Fator de potência do UPS: Qual a média de 0,8, 0,9 e 1,0 para kVA e kW

Há alguns meses, um cliente perguntou por que um no-break de 100 kVA em sua sala de servidores continuava reportando sobrecargas e ocasionalmente transferindo para bypass.

A carga conectada tinha pouco mais de 80 kW, então ele presumiu que o no-break deveria ser grande o suficiente.

Pedimos que ele verificasse a placa de identificação.

100 kVA/80 kW

Isso explicava a maior parte do problema.

O no-break foi avaliado em 100 kVA, mas sua potência ativa era de apenas 80 kW. Com mais de 80 kW já conectados, o sistema estava operando no limite de kW nominal ou acima dele. Um pequeno aumento na carga ou um curto pico de potência pode ser suficiente para desencadear uma condição de sobrecarga.

Este é um erro comum na seleção do UPS.

As pessoas se lembram do valor de 100 kVA ou 120 kVA, mas muitas vezes ignoram a classificação em kW impressa ao lado dele.

Para o dimensionamento do UPS, ambos são importantes.

Comece separando os diferentes fatores de potência

Uma folha de dados do UPS pode listar vários valores de fator de potência:

• Fator de potência de entrada
• Fator de potência de saída nominal
• Fator de potência de carga

Eles estão relacionados, mas não descrevem a mesma coisa.

O fator de potência de entrada é principalmente um problema de energia upstream

O fator de potência de entrada descreve a relação entre a potência ativa e a potência aparente consumida pelo UPS da rede elétrica ou gerador.

Os modernos sistemas UPS de dupla conversão que utilizam retificadores IGBT ou PFC ativo podem atingir um fator de potência de entrada próximo da unidade sob condições operacionais especificadas, com distorção de corrente muito menor do que os projetos de retificadores mais antigos.

Isso é importante ao dimensionar:

• Cabos de entrada
• Disjuntores a montante
• Transformadores
• Geradores a diesel

Para o projeto elétrico upstream, o kVA nominal do UPS por si só não é suficiente.

Uma figura mais útil geralmente é:

Corrente máxima de entrada

A entrada do UPS deve alimentar a carga conectada, as perdas de conversão e, em muitos casos, o carregamento da bateria ao mesmo tempo.

Isto se torna mais importante em sistemas de longa duração com bancos de baterias maiores e correntes de carga mais altas.

Para dimensionamento de cabos e disjuntores, a corrente de entrada máxima especificada pelo fabricante é geralmente uma referência melhor do que um cálculo simples baseado apenas na classificação de kVA de saída do UPS.

O que significam 0,8, 0,9 e 1,0?

Quando um UPS é descrito como tendo um fator de potência de saída de 0,8, 0,9 ou 1,0, isso normalmente se refere à relação entre seu kW nominal e seu kVA nominal.

Uma maneira simples de ler é:

Potência nominal PF = kW nominal ÷ kVA nominal

Então, se um fornecedor disser:

Este é um no-break de 100 kVA.

Ainda há uma questão importante:

Para quantos kW ele está classificado?

Um no-break de 100 kVA/80 kW e um no-break de 100 kVA/100 kW podem ter a mesma classificação de kVA, mas sua capacidade de potência ativa é muito diferente.

Isto também é visível em todos os atuaisUPS de alta frequênciaprojetos, onde a relação nominal kW-kVA depende do modelo específico e não apenas da categoria do produto.

Um UPS de baixa frequência sempre significa PF 0,8?

Não.

Muitos sistemas antigos baseados em transformadores foram classificados em:

100 kVA/80 kW

Mais tarde, muitos sistemas de alta frequência sem transformador mudaram para:

100 kVA/90 kW

E hoje, projetos de 100 kVA/100 kW são cada vez mais comuns.

Essa história criou um atalho:

UPS de baixa frequência = 0,8
UPS de alta frequência = 0,9
UPS Modular = 1,0

Não é uma regra confiável.

A classificação real de potência ativa depende do projeto do inversor, da capacidade de corrente do semicondutor, do projeto térmico e do método de classificação do fabricante.

Um transformador de isolamento de saída não cria automaticamente um UPS com PF 0,8. Um design modular ou sem transformador também não é automaticamente PF 1.0.

Ao compararUPS de baixa frequência, sistemas de alta frequência eUPS modular, a abordagem mais segura ainda é verificar o kVA nominal e o kW nominal na folha de dados.

Para uma comparação mais ampla das duas principais topologias UPS, consulte nosso guia paraUPS de baixa frequência vs. UPS de alta frequência.

A carga também tem seu próprio fator de potência

O UPS tem limites de kW e kVA.

A carga também possui kW, kVA e fator de potência próprios.

Suponha que a carga real seja:

80 kW com PF 0,95

A potência aparente é:

80 ÷ 0,95 ≈ 84,2 kVA

Então a carga está usando:

• 80 kW de potência ativa
• cerca de 84,2 kVA de potência aparente

Agora conecte essa carga a um UPS de 100 kVA/80 kW.

O carregamento é aproximadamente:

• kW: 100%
• kVA: 84%

O UPS não ficou sem kVA.

Ficou sem kW.

Coloque a mesma carga em um UPS de 100 kVA/100 kW e os números serão:

• kW: 80%
• kVA: 84%

Ambos permanecem dentro da classificação UPS.

É por isso que o dimensionamento da UPS nunca deve basear-se apenas em kW ou kVA.

A carga deve permanecer dentro de ambos os limites.

Qualquer que seja alcançado primeiro torna-se a restrição.

Para um processo completo de dimensionamento, consulte nosso guia emcomo dimensionar e selecionar um UPS industrial ou médico.

PF 1.0 não significa que qualquer carga de 100 kW possa ser conectada

Este é outro mal-entendido comum.

