As fontes de alimentação ininterrupta (UPS) são dispositivos cruciais que fornecem energia de reserva durante interrupções ou
flutuações elétricas, garantindo a operação contínua de sistemas críticos. Um dos principais fatores a considerar ao selecionar um
UPS é a autonomia da bateria, que se refere à duração durante a qual o UPS pode fornecer energia de reserva. Compreender a
autonomia da bateria do UPS e como ela é calculada é essencial para determinar a configuração apropriada do UPS para
necessidades específicas. Neste artigo iremos nos aprofundar no conceito de autonomia da bateria do UPS e explorar os fatores
envolvidos no seu cálculo.
A autonomia da bateria do UPS é a quantidade estimada de tempo que um UPS pode sustentar a energia dos dispositivos
conectados sem energia de entrada da fonte principal da rede elétrica. Representa o período durante o qual os sistemas críticos
podem permanecer operacionais durante uma queda de energia. A autonomia da bateria é um fator crítico em indústrias onde a
energia ininterrupta é vital, como centros de dados, hospitais e instalações de produção.
O cálculo da autonomia da bateria do UPS envolve vários fatores principais:
Capacidade da bateria: A capacidade da bateria do UPS, geralmente medida em volt-ampère-hora (VAh) ou ampere-hora (Ah),
representa a quantidade total de energia que ela pode armazenar. Uma maior capacidade da bateria geralmente permite um maior
período de autonomia.
Requisito de carga: O consumo total de energia ou carga dos dispositivos conectados é um fator crucial no cálculo da autonomia da
bateria. É medido em watts (W) ou volt-amperes (VA). É necessário entender os requisitos de energia dos equipamentos para
estimar a duração que a bateria do UPS pode sustentar a carga.
Eficiência: Os sistemas UPS não são 100% eficientes; há uma certa perda de energia durante a conversão da energia CC da bateria
em energia CA utilizável. A eficiência do UPS deve ser considerada no cálculo da autonomia da bateria.
Taxa de descarga: A taxa na qual a bateria é descarregada durante uma interrupção afeta o período de autonomia. A taxa de
descarga é normalmente expressa como uma porcentagem da capacidade da bateria por hora ou minuto. Uma taxa de descarga
mais elevada reduzirá o tempo de autonomia geral.
Para calcular a autonomia da bateria do UPS, pode ser utilizada a seguinte fórmula:
Autonomia da bateria (em horas) = Capacidade da bateria (em VAh ou Ah) x Eficiência da bateria (%) / Requisito de carga (em watts
ou VA) x Taxa de descarga (% por hora)
É importante ressaltar que o tempo de autonomia calculado fornece uma estimativa baseada em condições ideais. Em cenários do
mundo real, fatores como a idade da bateria, a temperatura ambiente e o estado da bateria podem influenciar a duração real da
autonomia. A manutenção regular da bateria, incluindo testes e substituição quando necessário, é essencial para garantir um
desempenho confiável e cálculos precisos de autonomia.
Além disso, é crucial considerar os requisitos específicos do equipamento alimentado pelo UPS. Certos sistemas críticos podem ter
diferentes níveis de tolerância para interrupções de energia, e as suas necessidades únicas de energia devem ser levadas em conta
ao determinar a autonomia necessária da bateria.
A ABNT NBR 14039 define que o relé secundário deve possuir um sistema de
alimentação com autonomia de 2 horas em situações de queda de energia do sistema
elétrico, para cumprir este item da norma pode ser utilizado banco de baterias ou nobreak.
Segundo a ABNT NBR 15014 define nobreaks como combinação de conversores, chaves
e armazenamento de energia por baterias, constituindo um sistema de alimentação de
potência capaz de assegurar a continuidade da alimentação à carga, em caso de falha da
alimentação de entrada, podendo ser de 3 tipos de topologias:
⦁ On-line
Esse Nobreak tem como característica o fato da tensão e frequência de entrada ser
independentes das respectivas grandezas de saída. Esse arranjo utiliza um inversor
responsável por 100% da potência entregue a carga por todo o tempo de operação, sendo
o tempo de transferência da rede para a bateria igual ou próximo a zero.
⦁ Dupla conversão
Esta topologia de nobreak quando está no modo rede, a carga do sistema passa pelo
retificador/inversor realizando uma dupla conversão da corrente elétrica de C.A. para
C.C. no e posteriormente C.C para C.A no inversor o que faz com que a saída seja
independente da entrada do Nobreak.
Na situação de não conformidade da tensão em relação aos padrões pré-estabelecidos pelo
nobreak, o modo bateria é acionado onde a energia armazenada na bateria vai para os
inversores para alimentar as cargas conectadas.
⦁ Interativo
Estes nobreaks, no modo rede mantém a tensão de saída estabilizada independente da
tensão da rede de entrada, porém a frequência de saída do sistema depende da frequência
da entrada da rede. A transferência do modo rede para o modo bateria pode possuir um
tempo de transferência.
⦁ Interativo convencional
Esta topologia de nobreak quando está em modo rede a tensão de entrada passa por um
estabilizador de tensão, porém a frequência de saída depende da frequência de entrada.
Na situação de não conformidade da tensão em relação aos padrões pré-estabelecidos pelo
nobreak, o modo bateria é acionado onde a energia armazenada na bateria vai para os
inversores para alimentar as cargas conectadas.
⦁ Interativo ferrorressonante
Esta topologia de nobreak quando está em modo rede a tensão de entrada passa por um
transformador ferrorressonante que estabiliza a tensão de saída, porém a frequência de
saída depende da frequência de entrada.
Na situação de não conformidade da tensão em relação aos padrões pré-estabelecidos pelo
nobreak, o modo bateria é acionado onde a energia armazenada na bateria vai para os
inversores para alimentar as cargas conectadas, a chave do nobreak irá abrir para evitar a
retroalimentação a partir do inversor.
⦁ Interativo de simples conversão
Nesta topologia o conversor irá realizar a função do inversor, retificador e carregador. No
momento em que o nobreak trabalhar no modo rede a tensão de saída é estabilizada pelo
conversor, porém a frequência de entrada será a mesma frequência de saída.
Na situação de não conformidade da tensão em relação aos padrões pré-estabelecidos pelo
nobreak, o modo bateria é acionado onde a energia armazenada na bateria vai para o
conversor para alimentar as cargas conectadas.
⦁ Stand-by (off-line)
A tensão e frequência de entrada é a mesma da saída possuindo uma chave de
transferência que apresenta um intervalo de tempo para transferência do modo rede para
o modo bateria.
Na situação de não conformidade da tensão em relação aos padrões pré-estabelecidos pelo
nobreak, o modo bateria é acionado onde a energia armazenada na bateria vai para os
inversores para alimentar as cargas conectadas, a chave do nobreak irá abrir para evitar a
retroalimentação a partir do inversor.
Conclusão
Os Nobreaks possuem diversas aplicações em instalações elétricas prediais, comerciais e
industriais. No âmbito de subestações, principalmente de média tensão, esse dispositivo
é adotado para garantir o funcionamento do sistema de proteção e controle durante um
tempo mínimo definido pela NBR14039. É importante saber a topologia do nobreak para
realizar seu dimensionamento, pois ela irá interferir diretamente no rendimento do
nobreak. As topologias interativas convencionais e online de dupla conversão de grande
porte possuem um rendimento maior do que os nobreaks de interativos de simples
conversão e stand-by de pequeno porte, lembrando que a eficiência dos nobreaks depende
do tipo de aplicação e do produto. Gostou deste conteúdo? Tem dúvidas sobre nobreaks
em subestações? Deixe nos comentários!