Cálculo da vida útil da bateria do UPS. Fontes de alimentação ininterruptas: uma tentativa de desenvolver uma metodologia de teste abrangente Como calcular a potência necessária do UPS
É uma garantia integral da confiabilidade do sistema de alimentação. Os parâmetros do UPS devem ser estritamente comparáveis à carga que será conectada ao UPS. Caso contrário, a fonte de alimentação ininterrupta não trará os benefícios desejados e o dinheiro será desperdiçado.
Como calcular a potência ininterrupta? Para isso, é necessário levar em consideração uma série de parâmetros, cuja chave é a potência. Se você comprar um no-break com menos potência em comparação com a carga, ele simplesmente não funcionará. Para calcular a potência com precisão, você precisa se lembrar de um pouco de física.
O fator de potência da carga, ou também Fator de Potência, é muito importante no cálculo da potência de uma fonte de alimentação ininterrupta. Esta figura mostra qual proporção de energia a carga realmente consome, ou seja, potência ativa. Se considerarmos a carga como uma resistência ideal, então neste caso o valor do coeficiente será igual à unidade, que é o valor máximo. Capacitores e bobinas não são consumidores de energia, portanto para eles o valor do coeficiente é zero. O equipamento pode ter predominância de componentes capacitivos e indutivos.
Equipamentos com componente capacitivo incluem computadores e servidores. O componente indutivo está presente em dispositivos com motores elétricos, pode ser uma bomba, um ar condicionado, etc. Esta informação é necessária no caso em que o UPS protegerá equipamentos de diferentes tipos, pois para o primeiro o fator de potência tende à unidade , e para o segundo está na faixa de 0,8 a 0,9. Neste caso, é necessário encontrar o fator de potência médio para obter um resultado preciso.
Como calcular a potência de um UPS, conhecendo o fator de potência da carga? Para calcular a potência, você precisa multiplicar a potência nominal do UPS pelo fator de potência. O resultado da operação é um número que mostra a potência ativa máxima que a fonte de alimentação ininterrupta pode atender. Por exemplo, a potência do UPS é de 100 kVA e o fator de potência de carga é de 0,9. Neste caso, a potência de carga ativa será de 90 kW. A potência total da carga não deve exceder 90 kW e é melhor que seja um pouco menor.
Tais dificuldades no cálculo da potência podem ser evitadas se você usar uma fonte de alimentação ininterrupta como indicador da potência de saída. Neste caso, o cálculo da fonte de alimentação ininterrupta será realizado sem erros. É um grande erro comparar potências expressas em volt-amperes e watts, pois os valores diferem significativamente.
Deve-se também levar em consideração que a potência consumida pelo equipamento pode ser um pouco inferior à nominal. Isso pode acontecer em vários casos. Por exemplo, se considerarmos os computadores, sua potência na maioria dos casos é determinada pela potência da fonte de alimentação. Mas nem em todos os casos este algoritmo de cálculo está correto. Assim, por exemplo, um computador pode ter uma fonte de alimentação com potência de 450 W, mas a potência total dos componentes do computador é de apenas 120 W. Pode haver muitos desses recursos e eles precisam ser levados em consideração ao calcular uma fonte de alimentação ininterrupta.
Outra situação que precisa ser levada em consideração para calcular o funcionamento do UPS está relacionada ao refrigerador. Por exemplo, pode ter potência de 250 W, mas vale considerar que a geladeira não funciona o tempo todo, mas apenas em determinados intervalos. Neste caso, é necessário saber o consumo anual de energia elétrica. Nos cálculos, deve-se utilizar este valor dividido por 9. Ressalta-se que a potência da carga deve ser calculada em watts.
Em alguns sites você pode encontrar cálculos de potência do UPS online, mas eles não podem fornecer dados precisos porque não levam em consideração tais nuances. Se você ainda decidir utilizar esses serviços, além do resultado obtido será necessário somar cerca de 20%. É importante pensar na perspectiva de aumentar a potência de carga. Se a carga aumentar no futuro, é melhor comprar imediatamente um UPS mais potente. Uma situação semelhante ocorre com serviços que permitem calcular o tempo de operação do UPS online.
Cálculo da bateria
Se você precisar calcular a capacidade do UPS para uma determinada potência e tempo de operação, uma fórmula simples será usada:
Capacidade = 100*tempo*potência de carga
A vida útil da bateria é expressa em horas e a potência da carga em quilowatts. Observe mais uma vez que a potência não é expressa em volt-amperes. Por exemplo, uma fonte de alimentação ininterrupta protege um computador com potência de 500 W (0,5 kW). A fonte de alimentação ininterrupta deve fornecer um tempo de operação de 2 horas. Nessas condições, a fórmula que permite calcular a capacidade da bateria de um UPS assume a seguinte forma:
100*0,5kW*8h=400Ah
Assim, para uma carga com potência de 500 W, para garantir operação por 8 horas, é necessária uma bateria com capacidade de 400 Ah. Este cálculo da capacidade da bateria para um UPS é aplicável para baterias com tensão de 12 V. Além disso, é necessário levar em consideração que a fórmula é adequada para uma bateria de longa duração, ou seja, cerca de 9 a 10 horas. Isto se deve ao fato de que a dependência da capacidade da bateria no tempo de carregamento não é totalmente linear.
