No-break: finalidade e especificidades de funcionamento do nobreak doméstico

Para preservar o funcionamento dos aparelhos durante falhas na rede, utiliza-se uma fonte de alimentação ininterrupta. Dependendo do tipo de consumidores atendidos e dos parâmetros da energia elétrica, é necessário escolher diferentes modelos. Esses dispositivos são muito procurados, por isso adquirir um exemplar com as características desejadas não é difícil.

Mas antes da compra, é preciso entender suas características por conta própria, e não confiar essa questão aos gerentes interessados em vendas.

Neste material, vamos examinar o dispositivo e as características de funcionamento do UPS, bem como falar sobre as regras de seu uso.

Esquemas de UPS de corrente alternada

Para necessidades domésticas, utilizam-se dispositivos de alimentação ininterrupta conectados à rede monofásica de 220 V, que podem, por algum tempo na ausência de energia elétrica, alimentar consumidores que exigem a mesma tensão.

Existem também UPS que são conectados na entrada a uma rede trifásica e fornecem na saída 380 V ou 220 V. No entanto, eles são caros e são usados quando é necessário obter potência autônoma a partir de 10 kVA, o que não é necessário para uso doméstico.

Os UPS domésticos de corrente alternada são divididos nos seguintes tipos de acordo com o esquema de funcionamento:

• reserva (offline);
• interativos (line-interativos);
• dupla conversão (online).

Eles diferem na qualidade da tensão fornecida e no preço. Os mais baratos são os de reserva, e os mais caros são os de dupla conversão.

O esquema de alimentação de reserva mais simples de implementar pressupõe a presença de um relé de comutação e filtragem passiva para supressão de interferências

Para converter corrente alternada em corrente contínua no carregador, utiliza-se um retificador. E a transformação reversa ocorre por meio de um inversor.

Nos UPS, para comutar o circuito da rede para a bateria, geralmente são instalados relés eletromecânicos comuns. Se esta peça for de qualidade, sua vida útil é suficiente para todo o tempo de funcionamento do UPS. Mas na maioria das vezes, quando o bloco quebra, o problema está justamente neste elemento da estrutura.

O esquema interativo difere do esquema reserva pela presença de um estabilizador de tensão. Ele é construído como um autotransformador típico com enrolamentos diretamente conectados.

A estabilização de tensão também está presente em muitos dispositivos domésticos; portanto, se os desvios forem pequenos, não há sentido em adquirir um modelo linear-interativo mais caro.

A presença do transformador muitas vezes obriga o fabricante a usar resfriamento forçado, por isso esses UPS são equipados com coolers. Eles emitem ruído de intensidade comparável ao funcionamento de um gabinete de computador.

No esquema online, a alimentação do inversor é fornecida continuamente pelas baterias. Portanto, quando ocorrem falhas na rede elétrica, o tempo de comutação para a alimentação reserva é zero.

Os dispositivos de dupla conversão mais complexos e caros também possuem a menor eficiência. A energia elétrica se transforma em calor que o dispositivo irradia. Portanto, seu uso precisa ser justificado.

A vantagem mais significativa desse tipo de UPS é a reação instantânea à queda de energia. Mas para a maioria dos eletrodomésticos, isso não é tão importante. Os próprios computadores geralmente são equipados com UPS do tipo reserva ou interativo.

Parâmetros mais importantes

Atualmente, há muitas ofertas no mercado de fontes de alimentação ininterrupta domésticas. Para determinar corretamente sua finalidade e não errar na escolha, é necessário entender quais parâmetros devem ser observados em primeiro lugar.

Principais características técnicas

A potência de saída do dispositivo determina o valor máximo que o bloco pode fornecer garantidamente ao consumidor. Ela é medida em volts-amperes (VA). Para conveniência dos usuários, esse valor é frequentemente apresentado também em watts.

Para medir a carga dos dispositivos, pode-se usar um amperímetro ou calculá-la utilizando as leituras do medidor instalado no apartamento.

A energia elétrica consumida pode ser medida com um amperímetro (wattímetro) doméstico com tomada. O dispositivo conectado deve ser colocado no modo de consumo máximo.

Ao determinar a potência real do computador, não se deve basear na capacidade nominal da fonte de alimentação, pois ela sempre é comprada com margem.

Se não houver amperímetro, é necessário realizar os seguintes passos:

1. Desligar todos os circuitos no quadro, exceto aquele que alimenta o computador.
2. Desligar todos os dispositivos nesse circuito.
3. Ligar o computador e executar nele um programa típico (por exemplo, um vídeo do YouTube).
4. Aguardar até que o medidor mostre uma mudança no valor de décimos de quilowatt.
5. Cronometrar o tempo até a próxima mudança.

