Generalidades sobre No-Break – Características e Especificações

Este trabalho têm por objetivo dar uma visão simplificada sobre No-Break, sua aplicação e de como tirar a melhor relação custo benefício na aquisição de um sistema de energia segura.

Os No-Break’s estáticos começaram a ser comercializados no Brasil no final dos anos 70 com um custo ainda muito elevado ( por volta de US$ 2.500,00 o KVA ).

Mas este custo elevado já compensava a substituição dos sistemas de No-Break’s rotativos que tinham um custo de manutenção muito elevado e não apresentavam a confiabilidade de um sistema estático.

Nesta época os CPD considerados de pequeno porte tinha um consumo médio entre 60 e 100 KVA.

As baterias utilizadas eram chumbo ácidas estacionárias abertas que necessitavam de salas especiais além de representarem quase metade do preço de um sistema No-Break Estático completo.

Neste período os serviços de instalação, colocação em operação, treinamento e manutenção ( preventiva e corretiva ) do sistema No-Break eram mais complexa e de maior período, o que encarecia também a composição final do sistema.

Com o desenvolvimento dos microprocessadores e de transistores de potência o custo dos equipamentos e dos serviços começaram a cair substancialmente, chegando a menos de US$ 1.000,00/KVA.

A característica das cargas também mudou muito e hoje predominam pequenas cargas, normalmente monofásicas.

Com a abertura do mercado em 91 e a utilização de equipamentos mais modernos, com UPSs microprocessados, inteligentes e baterias seladas, obteve-se uma redução de custos, além dos equipamentos deixaram de necessitar de salas especiais e passaram a ser instalados junto as cargas, aproveitando a climatização do ambiente.

Hoje em dia, o aparelho padrão para um CPD de médio porte varia entre 30 a 60 KVA.

O aumento do uso da micro informática e de redes corporativas, fez crescer o mercado de No-Break’s monofásicos de pequeno porte.

Existe uma diferença técnica muito grande entre os diversos tipos de No-Break’s existente no mercado e isto gera uma confusão de terminologia que as vezes leva o usuário a confusão.

Com o intuito de elucidar as dúvidas geradas pelo próprio mercado, daremos a seguir uma pequena noção do princípio de funcionamento básico de um No-Break ( On-Line) o que consideramos como o verdadeiro No-Break e as diferenças existente entre os outros tipos.

Existem determinados equipamentos, tais como PCs Servidores, PCs stand allone, Rubs, Routers, centrais telefônicas, equipamentos de telecomunicações (radares, antenas de transmissão de dados, Transmissores de TV e Rádio, Aparelhos Hospitalares tais como (Tomógrafos, ressonância magnética e equipamentos de precisão e medição utilizados em Laboratórios Medicinais e fotográficos) e inúmeros outros, em que uma falta de alimentação de energia ocasiona a perda de informações e em alguns caso a perda do próprio aparelho. Falamos que nestes casos, é impreterível a utilização de No-Breaks

1-) Variações de Tensão – (SAGS, BROWNOUTS, SURGES) – ± 85%

2-) Variações de Frequência – ± 2 %

3-) Transientes (SPIKES) – 6 %

4-) Ruídos – 2 %

5-) Falha de Energia – (Blackouts) – 5 %

 

Os aparelhos do tipo Short-Break, como o próprio nome diz, são aparelhos que causam uma pequena interrupção no fornecimento de energia para o consumidor.

Seu princípio de funcionamento baseia-se em alimentar um regulador de tensão que estabiliza a tensão de saída.

Esta energia é filtrada porém não se realiza a regulação de frequência.

A energia comercial alimenta um pequeno carregador que mantém as baterias em carga. O inversor permanece desligado, pronto para entrar em operação.

Quando ocorre a queda da energia comercial, o inversor entra em operação e passa a alimentar a saída do aparelho.

Este tipo de No-Break é o mais comum do mercado e existe muita variação entre os tipos existentes.

O tipo mais baratos e mais comum são Short-Break’s com saída não estabilizada e de onda quadrada e não senoidal.

Este tipo de aparelho é suficiente para a proteção de um PC de uso doméstico, mais é um aparelho não recomendado para aplicações com cargas maiores e mais caras.

Existem também Short-Break’s com saída senoidal e tensão estabilizada. Estes equipamentos são recomendados para pontos de vendas de pequeno consumo, ou seja, pequenos PDVs, PCs de comunicação ( terminais ), onde o seu uso é importante, porém, caso haja alguma intempérie na rede os seus dados estão protegidos.

 

O No-Break do tipo Line Interativo é um No-Break que também irá causar uma interrupção momentânea na saída do aparelho, mas já é um aparelho com proteções mais refinada para a carga ( contém filtro de entrada ).