Se o tempo de operação for menor, será necessário fazer correções. Isso se deve ao fato de que por um curto período a corrente de descarga é grande e a bateria transfere apenas uma parte de sua capacidade para a carga. Então, se precisar de um tempo de trabalho de 30 minutos, então o resultado deve ser dividido por dois, para 2 horas reduzido em 40%, para 4 horas - 30%, para 6 horas - 40%. Para determinar o valor exato, é necessário utilizar o valor exato de eficiência do inversor que está instalado no UPS e comparar os dados com a curva de descarga de um determinado tipo de bateria.
Depois de encontrada a capacidade total, é necessário calcular o número de baterias do UPS. Para fazer isso, divida a capacidade total pela capacidade de uma bateria. No nosso caso, a capacidade total foi de 400 Ah. Suponhamos que a capacidade de uma bateria seja de 50 Ah. Neste caso, precisaremos de 8 dessas baterias.
Jornada de trabalho
Muitos usuários estão interessados no tempo de operação que uma determinada fonte de alimentação ininterrupta pode fornecer. Como calcular o tempo de operação de uma fonte de alimentação ininterrupta? Para isso, é necessário conhecer a potência da carga conectada ao UPS, a eficiência do inversor e a capacidade total da bateria.
O cálculo total das baterias de um UPS é extremamente simples. Na maioria dos casos, as fontes de alimentação ininterruptas contêm baterias padrão. Para realizar um cálculo total de baterias para um UPS, você precisa multiplicar seu número pela capacidade de uma bateria.
Para calcular a vida útil da bateria de um UPS, recomenda-se considerar a eficiência do inversor igual a 0,85. A potência total da carga deve ser expressa em watts. Falamos sobre como encontrá-lo no início do artigo.
O tempo de operação do UPS é calculado usando a seguinte fórmula:
Tempo=capacidade total da bateria*tensão da bateria*(eficiência do inversor/potência de carga)
O valor obtido é aproximado e pode sofrer alterações durante a vida útil da fonte de alimentação ininterrupta. O cálculo do tempo do UPS é aproximado, pois o tempo depende do desgaste da bateria e das condições de funcionamento, principalmente da temperatura do ar. Por exemplo, um aumento de um grau na temperatura após 40°C reduz a capacidade da bateria em 5%, o que é muito significativo. Para uma vida útil máxima, recomenda-se reduzir a carga da fonte de alimentação ininterrupta em 20% para cada 10 graus após 25°C. Ou você pode organizar um bom sistema de refrigeração e não permitir nenhum aumento de temperatura, pelo qual a fonte ininterrupta só agradecerá.
Se esses cálculos não forem claros para você, você pode entrar em contato com especialistas nesta área ou usar uma calculadora especial - um programa de cálculo UPS. Porém, neste caso, é necessário utilizar software comprovado e criado por profissionais para evitar erros e a escolha errada do UPS. A vantagem de tais programas é o cálculo. Ao calcular, você pode selecionar o tipo de núcleo do transformador. Os cálculos levam em consideração as perdas possíveis no núcleo e nos fios de cobre.
Pode haver casos em que não sejam necessários dados absolutamente precisos. Nesse caso, você pode usar tabelas especiais que mostram a duração da bateria para vários tipos de fontes de alimentação ininterruptas. Estas tabelas incluem o tempo de operação dependendo da capacidade das baterias e da potência total da carga. Desta forma você pode comparar seus dados com os dados da tabela e saber o tempo aproximado.
Sabendo como calcular um UPS, você pode fazer a escolha mais correta do UPS. Agora você sabe que a vida útil da bateria não depende da potência do UPS ou da tensão total da bateria, mas da capacidade das baterias. Portanto, na hora de escolher um UPS, deve-se dar preferência a baterias com maior capacidade de acordo com a potência fornecida. Esta escolha garantirá a máxima autonomia.
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Após cerca de três a seis meses de operação, o custo dos dados armazenados em um novo computador de trabalho começa a exceder o custo do próprio computador. No caso de um servidor de rede, esta situação pode surgir algumas semanas após a sua instalação.
Em 50-70% dos casos, a causa das falhas no funcionamento dos dispositivos eletrônicos é o fornecimento de energia de baixa qualidade. Se houver uma falha de energia, uma sessão incorreta de gravação de dados poderá destruir todo o sistema de arquivos.
Mesmo que as falhas não levem a consequências catastróficas imediatamente, depois de algum tempo os componentes eletrônicos sensíveis do seu PC podem simplesmente “revoltar-se” devido aos constantes ciclos de ligar/desligar.