A potência média de consumo (P, watts) durante esse período (t, minutos) pode ser calculada pela fórmula:

P = 100 * (60 / t)

A próxima característica importante é o período de operação autônoma. Este indicador depende da carga que o nobreak está enfrentando no momento. Na potência máxima permitida, as baterias de um dispositivo doméstico funcionam de 1 a 3 minutos. Já na metade da carga, duram muito mais (até 10 minutos).

Pelo gráfico da dependência do tempo de operação autônoma das baterias em relação à carga média, percebe-se que essa dependência é não linear. Isso se deve à forma como as baterias descarregam.

Daqui surgem duas conclusões:

• ao ocorrer uma falta de energia, é necessário reduzir ao máximo a carga consumida pelos aparelhos;
• é recomendável adquirir um nobreak com potência que exceda a calculada em pelo menos 30%.

A faixa de tensão de entrada indica a tensão de rede mínima e máxima permitida, na qual não ocorrerá a comutação da alimentação para as baterias. Geralmente, todos os nobreaks suportam uma faixa de 180-260 V.

Em alguns fabricantes, é possível encontrar valores muito bons (publicitários), por exemplo, o valor mínimo de 110 V. Aqui, é preciso verificar se esses números são para a carga máxima, e não para a metade da carga.

Outro indicador técnico importante é o nível de ruído. Nobreaks do tipo line-interactive ou online geram muito calor, portanto os fabricantes instalam ventiladores neles. Se os coolers forem baratos, com o tempo eles emitirão um zumbido, o que é indesejável para um ambiente residencial.

Interface e realização de configuração

A aparência dos blocos pode ser bastante variada. Geralmente, eles têm o formato retangular clássico, com indicadores ou display na parte frontal e conectores de alimentação na parte traseira. A quantidade não é tão importante, pois na saída é possível conectar uma extensão com um adaptador triplo. Isso não contradiz o conceito do nobreak.

O modelo pode ter um display LCD, que exibirá a situação do fornecimento dos aparelhos conectados: presença de energia, número de consumidores, carga da bateria, etc.

O sistema de indicação reduz o custo do equipamento. Além disso, é mais prático. Se for necessário conhecer alguns parâmetros, muitos modelos possuem a função de conexão ao computador.

Para conhecer os parâmetros do fornecimento de energia, o estado das baterias do nobreak e como ele funciona, é possível conectá-lo ao computador. Muitos modelos possuem essa função e foi desenvolvido um software para isso.

Existem três tipos principais de interface:

• USB. A conexão mais comum entre computador e nobreak.
• RS-232 (porta COM). Raramente está presente em modelos domésticos.
• Ethernet 10/100. É usado para gerenciamento remoto do nobreak.

O software para obter características do no-break e seu gerenciamento foi desenvolvido não apenas para várias versões do Windows. Por exemplo, o conhecido fabricante Powercom possui uma versão do software para Android, que permite monitorar remotamente o estado da energia e, se necessário, ajustar o funcionamento do no-break.

O software permite monitorar as principais características da rede elétrica, como tensão de entrada e saída, frequência. Também é possível verificar a carga das baterias e a temperatura do dispositivo.

Os no-breaks são colocados próximos aos consumidores de energia protegidos. Geralmente são colocados no chão ou em prateleiras. Alguns modelos possuem suportes que permitem montá-los nas paredes.

Qualidade da corrente fornecida

As fontes de alimentação ininterrupta devem fornecer corrente de qualidade adequada. Ao operar com baterias, o inversor é responsável por isso; e no caso de alimentação pela rede, os filtros e o estabilizador devem suavizar os problemas. As interferências que surgem no circuito elétrico têm diferentes origens e consequências para a eletrônica. Portanto, é necessário analisar cuidadosamente essa questão.

Interferências de rede e proteção

Todos os no-breaks modernos possuem proteção contra problemas relacionados aos dispositivos atendidos. Se a carga total exceder o máximo permitido ou ocorrer um curto-circuito, o no-break desligará imediatamente a alimentação.

As interferências na rede podem ser divididas condicionalmente em frequência e impulsivas. As primeiras não são tão perigosas, especialmente para fontes de alimentação de computadores ou televisores, que convertem corrente alternada em contínua. As segundas podem causar problemas em qualquer eletrônica.

Por isso, a maioria dos no-breaks possui proteção contra impulsos e harmônicos usando varistores e filtros de alta frequência.

A remoção de interferências na linha ocorre em duas etapas. Primeiro, os varistores cortam os impulsos de alta frequência, e depois o filtro suaviza pequenas oscilações.