Seu funcionamento baseia-se em um trafo de saída regulado normalmente por “tap’s”, ou seja realinha a tensão de saída assim que ela ultrapassa na entrada a margem de comutação permitida pelos “taps”.

O trafo alimenta um inversor/carregador de baterias, bidirecional, que enquanto existe rede comercial, funciona como carregador de baterias, mantendo as baterias carregadas e prontas para uso.

A energia que é fornecida para a carga é filtrada e regulada em tensão, mas não em frequência.

Quando ocorre a queda da rede comercial, o controlador inverte o sentido de fornecimento de energia do inversor e este passa a alimentar a carga.

Observa-se que este tipo de aparelho também não regula a frequência de saída e também causa uma interrupção no fornecimento de energia no momento da queda da energia comercial ( por volta de 4ms ).

Este tipo de equipamentos já é indicado para proteção de nós de rede, ou seja ( Rubs, Routers, Centrais telefônicas e outras conexões dentro de sua instalação).

Figura 3

ON-LINE(DUPLA CONVERSÃO)

Princípio Básico de Operação dos No-Break’s ON LINE

O No-Break do tipo On line é composto de três blocos básicos ( mais as baterias ) sendo dividido em:

1-) Retificador – Recebe a energia alternada senoidal da rede comercial e a transforma em corrente contínua, sendo que uma parcela mantém o banco de baterias carregado e o restante é consumido pelo inversor.

2-) Inversor – Recebe a corrente contínua do retificador ou da bateria ( quando falta a rede comercial ) e a transforma em corrente alternada, regulada em tensão e frequência, e a fornecendo uma senóide perfeita.

3-) Chave Estática ou By-pass – Permite a transferência do consumidor para uma fonte de alimentação alternativa em caso de falha ou desligamento do inversor. Esta transferência ocorre sem a interrupção no fornecimento de energia para o consumidor.

Este caminho é apenas uma alternativa para manter o consumidor alimentado na ocasião de uma falha do inversor, enquanto é realizado o reparo.

A figura 4 mostra o funcionamento do No-Break enquanto existe a rede comercial.

Figura 4

Nota-se que a entrada da chave estática também é alimentada deixando-a pronta para ser usada quando realiza-se o desligamento do inversor. Quando o inversor é desligado, ocorre o paralelismo ( por apenas alguns mili segundos ) entre o inversor e a chave estática, evitando que o consumidor fique sem energia. Este paralelismo também ocorre quando o consumidor está alimentado pela chave estática e religa-se o inversor.

A figura 5 mostra o caminho da energia quando ocorre uma falta no fornecimento de energia da rede comercial.

Figura 5

 

No momento em que a tensão de saída do retificador fica abaixo da tensão das baterias inicia-se a descarga das mesmas até que estas cheguem ao seu valor de descarga máximo ( autonomia ). Durante este período, o inversor mantém os valores de tensão e a frequência de saída constantes.

A figura 6 mostra o estado de operação quando o consumidor está sendo alimentado pelo by-pass.

Figura 6

Podemos observar que o equipamento On line realiza duas conversões, sendo uma de alternada para contínua e outra de contínua para alternada sendo que esta última é isolada galvânicamente pois na saída do inversor existe normalmente um trafo isolador.

Este tipo de aparelho é comumente chamado de On line dupla conversão e protege o consumidor de todos os tipos de falhas citados anteriormente.

Este tipo de No-Break é o tipo mais caro do mercado, mas é o mais completo e eficiente.

A autonomia das baterias ( tempo que o No-Break irá alimentar as cargas quando não existe energia comercial ) é definido pelo cliente mas o valor mais comum de mercado varia de 10 a 15 min.

Observação

Todos os aparelhos descritos acima não funcionam em instalações que possuem grupo gerador, pois a energia fornecida pelo gerador, não é reconhecida e portanto os aparelhos só irão funcionar no tempo de autonomia das baterias.

Em instalações que dispõe de grupo gerador deve se usar aparelhos On-Line, dupla conversão, que são os únicos que irão funcionar.

Identificação da carga:
a-) a carga é realmente crítica ?
b-) a carga pode sofrer interrupção no seu fornecimento de energia por que período de tempo ?
c-) a carga necessita de tensão e frequência reguladas ?
d-) qual o custo do equipamento a ser protegido ?
e-) qual a importância do equipamento a ser protegido ?
f -) existe grupo gerador para alimentar a carga ?

Identificação das instalações físicas:
a-) qual a potência total a ser protegida ?
b-) existe condições de instalar-se um único No-Break ou as cargas serão divididas em diversos No-Break’s menores ?
c-) qual a melhor opção, trifásica ou monofásica ?
d-) qual o tempo de Back-up pretendido ?

