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Escolhendo a topologia de sistema de energia ininterrupta ideal

O que é topologia de sistema de energia ininterrupta? Os sistemas de energia ininterrupta vêm em três grandes variedades, que também são conhecidas como topologias. Ao considerar diferentes topologias de sistemas de energia ininterrupta (UPS), é importante ponderar as necessidades do seu ambiente e do equipamento ao qual você pretende oferecer suporte, mantendo também seu orçamento em mente. Saiba mais sobre os diferentes tipos de sistema de energia ininterrupta e como selecionar a solução certa.

Introdução à topologia de sistemas de energia ininterrupta 101

Ao escolher o melhor sistema de energia ininterrupta, para uma aplicação específica, um tamanho não se encaixa necessariamente em todos. Algumas topologias de sistema de energia ininterrupta são mais adequadas para sua infraestrutura de energia e determinar o melhor ajuste depende de vários fatores diferentes. Reconhecer os diferentes tipos do desenho do sistema de energia ininterrupta é uma etapa fundamental para garantir que seus equipamentos e processos críticos sejam adequadamente protegidos contra distúrbios de energia. As três topologias primárias de sistemas de energia ininterrupta são em espera (também chamadas off-line), linha interativa e on-line. Embora todos os três possam atender aos requisitos de tensão de entrada para o equipamento que será conectado ao sistema de energia ininterrupta, há diferenças em como o resultado é alcançado, bem como na frequência e duração das demandas da bateria. 

Considerações para UPS linha interativa vs. off-line vs. on-line

Selecionar a topologia de sistema de energia ininterrupta correta depende em grande parte de três fatores: seu ambiente, seu orçamento e o nível de sensibilidade do equipamento que você deseja proteger. Como as fontes de alimentação de TI modernas são construídas para dar suporte a uma ampla gama de problemas de qualidade de energia, uma variedade de topologias de sistema de energia ininterrupta fornece algum grau de proteção contra perda de energia e distúrbios no sistema elétrico. 

Topologia de UPS em espera

A topologia mais econômica disponível, um UPS em espera ou off-line fornece supressão de surtos e backup de bateria no caso de uma queda de tensão de entrada ou queda de energia. Esse tipo de sistema permite que o equipamento fique sem energia da concessionária , fornecendo proteção contínua contra surtos e, em seguida, alterna para o modo de bateria durante quedas de tensão ou interrupções. A topologia em espera é mais adequada para aplicações de pequenos escritórios/home office e ponto de venda, fornecendo proteção sólida para equipamentos como monitores LCD, estações de ancoragem, modems e roteadores. Tamanho pequeno, desenho simples, baixo custo, facilidade de uso e alta eficiência estão entre os principais benefícios desta topologia.

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Topologia de UPS linha interativa

Com um design altamente confiável e eficiente, a topologia UPS linha interativa é a mais amplamente usada para dar suporte a cargas abaixo de 10 kVA. Ideal para equipamentos de TI distribuídos, como servidores, chaves e armazenamento, esses sistemas de energia ininterrupta regulam ativamente a tensão, aumentando ou diminuindo a tensão da rede elétrica conforme necessário antes de permitir que ela passe para a carga protegida. Disponível em uma ampla variedade de formatos e tamanhos, os modelos de UPS linha interativa apresentam alta eficiência energética, confiabilidade, tamanho pequeno, custo moderado e a capacidade de corrigir condições de baixa ou alta tensão, o que os torna atraentes para muitas aplicações.

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Topologia do UPS on-line de dupla conversão

Com a capacidade de filtrar até mesmo os distúrbios de qualidade de energia mais rápidos, a topologia de UPS on-line oferece proteção ideal para cargas altamente sensíveis e é ideal para uso em ambientes com baixa qualidade de energia. Diferente das outras topologias, um UPS on-line fornece tempo de transferência zero para a bateria. Como seu desenho é mais complexo, o preço do UPS on-line é geralmente maior do que o dos sistema de energia ininterruptas em espera ou interativos em linha. Os UPS on-line recriam a saída de tensão da energia bruta da concessionária convertendo-a de CA para CC e de volta para CA, tornando-as mais adequadas para equipamentos de TI altamente sensíveis, fontes de alimentação CLP, relés prismáticos de gelo e outros componentes eletrônicos sensíveis. 

