UPS e grupo gerador

Quando a UPS e o gerador são utilizados em conjunto, a alimentação do gerador tem de ser compatível com a UPS. Se a frequência do gerador oscilar fora da tolerância da UPS, a UPS volta às baterias; quando a autonomia das baterias (por exemplo, 5 minutos) se esgota, as cargas desligam-se, mesmo com o gerador a funcionar.

Por este motivo, não basta que a UPS e o gerador sejam adequados separadamente. A UPS responde à falha de rede em zero segundos, mas a autonomia das baterias é limitada. O gerador fornece energia durante horas, mas a sua entrada em serviço demora, tipicamente, 10–15 segundos. Se ambos vão funcionar em conjunto, o gerador deve ser dimensionado em função da UPS e as regulações devem ser compatibilizadas.

Como funciona o sistema?

1. A rede falha. A UPS passa para as baterias sem atraso.
2. O quadro ATS deteta a falha e arranca o gerador.
3. O gerador estabiliza em tensão e frequência. O ATS transfere a carga para o gerador.
4. O retificador da UPS passa progressivamente para a alimentação do gerador. Inicia-se a carga das baterias.
5. Quando a rede regressa, o ATS transfere a carga para a rede. A UPS continua sem interrupção.

Qual deve ser a autonomia das baterias?

Em teoria, bastam alguns segundos. Na prática, não bastam. A primeira tentativa de arranque do gerador pode falhar; o quadro de comando faz uma segunda e uma terceira tentativa. Se surgir um alarme, é necessária a intervenção de alguém. Por isso, nos projetos escolhe-se geralmente uma autonomia das baterias entre alguns minutos e 10–15 minutos. Nas instalações críticas, o tempo pretendido está definido no caderno de encargos do projeto.

Quantos kVA deve ter o gerador para uma UPS?

Para o gerador, a UPS não é uma carga comum. O cálculo deve incluir:

• A carga alimentada pela UPS.
• As perdas da UPS: Rendimento do retificador e do inversor.
• A potência de carga das baterias: Após uma falha de rede, enquanto as baterias descarregadas recarregam, a potência de entrada da UPS aumenta de forma significativa. É o item mais frequentemente esquecido.
• Os harmónicos: O retificador absorve uma corrente não linear. A impedância do alternador é superior à da rede. A mesma corrente harmónica provoca maior distorção de tensão no gerador.

Relações aproximadas geralmente aceites em função do tipo de retificador:

Tipo de retificador da UPS	Harmónicos de corrente de entrada (THDi, típico)	Potência gerador / UPS (aproximada)
Retificador IGBT (ativo)	< 5%	1,25–1,5 ×
Tirístores de 12 pulsos + filtro	~10%	~1,5 ×
Tirístores de 6 pulsos, sem filtro	~25–35%	2 × ou mais

Exemplo: para uma UPS de 200 kVA com retificador IGBT, na pré-seleção considera-se um gerador de cerca de 250–300 kVA. Numa UPS antiga de 6 pulsos com a mesma potência, este valor pode atingir 400 kVA ou mais. As relações destinam-se à pré-seleção; a decisão final é tomada com os dados dos fabricantes da UPS e do gerador. As cargas não ligadas à UPS (ar condicionado, iluminação, bombas) são acrescentadas separadamente; ver quantos kVA deve ter o gerador e cálculo de potência.

Problemas frequentes no local

A UPS passa para as baterias quando alimentada pelo gerador. Quando a carga é aplicada ao gerador, a frequência desce durante um curto período. Se a tolerância de entrada da UPS estiver regulada de forma estreita, esta considera-a uma “rede de má qualidade” e volta às baterias. Solução: alargar a tolerância de frequência de entrada da UPS e a janela de sincronização do bypass de forma adequada ao gerador e utilizar um regulador eletrónico de rotação no gerador. Esta é a causa mais comum do cenário descrito no início.

Toda a carga é aplicada ao mesmo tempo. Se o retificador da UPS assumir a carga de uma só vez, ocorre uma queda acentuada de tensão e de frequência no gerador. Solução: o retificador deve assumir a carga de forma progressiva ao longo de alguns segundos (walk-in / soft start). Se houver várias UPS, as transições devem ser sequenciadas com alguns segundos de intervalo.

A tensão oscila com carga reduzida. Os filtros de entrada de algumas UPS produzem potência reativa capacitiva (em avanço) com carga reduzida. Os alternadores só podem funcionar de forma limitada com carga capacitiva; o AVR pode tornar-se instável. Solução: ligar os filtros em conjunto com a carga e verificar a curva de capacidade do alternador.

A forma de onda da tensão está distorcida. Em cargas com predominância de harmónicos, a escolha do alternador é importante. A excitação por ímanes permanentes (PMG) ou um sistema de excitação auxiliar ajudam o AVR a funcionar de forma estável com estas cargas.

Ensaio: simule a falha de rede

O sistema UPS–gerador só é verdadeiramente posto à prova com uma falha de rede real. Não basta fazer funcionar o gerador sem carga ou realizar separadamente o ensaio das baterias da UPS. O procedimento recomendado é abrir o disjuntor da rede num momento adequado e acompanhar toda a cadeia do início ao fim. A UPS passou para as baterias? Em quantos segundos o ATS transferiu a carga? A UPS aceitou a alimentação do gerador ou permaneceu nas baterias? O que aconteceu à carga do gerador quando se iniciou a carga das baterias? A retransferência no regresso da rede decorreu sem problemas? Se a resposta a alguma destas perguntas for “não sabemos”, o sistema ainda não foi ensaiado. Durante o ensaio, devem ser registados a tensão, a frequência e os registos de alarmes da UPS.

Onde se aplica?

• Centros de dados: UPS para os servidores e, para a alimentação prolongada, geralmente geradores redundantes.
• Hospitais: UPS para os equipamentos médicos e os sistemas de informação, gerador para toda a instalação.
• Telecomunicações, banca, controlo industrial e sistemas de segurança.

Lista de verificação

• São conhecidos o tipo de retificador da UPS e o valor de THDi de entrada?
• A potência de carga das baterias foi incluída no cálculo do gerador?
• A autonomia das baterias é confortavelmente superior ao tempo de entrada em serviço do gerador?
• A tolerância de frequência de entrada da UPS e a janela do bypass foram reguladas?
• A função walk-in do retificador está ativada?
• A entrada em serviço de várias UPS foi sequenciada?
• O fator de potência capacitivo com carga reduzida foi verificado?
• O sistema foi ensaiado com uma falha de rede real, abrindo o disjuntor da rede?

Próximo passo

A UPS e o gerador são combinados com segurança quando os dados de ambas as partes são avaliados em conjunto. Partilhe o modelo da sua UPS e os dados de carga com a equipa da Terex Diesel para determinarmos em conjunto a potência de gerador adequada: contacte-nos.