CAT169 - Parte 10 - Sistemas de Energia Ininterrupta

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ESCOLA DE MINAS
UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
DECAT – DEP. DE ENG. DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Prof. Rúben C. Barbosa
(rubencbarbosa@gmail.com)
Parte 10:
Sistemas de Energia Ininterruptas
CAT169 – Acionamentos Elétricos
CAT169 – ACIONAMENTOS ELÉTRICOS - DECAT/EM/UFOP
SISTEMAS DE ENERGIA ININTERRUPTA
 Equipamentos e sistemas são afetados pela falta de energia
elétrica:
 Computadores;
 Sistemas de comunicação;
 Equipamentos médicos;
 Sistemas de segurança.
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SISTEMAS DE ENERGIA ININTERRUPTA
 Possíveis consequências devido a falta de energia elétrica em
cargas críticas:
 Queda de produtividade;
 Desperdício de material;
 Erros de informação;
 Perdas financeiras;
 Perdas humanas;
 Etc;
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SISTEMAS DE ENERGIA ININTERRUPTA
 Sistema de Alimentação de Emergência Básico
Fonte 
Principal
Fonte 
Auxiliar
Carga
S
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SISTEMAS DE ENERGIA ININTERRUPTA
 Diagrama de blocos genérico de uma UPS (Uninterruptible 
Power Supply)
Retificador
Prioridade de 
uso e 
Supervisão
Banco de 
Baterias 
Conversor CC-
CA (Inversor)
Carga CA
Carga CC
Rede Elétrica
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SISTEMA DE ENERGIA ININTERRUPTA – UPS 
 Os sistemas de energia ininterrupta em
corrente alternada, são utilizados para
suprir energia em corrente alternada em
instalações industriais, subestações de
geração e distribuição de energia e
sistemas de telecomunicações.
 São equipamentos microprocessados do
tipo “on-line” dupla conversão, tendo seu
modelo básico constituído de ponte
retificadora (chaveada ou tiristorizada,
variando conforme a potência), ponte
inversora a IGBT com tecnologia PWM
senoidal (Modulação por Largura de
Pulso), circuito de by-pass com chave
estática tiristorizada e banco de bateria.
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SISTEMA DE ENERGIA ININTERRUPTA – UPS 
 O equipamento pode operar com baterias ácidas ou alcalinas,
abertas ou seladas, desde que não seja exigido valor de
tensão fora dos limites para os quais foi fabricado.
 Pode ainda ter instalado em seu ramo alternativo um
estabilizador ou transformador adaptador de tensão.
Possui um painel sinótico que permite uma rápida monitoração
funcional do sistema através de indicações com LEDs multicores
e um mostrador de cristal líquido com 2×20 caracteres que
possibilita ao operador visualizar modo de operação,
medições, sinalizações e alarmes presentes.
 Todos os comandos, sinalizações e alarmes estão disponíveis
por acesso remoto tendo como padrão interface serial RS-232,
isolada galvanicamente, com protocolo de comunicação MOD-
BUS RTU.
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SISTEMA DE ENERGIA ININTERRUPTA – UPS 
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CARACTERÍSTICAS DE UM MODELO COMERCIAL DE UPS:
 Potência de 5 a 4.800 kVA
 Sistemas monofásicos ou trifásicos
 Dupla conversão e isolação galvânica
 Controle e supervisão digitais
 Gerenciamento de baterias
 Paralelismo – Redundância ou aumento de potência
 Interface padrão RS 232 com Modbus RTU
 Interfaces opcionais – RS-485 ou Ethernet
 Protocolos opcionais – PROFIBUS, DEVICENET, SNMP ou DNP-3
 Grau de Proteção IP-21 a IP-55
 Confiabilidade e robustez para ambiente industrial
 Normas: 
• IEC 62040
• Petrobrás N-2760
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MODOS DE OPERAÇÃO
 Modo Flutuante:
 O banco de bateria complementa a corrente do retificador
em caso de picos de carga;
 Modo Standby:
 O retificador supre todas as necessidades da carga
(inclusive os picos de energia) e a bateria só entrará em
operação em caso de falta de energia ou falha do
retificador;
 Modo Changeover:
 São utilizados dois retificadores: um retificador alimenta a
carga enquanto um segundo alimenta o banco de baterias.