Se um UPS for classificado:

100 kVA/100 kW

isso não significa que toda carga abaixo de 100 kW seja automaticamente aceitável.

Pegue uma carga de 80 kW.

No FP 1.0:

80kW = 80kVA

Em FP 0,8:

80 ÷ 0,8 = 100 kVA

A potência ativa ainda é de apenas 80 kW, mas a carga já atingiu o limite de 100 kVA do UPS.

Portanto, uma classificação PF 1,0 significa que o UPS pode ter capacidade nominal igual em kW e kVA.

Isso não significa que o fator de potência da carga possa ser ignorado.

Fator de potência adiantado e atrasado também importa

Um fator de potência de carga de 0,8 não é tudo.

Pode ser:

• 0,8 atrasado
• 0,8 líder

Estas representam diferentes condições operacionais para o inversor.

Servidores, fontes de alimentação comutadas, VFDs, motores e outras cargas industriais não se comportam todos da mesma maneira.

É por isso que uma boa folha de dados de UPS de média ou grande capacidade geralmente inclui mais do que:

PF de saída = 1,0

Também pode especificar:

Faixa de fator de potência de carga

e às vezes fornece uma curva de redução de potência mostrando quanto kW ou kVA está disponível em diferentes fatores de potência adiantados e atrasados.

Para cargas de TI convencionais, isso pode não ser um grande problema.

Para equipamentos como:

• Inversores de frequência
• Motores
• Máquinas CNC
• Equipamento de imagem médica
• Outras cargas dinâmicas ou não lineares

a faixa de PF da carga, a capacidade de sobrecarga e os requisitos de corrente de pico também devem ser verificados.

Para aplicações motoras e indutivas, consulteo que verificar ao escolher um UPS para cargas indutivas.

O mesmo princípio se aplica aos sistemas de imagens médicas. Em um projeto recente, umUPS de baixa frequência de 120 kVA foi usada para um tomógrafo computadorizado em Camarões, onde o comportamento dinâmico da carga e a demanda transitória eram tão importantes quanto a classificação em kVA da placa de identificação.

Não basta adicionar 15% de energia de carregamento da bateria à saída do UPS

Um atalho de dimensionamento comum é assim:

Carga de 80 kW
+ 15% de carga da bateria
+ 20% de capacidade ociosa
= escolha um UPS de 120 kVA

É fácil de calcular, mas mistura os lados de entrada e saída do UPS.

O carregamento da bateria aumenta principalmente o requisito de energia do lado de entrada.

A capacidade do carregador também pode variar significativamente entre os modelos.

Dois sistemas UPS de 100 kVA podem ter correntes de carga muito diferentes, especialmente se um for projetado para um banco de baterias externo de longa duração.

Ao dimensionar:

• Cabos de entrada UPS
• Disjuntores de entrada
• Transformadores a montante
• Geradores a diesel

verifique o fabricante:

Corrente máxima de entrada

e:

Corrente máxima de carga

Esses números são mais úteis do que assumir que a carga da bateria é sempre 10%, 15% ou 20% da capacidade do UPS.

O dimensionamento do gerador não deve usar um multiplicador fixo

Outra regra comum é:

Capacidade do gerador = capacidade do UPS × 1,5

Às vezes a recomendação é ×2.

Existem sistemas onde essa margem é razoável, especialmente projetos de UPS mais antigos com menor fator de potência de entrada e maior distorção de corrente.

Mas não deve ser tratado como uma regra universal.

Os retificadores UPS modernos que usam IGBT ou PFC ativo podem colocar uma carga muito diferente em um gerador.

O dimensionamento do gerador deve levar em consideração:

• Corrente máxima de entrada do UPS
• Fator de potência de entrada
• Entrada THDi
• Potência de carregamento da bateria
• Tempo de partida suave ou walk-in do retificador
• Resposta AVR do gerador
• Resposta do governador
• Outras cargas conectadas ao mesmo gerador

Se o gerador também fornecer ar condicionado, bombas, iluminação ou outros equipamentos, essas cargas também deverão ser incluídas.

Para sistemas críticos, o dimensionamento do gerador é apenas uma parte da arquitetura geral de energia. A redundância pode ser igualmente importante. Nosso artigo sobreRedundância UPS N+1 vs. 2Ncobre esse tópico separadamente.

Para projetos apoiados por gerador, o ideal é que o UPS e o gerador sejam verificados juntos usando os modelos reais em vez de um multiplicador fixo.

O que deve ser incluído nas especificações técnicas de um UPS?

Para UPS de média ou grande capacidade, especificando apenas:

UPS on-line de 100 kVA

não é suficiente.

No mínimo, confirme:

Para cargas incomuns ou altamente dinâmicas, também vale a pena solicitar a curva de redução de potência do fabricante em relação ao fator de potência da carga.

Isso é muito mais útil do que ouvir que um UPS “pode lidar com qualquer carga”.

Um último ponto

Na próxima vez que você vir um no-break de 100 kVA, não presuma que ele possa fornecer 100 kW.

Verifique a próxima linha da folha de dados.

É isso:

80 kW?

90 kW?

ou:

100 kW?

Em seguida, compare essas classificações com a carga real kW e kVA.

Se a aplicação incluir motores, VFDs, equipamentos médicos ou outras cargas dinâmicas, verifique também a faixa permitida do fator de potência da carga e a capacidade de sobrecarga.

Muitos erros de dimensionamento de UPS não são causados ​​por uma fórmula incorreta.

Eles começam porque alguém olhou para100kVAe parou aí.

Este artigo é baseado na experiência da TAFENG com dimensionamento de UPS e aplicações em campo. O projeto final do sistema deve ser verificado em relação aos dados técnicos do modelo UPS selecionado e aos requisitos do projeto específico.

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