Na Rússia, tornaram-se conhecidos dados de estudos realizados nos EUA pela Bell Labs e IBM. Segundo Bell Labs e IBM (EUA), cada computador pessoal está exposto a 120 incidentes de energia por mês.
Tipos de falhas de energia
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Tipo de falha de energia |
Causa da ocorrência |
Possíveis consequências |
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Baixa tensão, quedas de tensão |
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Sobretensão |
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Pulsos de alta tensão |
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Ruído elétrico |
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Corte total de energia |
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Distorção de tensão harmônica |
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Frequência instável |
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Características do UPS:
potência de saída, medida em volt-amperes (VA) ou watts (W);
tempo de comutação, ou seja, o tempo que o UPS (UPS) leva para mudar para a alimentação da bateria (medido em milissegundos, ms);
a vida útil da bateria é determinada pela capacidade das baterias e pela potência do equipamento conectado ao UPS (medida em minutos, min.);
a largura da faixa de tensão de entrada (rede elétrica) na qual o UPS (UPS) é capaz de estabilizar a energia sem mudar para baterias (medida em volts, V);
vida útil da bateria (medida em anos, geralmente 5 e 10 anos).
Parâmetros elétricos básicos do UPS (UPS)
Potência de saída do UPS
A potência de saída de um UPS (UPS) é definida como o produto da tensão (em volts, V) e da corrente (em amperes, A).
A energia consumida por uma carga é definida como o produto da potência de saída do UPS (em volt-amperes, VA) pelo Fator de Potência (PF) da carga.
Você deve selecionar um UPS que atenda às seguintes condições:
Potência de saída P do UPS (UPS) (VA), Wн potência consumida pela carga (VA),
Fator de potência do PF, que para computadores pessoais é considerado 0,7.
Normalmente, a quantidade de consumo de energia é indicada em um adesivo localizado na contracapa dos dispositivos.
Forma de onda da tensão de saída do UPS
Uma fonte de alimentação ininterrupta é um substituto temporário da rede elétrica para os equipamentos a ela conectados.
Em uma rede elétrica, a tensão tem formato senoidal ou próximo a senoidal. É claro que todos os computadores e outros equipamentos projetados para serem alimentados por uma rede de corrente alternada são projetados especificamente para tensão senoidal. Mas quase todos os tipos de equipamentos, incluindo computadores, podem operar mais ou menos normalmente com uma tensão muito diferente de uma onda senoidal.
Anteriormente, alguns UPSs de comutação (UPS) tinham uma tensão de saída na forma de onda quadrada (pulsos retangulares de diferentes polaridades).
Arroz. 1. Meandro
Para garantir que os valores RMS e pico a pico da tensão retangular sejam iguais aos valores correspondentes da tensão senoidal, os fabricantes de UPSs de comutação modernos (UPS) alteraram ligeiramente a forma da onda quadrada introduzindo uma pausa entre pulsos retangulares de diferentes polaridades.
Arroz. 2. Ande com uma pausa.
Os fabricantes de UPS chamam uma tensão desta forma de “aproximação escalonada de uma onda senoidal”. Esta forma da curva permite, com amplitude de tensão e duração de pausa corretamente selecionadas, atender aos requisitos de diferentes cargas. Por exemplo, com uma duração de pausa de cerca de 3 ms (para uma frequência de 50 Hz), o valor da tensão efetiva coincide com o valor efetivo de uma tensão senoidal de mesma amplitude.
A forma real da tensão de saída do UPS (UPS) com comutação é mostrada na Fig. 3.
Arroz. 3. Oscilogramas de tensão e corrente de um computador pessoal conectado a um UPS comutado.
O mesmo oscilograma também mostra a curva da corrente consumida pelo computador. Correntes de pulso fortes consumidas pelo computador no início e no final do pulso retangular não afetam a operação do computador. Eles são completamente suprimidos pela fonte de alimentação do computador, cuja saída é uma tensão constante com nível de ondulação normal.
Um computador protegido por um no-break comutado é alimentado por tensão não senoidal somente quando o no-break está funcionando com energia da bateria (ou seja, por um breve período). Quando o UPS (UPS) opera na rede, o computador é alimentado pela tensão da rede elétrica, suavizada por meio de filtros de ruído e pulso integrados ao UPS (UPS).
Redução de ruído
O ruído são pequenos desvios aleatórios de tensão em relação ao valor nominal, principalmente os de alta frequência. O ruído é suprimido pelos filtros de entrada do UPS. O grau de supressão depende da frequência do ruído. Em média, a supressão de ruído de um UPS (UPS) varia de 10 dB na frequência de 0,15 MHz a 50 dB na frequência de 30 MHz.
Supressão de pulso
Existem vários padrões no mundo que descrevem os requisitos para sistemas UPS em relação à proteção contra surtos.
