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Diferentes tipos de sistemas
No-Break
Revisão 6
por Neil Rasmussen
Introdução 2
Tipos de no-break 2
Resumo dos tipos de no- break
7
Uso de tipos de no-breaks na indústria
7
Conclusões 9
Recursos 10
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Conteúdo
Relatório interno N° 1
Há muita confusão no mercado acerca dos diferentes tipos de sistemas NO-BREAK e suas características. Neste relatório se define cada um dos tipos de NO- BREAK, são analisadas as aplicações práticas em cada caso e são indicadas as vantagens e desvantagens correspondentes. Com esta informação, pode se tomar uma decisão informada sobre a topologia NO- BREAK mais apropriada para satisfazer uma necessi- dade específica.
>Resumo executivo
Os diferentes tipos de no-break e seus atributos geralmente causam confusão na indústria dos centros de dados. Por exemplo, a crença generalizada é que existem apenas dois tipos de sistemas no-break, fundamentalmente o no-break standby e o no-break online. Estes dois termos de uso comum não descrevem corretamente muitos dos sistemas no-break dis- poníveis. Muitos dos mal-entendidos com relação aos sistemas no-break desaparecem assim que são identificados os diferentes tipos de topologias no-break. A topologia no-break indica a natureza básica de design. Geralmente, diferentes fornecedores produzem modelos com designs ou topologias similares, mas com características de performance muito diferentes.
Aqui são revisados os enfoques comuns de design, com breves explicações sobre a forma em que funciona cada topologia. Isto ajudará você a identificar e comparar os sistemas de maneira adequada.
Utiliza-se uma variedade de enfoques de design para implementar sistemas no-break, cada um deles com características de performance difenciadas. Os enfoques de design mais comuns são os seguintes:
- Standby
- Linha interativa
- Standby ferro ressonante
- Online dupla conversão
- Online “delta conversion”
O no-break standby O no-break standby é o mais comum para usar com computadores pessoais. No diagrama de blocos ilustrado na Figura 1 , a chave de transferência está programada para selecionar a entrada de CA filtrada como fonte de energia primária (circuito com linha contínua), e comutar para o modo de bateria/ inversor como fonte alternativa caso exista um defeito na fonte primária. Quando isto acontece, a chave de transferência deve comutar a carga para a fonte de energia alternativa de bateria/ inversor (circuito com linha descontínua). O inversor só liga no caso de falta de energia, daí o nome de “standby” (de reserva). Os principais benefícios que oferece este design são altos níveis de eficiência, tamanho pequeno e baixo custo. Com um circuito filtrante e de sobretensão adequado, estes sistemas podem ainda oferecer funções apropriadas de filtragem de ruído e supressão de sobretensões.
Introdução
Figura 1
No-break standby
Tipos de
no-break
alimentação de CA fornecido pelo transformador ferro é tão bom ou melhor que qualquer filtro disponível. Mas o transformador ferro em si mesmo cria uma severa distorção e transitórios na tensão de saída, o que pode ser pior que uma conexão de CA deficiente. Mesmo quando se trata de um no-break standby por design, o no-break standby-ferro ressonante gera uma grande quantidade de calor devido a que o transformador ferro-ressonante é inerentemente ineficiente. Estes transformadores são também grandes com relação aos transformadores de isolamento habituais; portanto, os no-breaks standby-ferro ressonante costumam ser bastante grandes e pesados.
Os sistemas de no-break standby-ferro ressonante costumam ser representados como unidades on-line, mesmo que possuam uma chave de transferência, o inversor opera no modo standby, e registra una característica de transferência durante a interrupção do fornecimento de CA. A Figura 3 ilustra a tipologia standby-ferro ressonante.
Os pontos fortes deste design são sua alta confiabilidade e excelente filtro de linha. Porém, este design possui um nível de eficiência muito baixo combinado com instabilidade quando utilizado com alguns geradores e novos computadores com correção de fator de potência; as variáveis mencionadas fazem com que este design não seja muito popular.
O principal motivo pelo qual os sistemas de no-break standby-ferro ressonante já não são mais utilizados comumente é que eles podem ser muito instáveis quando operam com a carga da fonte de alimentação de um computador moderno. Todos os servidores e routers grandes utilizam fontes de alimentação com “correção do fator de potência” que tomam apenas corrente senoidal da rede elétrica, em forma muito similar a uma lâmpada incandescente. O consumo equilibrado de corrente pode se obter utilizando capacitores, dispositivos que “conduzem” a tensão aplicada. O sistema de no-break ferro-ressonante utiliza transfor- madores centrais pesados que possuem uma característica indutiva, o que significa baixo fator de potência. A combinação destes dois elementos forma o que se conhece como circuito “tanque”. A ressonância ou “repique” em um circuito tanque pode provocar altas correntes, o que põe em perigo a carga conectada.
No-break on-line dupla conversão
Figura 3
No-Break standby-ferro
ressonante
Este é o tipo mais comum de no-break para faixas superiores a 10 kVA. O diagrama de blocos do no-break on-line dupla conversão, que é mostrado na Figura 4 , é o mesmo que para o no- break standby, exceto que o circuito de energia primário é o inversor em lugar da rede de CA.
