Сертификация крупномасштабных огневых испытаний UL 9540A: Трехуровневая система хранения энергии на основе фосфата лития-железа ACE укрепляет пожарную безопасность в центрах обработки данных

Центры обработки данных поддерживают критически важную вычислительную инфраструктуру и большие объемы бизнес-критичных данных. Событие теплового взрыва в системе хранения энергии на литий-ионных аккумуляторах (BESS) может вызвать цепную последовательность отказов, варьирующихся от простоя оборудования и потери данных до значительных финансовых потерь и, в худшем случае, масштабного пожара с серьезными последствиями для безопасности.

С введением шестого издания UL 9540A, пожарные испытания на уровне установки (LSFT) стали важным требованием соответствия для внутренних систем хранения энергии. Пожарная устойчивость на уровне ячеек сама по себе недостаточна для демонстрации безопасности на уровне системы. Эффективная защита должна предотвращать распространение огня между модулями, стойками и соседним оборудованием внутри центра обработки данных.

Трёхуровневая архитектура хранения энергии на основе фосфата лития-железа (LFP), разработанная внутренними силами ACE, создаёт многослойную систему пожарной безопасности, охватывающую уровни ячейки, модуля и стойки. Система успешно прошла предварительные испытания на уровне установки UL 9540A с крупномасштабным пожаром, продемонстрировав комплексный подход к ограничению тепловой генерации и контролю распространения огня для высокоплотных данных центров.

И. Безопасность на уровне ячейки: Внутренне стабильная химия литий-железо-фосфатная

Ячейки LFP обеспечивают устойчивую электрохимическую основу для термического управления и сокращения риска возгорания. В сравнении с тройными литий-ионными химическими веществами, оливиновая кристаллическая структура LFP демонстрирует большую термостойкость и ограничивает выделение реактивного кислорода при термическом выбросе, снижая условия, которые могут способствовать быстрому горению.

Дизайн безопасности на уровне ячеек ACE включает следующие особенности:

• Формула элемента с низким выделением тепла: формула разработана с целью уменьшения общего выделения тепла при термическом отказе на уровне элемента, что помогает удерживать тепло, выделяемое локальной неисправностью, в контролируемом диапазоне.
• Высокая согласованность оценки и сортировки ячеек: Строгий процесс отбора выявляет и удаляет ячейки с аномальным внутренним сопротивлением или характеристиками напряжения, снижая вероятность скрытых дефектов, которые вызывают внутренние короткие замыкания.
• Керамо-композитная перегородка и термостойкий электролит: Эти два защитных мероприятия повышают термическую стабильность и откладывают начало и развитие тепловой дестабилизации. Во время испытания на пожар UL 9540A, активированный элемент претерпел тепловую дестабилизацию и загорелся постепенно, без мгновенного горения или выброса расплавленного высокотемпературного материала, тем самым уменьшая начальные тепловые и механические факторы распространения огня.

II. Изоляция на уровне модуля: Четырёхслойная защита для ограничения локального пожара

Модуль представляет собой критический промежуточный барьер против распространения тепла и огня. ACE интегрирует термоизоляцию, разделение на отсеки и контролируемое освобождение давления, чтобы создать независимую огнестойкую камеру для каждого модуля.

• Серпентинная расстановка ячеек и градиент теплового сопротивления: В качестве теплоизоляционных каналов используются промежутки между ячейками, а материалы с постепенно изменяющимся тепловым сопротивлением постепенно уменьшают поперечный перенос тепла и помогают предотвратить достижение соседними ячейками условий воспламенения.
• Высокотемпературная композитная изоляция: модуль покрыт огнестойкими теплоизоляционными материалами, предназначенными для выдерживания экстремальных температур и ограничения радиативного теплопередачи между соседними модулями.
• Направленное газоотведение и ограничение давления кислорода: Горючие газы, образующиеся во время термического выхода из строя, отводятся по отдельным путям отвода. Контролируемая микроизбыточная воздушная среда внутри модуля также помогает ограничить проникновение внешнего кислорода и подавить устойчивое горение.
• Независимые герметичные отсеки: Каждый модуль физически изолирован, так что тепло, выделяемое при сгорании в одном модуле, содержится в его отсеке и не легко передается соседним модулям.

Результаты крупномасштабных испытаний пожаром показали, что после воспламенения модуля запуска горение оставалось локализованным и развивалось постепенно. Соседние модули в том же шкафу не показали признаков возгорания или тепловой перегрузки, а напряжение и температура ячеек оставались в пределах нормальных эксплуатационных значений. Эти результаты подтверждают цель системы — предотвращение распространения тепловой перегрузки между модулями.

III. Защита на уровне стеллажей: предотвращение распространения огня между соседними стеллажами

В центрах с высокой плотностью данных, близко расположенные стойки создают потенциальный путь для распространения тепла и дыма от одного энергетического шкафа к другому. Архитектура термозащиты на уровне стойки ACE обеспечивает дополнительный слой изоляции.

• Огнестойкие и термоизолирующие промежуточные слои: В конструкцию шкафа встроена высокопрочная огнестойкая изоляция, с независимыми огнестойкими барьерами между шкафами для ограничения теплового излучения и распространения дыма.
• Строгие правила: Никогда не изменяйте, не добавляйте и не удаляйте любые теги HTML, атрибуты или структуру; Никогда не переводите атрибуты HTML (например, href, src, class, id, alt, title); Переводите только текст, видимый пользователю; Сохраняйте все исходные пробелы точно: пробелы, переводы строк, табуляции и пространство между тегами; Не сжимайте, не добавляйте и не удаляйте никаких пробелов вокруг или внутри узлов текста; Выводите только переведенный HTML, без дополнительного текста, комментариев или объяснений.</p>
• Высокопрочная огнестойкая металлическая оболочка: конструкция шкафа спроектирована так, чтобы сохранять свою целостность при экстремальных тепловых условиях, снижая вероятность деформации, трещин или распространения пламени в общие зоны оборудования.

Во время испытания на крупномасштабное горение по стандарту UL 9540A на уровне стойки, модуль в стойке-триггере был намеренно подвергнут термическому разрушению и загорелся. Соседние целирующие стойки не показали наблюдаемого открытого пламени или термического разрушения, а аккумуляторные модули внутри этих стоек остались неповрежденными. Результаты демонстрируют эффективное ограничение распространения огня при проверенной конфигурации.

IV. UL 9540A Великомасштабный огневой тест: Комплексные доказательства безопасности на уровне системы

Тест проводился в соответствии с методикой испытания на крупномасштабный пожар уровня установки UL 9540A, шестое издание, с конфигурацией, предназначенной для представления применения центра обработки данных, включая полное питание системы и несколько стеллажей, установленных рядом друг с другом. Системы активного подавления пожара были отключены во время теста, чтобы увеличить степень теплового взрыва.</p>

Ключевые наблюдения при тестировании включали:

• Запущенная аккумуляторная ячейка перешла в термическую гонку и начала гореть постепенно, при этом взрыва или выброса высокотемпературных частиц не наблюдалось. 
• Соседние модули в одном шкафу не показали признаков возгорания или термического взрыва, и параметры работы их ячеек оставались в нормальных диапазонах.
• Соседние стеллажи цели показали отсутствие наблюдаемого проникновения высокой температуры в корпус стеллажа, а также отсутствие огня или тепловой распространённости внутри их аккумуляторных модулей.
• После горения повторного воспламенения не наблюдалось. Крышка запуска конструктивно целая, и соседние ящики можно напрямую использовать.

Поскольку многие решения отрасли фокусируются на тестировании только на одном или двух уровнях батарейной системы, подход ACE расширяет масштабное тестирование на горение UL 9540A на уровне элемента, модуля и шкафа/стойки. Это многоуровневая проверка может поддерживать обзор пожарной безопасности и документацию о соответствии для проектов хранения энергии в центрах обработки данных в Северной Америке и Китае, а также помогать упростить оценки пожарной защиты и снизить необходимость последующих модификаций системы.

V. Стоимость применения в сценариях центра обработки данных

• Плотная установка: Интегрированная архитектура системы противопожарной защиты может снизить зависимость от больших дополнительных зон противопожарной изоляции, что поможет сохранить ценные площади в данных центрах и поддерживать более высокую плотность хранения энергии.
• Потенциально более низкая сложность противопожарной защиты: Пассивная термоизоляция и огнестойкие конструкции могут дополнять активные меры противопожарной защиты на уровне объекта и могут снизить необходимость в дополнительном специализированном оборудовании, при соблюдении применимых кодексов, стандартов и требований органов власти.
• Контролируемый риск эксплуатации и технического обслуживания: ограничивая отказы и пожарные события локальными модулями или шкафами, архитектура спроектирована так, чтобы облегчить направленное реагирование на инциденты и минимизировать ненужные перебои в целом дата-центре.
• Международная поддержка соблюдения требований: Завершённый отчёт по крупномасштабному испытанию на пожар UL 9540A может предоставить важную техническую документацию для развертывания данных центров за границей и международных инфраструктурных проектов, при условии одобрения местными регулирующими органами.
• Долгий срок службы технологии LFP: химия LFP сочетает высокую термостойкость с длительным циклическим ресурсом, что делает её подходящей для применения в системах, требующих 24/7 аварийного питания и энергосберегающих систем для выравнивания нагрузки.

Заключение

Безопасность хранения энергии не является проблемой защиты отдельной точки; это дисциплина системного проектирования, охватывающая от элемента батареи до полностью функционирующей среды центра обработки данных. Трехуровневая архитектура хранения энергии LFP ACE объединяет термальный контроль на уровне элемента, независимую изоляцию модуля и ограничение пожара на уровне стойки, чтобы устранить риск распространения пожара, вызванного термическим выбросом.

Поддерживается результатами крупномасштабных огневых испытаний UL 9540A, эта многоуровневая система безопасности предназначена для того, чтобы помочь данным центрам достичь практического баланса между плотностью развертывания, готовностью к соблюдению требований, эксплуатационной устойчивостью и пожарной безопасностью. Для критической вычислительной инфраструктуры и бизнес-критических данных ACE предоставляет подход к обеспечению безопасности хранения энергии, основанный на изоляции, контролируемом распространении и верификации на уровне системы.