Conceitos sobre UPS
UPS – Unidade de Alimentação Ininterrupta
Os sistemas eletrónicos, tais como as redes de computadores, os sistemas de gestão e os sistemas de segurança são ferramentas essenciais para garantir a continuidade dos negócios e fazer com que as organizações funcionem de forma harmoniosa e eficaz.
Na verdade, dependemos do fornecimento de energia elétrica estável e fiável para viver as nossas vidas, porém, infelizmente, as fontes de fornecimento de energia elétrica, a nível mundial, não são tão fiáveis quanto desejável. De acordo com um estudo da IBM, os computadores estão sujeitos a uma média de 128 distúrbios de alimentação por mês, significando isto, que os sistemas de computadores e os seus arquivos e aplicativos, como o e-mail, informações financeiras, documentos de trabalho, fotos, músicas e todo o tipo de registos estão em risco mais de quatro vezes por dia!
Embora existam muitos métodos menos dispendiosos que pode utilizar para conseguir obter algum grau de proteção contra problemas de energia, nenhum deles consegue isolar o seu sistema dos problemas de alimentação elétrica tão bem como uma boa unidade de alimentação ininterrupta (UPS).
A ideia por trás de uma UPS é bastante evidente a partir do seu próprio nome; além da filtragem e do reforço ou modificação da rede elétrica, circuitos especiais e baterias são usados para proteção dos equipamentos contra as quebras de energia durante uma interrupção ou queda de tensão. A estas unidades são dados diferentes nomes dependendo da sua tipologia de concepção, mas todas se encaixam na categoria geral de “unidades de reserva de energia”.
Sem a adequada proteção de energia a partir de uma UPS, a maioria das organizações deparam-se com paragens que resultam em perdas de informação, produtividade e lucro. A maneira mais fácil de proteger sistemas e objetivos críticos é investir em proteção de energia através de uma UPS.
Uma unidade de alimentação ininterrupta (UPS), também conhecida como “reserva de baterias”, fornece energia de emergência e, dependendo da tipologia, também a estabilização da alimentação elétrica aos equipamentos a esta ligados, mediante o fornecimento de energia a partir de uma fonte distinta, quando a energia do setor não está disponível.
Um gerador não substitui uma UPS porque, em caso de corte da rede de alimentação elétrica, haverá sempre um hiato entre a falha de alimentação e o arranque do gerador do seu estado de “standby”. Esta interrupção no fornecimento de energia pode resultar em perdas financeiras significativas e justifica a necessidade de uma UPS.
A UPS difere de um sistema de alimentação auxiliar de emergência ou gerador, que não oferece proteção imediata à interrupção momentânea de energia, porque esta fornece energia ininterrupta aos equipamentos, tipicamente de 5-15 minutos, até que uma fonte de alimentação auxiliar seja ligada ou a rede elétrica do setor restabelecida ou os equipamentos desligados em segurança.
Não se limitando à proteção de um determinado tipo de equipamentos, uma UPS é normalmente usada para proteger computadores, centros de dados, equipamentos de telecomunicações, blocos operatórios cirúrgicos ou qualquer equipamento eléctrico no qual uma inesperada interrupção de energia pode causar lesões, mortes, interrupção de negócio ou perda de dados.
As UPS não só oferecem proteção contra todos os tipos de falhas no fornecimento de energia, como são também capazes de filtrar uma vasta gama de problemas encontrados nesse mesmo fornecimento de energia elétrica, proporcionando assim uma fonte de energia limpa às cargas mais sensíveis.
Em suma, os sistemas de alimentação ininterrupta executam duas funções:
- Filtro da rede elétrica de abastecimento
- Fornecedor de energia elétrica a equipamentos em caso de falha da rede
Em tempos considerado um luxo caro, as UPS já se encontram disponíveis a valores bastante acessíveis. Em tempos, somente adquiriam uma UPS aqueles cujos sistemas realmente não podiam prescindir de tal, hoje em dia aconselhamos, a quem usa um equipamento crítico para qualquer finalidade profissional, a pensar seriamente em adquirir uma.
Se considerarmos só o seu valioso tempo, uma UPS paga-se a si própria na primeira vez que tiver um pico de tensão, micro-corte ou quebra de energia elétrica.
As UPS variam em potência desde pequenas unidades para fazer “backup” a um único computador sem monitor (cerca de 200 VA), até às unidades de alimentação de grandes centros de dados, edifícios, ou mesmo de pequenas vilas (vários MegaWatts).