Dependendo das respostas recebidas para as questões acima, teremos uma grande variação quanto a qual tipo de equipamento deverá ser utilizado.

Deve ficar claro que existe uma diferença considerável de preço entre os diversos tipos de No-Break’s , mas também existe uma diferença tecnológica considerável entre as topologias e que nem sempre o equipamento mais barato é o mais indicado.

O quadro ilustrativo a seguir indica qual tipo de proteção cada topologia de No-Break realiza para cada tipo de falha de energia

A maior proteção de qualquer tipo de carga sempre será realizada por um No-Break On-line dupla conversão, mas lembramos que isto nem sempre é necessário e este No-Break será sempre mais caro que os demais tipos. O quadro abaixo traz uma ideia de diferenciação de custo entre as diversas topologias de No-Break. Levando em consideração que um No-Break On-line têm um custo absoluto de 100, teremos:

Deste comparativo podemos concluir que:

• Os equipamentos On-Line devem ser utilizados para a proteção das partes realmente críticas do sistema
• Para proteção de equipamento não tão críticos e caros, deve ser utilizado um modelo line interativo ou off-line (não esquecer que o aparelho é de onda quadrada)
• Os modelos off-line só devem ser usados em equipamentos não sensíveis e não prioritários

Lembramos que os modelos Line interative e Off-line não trabalham em instalações que têm grupo gerador, pois não reconhecem a forma de onda do gerador.

A melhor solução para instalações de médio porte para cima é sempre que possível tentar utilizar um No-Break trifásico, pois este tipo de aparelho sempre terá mais confiabilidade e tecnologia que aparelhos monofásicos, além de a partir de instalações de 20 KVA, o custo já começa a ficar inferior que diversos aparelhos monofásicos.

Apenas para dar um exemplo do que realmente necessita de No-Break dentro de uma instalação, daremos a seguir três exemplos de instalações parecidas com relação aos equipamentos instalados, mas muito diferentes com relação a utilização, o que define a real necessidade de proteção.

Lembramos que ninguém melhor que os próprios gerentes das respectivas áreas conhecem as reais necessidades e importância de suas cargas.

Existem dentro de industrias e escritórios cargas que são chamadas de essenciais prioritárias e não prioritárias.

Daremos a seguir alguns exemplos.

Este escritório trabalha com prestação de serviços RH e roda folhas de pagamento. Para que isto possa ocorrer além dos servidores necessitamos Ter operando apenas cinco terminais além dos servidores e de apenas três impressoras.

A economia de potência representada por 25 terminais ( não essenciais ) representa por volta de 5 KVA. Um No-Break para a instalação inteira deveria Ter por volta de 10 KVA, sendo que isto era desnecessário para este caso.

Um escritório com a mesma configuração do anterior que contém toda a estrutura administrativa de uma industria de painéis, tais como contabilidade, engenharia, administração, diretoria, etc.

Salvo postos estratégicos definidos pela diretoria, apenas os servidores deveriam ser alimentados por um No-Break, reduzindo o consumo a menos de 2 KVA.

Um escritório com a mesma configuração dos casos anteriores, onde seus trinta terminais são usados por operadores que realizam pronto atendimento a usuários de um convênio médico/seguradora.

Neste caso, toda a estrutura instalada é prioritária para o desempenho deste escritório e todos os equipamentos devem ser alimentados por No-Break.

Existem alguns tipos de cargas que podem ser alimentadas apenas via grupo gerador, como por exemplo os 25 terminais excedentes do caso 1, pois os funcionários perderão apenas alguns dados e após o tempo de entrada do gerador (aprox. 15 segundos ), poderão voltar a produzir.

Uma análise dos casos acima mostra que a escolha do que realmente é essencial para que a empresa não pare de produzir influencia diretamente no correto dimensionamento de uma rede de energia segura e consequentemente no custo desta rede de energia. É ideal que a economia realizada no correto dimensionamento seja revertida em equipamentos No-Break de boa qualidade, de preferência sempre On-Line dupla conversão.

A autonomia deste No-Break também irá influenciar diretamente no custo do aparelho e também deve ser levada em conta através da mesma pergunta anterior. Qual o meu tempo de Back-up ideal ?

Hoje em dia a maioria dos No-Break são aparelhos inteligentes que interagem com os computadores realizando o shutdown dos sistemas, sem perdas de dados, permitindo assim autonomias menores e aparelhos mais baratos.

A figura a seguir ( figura 7 ), mostra uma instalação típica onde se têm disponível um No-Break para as cargas essenciais e um gerador de emergência também bem dimensionado.

Figura 7

A figura acima mostra uma instalação elétrica padrão de emergência bem dimensionada em termos de otimização de recursos, pois os circuitos foram separados em função de sua importância conseguindo-se assim a redução de custos em termos de equipamentos de infra estrutura.

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