Apresentação leistung dcd brasília 05.2014

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Versatilidade x Eficiência x Disponibilidade:Seu sistema UPS realmente está lhe oferecendo o melhor?

Marcos Fortes CataldoHeber Medeiros de Souza28/05/2014

Proposição

Explanação sobre o real entendimento do que existe de melhor em tecnologia no sentido de oferecer, em termos de energia segura a uma carga crítica: » maior versatilidade de operação (modularidade)» maiores níveis de eficiência (rendimento do

sistema e consequentemente maior economia)» maiores níveis de confiabilidade (disponibilidade

de operação do sistema).

Tecnologia de ontem e de hoje

Definição de UPS

» Uninterruptible Power Supply, ou seja, Fonte de Energia Ininterrupta.

» Funciona ativamente 24h/dia, 365 dias/ano– e não apenas quando falta energia da

concessionária.» Além de manter a carga crítica funcionando

durante quedas de energia, tem as seguintes características de proteção:

Tempo Exemplo Solução de UPS1 Falta de Tensão > 10 ms2 Afundamento de Tensão (Sag) < 16 ms3 Surto de Tensão (Surge) < 16 ms4 Subtensão Contínuo5 Sobretensão Contínuo6 Transiente por Chaveamento Intermitente7 Surto de Tensão (Surge) < 4 ms8 Variação de Frequência Intermitente9 Ruído de Tensão Periódico

10 Distorção Harmônica Contínuo

Problema na Entrada IEC

Class 3Off-Line

Class 2Interativo/Delta Conv.

Class 1On-Line

Dupla Conversão

Classificação de UPS

Retificador:- TiristorInversor:- Tiristor

Retificador:- TiristorInversor:- IGBT

Retificador:- IGBTInversor:- IGBT

Retificador:- DiodoBooster:- IGBTInversor:- IGBT

A Evolução do UPS VFISomente UPS’s Estáticos

Topologia Tradicional de UPS Estático

Características e Desvantagens

• Alta distorção de corrente na entrada (> 30%)• Grandes dimensões• Equipamentos Pesados• Filtros de 12 pulsos nos retificadores são caros, consomem

muito espaço e diminuem a eficiência para < 90%• Baixo fator de potência de entrada; 0,60 a 0,86

dependendo da carga• Baterias sujeitas a ripple• Baixa eficiência (Rendimento < 90%)• Alta Distorção de saída para cargas não lineares

Topologia com nova Tecnologia de Booster

EntradaBy-Pass

Entrada

Retificador Inversor

By-Pass

Saída

Booster

Banco de Baterias

• Dupla Conversão, sem transformador• Número de Baterias variável (30-50 monoblocos), permite

ajuste mais preciso da autonomia• Carregadores baterias independentes oferecem carga às

baterias sem ripple• Baixa Distorção de corrente na entrada – Sem filtros adicionais• Alto Fator Potência entrada (= 0.99), mesmo para carga baixa• Diodos rápidos no retificador com filtros PFC de controle não

cria incompatibilidade com a rede/fonte de alimentação;• Gerador de emergência não necessita ser sobredimensionado• Alta Eficiência (> 95%) devido tecnologia sem transformador

Características e Vantagens

• Essa tecnologia reduz efeitos EMI• Alta eficiência quer dizer baterias menores e

custos menores• Baixa impedância (< 1%), excelente resposta

dinâmica e correções são desnecessárias para cargas desbalanceadas

• Baixa distorção harmônicas saída• Pesos e tamanhos reduzidos• Menor dissipação térmica

Características e Vantagens

A Modularidade

• Com a retirada dos transformadores e indutores ferromagnético de dentro dos UPS, os equipamentos puderam ser feitos de forma mais compacta, chegando à modularidade em gavetas.

• Mas o que isso trouxe de ganhos para os Sistemas em termos de Disponibilidade, Versatilidade e até mesmo Eficiência?

Novo Conceito de Proteção Modular

• O novo Conceito de Proteção Modular para aplicações críticas do negócio, realça a disponibilidade total da fonte de alimentação.

• A disponibilidade elevada de fontes de energia ininterruptas é de suma importância para a operação contínua de data-centers, telecomunicações, equipamentos médicos, controle de tráfego aéreo, transações bancárias, etc.

• Cada módulo UPS contém todos os componentes de um UPS:

– Retificador– Inversor– Chave-Estática– Carregador de baterias– Painel de Controle– Placas de Controle

• Quando ocorre uma falha, o equipamento pode ser substituído completamente em menos de 15min (devido à modularidade), sem afetar o funcionamento do resto do sistema

• Isso eleva o nível de disponibilidade do sistema para valores acima de 99,999%

Controle Display

Inversor

Carregador/Booster

Retificador

Disponibilidade

Afim de alcançar uma disponibilidade maior de fornecimento de energia, os módulos são colocados em paralelo em (n+1) – configurações redundantes.A disponibilidade (A) do fornecimento de energia de um sistema UPS depende do MTBF (tempo de intervalo entre falha) e MTTR (tempo de intervalo para reparo) do UPS.

O impacto do MTTR na Disponibilidade é muito grande. A disponibilidade (5-noves) de um sistema modular UPS com MTTR=0,25[h] é maior que a Disponibilidade (4-noves) de um UPS não modular único com MTTR = 6h.