Impacto dos problemas na alimentação de energia elétrica:
Os distúrbios na alimentação podem afetar o desempenho dos dispositivos eletrónicos, por isso é importante que o fornecimento de eletricidade seja estável e limpo.
As UPS são usadas para corrigir vários problemas comuns de alimentação, tais como:
- Falhas de energia
- Quedas de tensão
- Picos de tensão
- Sub-tensão
- Sobre-tensão
- Ruído elétrico
- Variação de frequência
- Transitórios
- Distorção harmónica
O ruído elétrico, excepto no pior dos casos, é geralmente um evento “não é visível”, mas resulta na maior ameaça para a capacidade de operação de equipamentos eletrónicos e contribui para o desgaste dos respetivos componentes eletrónicos.
Os problemas no abastecimento de energia elétrica podem causar:
- Bloqueio de equipamentos, falhas em aplicações e em sistemas informáticos
- Corrupção de dados
- Erros no processamento de dados
- Erros na transmissão de dados
- Erros de impressão e danos no hardware
Os problemas de alimentação elétrica podem ter origem numa ou mais fontes:
- Na sua própria rede elétrica interna
- Na alimentação de energia elétrica do setor
- Na rede de distribuição elétrica do edifício
- Outros equipamentos instalados no edifício
- Condições atmosféricas, como por ex.: Trovoadas
Tecnologias / Tipologias de UPS
As modernas UPS dividem-se geralmente em três categorias ou tipologias correspondendo a diferentes tecnologias e concepções de projeto: on-line, line-interactiva e off-line.
Como funciona uma UPS?
Uma UPS é um equipamento elétrico que é instalado entre a alimentação de entrada e os equipamentos eletrónicos, designados como “carga”.
Tem um conjunto de baterias para poder continuar a fornecer energia em caso de corte desta. O período de tempo que uma carga pode ser suportada (autonomia) depende da capacidade das baterias instaladas na UPS.
Quando a alimentação falha, as baterias da UPS garantem um fornecimento limpo e ininterrupto, disponível para manter a carga totalmente operacional durante algum tempo.
A UPS fornece energia durante o tempo suficiente para desligar os sistemas críticos de uma forma segura e racional, evitando a perda/corrupção de dados.
Também protege os computadores e os seus dados de uma variedade de problemas relacionados com a energia elétrica.
Uma UPS é uma ferramenta para garantir a continuidade dos negócios.
Continuidade de serviço
O objetivo é a continuidade do serviço e, para isso, uma UPS geralmente possui um conjunto de características e capacidades que podem criar uma interface de comunicação entre a UPS e a carga e que, além disso, permite ao utilizador monitorizar o seu desempenho e o da bateria.
Um software fácil de utilizar significa que pode personalizar a UPS para funcionar segundo as suas necessidades específicas, incluindo os procedimentos para configurar o desligamento automático da carga.
COMPONENTES BÁSICOS DE UMA UPS
Circuitos conversores e inversores
O tipo, a natureza, o tamanho e a qualidade deste circuito depende do tipo de UPS, e mais especificamente da marca e do modelo que escolher. Como todas as coisas, quão melhor a unidade, maior será a qualidade dos componentes. E, como tudo, a qualidade está muitas vezes relacionada com o preço.
A maioria das modernas UPS são controladas por microprocessadores havendo realmente um pequeno computador embutido dentro de cada UPS e que controla as suas principais funções.
Isto inclui a deteção de falhas de energia AC, comutação entre fontes de energia, monitorização do status da bateria, controlo os indicadores de status, etc.
Se algo ocorrer que configure uma avaria, incluindo falta de autonomia por envelhecimento ou avaria das baterias, contacte o seu fornecedor ou um Centro de Assistência Autorizado da marca para que a UPS seja examinada e/ou os seus componentes substituídos por pessoal qualificado, de modo a evitar danos.
Baterias
Diferente do circuito central da UPS, a outra componente principal são as baterias, que naturalmente tem a energia que é utilizada pela UPS para alimentar os equipamentos. É o tamanho e o número de baterias, mais do que qualquer outra coisa, que determina a dimensão da UPS. O tamanho das baterias também é proporcional à quantidade de energia armazenada e, portanto, a autonomia que a UPS terá para uma determinada carga.
Todas as baterias são avaliadas em termos da sua tensão nominal (em Volts), e da sua capacidade (em amperes/hora, ou “Ah”).
1 Ampere-hora representa a energia suficiente para fornecer 1A de corrente durante uma hora à tensão nominal. Assim, por exemplo, em teoria, uma bateria de 17 Ah/12V pode fornecer a uma determinada carga 17A a 12V durante uma hora, ou 1A a 12V durante 17 horas.
