Раздел: Детекция Тема: Пожарная безопасность Автор: Олег КРИКУНОВ, эксперт по системам безопасности STEP LOGIC, Дмитрий БЕЛОВ, руководитель группы проектирования систем безопасности STEP LOGIC
Как снизить пожароопасность систем с литий-ионными батареями
В последние годы для больших систем накопления энергии взамен свинцово-кислотных аккумуляторов все чаще используют литий-ионные. Однако вопрос пожароопасности и тушения таких батарей до сих пор не решен. Почему переходят на литий-ионные батареи Современные системы накопления энергии требуют надежных, экономичных и долговечных источников питания. При проектировании больших дата-центров все чаще рассматривается вопрос замены свинцово-кислотных АКБ на литий-ионные, ведь они обладают рядом серьезных преимуществ. Во-первых, время зарядки таких батарей гораздо меньше, что позволяет системе накопления энергии быстрее восстановить запас. Во-вторых, при правильной эксплуатации у них более продолжительный жизненный цикл. В-третьих, они имеют большее число циклов заряда и разряда. В-четвертых, обладают большей энергетической плотностью, Вт/Кг и, соответственно, меньшим весом. Однако проектировщики систем накопления, как правило, не задумываются о пожарной нагрузке литий-ионных АКБ. Высокая пожароопасность Применение литий-ионных аккумуляторов создало совершенно новую проблему, поскольку в условиях пожара они ведут себя принципиально иначе, чем обычные аккумуляторы. Неправильная эксплуатация, внутренние механические дефекты, ошибка системы мониторинга (BMS), некачественная сборка или перегрев электролита в литий-ионной батарее могут привести к эффекту «теплового разгона». Он заключается в возрастании количества выделяемого кислорода и водорода и в перегреве батареи. Все это неизбежно приводит к росту внутреннего давления, короткому замыканию и, в конечном итоге, к самовоспламенению батареи.
Именно химический характер возгорания становится ключевым фактором пожароопасности литий-ионных батарей. Классические методы борьбы с пожаром, в основе которых лежит ограничение доступа кислорода к очагу пожара, здесь не работают. Сам процесс горения происходит автономно, без доступа кислорода извне, с обильным выделением тепла. Температура горения литий-ионного аккумулятора составляет порядка 900 градусов. Такой пожар способен очень быстро перекинуться на соседнюю пожарную нагрузку: будь то расположенные рядом АКБ или любые другие горючие вещества и материалы. Быстрое развитие возгорания не всегда дает возможность системам противопожарной защиты на ранней стадии уловить первичные признаки пожара. В некоторых случаях возгорание происходит практически одновременно с началом обильного выделения дыма. Здесь и возникает самый главных для нас вопрос: как тушить помещения, в которых расположены такие источники бесперебойного питания, как литий-ионные АКБ.
Отсутствие норм пожаротушения Пожары литий-ионных батарей можно отнести к классу D – с вовлечением горючих металлов. Свод правил СП485.1311500.2020 «Системы противопожарной защиты. Установки пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования» не распространяется на данный класс пожара. И на сегодняшний день в РФ отсутствуют нормативные документы, которыми можно было бы руководствоваться при защите Li-Ion помещений с литий-ионными батареями. К тому же эксперименты по поиску огнетушащих веществ и способов тушения пожаров класса D, которые могли бы дать базу для создания нормативных документов, практически не проводятся. Выбор огнетушащего вещества Указанный свод правил не дает ответ на вопрос: каким огнетушащим веществом тушить помещения с литий-ионными батареями. Перед проектировщиком систем пожаротушения стоит сложная задача по выбору наиболее подходящего огнетушащего вещества (ОТВ). ДАВАЙТЕ РАЗБЕРЕМ СУЩЕСТВУЮЩИЕ ВИДЫ ОТВ: Порошковое пожаротушение. Очень часто применяется для помещений с ИБП по примеру электрощитовых. При тушении литий-ионных батарей порошок может кратковременно сбить пламя, но горение внутри АКБ, безусловно, продолжится. Газовое пожаротушение. Создаст во всем помещении среду, препятствующую распространению возгорания, и поможет «сбить температуру» у развивающегося пожара. Но проникнуть внутрь корпуса АКБ газ, скорее