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

VFI

VIVF

D

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

By-p

ass

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

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

II piętro

I piętro

Carga:

50kVA

Carga:

80kVA

UPS:

N+1 - 60kVA

UPS:

N+1 - 90kVA

Caso Prático: Data Center


UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

II piętro

I piętro

Conceito de Proteção Modular


UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

II piętro

I piętro

Aumento de carga no UPS!!

Carga:

25kVA

Carga:

105kVA

Falta Redundância!!

UPS:

N+2 - 30kVA

UPS:

N+0 - 120kVA



UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

II piętro

I piętro

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

Aumento de carga no UPS!! Falta Redundância!!



UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

II piętro

I piętro

UPS module

UPS module

UPS module

UPS module

Carga:

25kVA

Carga:

105kVA

UPS:

N+1 - 30kVA

UPS:

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

Potência

Potência

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

FALHA


NÃO HÁ PONTOÚNICO DE FALHA

Módulo

Módulo

Módulo

Módulo

Bateria

Bateria

Bateria

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

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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