O problema do aparecimento de impulsos de alta tensão não é característico apenas de cabos de energia, mas também de redes de transmissão de dados – computadores ou telefones. Eles podem surgir devido à eletricidade atmosférica, descargas em fiações próximas, interferências elétricas e outras causas.

Muitos fabricantes lançam modelos com capacidade de proteção de rede local. Para isso, o no-break possui dois conectores RJ-45 – um para entrada e um para saída. O sinal passa por um filtro que suprime picos de tensão. Para linhas telefônicas, o sistema é o mesmo, apenas os conectores são do formato RJ-11.

Tensão baixa e alta

A regulação da voltagem é feita por meio de um regulador automático de tensão (AVR), cujo elemento principal é um autotransformador. O princípio de funcionamento baseia-se na alteração do número de espiras de um dos enrolamentos, resultando em uma variação da tensão para mais ou para menos.

A presença de AVR no no-break permite não ativar o modo autônomo toda vez que houver um pequeno desvio de tensão em relação aos valores normativos. Isso aumenta significativamente a vida útil das baterias.

Multímetros profissionais, como o CEM DT 9909, são capazes de registrar o valor da tensão por um longo período. O uso de tal instrumento pode ajudar na escolha de um estabilizador ou no-break.

De acordo com a norma GOST 29322-2014, é permitido um desvio de 10% da tensão em relação ao valor de referência por no máximo 1 hora. Todos os no-breaks modernos com reguladores lidam com essas flutuações.

Pureza do sinal de saída

O tipo de sinal de saída depende do modelo do inversor instalado no no-break. Idealmente, a curva da tensão de corrente alternada deve ser uma senoide. Mas após a conversão pelo inversor, ela assume uma forma escalonada.

Quanto maior o número de degraus na curva da tensão instantânea em função do tempo, melhor a qualidade da corrente alternada. Para alguns dispositivos, isso é importante.

Para equipamentos que contêm motores elétricos assíncronos (geladeira, ar condicionado), fontes de alimentação transformadoras (equipamentos de áudio de qualidade), fontes de alimentação APFC (servidores e computadores de alta performance), é necessária uma senoide pura ou bem aproximada.

Nenhum inversor, e portanto nenhum no-break, produz uma senoide pura, independentemente do que os fabricantes escrevam em seus folhetos publicitários. A aproximação do sinal de saída a uma senoide é avaliada pelo coeficiente de distorção harmônica (THD).

O sinal de saída do equipamento pode ser considerado senoidal quando THD<5%. Em alguns modelos, como o IMV NetPro 2000, esse índice é de apenas 2%.

Regras de uso do UPS

Ao adquirir um no-break para organizar o fornecimento de energia de reserva, é necessário entender com quais aparelhos ele pode ser usado. Às vezes, não é possível contar apenas com o no-break, sendo necessário tomar medidas adicionais para fornecer eletricidade à casa.

Conexão de aparelhos domésticos

Computadores, modems, roteadores, equipamentos de vídeo e áudio são aparelhos típicos domésticos ou de escritório aos quais se conectam no-breaks. Se esses equipamentos contiverem fontes de alimentação chaveadas comuns, será suficiente adquirir modelos relativamente baratos que não produzem senoide pura.

Os modelos modernos são compactos e possuem um design atraente, que se harmoniza com outros equipamentos no interior de uma sala de estar

Para iluminação, também não é necessário adquirir produtos caros. O importante aqui é calcular corretamente a potência máxima e o tempo de operação autônoma.

Com quedas frequentes de energia, o problema do descongelamento não planejado de refrigeradores e da deterioração de alimentos se torna relevante. Para proteger tais equipamentos com motores assíncronos, serão necessários UPS de construção mais complexa, pois será necessário um sinal senoidal “puro”.

Além disso, é necessário considerar as correntes de partida que ocorrem ao ligar o motor. Simplificadamente, para equipamentos de refrigeração, seu valor pode ser determinado multiplicando o valor da potência por 5.

Se, por exemplo, na cozinha há um refrigerador com potência total de 300 W (na partida – 1500 W) e um freezer de 200 W (na partida – 1000 W), então é necessária uma fonte de alimentação com senoide pura e potência máxima de pelo menos 1700 W. Este valor foi obtido para o caso em que o freezer estiver funcionando e, ao mesmo tempo, o refrigerador for ligado. A partida simultânea de ambos os motores é improvável, e esse UPS suportará um pico de um segundo de 2,7 kW.