Na prática, a capacidade da bateria depende de quão rápida é a descarga de corrente, ou seja, dizer que uma bateria tem uma capacidade definida, em Ah, implica a sua medida a uma taxa de descarga definida.
Quanto maior o valor em Ah, maior a capacidade da bateria – A maioria dos folhetos de UPS não apresentam a capacidade da bateria diretamente em Ah, nem o seu número de baterias, pelo que deverá consultar o detalhe de especificações, pois é de extrema importância para determinação da sua autonomia.
Algumas UPS têm capacidade de expansão de baterias, o que é muito útil caso se pretenda adicionar cargas ao sistema, ou seja, pode aumentar a autonomia da UPS mediante a adição de baterias que pode adquirir ao fabricante ou revendedor autorizado.
Uma vez que o funcionamento das baterias se baseia numa reação química, todas acabam por se esgotar e falhar – As melhores UPS detetam esta condição por análise da tensão da bateria durante a carga, outras mediante um auto-teste.
Ao longo do tempo, a bateria degrada-se e a sua capacidade diminui, diminuindo portanto o seu tempo de autonomia em caso de falha de energia e capacidade de proteção aos equipamentos.
A vida de uma bateria depende basicamente da quantidade de ciclos de carga e descarga, os quais devem ser no menor número possível, e da temperatura ambiente de trabalho.
Geralmente uma UPS não descarrega as baterias a 100% porque tal reduz drasticamente a sua vida.
Os fabricantes de UPS e os seus revendedores autorizados, por norma, disponibilizam o fornecimento e instalação de baterias de substituição ou ampliação.
Indicadores de Estado
A maioria das UPS possuem uma variedade de indicadores de estado, que normalmente são de duas categorias básicas:
- Os indicadores visuais, que podem ser LED ou visores LCD, e que indicam o estado geral da UPS, assim como condições de avaria.
- Indicadores sonoros, por vezes chamados de alarmes, e que chamam a atenção para situações/problemas específicos.
O número e tipo de indicadores varia de modelo para modelo, como sempre, verifique o manual de utilizador para mais detalhes.
Além desses indicadores de estado simples, os modelos mais evoluídos dispõem de software especial para controlo e monitorização da UPS que, no caso das de maior potência pode ser muito completo e sofisticado.
Recursos Especiais
Controlo e Monitorização de Software e Hardware
Um dos recursos “especiais” mais úteis dos novos modelos de UPS é o software de controlo e monitorização, que fornece informação alargada sobre o seu estado e permite o controlo sobre o modo de operação da unidade.
Atualmente, até as UPS de baixa gama permitem a opção de controlo e monitorização (embora o hardware e o software necessários possam ser, por vezes, um adicional). À medida que a potência da UPS aumenta, mais parâmetros existem para controlar e, portanto, o seu software é mais completo.
A parte de hardware da equação, toma normalmente a forma de um cabo especial que vai de uma porta de interface especial na parte de trás da UPS a uma porta de interface no PC; tradicionalmente, é utilizada para essa função uma porta serie, mas algumas unidades mais recentes podem também utilizar uma porta de interface USB (universal serial bus), ou podem mesmo ser ligadas diretamente numa porta de rede ethernet.
O software utilizado para controlo da UPS varia conforme o fabricante e o modelo, mas geralmente inclui funções nas seguintes categorias gerais:
- Estados: O software irá mostrar vários detalhes sobre o estado da UPS, tais como a sua carga, o estado de carga das baterias, a condição ambiental da UPS (temperatura, humidade, etc.) e as características elétricas de entrada e de saída.
- Registo: O software irá acompanhar a evolução de diversos eventos em curso, como sejam: os auto-testes, as interrupções de energia e outros similares. Esta função é útil para ver, local ou remotamente, por exemplo, com que frequência e por quanto tempo a energia foi interrompida.
- Diagnóstico: O programa de controlo irá permitir que execute vários testes à UPS, ou deixa-o criar um cronograma de testes.
- Alarmes para PC: O software pode ser configurado para enviar notificações para o computador ao qual a UPS está ligada, ou para outro PC da rede, quando a UPS encontra uma condição de problema ou comuta para operação sobre baterias.
- Desligamento Automático: Provavelmente uma das características mais importantes e úteis deste tipo de software (ver caixa).
Auto-Teste (Self-Test)
A maioria das UPS têm a função de auto-teste integrada, a qual faz com que a UPS efetue um auto-teste a quando do seu arranque. O propósito do auto-teste é assegurar que a UPS está a funcionar corretamente.