NOTA: A substituição (reparo) de um módulo com falha, é conseguida sem a necessidade de transferir a carga para bypass, expondo-a a meios não confiáveis.

𝐴=𝑀𝑇𝐵𝐹

𝑀𝑇𝐵𝐹+𝑀𝑇𝑇𝑅

Disponibilidade

Tipo de UPS Modular (Hot-Swap) Não-Modular (Único)MTBF (horas) 200.000 200.000MTTR (horas) 0,25 6,0Disponibilidade 0,99999875 (Cinco Noves) 0,99997 (Quatro Noves)

• Devido à facilidade de retirada e inserção dos módulos no sistema e dada à capacidade de expansão sem limitação do paralelismo, é muito simples aumentar ou transferir cargas de sistemas independentes ou não.

Versatilidade

UPS module

II piętro

I piętro

Carga:

N+1 - 60kVA

N+1 - 90kVA

Caso Prático: Data Center

UPS module

II piętro

I piętro

Conceito de Proteção Modular

UPS module

II piętro

I piętro

UPS module

II piętro

I piętro

UPS module

II piętro

I piętro

UPS module

II piętro

I piętro

UPS module

II piętro

I piętro

UPS module

II piętro

I piętro

UPS module

II piętro

I piętro

Aumento de carga no UPS!!

Carga:

105kVA

Falta Redundância!!

N+2 - 30kVA

N+0 - 120kVA

UPS module

II piętro

I piętro

UPS module

Aumento de carga no UPS!! Falta Redundância!!

UPS module

II piętro

I piętro

UPS module

II piętro

I piętro

UPS module

II piętro

I piętro

UPS module

II piętro

I piętro

UPS module

II piętro

I piętro

UPS module

II piętro

I piętro

UPS module

II piętro

I piętro

UPS module

II piętro

I piętro

UPS module

II piętro

I piętro

UPS module

Carga:

105kVA

N+1 - 30kVA

N+1 - 120kVA

Carga no UPS Reestabelecida

Redundância Reestabelecida

• O tempo de manutenção/reparo é substancialmente melhorado pela tecnologia modular pois os módulos podem ser retirados para a realização do serviço, mesmo por pessoal treinado apenas na operação do equipamento.

• Graças ao novo design, o MTTR é melhorado consideravelmente para menos de 15 minutos.

• O acesso ao módulo é sempre frontal e dessa forma o espaço ocupado pelo armário é bem menor.

Facilidade para Manutenção e Reparos

• Outra característica do design Modular é a capacidade de colocar em paralelo e operar com módulos de diferentes potências 10, 15, 20, 30, 40 ou 50kVA.

• Se há configurações de UPS com módulos diferentes em diferentes localidades, é suficiente manter em estoque, somente o maior módulo, pois este pode substituir qualquer outro.

• Isto reduz drasticamente o estoque de partes sobressalentes necessárias.

Facilidade para Manutenção e Reparos

Arquitetura Modular Centralizada

Saída

By-Pass

BateriaDisplay

Potência

By-Pass

Ctrl Display Ctrl

Bateria

» Bateria» Comum

» By-Pass» Centralizado

(Único)

» Módulos» Apenas Potência

» Placa de Controle» 1+0 ou 1+1

» Display» Único PONTO ÚNICO DE

NÃO HÁ PONTOÚNICO DE FALHA

Módulo

Bateria

Retificador InversorBy-PassBooster

ControleDisplay

» Bateria» Por Módulo

» By-Pass» Descentralizado

(Por Módulo)

» Módulos» Completos» Retificador,

Inversor, Booster, Controle, Display e By-Pass

» Placa de Controle» Por Módulo

» Display» Por Módulo

Arquitetura Modular Descentralizada

» Operando acima de 70% de carga, os UPS’s trabalham na melhor faixa de rendimento elétrico (95%)

» Menor corrente de carga de bateria» Menor potência instalada, diminuindo a potência necessária para o Gerador» Menor dissipação térmica, diminuindo o dimensionamento do Ar

Condicionado» Menor dimensionamento de cabos e quadros elétricos

Eficiência

Carga150kVA

UPS 150kVA

1+1 de 150kVA

Tradicional Não-Modular Configuração Redundante

UPS Modular

200kVACarga

150kVA3+1 de 50kVA

Modular Avançado Configuração Redundante

Eficiência

Conclusão Sistema UPS Modular

• Operando acima de 70% de carga, os UPS’s trabalham na melhor faixa de rendimento elétrico (95%)

• Menor corrente de carga de bateria• Menor dissipação térmica, diminuindo o

dimensionamento do Ar Condicionado• Menor potência instalada, diminuindo a potência

necessária para o Gerador• Menor dimensionamento de cabos e quadros elétricos

Disponibilidade

Eficiência

Versatilidade

Conclusão Sistema UPS Modular

• Maior rendimento elétrico = Menor gasto energético• Menor área ocupada• Maior densidade de potência• Menor TCO (Custo total de Propriedade)• Padronização de Peças de Reposição• Total flexibilidade de crescimento e migração• Alta Disponibilidade• Menor Tempo de Reparo (MTTR)• Arquitetura de Paralelismo Descentralizada

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