Factor de potencia del UPS: 0,8 frente a 0,9 frente a 1,0, kVA y kW explicados
Factor de potencia del UPS: qué significan 0,8, 0,9 y 1,0 para kVA y kW
Hace unos meses, un cliente preguntó por qué un UPS de 100 kVA en su sala de servidores seguía reportando sobrecargas y ocasionalmente transfiriéndose a bypass.
La carga conectada era sólo de poco más de 80 kW, por lo que supuso que el SAI debería haber sido lo suficientemente grande.
Le pedimos que revisara la placa de identificación.
100kVA / 80kW
Eso explicaba la mayor parte del problema.
El UPS tenía una potencia nominal de 100 kVA, pero su potencia activa era de sólo 80 kW. Con más de 80 kW ya conectados, el sistema estaba funcionando en o por encima de su límite de kW nominal. Un pequeño aumento en la carga o un breve pico de energía podrían ser suficientes para desencadenar una condición de sobrecarga.
Este es un error común en la selección de UPS.
La gente recuerda la cifra de 100 kVA o 120 kVA, pero a menudo pasa por alto la clasificación de kW impresa al lado.
Para el tamaño del UPS, ambos importan.
Empiece por separar los diferentes factores de potencia.
Una hoja de datos de UPS puede enumerar varios valores de factor de potencia:
- Factor de potencia de entrada
- Factor de potencia de salida nominal
- Factor de potencia de carga
Están relacionados, pero no describen lo mismo.
El factor de potencia de entrada es principalmente un problema de energía aguas arriba
El factor de potencia de entrada describe la relación entre la potencia activa y la potencia aparente extraída por el UPS del suministro de la red pública o del generador.
Los sistemas UPS modernos de doble conversión que utilizan rectificadores IGBT o PFC activo pueden lograr un factor de potencia de entrada cercano a la unidad en condiciones operativas específicas, con una distorsión de corriente mucho menor que los diseños de rectificadores más antiguos.
Esto importa a la hora de dimensionar:
- Cables de entrada
- Interruptores aguas arriba
- transformadores
- Generadores diésel
Para el diseño eléctrico aguas arriba, los kVA nominales del UPS por sí solos no son suficientes.
Una cifra más útil suele ser:
Corriente de entrada máxima
La entrada del SAI debe alimentar la carga conectada, las pérdidas de conversión y, en muchos casos, la carga de la batería al mismo tiempo.
Esto se vuelve más importante en sistemas de larga duración con bancos de baterías más grandes y corrientes de carga más altas.
Para el dimensionamiento de cables y disyuntores, la corriente de entrada máxima especificada por el fabricante suele ser una mejor referencia que un simple cálculo basado únicamente en la clasificación de kVA de salida del UPS.
¿Qué significan 0,8, 0,9 y 1,0?
Cuando se describe que un UPS tiene un factor de potencia de salida de 0,8, 0,9 o 1,0, esto normalmente se refiere a la relación entre sus kW nominales y sus kVA nominales.
Una forma sencilla de leerlo es:
Potencia nominal PF = kW nominal ÷ kVA nominal
| Clasificación de UPS | Potencia activa nominal | Salida nominal PF |
|---|---|---|
| 100kVA | 80 kilovatios | 0,8 |
| 100kVA | 90 kilovatios | 0,9 |
| 100kVA | 100 kilovatios | 1.0 |
Entonces, si un proveedor dice:
Este es un UPS de 100 kVA.
Todavía queda una pregunta importante:
¿Para cuantos kW está clasificado?
Un UPS de 100 kVA/80 kW y un UPS de 100 kVA/100 kW pueden tener la misma clasificación de kVA, pero su capacidad de potencia activa es muy diferente.
Esto también es visible en los actualesSAI de alta frecuenciadiseños, donde la relación nominal de kW a kVA depende del modelo específico y no solo de la categoría de producto.
¿Un SAI de baja frecuencia siempre significa PF 0,8?
No.
Muchos sistemas antiguos basados en transformadores fueron clasificados en:
100kVA / 80kW
Más tarde, muchos sistemas de alta frecuencia sin transformador pasaron a:
100kVA / 90kW
Y hoy en día, los diseños de 100 kVA/100 kW son cada vez más comunes.
Esa historia creó un atajo:
SAI de baja frecuencia = 0,8
SAI de alta frecuencia = 0,9
SAI modulares = 1,0
No es una regla confiable.
La clasificación de potencia activa real depende del diseño del inversor, la capacidad de corriente del semiconductor, el diseño térmico y el método de clasificación del fabricante.
Un transformador de aislamiento de salida no genera automáticamente un UPS PF 0,8. Un diseño modular o sin transformador tampoco es automáticamente PF 1.0.