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A diferença está no design

Embora cada sistema de energia ininterrupta inclua um inversor, que é responsável por converter a energia CC em energia CA, cada topologia opera de maneira um pouco diferente. 
Pelo desenho, os sistemas de energia ininterrupta em espera ligam o inversor somente quando o backup da bateria é necessário durante uma perda de energia da concessionária ou queda de tensão grave. Quando isso ocorre, a unidade tem um breve atraso na troca para a bateria (normalmente ~10 ms ou menos), que pode ser facilmente tolerado por equipamentos como monitores, estações de ancoragem e modems/roteadores. No entanto, essa topologia não é recomendada para estações de trabalho, servidores, chaves e cargas de armazenamento de alta qualidade porque, no modo de bateria, o inversor em um sistema de energia ininterrupta em espera produz uma saída de tensão de onda senoidal simulada (também conhecida como onda quadrada). Como alguns computadores modernos e fontes de alimentação de TI não podem operar corretamente com essa tensão de onda quadrada, um UPS de linha interativa com saída de onda senoidal é uma escolha melhor para esses tipos de cargas.
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No UPS de linha interativa, o sistema de energia ininterrupta passa a tensão filtrada da rede elétrica para a carga ao operar normalmente e alterna para o modo de bateria somente devido à frequência de entrada ruim ou quando a tensão de entrada está fora da faixa corrigível. Esse desenho também fornece alguma filtragem de linha e muitas vezes regula a tensão ajustando os machos do transformador conforme a variação da tensão de entrada. Alguns UPS linha interativa oferecem saída de onda senoidal pura no modo de bateria, o que oferece maior compatibilidade com as fontes de alimentação de TI com fator de potência corrigido (PFC) encontradas nos servidores, chaves e outros equipamentos de TI atuais. Como resultado, a topologia fornece proteção adequada para a maioria das cargas distribuídas de TI e de negócios, que são projetadas para tolerar o tempo de transferência dos sistemas de energia ininterrupta de ~10 ms ou menos. No entanto, alguns modelos de linha interativa de baixo custo dependem de um inversor com saída de onda senoidal simulada, como unidades em espera, que são mais adequadas para equipamentos e periféricos de home office menos sensíveis.
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Em um UPS on-line que opera no modo de dupla conversão, a energia flui por um retificador e um inversor, que carrega as baterias e converte a energia de entrada da concessionária de CA em CC. Além disso, um retificador separado do trem de força carrega as baterias na maioria dos sistemas de energia ininterrupta de dupla conversão <10 kVA. Dessa forma, a energia é continuamente fornecida ao equipamento conectado, filtrando anomalias de energia com tempo de transferência zero entre a energia da concessionária e o modo de bateria. Como o inversor está sempre funcionando para fornecer saída para a carga, essa topologia fornece uma ampla tolerância para as variações de tensão e frequência de entrada da concessionária, mantendo uma boa qualidade de energia de saída, ao mesmo tempo em que evita que a unidade entre no modo de bateria com frequência. Os sistemas de energia ininterrupta de dupla conversão também são capazes de filtrar anomalias de tensão de subciclo que não são detectadas pela proteção contra surtos integrada de UPS em espera e UPS linha interativa.
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Tem dúvidas sobre qual topologia de sistema de energia ininterrupta é a adequada para sua infraestrutura de energia?

Como a topologia de sistema de energia ininterrupta afeta a vida útil da bateria

A diferença entre UPS on-line, off-line e linha interativa também é evidente na vida útil da bateria das topologias. É importante observar que a vida útil da bateria é afetada por vários fatores diferentes, incluindo frequência de uso e ambientes extremamente frios ou quentes. Embora uma bateria de sistema de energia ininterrupta de chumbo-ácido (VRLA) seja normalmente classificada com uma vida útil de três a cinco anos, transferências frequentes para a bateria e altas temperaturas ambientes podem reduzir a vida útil esperada dela e aumentar a necessidade de trocas recorrentes.

Como os UPS em espera geralmente mudam para a bateria quando instalados em ambientes com baixa tensão da rede elétrica, a troca da bateria pode ser necessária com mais frequência do que se usasse um UPS linha interativa. Quanto mais a tensão flutua, mais o sistema de energia ininterrupta off-line recorre à bateria.

Em UPS linha interativa, o uso de um regulador de tensão (AVR) para corrigir tensões anormais evita o uso excessivo da bateria durante condições de subtensão e sobretensão. Alguns UPS linha interativa também apresentam um esquema de carregamento e gerenciamento de bateria mais avançado do que os sistemas de energia ininterrupta em espera, como a tecnologia ABM da Eaton, que ajuda a prolongar a vida útil da bateria e fornece um aviso antecipado de falha. Além disso, alguns UPS linha interativa são capazes de fornecer um tempo de execução mais longo com a adição de pacotes de baterias externas.

Os UPS on-line só consomem energia das baterias quando a tensão da rede elétrica é extremamente baixa, alta ou quando ocorre uma perda completa de energia, o que pode diminuir a necessidade de trocas caras e frequentes de baterias. A maioria dos modelos on-line tem esquemas de gerenciamento de bateria semelhantes aos das unidades de linha interativa de ponta, o que aumenta ainda mais a vida útil da bateria. Além disso, um UPS on-line pode oferecer longos períodos de tempo de execução adicionando pacotes de bateria extras, como alguns desenhos interativos em linha.