O padrão mais comum se aplica a ambientes típicos de escritório e envolve testar um UPS aplicando um pulso de 3.000 V à sua entrada. Diferentes tipos de UPS usam diferentes tecnologias de supressão de surtos. Os modelos de UPS off-line e interativos em linha (UPS) normalmente usam proteção contra surtos de varistor. Uma derivação de varistor simples e eficaz pode suprimir pulsos com correntes de enorme amplitude.
Eficiência
Eficiência é a relação entre a energia consumida pela carga do UPS e a energia total consumida pelo UPS. Quanto maior a eficiência, mais eficientemente os recursos energéticos são utilizados. A eficiência de um UPS (UPS) pode variar de 85 a 97% em diferentes classes e sob diferentes modos de operação dos dispositivos.
Vida útil da bateria
Para a maioria dos UPSs convencionais de escritório (UPS) de baixo consumo de energia, a duração da bateria com carga máxima é de 4 a 15 minutos.
Se a carga do UPS (UPS) for inferior ao máximo, o tempo de operação da bateria aumenta. Devido à não linearidade da curva de descarga da bateria, este aumento não é proporcional à diminuição da carga. Se a carga for reduzida à metade, o tempo de operação poderá aumentar de 2,5 a 5 vezes; se triplicar, o tempo aumentará de 4 a 9 vezes, etc.
UPSs de alta potência e algumas UPSs de baixa potência têm a capacidade de aumentar a vida útil da bateria substituindo a bateria por uma bateria maior ou instalando uma bateria adicional. Uma bateria maior pode ser instalada no mesmo compartimento ou um compartimento de bateria adicional pode ser instalado.
Fator de potência. Watts e volt-amperes
Conhecer a potência do equipamento conectado ao UPS é necessário para não ultrapassar a carga máxima permitida do UPS. Mas a carga (ou sobrecarga) do UPS é determinada não apenas pela quantidade de energia liberada na carga, mas também pela quantidade de corrente que flui através do UPS. Portanto, ao especificar a carga máxima para um UPS (UPS), geralmente são indicadas a potência aparente máxima em volt-amperes e a potência ativa máxima em watts.
O UPS deve ser selecionado de forma que a potência máxima de carga não exceda a potência máxima do UPS.
A potência aparente da carga deve ser menor que a potência aparente do UPS (você precisa comparar volt-amperes VA). E a potência ativa da carga não deve exceder a potência ativa nominal do UPS (UPS) (é necessário comparar watts W).
Para diferentes cargas e diferentes sistemas UPS, a limitação pode ser a potência total ou ativa. Na maioria das vezes (para cargas de computador) a limitação é a potência total.
Como escolher a configuração UPS ideal para organizar o fornecimento de energia ininterrupta para equipamentos e eletrodomésticos em casa
É muito difícil responder à questão de escolher a configuração de uma fonte de alimentação ininterrupta para garantir um fornecimento de energia confiável para sistemas de aquecimento e engenharia e eletrodomésticos. Essencialmente, esta é uma equação com muitas incógnitas. Afinal, não se sabe de antemão quão ruim será o fornecimento de energia da rede e quanto tempo durarão os cortes de energia.
Numa primeira fase, é necessário determinar a potência total de todos os consumidores de energia cujo funcionamento deve ser garantido na ausência de rede elétrica. Com base neste valor, é necessário selecionar um UPS com potência 20% superior ao valor máximo de carga. Depois disso, você precisa determinar a capacidade das baterias externas, com base no tempo de backup necessário.
A solução ideal para fonte de alimentação ininterrupta é dividir a carga em vários grupos menores de consumidores. E resolver o problema de fornecer reservas separadamente para diferentes grupos de consumidores, dependendo da sua importância. Ao escolher a configuração de fonte de alimentação ininterrupta e baterias, deve-se levar em consideração que o aumento da reserva de energia do UPS não leva a um aumento linear na duração da reserva. Para fornecer alta potência de carga, é necessário um UPS mais potente e, para garantir um longo tempo de reserva, é necessário aumentar a capacidade das baterias externas.
Uma maneira simples de calcular o tempo de backup da fonte de alimentação ininterrupta
O tempo de reserva de energia é determinado principalmente por dois parâmetros: a potência da carga útil e a capacidade total de todas as baterias.
No entanto, deve-se notar que a dependência do tempo de reserva destes parâmetros não é linear. Mas para uma estimativa rápida e aproximada do tempo de folga, você pode usar uma fórmula simples.
T=E*U/P(horas),
OndeE - capacidadebaterias,você - tensãobaterias,P - potência de cargatodos os dispositivos conectados.
Um método refinado para calcular o tempo de backup da fonte de alimentação ininterrupta
Para esclarecer o cálculo do tempo de reserva, são introduzidos adicionalmente coeficientes especiais: eficiência do inversor, coeficiente de descarga da bateria, coeficiente de capacidade disponível em função da temperatura ambiente.
Tendo em conta estes coeficientes, a fórmula de cálculo assume a seguinte forma.