Al compararSAI de baja frecuencia, sistemas de alta frecuencia ySAI modulares, el método más seguro sigue siendo comprobar los kVA nominales y los kW nominales en la hoja de datos.
Para obtener una comparación más amplia de las dos topologías principales de UPS, consulte nuestra guía paraUPS de baja frecuencia versus UPS de alta frecuencia.
La carga también tiene su propio factor de potencia.
El UPS tiene límites de kW y kVA.
La carga también tiene sus propios kW, kVA y factor de potencia.
Supongamos que la carga real es:
80 kW a PF 0,95
La potencia aparente es:
80 ÷ 0,95 ≈ 84,2 kVA
Entonces la carga está usando:
- 80 kW de potencia activa
- unos 84,2 kVA de potencia aparente
Ahora conecte esa carga a un UPS de 100 kVA / 80 kW.
La carga es aproximadamente:
- kilovatios: 100%
- kVA: 84%
El SAI no se ha quedado sin kVA.
Se ha quedado sin kW.
Coloque la misma carga en un UPS de 100 kVA / 100 kW y las cifras quedarán:
- kW: 80%
- kVA: 84%
Ambos permanecen dentro de la clasificación de UPS.
Es por eso que el tamaño del UPS nunca debe basarse únicamente en kW o kVA.
La carga debe permanecer dentro de ambos límites.
Cualquiera que se alcance primero se convierte en la restricción.
Para un proceso de dimensionamiento completo, consulte nuestra guía sobrecómo dimensionar y seleccionar un UPS industrial o médico.
PF 1.0 no significa que se pueda conectar ninguna carga de 100 kW
Este es otro malentendido común.
Si un UPS tiene clasificación:
100kVA / 100kW
no significa que todas las cargas inferiores a 100 kW sean automáticamente aceptables.
Tome una carga de 80 kW.
En PF 1.0:
80 kW = 80 kVA
En PF 0,8:
80 ÷ 0,8 = 100 kVA
La potencia activa sigue siendo de sólo 80 kW, pero la carga ya ha alcanzado el límite de 100 kVA del SAI.
Por lo tanto, una clasificación PF 1.0 significa que el UPS puede tener la misma capacidad nominal en kW y kVA.
Esto no significa que se pueda ignorar el factor de potencia de carga.
El factor de potencia en adelanto y en atraso también importa
Un factor de potencia de carga de 0,8 no es la historia completa.
Puede ser:
- 0,8 rezagado
- 0,8 líder
Estos representan diferentes condiciones de funcionamiento del inversor.
Los servidores, las fuentes de alimentación conmutadas, los VFD, los motores y otras cargas industriales no se comportan todos de la misma manera.
Es por eso que una buena hoja de datos de UPS de mediana o gran capacidad a menudo incluye más de:
FP de salida = 1,0
También podrá especificar:
Rango de factor de potencia de carga
y a veces proporcionan una curva de reducción de potencia que muestra cuántos kW o kVA están disponibles con diferentes factores de potencia en adelanto y en atraso.
Para cargas de TI convencionales, esto puede no ser un problema importante.
Para equipos como:
- VFD
- motores
- maquinas cnc
- Equipo de imágenes médicas
- Otras cargas dinámicas o no lineales
También se deben verificar el rango de PF de carga, la capacidad de sobrecarga y los requisitos de corriente máxima.
Para aplicaciones de motor e inductivas, consulteQué comprobar al elegir un SAI para cargas inductivas.
El mismo principio se aplica a los sistemas de imágenes médicas. En un proyecto reciente, unSe utilizó un UPS de baja frecuencia de 120 kVA para un escáner CT en Camerún, donde el comportamiento de la carga dinámica y la demanda transitoria eran tan importantes como la clasificación kVA nominal.
No agregue simplemente un 15% de energía de carga de batería a la salida del UPS
Un atajo de tamaño común se ve así:
carga de 80kW
+ 15% de carga de batería
+ 20% de capacidad adicional
= elija un SAI de 120 kVA
Es fácil de calcular, pero combina los lados de entrada y salida del UPS.
La carga de la batería aumenta principalmente el requisito de energía del lado de entrada.
La capacidad del cargador también puede variar significativamente entre modelos.
Dos sistemas UPS de 100 kVA pueden tener corrientes de carga muy diferentes, especialmente si uno está diseñado para un banco de baterías externo de larga duración.
Al dimensionar:
- Cables de entrada del SAI
- Disyuntores de entrada
- Transformadores aguas arriba
- Generadores diésel
revisa el fabricante:
Corriente de entrada máxima
y:
Corriente de carga máxima
Esas cifras son más útiles que asumir que la carga de la batería es siempre del 10%, 15% o 20% de la capacidad del UPS.