Um UPS do tipo online com potência máxima de 2000 W pode funcionar por cerca de meia hora com consumo total de 500 W. Como o modo de resfriamento leva cerca de 5 minutos, o nobreak garantirá 6 partidas de ambos os dispositivos.

Em casas particulares e chalés, também é relevante o uso de UPS para apoiar o sistema de aquecimento com circulação forçada. As bombas também precisam de senoide pura.

Os nobreaks também são amplamente utilizados para o funcionamento de caldeiras de aquecimento a gás. Considerando o custo do equipamento conectado, não se deve economizar na qualidade do UPS neste caso.

Alimentação de reserva e adicional

Para muitos eletrodomésticos, é impossível escolher um UPS barato, pois será necessária uma potência máxima significativa com um longo período de operação autônoma. Máquinas de lavar, fornos elétricos, sistemas de ar condicionado distribuído consomem muita eletricidade.

É possível, é claro, ficar sem esses dispositivos durante uma queda de energia. Isso é viável se essas interrupções forem raras e curtas. Mas se for tomada a decisão de fornecer energia autônoma a consumidores potentes, é melhor usar um gerador a gasolina ou diesel. Para sua partida rápida na ausência de tensão, utiliza-se um sistema de comutação automática de reserva (ATS).

Mesmo com uma fonte de alimentação adicional, vale a pena usar um UPS, pelo menos para computadores. Não é possível obter partida instantânea do gerador e restauração do fornecimento de energia.

Estabilização de tensão reduzida

A problemática da tensão baixa é relevante para instalações conectadas a redes elétricas antigas ou de baixa potência. Se essa situação ocorrer constantemente, é melhor utilizar um estabilizador de entrada.

Com a presença de um estabilizador, a tensão da rede interna da residência será ajustada aos parâmetros normativos. Isso também afetará os dispositivos que não estão ligados ao UPS.

Com tensão baixa, a corrente que passa pela rede interna aumenta. Por exemplo, suponha que a potência total dos consumidores ligados ao UPS seja de 1,5 kW e a tensão fornecida seja de 190 V.

Então, de acordo com a lei de Ohm:

• I₁ = 1500 / 190 = 7,9 A – corrente no circuito antes do UPS sem estabilizador;
• I₂ = 1500 / 220 = 6,8 A – corrente no circuito antes do UPS com estabilizador.

Assim, a rede interna sem estabilizador sofrerá uma carga maior, o que pode não ter sido considerado ao escolher a seção dos cabos.

Portanto, em caso de tensão baixa constante, é melhor instalar um estabilizador. Nesse caso, a carga no autotransformador do UPS também será menor, prolongando sua vida útil. Além disso, considerando a equalização da tensão, é possível adquirir nobreaks mais baratos.

Alimentação ininterrupta de consumidores de corrente contínua

Para alguns dispositivos, é necessário fornecer alimentação ininterrupta em corrente contínua de 12, 24 ou 48 V. Também existem UPS desse tipo à venda. Em sua identificação consta a abreviatura “DC”. Unidades com tensões de 60, 110 ou 220 V também existem, mas são utilizadas na indústria ou no setor de energia.

A diferença dos nobreaks de corrente contínua em relação aos modelos clássicos no aspecto interno é a ausência de inversor. As baterias são conectadas diretamente à saída através de um contator com um shunt de medição limitador de corrente para evitar descarga excessivamente profunda das baterias.

Às vezes, na saída pode haver um conversor estabilizador, se os dispositivos alimentados pelo UPS forem sensíveis a pequenas variações de tensão.

Em conjunto com conversores de tensão, um UPS de corrente contínua de 48 W é capaz de alimentar um sistema de videovigilância com perímetro de até 1 km.

Essas fontes de alimentação de reserva são utilizadas para proteger os seguintes equipamentos domésticos que funcionam com corrente contínua:

• sistemas de videovigilância e segurança;
• vários tipos de sensores (vazamento, fumaça, fogo, movimento, etc.);
• sistemas de iluminação;
• dispositivos de telecomunicações;
• sistemas de comunicação;
• componentes do sistema de controle “casa inteligente”.

Muitos UPS de corrente contínua possuem a opção de conectar baterias externas. Nesse caso, o funcionamento autônomo dos dispositivos por eles atendidos pode ser muito prolongado.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Resumo das principais características de UPS residenciais:

A variedade de tipos de UPS e suas características é consequência das diferentes condições de uso: potência e tipo dos aparelhos conectados, parâmetros e problemas típicos de uma rede elétrica específica. O UPS geralmente não é o elemento mais caro do sistema, mas a estabilidade do seu funcionamento depende dele. Portanto, é necessário definir as condições de operação e escolher o modelo com cuidado.

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