T=E*U/P*PDK * KRA * KDE(horas),
onde KPD (eficiência do inversor) está na faixa de 0,7-0,8,
KRA (taxa de descarga da bateria) está na faixa de 0,7-0,9,
KDE (taxa de capacidade disponível) está na faixa de 0,7-1,0.
O coeficiente de capacidade disponível depende complexamente do valor da temperatura e da velocidade de aplicação da carga. Quanto mais fria for a temperatura do ar, menor será a relação de capacidade disponível. Quanto mais lentamente a energia da bateria for consumida, maior será o coeficiente de capacidade disponível.
Tabelas prontas de valores de tempo de reserva para sistemas de alimentação ininterrupta das séries SKAT e TEPLOCOM
É necessária uma bateria externa de 12 Volts
| Capacidade, em Ah | Potência de carga, VA | ||||
| 100 | 150 | 200 | 250 | 270 | |
| 26 | 2h 18min | 1h 22min | 55 minutos | 44 minutos | 39 minutos |
| 40 | 3h 37min | 2h 15min | 1h 36min | 1h 15min | 1h 09min |
| 65 | 7h 01min | 4h 00min | 2h 45min | 2h 12min | 1h 54min |
| 100 | 12h 00min | 7h 12min | 5h 00min | 3h 40min | 3h 26min |
Tabela de tempos de reserva aproximados
Requer duas baterias externas de 12 volts
| Capacidade da bateria, Ah | ||||||||||
| 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 | |
| 2x40 | 9,37 | 4,06 | 2,31 | 1,51 | 1,36 | 1,22 | 1,07 | 0,53 | 0,39 | 0,34 |
| 2x65 | 16,15 | 7,12 | 4,40 | 3,02 | 2,29 | 1,56 | 1,44 | 1,36 | 1,28 | 1,11 |
| 2x100 | 27,11 | 11,55 | 7,33 | 5,23 | 4,12 | 3,05 | 2,44 | 2,22 | 2,01 | 1,49 |
| 2x120 | 32,37 | 14,52 | 9,44 | 6,10 | 5,11 | 4,12 | 3,14 | 2,51 | 2,33 | 2,15 |
| 2x150 | 40,47 | 17,40 | 11,24 | 8,19 | 5,57 | 5,07 | 4,17 | 3,28 | 2,57 | 2,42 |
| 2x200 | 54,23 | 24,48 | 15,47 | 11,27 | 9,09 | 6,50 | 5,45 | 5,08 | 4,31 | 3,54 |
Tabela de tempos de reserva aproximados
Requer 8 baterias externas com tensão de 12 Volts
| Capacidade da bateria, Ah | ||||||
| 500 | 1000 | 1500 | 2000 | 2500 | 3000 | |
| 65 | 12h 20min | 5h 10min | 2h 55min | 2h 15min | 1h 40min | 1h 25min |
| 100 | 19h 25min | 8h 40min | 5h 20min | 3h 40min | 2h 45min | 2h 15min |
| 120 | 23h 05m | 11h 35min | 7h 00min | 4h 45min | 3h30min | 2h 45min |
| 150 | 28h 55min | 14h 20min | 8h 45min | 6h30min | 4h 50min | 3h 40min |
| 200 | 38h 30min | 19h 10min | 12h 45min | 8h 45min | 7h 00min | 5h 20min |
Linha de marcas UPS S.K.A.T. E TEPLOCOM fornece a capacidade de organizar um fornecimento de energia ininterrupto confiável para consumidores de diversas capacidades e finalidades. As fontes de alimentação ininterruptas permitem organizar o fornecimento de energia ininterrupto desde uma pequena caldeira de aquecimento ou bomba de circulação até alimentar toda a casa ou escritório. UPSs especializados permitem organizar o fornecimento de energia ininterrupta para objetos particularmente importantes, como sistemas de comunicação, equipamentos de comunicação, sistemas de segurança e controle.
Existem várias maneiras de aumentar o tempo de reserva de energia da carga útil. Todos esses métodos decorrem da fórmula de cálculo do tempo de reserva.
Para aumentar o tempo de reserva, você pode aumentar a capacidade das baterias externas, reduzir a carga útil e criar condições operacionais ideais para o no-break e as baterias.
Primeira opção- o mais simples, mas mais caro. Para aumentar a capacidade da bateria, você terá que comprar baterias mais caras e um no-break que permita carregá-las com eficiência. Além do custo do equipamento, também será necessário reservar uma sala especial destinada ao armazenamento e operação de baterias, equipada com um bom sistema de ventilação.
Segundo método- reduzir a carga. Em primeiro lugar, é necessário dividir a carga em grupos de acordo com a necessidade de garantir o fornecimento de energia ininterrupto. Se não houver eletricidade por muito tempo, será necessário escolher entre a importância de garantir o funcionamento dos sistemas de engenharia de aquecimento e abastecimento de água e a necessidade de usar geladeira ou ar condicionado. Assim, um refrigerador moderno permite fornecer uma temperatura aceitável por cerca de 20 horas, caso não seja aberto novamente. Outro grupo de consumidores é o sistema de iluminação; para iluminação, podem-se utilizar fontes de alimentação ininterruptas autônomas ou lâmpadas de emergência com bateria embutida. Em última análise, você pode sentar-se à luz de uma lanterna ou de uma boa e velha vela, qualquer coisa é melhor do que descongelar o sistema de aquecimento.