El dimensionamiento del generador no debe utilizar un multiplicador fijo
Otra regla común es:
Capacidad del generador = capacidad del UPS × 1,5
A veces la recomendación es ×2.
Hay sistemas en los que ese margen es razonable, especialmente diseños de UPS más antiguos con un factor de potencia de entrada más bajo y una mayor distorsión de corriente.
Pero no debería tratarse como una regla universal.
Los rectificadores UPS modernos que utilizan IGBT o PFC activo pueden colocar una carga muy diferente en un generador.
El dimensionamiento del generador debe tener en cuenta:
- Corriente máxima de entrada del UPS
- Factor de potencia de entrada
- Entrada THDi
- Potencia de carga de la batería
- Arranque suave del rectificador o tiempo de entrada
- Respuesta del generador AVR
- Respuesta del gobernador
- Otras cargas conectadas al mismo generador.
Si el generador también suministra aire acondicionado, bombas, iluminación u otros equipos, esas cargas también deben incluirse.
Para los sistemas críticos, el tamaño del generador es sólo una parte de la arquitectura eléctrica general. La redundancia puede ser igualmente importante. Nuestro artículo sobreRedundancia de SAI N+1 frente a 2Ncubre ese tema por separado.
Para proyectos respaldados por generadores, lo ideal es que el UPS y el generador se verifiquen juntos utilizando los modelos reales en lugar de un multiplicador fijo.
¿Qué debe incluirse en una especificación técnica de UPS?
Para un UPS de mediana o gran capacidad, especificando únicamente:
SAI en línea de 100 kVA
no es suficiente.
Como mínimo, confirme:
| Parámetro | Que comprobar |
|---|---|
| Potencia aparente nominal | kVA nominal |
| Potencia activa nominal | kW nominales |
| Factor de potencia de salida nominal | Relación nominal kW/kVA |
| Rango de factor de potencia de carga | Rango operativo adelantado y retrasado |
| Reducción de potencia de salida | Si la salida se reduce en ciertos valores de PF de carga |
| Factor de potencia de entrada | Características de potencia del lado de entrada |
| Entrada THDi | Distorsión de la corriente de entrada |
| Corriente de entrada máxima | Dimensionamiento de cables y disyuntores |
| Corriente de carga máxima | Carga de batería y capacidad ascendente |
| Capacidad de sobrecarga | Porcentaje y duración de la sobrecarga |
| factor de cresta | Capacidad con cargas no lineales. |
Para cargas inusuales o altamente dinámicas, también vale la pena preguntar por la curva de reducción de potencia del fabricante versus el factor de potencia de carga.
Esto es mucho más útil que que le digan que un UPS "puede manejar cualquier carga".
Preguntas frecuentes
¿Un SAI de 100 kVA puede suministrar siempre 100 kW?
No. Verifique la potencia activa nominal. Un SAI de 100 kVA puede tener una potencia nominal de 80 kW, 90 kW o 100 kW según el modelo.
¿Qué significa la salida PF 1.0 en un UPS?
Normalmente significa que el UPS puede tener la misma capacidad nominal en kVA y kW, por ejemplo100kVA / 100kW. Aún es necesario comprobar los kW, kVA y el factor de potencia de la carga conectada.
¿Cuál es la diferencia entre PF de entrada y PF de salida?
El factor de potencia de entrada describe cómo el UPS extrae energía de la fuente ascendente. El factor de potencia de salida nominal describe la relación entre los kW nominales y los kVA nominales del UPS. Son parámetros diferentes.
¿Los kW de carga son suficientes para dimensionar un UPS?
No. También se deben verificar los kVA de carga, el factor de potencia de carga, los requisitos de sobrecarga y la expansión futura.
Un último punto
La próxima vez que vea un UPS de 100 kVA, no asuma que puede suministrar 100 kW.
Consulte la siguiente línea de la hoja de datos.
¿Es:
80 kilovatios?
¿90 kilovatios?
o:
¿100 kilovatios?
Luego compare esas clasificaciones con la carga real en kW y kVA.
Si la aplicación incluye motores, VFD, equipos médicos u otras cargas dinámicas, verifique también el rango de factor de potencia de carga permitido y la capacidad de sobrecarga.
Muchos errores de tamaño de UPS no se deben a una mala fórmula.
Empiezan porque alguien miró100kVAy se detuvo allí.
Este artículo se basa en la experiencia de TAFENG con el dimensionamiento de UPS y aplicaciones de campo. El diseño final del sistema debe compararse con los datos técnicos del modelo de UPS seleccionado y los requisitos del proyecto específico.
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