Diferentes topologias de No-Breaks, qual escolher?

Existem diversas topologias de no-breaks, as quais oferecem diferentes graus de proteção. É importante conhecê-las para identificar a que melhor atende suas necessidades de proteção, confiabilidade e disponibilidade considerando-se qual a carga a ser protegida e o tipo de aplicação/ambiente.

 

1- No-Break Stand-By (off-line)

Existem duas condições de operação, definidas pela situação da rede de alimentação. Enquanto a rede está presente, a chave é mantida fechada. A carga permanece alimentada pela rede elétrica, onde a tensão e a frequência de saída são totalmente dependentes da tensão e frequência da entrada. Essa topologia fornece proteção à carga para os três primeiros distúrbios da rede elétrica (Falta de Rede, Sub-Tensão e Sobre-Tensão), porém por não possuir capacidade de estabilização, gera frequentes processos de carga e descarga das baterias, reduzindo drasticamente a sua vida útil. Para os outros três distúrbios (Surto de Tensão, Variação de Frequência e Ruído), essa topologia não oferece proteção, expondo a carga a um risco muito elevado. Sempre que a rede C.A. apresentar características que excedam os parâmetros preestabelecidos, a chave é aberta e é dada a partida no inversor. A carga passa a ser alimentada pelo conjunto inversor/banco de baterias Quando a tensão de entrada retornar aos parâmetros normais, a carga é transferida do inversor para a rede. Durante as transferências de carga, seja ela da rede para o inversor ou viceversa, ocorre interrupção no fornecimento de energia. Nesta topologia o carregador possui pequena capacidade para a recarda das baterias e, portanto, não são recomendados para as aplicações que necessitam de longo tempo de autonomia. O inversor é dimencionado somente para operações eventuais , e apenas por alguns poucos minutos. São os equipamentos de menor custo apresentado, em praticamente 100% dos casos, a forma de onda é quadrada e de elevado conteúdo harmônico na saída do inversor. Por apresentarem uma tensão de saída de baixa qualidade e interrupções nas transferências de carga entre inversor e rede, não são indicados para alimentar cargas sensíveis. Cargas críticas, como as de informática, possuem fator de potência abaixo do permitido pelas concessionárias de energia. Enquanto a rede elétrica da concessionária estiver presente, as cargas operam diretamente conectadas a ela. Dessa forma, o usuário poderá ser tarifado não apenas pelo kWh consumidos, mas também pelo baixo fator de potência da carga. Além disso, a forte distorção harmônica na corrente drenada pela carga gera distorções na tensão da rede elétrica que podem interferir no funcionamento de outros equipamentos.

Linha Stand-By

Diagrama de blocos Linha Stand-By

 

 

2- No-Break Linha-Interativa (Line Interactive)

Os no-breaks (UPS) Interativos possuem estrutura interna muito semelhante à topologia Stand-by, existindo forte dependência da saída em relação a entrada.
Essa topologia oferece proteção não só contra a falta de rede, mas também as variações de amplitude da tensão de entrada, abrangendo os três primeiros distúrbios (Falta de Rede, Sub-Tensão e Sobre-Tensão). Mesmo a tensão de saída sendo estabilizada, o processo de estabilização demanda certo tempo mantendo a carga exposta a variações bruscas da rede elétrica e também permanecendo vulnerável a variações de frequência, ruídos e surtos de tensão.
Enquanto a rede está presente a chave permanece fechada, sendo a carga alimentada pela rede elétrica. Dessa forma, cargas com baixo fator de potência poderão produzir tarifações e multas, além de provocar distorções na rede elétrica e interferência em outros equipamentos.
Toda vez que a tensão de entrada apresentar caracte-rísticas fora das faixas opera-cionais preestabelecidas, a chave é aberta e o conjunto inversor/bateria mantém o fornecimento de energia para a carga.

linha interativa

Diagrama de blocos linha Interativa

 

3- No-Break On Line Dupla Conversão

Nos equipamentos desta topologia sempre existe dupla conversão de energia. No primeiro estágio o retificador opera como conversor de tensão C.A. da rede elétrica em tensão C.C, e no segundo estágio o inversor converte tensãocontínua C.C, em alternada C.A. para a saída. Deste modo a tensão de saída fornecida para a carga possui amplitude/frequência/forma totalmente independentes da entrada.
Esta é a única topologia de no-breaks (UPS) que protege a carga contra os seis principais distúrbios da rede elétrica (Falta de Rede, Sub-Tensão e Sobre-Tensão,Surto de Tensão, Variação de Frequência e Ruído), sempre fornecendo tensão senoidal na saída além de não apresentar interrupção nas transferências de carga.
Nesta topologia o inversor é responsável por 100% da potência fornecida à carga por 100% do tempo de operação. Isso garante à carga uma energia de qualidade com baixíssima distorção harmônica, tensão e frequência rigorosamente controladas e independentes da rede elétrica. Sem nenhuma dúvida, esta é a topologia que apresenta maior confiabilidade e robustez, ideal para alimentar cargas críticas.
Para aumentar a confiabilidade do sistema, normalmente também é acrescentada uma Chave Estática para realizar a transferência da carga do inversor para a rede. Isso se faz necessário durante situações de sobrecarga, curto-circuito, falha no inversor ou para a realização de manutenção no equipamento.
Na maior parte dos casos, existe um circuito independente para recarga do banco de baterias (carregador de baterias), o qual propicia gerenciamento totalmente voltado para as necessidades desta aumentando a sua vida útil e a confiabilidade do sistema uma vez que 60% das falhas em no-breaks, provocando a desenergização da carga crítica, são provocadas pelas baterias.
Utilizando circuitos independentes para retificador e carregador de baterias é possível otimizá-los melhorando a qualidade da energia drenada da rede elétrica e também dimensionar a corrente necessária para a recarga de grandes bancos de baterias através da utilização de carregadores de grande capacidade ou mesmo a conexão em paralelo de vários módulos, proporcionando grandes autonomias a carga.
Com a rede presente, o circuito retificador alimenta o inversor, enquanto o banco de baterias é mantido carregado pelo circuito carregador de baterias. A carga é continuamente alimentada pelo inversor. Deste modo, a saída tem frequência e tensão controladas, e independentes da entrada. O banco de baterias é comutado pela chave ao barramento C.C. toda vez que houver falta na rede de entrada.
Durante uma falta na rede elétrica, a energia armazenada no banco de baterias é utilizada pelo inversor para alimentar a carga, sem interrupção na transferência. A forma de onda da tensão de saída permanece sonoidal.
Os sistemas On-Line operam normalmente com tensão mais elevada no barramento C.C. utilizando maior número de baterias. Este fator faz com que o rendimento do circuito inversor seja normalmente superior nessa topologia. O inversor é projetado para operação contínua, sendo neste caso totalmente compatível para aplicação em autonomias elevadas, de várias horas se for o caso, bastando apenas o dimensionamento do banco de baterias conforme a necessidade da carga.
Nessa topologia, as cargas operam totalmente isoladas da rede elétrica. Assim ela fica submetida FP de 0,7. Já os no-breaks On-Line possibilitam a utilização de retificadores com elevado FP reduzindo custos de instalação, tarifação, perdas e interferências da rede elétrica.
A operação em conjunto com grupos geradores também é um ponto forte dessa topologia, pois isola as cargas críticas de toda e qualquer variação de amplitude e frequência, comumente presente na tensão fornecida por esse tipo de fonte, sem necessitar do uso das baterias para manter a tensão de saída com tensão e frequência estabilizadas.

Dupla Conversão

Diagrama de blocos Linha Dupla Conversão