Terceiro métodoé melhorar a qualidade do UPS e da manutenção da bateria. Os pontos mais importantes aqui são manter o equipamento limpo e garantir boas condições de temperatura. Separadamente, vale ressaltar a necessidade de carregar adequadamente a bateria e realizar o treinamento da bateria. Muitas vezes acontece que não há problemas elétricos e as baterias não estão sujeitas a ciclos de descarga e carga. Como resultado, após alguns meses, a capacidade real da bateria cai drasticamente. Para treinar a bateria é necessário utilizar equipamentos especiais ou simular quedas periódicas de energia, permitindo o funcionamento das baterias.
Comprar um no-break mais potente do que suas necessidades é um desperdício de dinheiro. No entanto, subestimar a potência necessária de um sistema de alimentação ininterrupta acarreta perdas de carga, o que é completamente inaceitável. Como calcular essa característica com a maior precisão possível?
Para isso, é necessário conhecer o fator de potência da carga (Power Factor, P), que determina quanto da potência fornecida pela fonte elétrica é efetivamente consumida pelo equipamento (potência ativa). Se a carga se comportar como uma resistência ideal, ela absorve toda a potência que lhe é fornecida, ou seja, P=1. Uma capacitância (capacitor) ou indutância (bobina) ideal não consome nenhuma potência ativa (P = 0), pois não converte energia elétrica em seus outros tipos. Durante um quarto do período senoidal, a energia é armazenada no campo magnético da bobina ou no campo elétrico do capacitor, e durante o outro quarto é devolvida à rede. Assim, neste caso, ocorre apenas a recirculação de energia, e a resistência da bobina e do capacitor, ao contrário da resistência ativa do resistor, é chamada de reativa.
Na vida real nada é ideal, então o valor do fator de potência da carga costuma estar na faixa de 0 a 1. Em geral, P é calculado como a razão entre a potência ativa absorvida pela carga (medida em watts, W) à potência total de entrada (medida em volts).
fator de potência (P) = potência ativa (W)/potência aparente (VA).
Na presença apenas de distorção harmônica, o fator de potência é igual ao cosseno do ângulo de fase entre a corrente e a tensão, por isso é frequentemente denotado como cos φ. Uma carga com predomínio do componente capacitivo é caracterizada por um fator de potência adiantado (cos φ positivo), e uma carga indutiva - por um fator de potência atrasado (cos φ negativo).
A carga principal de um UPS são PCs e servidores. Nas fontes de alimentação desses dispositivos é instalado um retificador com filtro em forma de capacitor, portanto eles possuem um determinado componente capacitivo. O fator de potência das fontes de alimentação mais simples usadas em PCs baratos não pode exceder 0,6 - isso significa que apenas 60% da energia útil fornecida pela fonte vai para uso. Na realidade, a situação não é tão ruim para PCs típicos - seu fator de potência é geralmente 0,8, então a maioria dos UPSs de baixo consumo são projetados para lidar com essa carga.
Quanto aos servidores modernos, sistemas de armazenamento de dados e equipamentos de rede (switches, roteadores), a situação aqui é ainda melhor. Eles utilizam fontes de alimentação com função de correção do fator de potência, portanto seu valor se aproxima de 1. Mas nos cálculos ainda é melhor considerar esse equipamento como uma carga com um pequeno componente capacitivo, e considerar o fator de potência igual a 0,95.
Mas os condicionadores de ar, que muitas vezes também são protegidos por UPS, já são uma carga com componente indutivo, o que se deve à presença de motores elétricos em seus compressores. O fator de potência deste equipamento geralmente está na faixa de 0,6 a 0,8 (ver).
Como estimar o fator de potência médio de uma carga composta por diferentes tipos de equipamentos? Suponhamos que o seguinte equipamento esteja instalado no escritório:
PCs e servidores, potência 4500 VA, P=0,95 (líder);
Ar condicionado, potência 3000 VA, P=0,8 (atrasado).
Então, para determinar o coeficiente médio, primeiro calcula-se o desvio médio P da unidade:
(4.500 VA×0,05– 3.000 VA×0,2)/7.500 VA = - 0,05.
Assim, a carga será indutiva com P=0,95.
DOIS FATORES DE POTÊNCIA
A especificação de quase todos os UPS indica seu fator de potência de entrada. Este parâmetro nada tem a ver com a relação de saída e determina como o próprio UPS (como carga) se comporta em relação à rede externa. Nos UPS modernos, onde o retificador é baseado em transistores IGBT, o fator de potência de entrada é próximo da unidade, o que significa que a fonte se comporta quase como uma resistência ativa ideal e quase não introduz distorção na rede externa. O valor da entrada P depende inteiramente do projeto do circuito do UPS.
O fator de potência de saída de um UPS é determinado pela carga conectada a ele. Conhecendo essa característica (juntamente com a potência total em VA), você pode, multiplicando uma pela outra, obter a potência máxima em W que a fonte pode suportar. Se o fator de potência da carga for superior ao especificado para o UPS, este ainda não será capaz de exceder a potência em W calculada usando o método acima e, portanto, não fornecerá o valor VA máximo.
Vejamos o exemplo novamente. Seja um UPS com potência nominal de 60 kVA, projetado para uma carga com fator de potência de 0,9. A potência ativa máxima que pode servir é de 54 kW:
60 kVA×0,9 = 54 kW.
Atenderá uma carga com a potência máxima indicada, mas menor P, por exemplo 0,8, sem problemas:
60 kVA×0,8 = 48 kW
Mas se P da carga exceder 0,9, digamos igual a 0,95, então ela não será mais capaz de fornecer uma potência de 60 kVA:
60 kVA×0,95 = 57 kW > 54 kW.
Conforme mencionado, o fator de potência de muitos tipos de equipamentos modernos de TI e telecomunicações é próximo de 1, portanto, você precisa ter muito cuidado aqui. Para não se enganar, muitos especialistas hoje, ao escolher um UPS, preferem se guiar pela sua potência de saída em W.
Se você achar difícil determinar o coeficiente P, então para uma garantia total você deve escolher um UPS cuja potência em W seja maior que a característica de carga em VA. Mas, neste caso, é possível uma superestimação significativa da potência do UPS. Para um cálculo mais preciso, deve-se primeiro calcular o valor da carga total (em VA), depois seu P médio e, a seguir, multiplicando os dois valores, obter o valor em W. A potência do UPS em W não deve ser inferior à característica de carga expressa nas mesmas unidades de medida.
MAIS DOIS FATORES
Mais dois coeficientes servem como uma característica importante da carga: Fator de Crista e Fator de Surto. O primeiro deles na documentação em russo é frequentemente chamado de coeficiente de pico (ou fator de pico). É determinado pela razão entre o valor da corrente máxima (pico) e seu valor de raiz quadrada média (RMS). Para ondas retangulares o fator de crista é igual à unidade, para uma onda senoidal ideal é 1,414 (√2).
Embora tenhamos chamado o fator de crista de “característica de carga”, na verdade ele é influenciado pelas características da fonte de alimentação. As fontes de alimentação chaveadas para computadores consomem corrente de maneira muito desigual, portanto, para elas, o fator de pico é geralmente de 2 a 3. Mas isso ocorre se a carga for alimentada com uma onda senoidal pura. Se o UPS produzir uma onda senoidal aproximada gradual (o que é típico para fontes com potência inferior a 1 kW), o fator de crista será menor que 2 (geralmente de 1,4 a 1,9). Em geral, o uso de UPSs, filtros de rede e dispositivos de supressão de surtos ajuda a reduzir o fator de pico. Este é certamente um ponto positivo, pois um fator de pico elevado (alta corrente) leva a um forte aquecimento dos elementos dos sistemas de alimentação.
A maioria dos UPSs são capazes de manter um fator de crista de 3 em plena carga (o valor desta característica aumenta à medida que a carga diminui), portanto normalmente não há problemas. Mesmo que a fonte não forneça o valor de corrente de pico necessário, então, como regra, a operação da fonte de alimentação da carga não é perturbada, apenas pequenas distorções na forma do sinal elétrico são possíveis. No entanto, em grandes instalações (por exemplo, quando a UPS serve um grande número de PCs), tais distorções podem ser tão significativas que podem levar à interrupção da carga. Portanto, é desejável que o fator de pico suportado pelo UPS não seja inferior ao fator de pico da carga.
Para calcular o fator de crista médio de uma carga composta por diferentes tipos de equipamentos, podemos recomendar o mesmo método usado para calcular o fator de potência médio. Vejamos nosso exemplo:
PCs e servidores, potência 4500 VA, fator de crista=3;
Ar condicionado, potência 3000 VA, fator de pico=1,4.
O fator de crista médio pode ser calculado da seguinte forma:
(4.500 VA×3 + 3.000 VA×1,4)/7.500 VA = 2,36.
Se o fator de pico indicado nas especificações do UPS for maior que o valor especificado, não haverá problemas.
O valor do Fator de Surto (infelizmente, não existe um termo russo estabelecido para esta característica) determina o quanto a corrente de partida consumida pela carga excede seu valor nominal. Por exemplo, para dar partida em um motor elétrico é necessário um grande torque de partida, portanto, quando ligados, os compressores de refrigeração consomem uma corrente várias vezes superior à corrente nominal (ver). A corrente de partida de um sistema de iluminação que utiliza lâmpadas incandescentes convencionais também pode exceder significativamente seu valor nominal. O fato é que a resistividade elétrica do tungstênio, a partir do qual são feitos os filamentos incandescentes, depende em grande parte da temperatura: a 20°C seu valor é 55×10 -9 Ohm×m, a 1727°C - 557x10 -9 Ohm×m. Conseqüentemente, a corrente de partida será aproximadamente 10 vezes a corrente nominal.
Quanto a computadores e servidores, o valor do Fator de Surto para eles geralmente não excede 1,5, e a maioria dos UPSs tem capacidade de sobrecarga suficiente para garantir uma ligação confiável e operação estável desses dispositivos. Se a carga contiver equipamentos com alta corrente de partida, a capacidade de sobrecarga do UPS selecionado deverá ser estudada com muito cuidado.
Tendo analisado os fatores discutidos no artigo, não se esqueça que para garantir o funcionamento estável do equipamento, a potência do UPS deve ser selecionada “com reserva” - 15-25% a mais do que o necessário.
Alexander Barskov é o editor-chefe do Journal of Network Solutions/LAN. Ele pode ser contatado em:
Picos de energia são a principal causa de quebras de computadores. Para proteger os dispositivos contra danos, instale um UPS ou uma fonte de alimentação ininterrupta. É utilizado para eliminar diversas interferências na rede elétrica:
- Um aumento e diminuição acentuados na tensão;
- Queda repentina de energia;
- Interferência eletromagnética;
- Pulsos de alta frequência.
A unidade de sistema, monitor, sistema de áudio, joysticks de jogos, modems, impressoras e scanners estão conectados ao UPS. Para garantir proteção confiável para todos os dispositivos, é importante saber como escolher o UPS certo para o seu computador.
Como escolher uma fonte de alimentação ininterrupta para o seu computador
A escolha de um UPS para um computador começa com a determinação de seu tipo. Existem três deles: dispositivos de backup, interativos e online.
- Os sistemas de fonte de alimentação ininterrupta de backup operam em dois modos. Se houver tensão na rede, eles “filtram” as correntes de entrada e as tornam seguras para o equipamento. Na ausência de tensão, eles atuam como bateria reserva. Ou seja, se houver queda de energia, você poderá trabalhar com seu PC por algum tempo.
Vantagem: preço baixo
Imperfeições: tempo de resposta relativamente longo (até 15 ms), o que pode ser crítico para alguns tipos de equipamentos. - Os UPSs interativos, diferentemente dos standby, são equipados com um estabilizador de tensão integrado. Se a carga na rede mudou ligeiramente, o dispositivo irá corrigi-la. A mudança para operação com bateria ocorre apenas quando ocorrem grandes mudanças na rede.
Vantagem: tempo de resposta rápido, universal, adequado para computadores e todos os equipamentos relacionados.
Imperfeição: não é adequado para equipamentos com altas correntes de partida. - UPS online são classificados como equipamentos profissionais. Eles convertem a corrente alternada de entrada em corrente contínua, “passam” por si mesmos e emitem novamente corrente alternada com uma tensão exata de 220 V.
Vantagem: Adequado para proteger equipamentos altamente sensíveis e caros.
Imperfeições: muito caro e barulhento, instalado em salas onde não há pessoas.
Outro parâmetro importante é a duração da bateria do dispositivo. É indicado pelo fabricante na ficha técnica do aparelho e varia de 10 a 50 minutos. Pode variar dependendo do número de equipamentos conectados.
Como calcular a potência UPS para um computador
Primeiro, determine o tipo de PC que você possui e decida quais equipamentos adicionais deseja conectar a ele. Calcule sua potência total. Cuidado: a potência do equipamento é indicada em watts (W), e o UPS, via de regra, é indicado em volt-amperes (VA). Você mesmo precisa calcular corretamente a potência do UPS do seu computador.
- Um computador de escritório padrão inclui uma unidade de sistema, um monitor, alto-falantes e uma impressora. Sua potência total é de cerca de 500 W. Converter para volt-amperes: 500*1,4=700 VA.
- Um computador para jogos consiste em uma unidade de sistema, um ou dois monitores, um poderoso sistema de alto-falantes, bem como joysticks, volantes e outros equipamentos. Os computadores para jogos são muito mais potentes que os computadores de escritório, portanto a potência total aproximada será maior - cerca de 800 W. Fazemos o cálculo de acordo com a amostra e obtemos 1120 VA.
Como conectar um UPS a um computador
Conectar um UPS a um PC é bastante simples. É necessário ter um protetor contra surtos - um tee.
- Conectamos a fonte de alimentação ininterrupta ao filtro de rede ligado. Isso é necessário para recarregar a bateria do dispositivo.
- Conectamos todos os equipamentos: unidade de sistema, monitor, sistema de alto-falantes ao UPS.
- Ligue o computador corretamente. Pressione o botão liga/desliga do UPS e espere até que a luz verde acenda. Sinaliza que o dispositivo está pronto para uso. Só depois disso ligamos o computador. Somente neste caso seu equipamento estará protegido de forma confiável contra picos de energia.