No design on-line dupla conversão, a interrupção do fornecimento de CA de entrada não provoca a ativação da chave de transferência, dado que a alimentação de CA de entrada está carregando a fonte da bateria de reserva que fornece alimentação ao inversor de saída. Portanto, durante uma interrupção no fornecimento de entrada de CA, a operação on-line não registra tempo de transferência.
Tanto o carregador da bateria quanto o inversor convertem todo o fluxo de alimentação da carga deste design, o que resulta numa eficiência reduzida e na maior geração de calor associada.
Este no-break oferece uma performance quase ideal quanto à saída elétrica. Mas o desgaste constante dos componentes de potência reduz a confiabilidade em comparação com outros designs, e a energia consumida pela ineficiência da alimentação elétrica é uma parte signifi- cativa do custo do no-break ao longo de sua vida útil. Também, a potência de entrada tomada pelo grande carregador de baterias costuma ser não linear e pode interferir com o cabea- mento de alimentação do edifício ou causar problemas com os geradores a diesel e/ou gasolina.
No-break on-line delta conversion Este design de no-break, ilustrado na Figura 5 , é uma tecnologia nova com desenvolvida para eliminar as desvantagens do design on-line dupla conversão, e está disponível para faixas de potência de entre 5 kVA e 1,6 MW. Similar ao design on-line dupla conversão, o no-break on- line delta conversion sempre possui um inversor que fornece tensão para a carga. Porém, o conversor delta adicional também fornece alimentação à saída do inversor. Durante uma falha ou perturbações na alimentação de CA, este design tem um comportamento idêntico ao do no-break on-line dupla conversão.
Figura 4
No-break on-line dupla
conversão
todas as fontes de energia e reduz a necessidade de superdimensionamento do cabeamento e gerador. A tecnologia on-line delta conversion é a única tecnologia básica que na atualidade se encontra protegida por patentes e, portanto, é pouco provável que o leque de fornecedores que a ofereçam seja amplo.
Durante condições de estado estável, o conversor delta permite ao no-break fornecer potência à carga com uma eficiência muito maior que o design dupla conversão.
A seguinte tabela ilustra algumas das características dos diferentes tipos de no-break. Certos atributos de um no-break, tal como a eficiência, são determinados pela tecnologia. Dado que a implementação e a qualidade de fabricação têm um impacto mais forte em características tais como a confiabilidade, esses fatores devem ser avaliados além dos atributos de design.
Faixa de potência para aplica- ção prática (KVA)
Condicionamento da tensão
Custo por VA
Eficiência
Inversor com funcionamento constante
Standby 0-0,5 Baixo Baixo Muito alta Não
Linha
interativa 0,5-5^ Conforme o design^ Medium^ Muito alta^
Conforme o
design
Standby-
ferro
ressonante
3-15 Alto Alto Baixa -
Média
Não
On-line
dupla
conversão
5-5000 Alto Médio
Baixa -
Média Sim
On-line
delta
conversion
5-5000 Alto Médio Alta Sim
A oferta atual de produtos na indústria de sistemas de no-break tem evoluído ao longo do tempo e agora considera muitos dos designs apresentados. Os diferentes tipos de no-break possuem atributos que os tornam mais ou menos adequados para diferentes aplicações e a linha de produtos da APC reflete esta diversidade, tal como se ilustra na tabela a seguir:
Table 1
UPS characteristics
Uso de tipos de
no-breaks
na indústria
Resumo dos
tipos de
no-break
Produtos comerciais Benefícios Limitações Achados da APC
Standby
APC Back-UPS Tripp-Lite Internet Office
Baixo custo, alta eficiência, compacta
Funciona com bateria durante diminuições de tensão, não prática para mais de 2 kVA
O melhor valor para estações de trabalho pessoais
Linha interativa
APC Smart-UPS Powerware 5125
Baixo custo, alta eficiência, compacta
Não prática para mais de 5 kVA
O tipo de No-Break mais popular em existência, devido a sua alta confiabilidade, ideal para servidores em rack ou distribuídos e/ou ambientes de energia hostis
Standby-ferro
ressonante
Commercial product availability limited
Excelente condicionamento da tensão, alta confiabilidade
Baixa eficiência, instável em combinação com algumas cargas e geradores
Aplicação limitada devido a que a baixa eficiência e instabilidade são um problema, e o design N+1 on-line oferece ainda maior confiabilidade
On-line dupla
conversão
APC Symmetra Liebert NX
Excelente condicionamento de tensão, facilidade de conexão em paralelo
Baixa eficiência, custosa por baixo de 5 kVA
Adequada para designs N+
On-line delta
conversion
APC Symmetra Megawatt
Excelente condicionamento da tensão, alta eficiência
Não prática por baixo de 5 kVA
A alta eficiência reduz o custo de energia essencial durante o ciclo de vida em grandes instalações
Table 2
UPS architecture
characteristics
Recursos
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