всего, не сможет, соответственно, и остановить процесс горения внутри АКБ не получится. Модульное водяное пожаротушение с ограниченным количеством воды. В процессе тушения на очаг пожара выльется некоторое количество воды, что собьет пламя и временно охладит АКБ, но химический процесс горения продолжится. Следует также учитывать и тот факт, что при взаимодействии лития с водой происходит распад воды на водород и кислород, что, в конечном итоге, приведет к усилению горения. Агрегатное водяное пожаротушение с неограниченным количеством воды. Локализует процесс горения за счет большого объема воды. Дополнительным плюсом будет постоянный отбор тепла от АКБ, что замедлит химический процесс и не позволит пожару перекинуться на соседние стойки. Эффективность данной системы будет зависеть от конструктивного исполнения стойки с АКБ, расположения и производительности спринклеров. Зарубежный опыт Иностранный подход к проблематике пожарной опасности систем накопления энергии с применением литий-ионных батарей можно условно разделить на консервативный западный и практичный восточный подходы. Европейцы предлагают использовать различные системы тушения, в том числе, комбинированные, разрабатывают нормативные документы по соблюдению расстояний между стойками и стараются за счет сложной автоматизации найти параметры, которые могли бы «сообщить» о неправильной работе батарей еще до начала теплового разгона. В то время как китайцы, будучи производителями продукции, стремятся уменьшить ее себестоимость и устанавливают самые простые системы контроля лишь основных параметров – влажности, температуры, утечки газа. Наиболее современным и эффективным подходом считается использование комбинированного способа тушения ячеек с аккумуляторами. При первых признаках перегрева в ячейку или помещение подается огнетушащий газ, который снижает температуру стойки и препятствует развитию пожара. Применение газа на данной стадии дает шанс спасти стойку от залива водой путем резкого охлаждения. Если это не останавливает тепловой разгон, и температура продолжает расти, то в помещение подается тонкораспылённая вода, которая продолжительное время заливает очаг пожара. На данном этапе речь о спасении оборудования уже не идет – система пытается локализовать пожар и не дать ему распространиться за пределы помещения.
8 способов снизить пожароопасность систем с литий-ионными батареями Чтобы предотвратить возгорание в системах накопления энергии с применением литий-ионных батарей, специалисты рекомендуют устранять факторы риска. 1. Приобретать батареи у проверенных производителей. 2. Внимательно отнестись к выбору и настройке программного обеспечения, контролирующего работу АКБ. Обратить внимание на системы с всевозможными датчиками, не допускающими перегрев, перезаряд и полный разряд батарей. 3. Не экономить место при проектировании систем накопления энергии. Отсутствие скученности АКБ позволит избежать быстрого перекидывания пожара на соседние аккумуляторы и поможет огнетушащему веществу локализовать загоревшуюся батарею. 4. Использовать системы сверхраннего обнаружения пожара и газоанализаторы для выявления первых признаков перегрева АКБ. 5. Обесточить стойку с АКБ при первых признаках перегрева батарей. Желательно иметь возможность выключения стойки без входа в помещение. Продолжать контролировать температуру стойки. 6. Использовать комбинированные системы пожаротушения. 7. Проводить работу с персоналом и диспетчерами, отрабатывать на практике возможные сценарии возгорания АКБ. 8. При объемных системах накопления энергии с большим количеством АКБ наилучшим решением будет вынос помещения за пределы здания по примеру дизельно-генераторных установок.
Внимание! Копирование материалов, размещенных на данном сайте допускается только со ссылкой на ресурс http://www.tzmagazine.ru Рады сообщить нашим читателям, что теперь нашем сайте работает модуль обратной связи. Нам важна ваша оценка наших публикаций! Также вы можете задавать свои вопросы.Наши авторы обязательно ответят на них. Ждем ваших оценок, вопросов и комментариев!

Добавить комментарий или задать вопрос

Правила комментирования статей

Версия для печати

Средняя оценка этой статьи: 5  (голосов: 3)
Ваша оценка: