Cuidados com o uso de UPS’s estáticos

nov, 2019

O uso de UPS’s (“uninterruptible power supply”, ou em tradução livre: fonte ininterrupta de energia, também conhecido no Brasil como “no-break”) como fonte de energia de “back-up” teve seu uso popularizado em função da importância que a qualidade da energia elétrica assumiu nos processos de  produção e administrativos desde os caixas de supermercados até os grandes data centers, hospitais e outras instalações que incorporam as cargas de “missão crítica”, como são conhecidas. Os UPS’s podem estar instalados em complexas configurações, garantindo elevados níveis de confiabilidade e disponibilidade. Desde os anos 80/90, foram desenvolvidas diversas configurações e topologias de  construção dos  UPS’s e das instalações, baseadas no melhor atendimento as cargas que se desejam contingenciar.

Naturalmente, neste  largo  espaço  de  tempo,  as  cargas  de tecnologia de informação (TI) e as outras que também são pelos UPS’s contingenciadas foram modificadas em  função das  necessidades relacionadas aos seus desempenhos e  operação associados, por exemplo, aos aspectos de eficiência energética e de qualidade de energia (neste caso, correntes harmônicas) como o atendimento à IEC 61000-3-2. Os UPS’s também sofreram constantes atualizações tecnológicas, buscando aumento de rendimento, desempenho e redução de custos de produção. Desta constatação, valem algumas observações interessantes considerando-se esta dinâmica de modificações e a necessidade em se manter os UPS’s e cargas sempre em situação de compatibilidade.

1- Configuração

A configuração on-line dupla conversão, a mais utilizada nos UPS’s estáticos, considera a entrada do UPS através por um retificador que alimenta um link DC, onde estão conectados os sistemas de baterias (energia de contingência) e a entrada do inversor que alimentará as cargas em sua saída, conforme ilustrado na figura 1. A chave estática presente na maioria dos equipamentos transfere a fonte da carga do inversor para a rede em caso de defeito no inversor ou em alguma intervenção de manutenção programada. Esta configuração básica possibilita diversas outras configurações derivadas, como operação de módulos em paralelo e outros modelos de contingência.

Figura 1 – Esquemático de UPS dupla conversão.

2- O UPS como fonte e como carga

Sob o ponto de vista da rede alimentação, o UPS é considerado como  uma carga não linear,  cuja característica dependerá das características do  retificador.  Inicialmente (e ainda presente em alguns modelos) construídos com  SCR’s  em configuração com seis, 12, 18  ou maior número de pulsos que proporcionam aos equipamentos diferentes características de  distorção harmônica de corrente, fator de potência de entrada e outras características. Nota-se que os UPS’s devem ser alimentados também por geradores de back-up e suas características de entrada devem ser adequadas também a esta situação. Já  no módulo do inversor (e bateria), o UPS é uma fonte que alimentará as cargas contingenciadas, e desta interatividade dependerá a qualidade desta operação.

Sob o primeiro aspecto, deve-se atentar para a existência de filtros de entrada que tornam os UPS’s capacitivos em situação de baixa carga, causando problemas operacionais aos geradores. Este assunto está disponível no link: (https://www.osetoreletrico.com.br/comportamento-dos-geradores-na-presenca-de-capacitores-parte-1/).

Figura 2 – Curva de capabilidade de UPS para cargas com FP 80% [1].
Valores da escala em percentuais da carga (kVA)
A compatibilização do UPS às cargas é o segundo aspecto que considera a qualidade de atendimento na saída como distorção de tensão, regulações e outros temas que são tratados na sequência.

3- Comportamento da carga e a configuração do UPS

Os UPS’s que se encontram em operação há 10, 15 anos e mais foram instalados para atender a gerações anteriores de cargas. Devido à contínua evolução das cargas, e mesmo do surgimento de outras demandas a serem contingenciadas, é necessária uma reavaliação do comportamento destes UPS’s legados a uma nova realidade.

As figuras 2 e 3 apresentam duas curvas típicas de capabilidade de dois tipos de UPS’s de duas gerações. A figura 2, típica de um UPS com fator de potência de saída de 80% indutivo e tipicamente aplicável em cargas de TI dos anos 90, e a figura 3 de um UPS adaptado para alimentação de carga com fator de potência de até 70%  sem distinção, indutivo ou capacitivo (de forma simétrica). Note-se que a maioria das cargas de TI atuais são capacitivas, assim como as lâmpadas LED; já os sistemas mecânicos que também devem ser contingenciados quando os UPS’s também alimentam sistemas de climatização com compressores, ventiladores e bombas (por  inversores de  frequência ou  não) são  cargas tipicamente indutivas que possuem picos de potencia reativa que devem ser supridas pelos UPS’s.

Figura 3 – Curva de capabilidade simétrica de UPS para cargas com FP até 70% [2].

4- recomendações e conclusões

  • As equipes de operação e manutenção devem acompanhar o comportamento das cargas alimentadas (não só a potência em kVA, mas potência ativa, reativa e as correntes harmônicas) pelos UPS’s instalados, uma vez que estas características de cargas são constantemente modificadas.
  • Deve-se conhecer a curva de capabilidade dos UPS’s a serem instalados considerando as características das cargas que serão alimentadas.
  • Importante  entender como  reclassificar  (reduzindo) a capacidade dos UPS’s nestas situações mencionadas.
  • Cuidados  adicionais  devem  ser  tomados   em  UPS’s  com  baixa carga e com característica capacitiva quando da alimentação por geradores, como é o caso de uso de UPS em alimentação de sistemas de dupla alimentação.
  • Durante a operação pelo by-pass, a característica da carga é modificada em relação à alimentação padrão pelo retificador; esta característica pode ter impacto na instalação elétrica.
  • UPS  devem  suprir toda  a  potência  reativa (inclusive, picos)  das cargas mecânicas e mesmo de transformadores das PDU’s (painel de distribuição com transformador isolador aplicado em data centers) quando da energização (corrente de In-rush) dos transformadores.

Comentários

4 Respostas

  1. Fabricio Pereira mota disse:

    Poderiam colocar umas imagens com uma qualidade que possa ler as escritas.

  2. Fabricio Pereira mota disse:

    Gosto muito dos estudos apresentados, muitos dados difíceis de serem encontrados.

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