A bateria só será conectada a carga em caso de falta de
energia, quando continuará alimentando o sistema.
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OPERAÇÃO EM MODO FLUTUANTE (IL<IRET)
Retificador
Banco de 
Baterias 
Conversor CC-
CA (Inversor)
Carga CA
Rede Elétrica
𝐼𝑟𝑒𝑡 𝐼𝑙
𝐼𝑏𝑎𝑡
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OPERAÇÃO EM MODO FLUTUANTE (IL>IRET)
Retificador
Banco de 
Baterias 
Conversor CC-
CA (Inversor)
Carga CA
Rede Elétrica
𝐼𝑟𝑒𝑡 𝐼𝑙
𝐼𝑏𝑎𝑡
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OPERAÇÃO EM MODO STANDBY UTILIZANDO GRUPO
MOTORGERADOR COMO FONTE AUXILIAR
Sistemas de 
Regulação, 
Supervisão e 
Controle
Fonte 
Principal
Carga
Gerador
Motor de 
Combustão
Interna
S1
S2
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OPERAÇÃO EM MODO CHANGEOVER
Retificador 
Principal
Banco de 
Baterias 
Retificador de 
Carga
Carga CA
Fonte 
Principal
S
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CONTROLE DE UM SISTEMA DE ENERGIA ININTERRUPTA
 Controle com apenas malha de realimentação da tensão de 
saída
 Controle de realimentação de tensão e corrente de saída
PID PWM Conversor Carga 
𝑉𝑟𝑒𝑓
𝑉𝑜
PID PWM Conversor Carga 
𝑉𝑟𝑒𝑓
𝑉𝑜
PID
𝐼𝑜
𝐼𝑟𝑒𝑓
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PRINCIPAIS TIPOS DE SISTEMA UPS
 Nobreaks
 São equipamentos que possuem basicamente uma ou várias
baterias internas, conversores CA/CC, CC/CA e filtros;
 São instalados entre a rede de energia da concessionária e
o sistema a ser protegido;
 Em condições normais a CA da concessionária em convertida
em CC para carregar as baterias internas do nobreak;
 No caso de falta de energia as baterias do nobreak serão
ativadas e o conversor CC/CA passa a fornecer corrente
alternada para alimentar a carga.
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PRINCIPAIS TIPOS DE SISTEMA UPS
 Nobreaks
 Existem nobreaks para sistemas de baixa, média e alta
potência;
 Normalmente são utilizados para mantar a sistemas
funcionando por curtos espaços de tempo para salvar
trabalhos ou...;
 São usados até um grupo motor gerador (GMG) seja
ativado e assuma a operação assim que a sua carga entre
em fase com a carga:
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PRINCIPAIS TIPOS DE SISTEMA UPS
 Banco de Baterias:
 Possui o mesmo objetivo de um nobreak;
 É mais utilizado para manter o fornecimento de energia
para sistemas de médio a grande porte por longos
períodos de tempo, podendo até mesmo tornar
desnecessário o alto investimento em um grupo motor
gerador;
 Geralmente utiliza baterias de 12 Volts porém a principal
característica da bateria é a sua capacidade de corrente
em Amperes / Hora;
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PRINCIPAIS TIPOS DE SISTEMA UPS
 Grupo motor gerador:
 São motores estacionários movidos a diesel, que entram em
operação em regime emergencial visando suprir o
fornecimento de energia elétrica para sistemas de grande
porte durante longos períodos de tempo;
 Possuem como principais características:
• A inércia de funcionamento, que é o tempo em que eles
levam para entrar em operação plena;
• A potência gerada pelo motor;
• A quantidade de ruído gerada pelo GMG, fato que faz
com que eles sejam utilizados dentro de salas isoladas
acusticamente ou dentro de cabines silenciadoras.