores com o limiar de temperatura mais baixo activarão o sistema ARGON, o que pode ser considerado como uma supressão inicial do incêndio. Se o incêndio for extinto com sucesso, os danos são minimizados e os riscos adjacentes são reduzidos.

Fase 2 - Activação a temperaturas mais elevadas: Neste caso, a progressão do incêndio é verificada através do aumento das temperaturas no interior do ESS. O segundo conjunto de detectores será accionado e um agente extintor diferente, o Tiborex Absolute combinado com Argon, entra em acção. Esta mistura é dispersa como uma névoa extremamente fina para arrefecer o objecto em chamas.

Créditos das imagens por UL Underwriters laboratories

Prevenir a combustão instantânea, salvar vidas

Flashover é um fenómeno que ocorre durante um incêndio quando a temperatura e a radiação de calor num espaço fechado atingem um nível crítico, levando a uma ignição rápida e generalizada de todos os materiais combustíveis na área. É um evento extremamente perigoso e potencialmente fatal que pode resultar numa escalada significativa de um incêndio.

Durante as fases iniciais de um incêndio, o calor libertado pelos materiais em combustão aumenta gradualmente a temperatura do ambiente circundante. À medida que a temperatura aumenta, os objectos no espaço começam a atingir os seus pontos de ignição e são libertados gases e vapores inflamáveis. Quando as condições são adequadas, estes gases e vapores podem inflamar-se simultaneamente, provocando uma combustão instantânea.

O efeito de flashover é caracterizado por uma explosão súbita e intensa de chamas que envolve todo o espaço. Leva à ignição de todos os materiais combustíveis disponíveis, incluindo mobiliário, cortinados, alcatifas e outros conteúdos dentro da área. O incêndio passa rapidamente de um incêndio localizado para um incêndio totalmente desenvolvido, com as chamas a espalharem-se rapidamente e a gerarem calor extremo, fumo espesso e gases tóxicos.

Vários factores contribuem para a ocorrência de flashover, incluindo:

Temperatura: A temperatura no espaço fechado atinge um nível crítico, normalmente em torno de 1.100 a 1.200 graus Fahrenheit (600 a 650 graus Celsius).
Disponibilidade de oxigénio: Existe oxigénio suficiente para sustentar a combustão de todos os materiais inflamáveis em simultâneo.
Fluxo de calor: A radiação de calor do fogo excede a capacidade de arrefecimento das superfícies circundantes, levando a um rápido aumento da temperatura.

O Flashover é uma situação altamente perigosa para os bombeiros e os ocupantes de um edifício. Apresenta desafios significativos em termos de rápida propagação do fogo, calor intenso, visibilidade reduzida devido ao fumo espesso e potencial de colapso estrutural. As altas temperaturas e os gases tóxicos produzidos durante o flashover dificultam a fuga dos ocupantes e a entrada dos bombeiros na área e a realização de operações de salvamento.

Para mitigar o risco de flashover, devem ser implementadas medidas preventivas e estratégias de segurança contra incêndios, incluindo

Detecção eficaz de incêndios: A detecção precoce de incêndios através de alarmes de fumo, detectores de calor e sistemas automáticos de alarme de incêndio permite uma resposta e intervenção rápidas antes da ocorrência de flashover.
Ventilação adequada: A ventilação adequada dos edifícios pode ajudar a eliminar o calor, o fumo e os gases tóxicos, reduzindo a probabilidade de ignição. Permite a entrada de ar fresco e a saída de gases quentes, limitando a acumulação de gases inflamáveis e reduzindo as hipóteses de ignição simultânea.
Sistemas de supressão de incêndios: A instalação de sistemas automáticos de aspersão de incêndios, extintores e outros sistemas de supressão de incêndios pode ajudar a controlar e a suprimir os incêndios antes de estes atingirem a fase de combustão instantânea.
Formação de bombeiros: Os bombeiros são submetidos a uma formação rigorosa para compreenderem o comportamento dos incêndios, incluindo o flashover. Estão equipados com equipamento de protecção e técnicas adequadas para navegar e combater incêndios em condições perigosas.

