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
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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).
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Tecnologia de ontem e de hoje
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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:
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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
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Retificador:- TiristorInversor:- Tiristor
Retificador:- TiristorInversor:- IGBT
Retificador:- IGBTInversor:- IGBT
Retificador:- DiodoBooster:- IGBTInversor:- IGBT
A Evolução do UPS VFISomente UPS’s Estáticos
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Topologia Tradicional de UPS Estático
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Topologia Tradicional de UPS Estático
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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
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Topologia com nova Tecnologia de Booster
EntradaBy-Pass
Entrada
Retificador Inversor
By-Pass
Saída
Booster
Banco de Baterias
~=
=~
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• 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
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• 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
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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?
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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.
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• 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
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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)
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• 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
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UPS module
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II piętro
I piętro
Carga:
50kVA
Carga:
80kVA
UPS:
N+1 - 60kVA
UPS:
N+1 - 90kVA
Caso Prático: Data Center
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II piętro
I piętro
Conceito de Proteção Modular
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II piętro
I piętro
Conceito de Proteção Modular
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II piętro
I piętro
Conceito de Proteção Modular
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II piętro
I piętro
Conceito de Proteção Modular
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II piętro
I piętro
Conceito de Proteção Modular
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UPS module
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II piętro
I piętro
Conceito de Proteção Modular
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UPS module
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II piętro
I piętro
Conceito de Proteção Modular
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UPS module
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II piętro
I piętro
Aumento de carga no UPS!!
Carga:
25kVA
Carga:
105kVA
Falta Redundância!!
UPS:
N+2 - 30kVA
UPS:
N+0 - 120kVA
Conceito de Proteção Modular
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UPS module
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II piętro
I piętro
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Aumento de carga no UPS!! Falta Redundância!!
Conceito de Proteção Modular
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II piętro
I piętro
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Aumento de carga no UPS!! Falta Redundância!!
Conceito de Proteção Modular
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II piętro
I piętro
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Aumento de carga no UPS!! Falta Redundância!!
Conceito de Proteção Modular
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UPS module
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II piętro
I piętro
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Aumento de carga no UPS!! Falta Redundância!!
Conceito de Proteção Modular
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UPS module
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UPS module
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II piętro
I piętro
UPS module
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Aumento de carga no UPS!! Falta Redundância!!
Conceito de Proteção Modular
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UPS module
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UPS module
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UPS module
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II piętro
I piętro
UPS module
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UPS module
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Aumento de carga no UPS!! Falta Redundância!!
Conceito de Proteção Modular
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UPS module
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UPS module
UPS module
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II piętro
I piętro
UPS module
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UPS module
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Aumento de carga no UPS!! Falta Redundância!!
Conceito de Proteção Modular
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UPS module
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UPS module
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II piętro
I piętro
UPS module
UPS module
UPS module
UPS module
Aumento de carga no UPS!! Falta Redundância!!
Conceito de Proteção Modular
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UPS module
UPS module
UPS module
UPS module
UPS module
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II piętro
I piętro
UPS module
UPS module
UPS module
UPS module
Aumento de carga no UPS!! Falta Redundância!!
Conceito de Proteção Modular
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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
Conceito de Proteção Modular
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• 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
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• 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
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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
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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
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» 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
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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
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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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