Periodicamente, mediante uma agenda predefinida (por exemplo: uma vez por semana ou uma vez por mês), podem ser definidos auto-testes à condição das baterias.
Durante o auto-teste às baterias, poderá observar alguns indicadores da UPS a piscar e a unidade pode emitir avisos sonoros, no entanto, tal não deverá provocar nenhum efeito perceptível sobre as cargas protegidas.
Se tiver instalado o software de controlo da UPS, poderá definir a frequência com que a unidade executa auto-testes às baterias e também, geralmente, forçar um auto-teste a pedido – pode ser preciso forçar este procedimento quando, por exemplo, a UPS falhar um auto-teste por ter as baterias descarregadas devido a uma recente falha de energia.
Naturalmente que o auto-teste às baterias é uma funcionalidade importante, mas não substitui um teste real – ligue simplesmente a carga habitual à UPS e em seguida desligue-lhe a alimentação de entrada, verificando então o seu desempenho funcional.
Não deve fazer isso com muita frequência pois, como a UPS alimentará a carga a partir das baterias, tal irá produzir demasiados ciclos de carga/descarga e, ao longo do tempo, reduzir a duração da bateria, porém, deve fazê-lo periodicamente, especialmente se alterar a composição das cargas a proteger.
Aplicações em Paralelo: redundante e de potência
Paralelo redundante em modo N+1:
Em ambientes de grandes empresas onde a fiabilidade é de grande importância, uma única grande UPS é também um ponto único de falha, que pode perturbar muitos outros sistemas.
Para assegurar uma maior fiabilidade, várias UPS (ou módulos de potência de numa UPS) e baterias podem ser integrados de modo a fornecer uma proteção de alimentação redundante equivalente a uma UPS maior.
“N +1” significa que, se a carga for abastecida por N módulos, a instalação irá conter N +1 módulos – desta forma, a falha de um módulo não afetará o funcionamento do sistema.
Multi-Redundância:
Muitos equipamentos permitem a opção de fontes de alimentação redundantes, assim, caso uma das fontes de alimentação falhe, outra ou mais fontes de alimentação asseguram a continuidade de alimentação da carga. Este é um ponto crítico – cada fonte de alimentação, por si só, deve ser capaz de assegurar a totalidade da carga do equipamento.
A redundância é reforçada ligando cada fonte de alimentação a um circuito diferente (ou seja, um disjuntor/fase diferente).
Embora seja prática comum que pessoas desinformadas liguem a ficha de cada uma dessas fontes de energia individual numa única UPS, a proteção redundante deve ser incrementada ligando cada fonte de alimentação à sua própria UPS – Isso proporciona dupla proteção, tanto por falha no fornecimento de energia como por avaria de uma das fontes de alimentação ou de uma das UPS, assegurando deste modo a continuidade da operação. Esta configuração é também referida como redundância em 2N.
Se o orçamento não permite a aquisição de duas UPS, é prática comum ligar uma fonte de alimentação do equipamento à rede de energia elétrica comum e a outra à UPS.
Modo Paralelo Redundante:
Em ambientes críticos onde a fiabilidade é de grande importância, uma única UPS é uma questão de “um ponto global de avaria”.
Para assegurar uma maior fiabilidade, dois módulos idênticos de UPS e baterias podem ser integrados de modo a proporcionar uma proteção redundante equivalente a uma UPS da mesma potência.
“Paralelo redundante” significa que a carga é abastecida por dois módulos UPS – assim, a falha de um módulo não afetará o funcionamento do sistema, porquanto o outro é capaz de assegurar a totalidade da energia consumida pela carga, sem qualquer interrupção ou perturbação.
Modo Paralelo de Potência:
Em ambientes onde a simultaneidade de carga é constantemente variável, é de grande importância dispor de um sistema de UPS que possa crescer à medida que as necessidades de potência crescem.
Para proporcionar maior flexibilidade, dois ou mais módulos de UPS e baterias devem ser capazes de ser integrados em conjunto, de modo a conseguirem disponibilizar uma quantidade de energia equivalente a uma grande UPS com potência igual à soma das potências do conjunto, assegurando a necessária proteção à carga.
“Paralelo de Potência” significa que a carga é alimentada por dois ou mais módulos de UPS – assim, por simples adição de módulos ao sistema de UPS, a potência disponibilizada para a carga pode ser aumentada sem necessidade de novas e diferentes redes e circuitos elétricos, interrupção ou perturbação.