Durante estes testes, registou-se um problema significativo com o flashover causado pela abertura das portas. Quando o agente extintor é um gás, este efeito é ainda pior, uma vez que a abertura da porta faz com que o ambiente perca o agente extintor e seja substituído por oxigénio. No momento em que as portas são abertas, há um afluxo súbito de oxigénio, que alimenta o fogo e pode provocar um flashover, pondo em risco a vida da pessoa que abre a porta. O gás, sendo um agente extintor que não arrefece as superfícies e o ambiente no interior do SCE, pode reduzir a chama, mas não baixará a temperatura o suficiente para impedir o reacendimento imediato.

Como evitar o FlashOver com o T-REX

O sistema T-REX oferece uma solução para evitar o flashover. No tanque Tiborex Absolute, existe uma entrada para a mangueira dos bombeiros, que continuará a injectar água sob a forma de neblina na área do incêndio. É importante notar que apenas as válvulas no local do incêndio detectado se abrirão. As restantes unidades (no caso de contentores múltiplos) não serão afectadas pela água dos bombeiros.

O fluxo de água diminuirá a temperatura interior, o oxigénio e o fluxo de calor, reduzindo as probabilidades de ocorrência de um efeito FlashOver.

Desta forma, podemos evitar lesões ou mesmo mortes causadas pela abertura de portas na tentativa de apagar incêndios persistentes.

Quando se trata de sistemas de supressão de incêndios para Sistemas de Armazenamento de Energia (ESS), dois métodos normalmente utilizados são a névoa de água, no caso do T-REX, utilizamos o Tiborex Absolute e sistemas de supressão baseados em gás Argon. Ambas as abordagens têm as suas vantagens e considerações únicas. Vamos comparar as duas no contexto do ESS.

Mecanismo de supressão:

Tiborex Absolute Mist: Os sistemas de pulverização fina utilizam gotículas finas de líquido para suprimir incêndios. A névoa absorve o calor, arrefece o fogo e desloca o oxigénio, reduzindo a intensidade do fogo. Pode também constituir uma barreira física para impedir a propagação do fogo.

Supressão de gás árgon: Os sistemas de supressão de gás utilizam agentes extintores específicos, tais como gases inertes (por exemplo, árgon) para suprimir incêndios. O gás desloca o oxigénio, interrompendo o processo de combustão e extinguindo o incêndio.

Eficácia:

Névoa de pulverização fina: A névoa de água pode arrefecer eficazmente o fogo e as superfícies circundantes, reduzindo a temperatura e evitando o reacendimento. É particularmente adequado para incêndios que envolvam materiais sólidos e alguns líquidos inflamáveis.
Supressão com gás árgon: Os sistemas à base de gás actuam rapidamente, uma vez que deslocam rapidamente o oxigénio, suprimindo eficazmente os incêndios. São altamente eficientes na extinção de incêndios em espaços fechados e são normalmente utilizados em áreas com equipamento sensível onde os danos causados pela água têm de ser minimizados.

Compatibilidade de equipamentos:

Névoa de pulverização fina: os sistemas de névoa requerem uma consideração cuidadosa do equipamento eléctrico e dos potenciais danos causados pela água. Embora possam ser concebidos para minimizar a exposição à água, alguns componentes do ESS podem ainda ser sensíveis à humidade, pelo que devem ser tomadas medidas de protecção adequadas.
Supressão de gás árgon: Os sistemas baseados em gás não introduzem água, minimizando o risco de danos no equipamento eléctrico.

Considerações ambientais:

Névoa de pulverização fina: Tiborex Absolute é um agente extintor amigo do ambiente. Não contribui para a destruição da camada de ozono ou para o aquecimento global. No entanto, os sistemas de névoa podem consumir uma quantidade significativa de líquido durante a supressão, e devem ser adoptadas medidas adequadas de eliminação ou reciclagem.

Supressão de gás: Os sistemas baseados em gás árgon oferecem agentes de limpeza que não deixam resíduos, minimizando os danos e a limpeza.

A solução com T-REX

Supressão de incêndios em 3 fases para ESS

Fase 1

Detecção de baixas temperaturas e activação de gás árgon

Fase 2

Detecção de temperaturas mais elevadas com uma extinção feita com Tiborex Absoluto e Árgon combinados em spray fino / dispersão de névoa, baixando as temperaturas.

Fase 3