Glossário de tecnologias de condicionamento de energia

Existem muitos produtos oferecidos para resolver problemas de qualidade de energia. Alguns dispositivos, como o pára-raios, são muito bons em fornecer proteção contra um problema específico, enquanto dispositivos como condicionadores de energia podem fornecer proteção contra uma ampla variedade de problemas. O objetivo a seguir é fornecer uma breve visão geral de muitos dos produtos mais comuns usados para proteção da qualidade de energia.

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Autotransformador

Os autotransformadores, ao contrário de um transformador de isolamento, têm as bobinas primária e secundária construídas em um núcleo comum e não oferecem praticamente nada em termos de condicionamento de energia, a menos que sejam integrados a um regulador de tensão ou condicionador de energia. Eles são um meio barato de mudar uma voltagem para outra (por exemplo, converter 208V para 120V).

Bateria (Backup)

Uma bateria é um dispositivo de armazenamento de energia. O coração do no-break é sua bateria ou baterias. As baterias são baterias de chumbo-ácido do tipo seco (seladas) e baterias de chumbo-ácido do tipo úmido (abertas) ou níquel-cádmio. Todas as baterias têm uma vida finita (ciclos de descarga/recarga) que são análogos a um pedaço de pão. O pão pode ser cortado em muitas fatias finas (descarga moderada) ou em poucas fatias mais grossas (descarga profunda). As baterias em aparelhos de condicionamento de energia fornecem backup elétrico em caso de interrupção, porém apresentam custo relativamente alto, capacidade de tempo de correção limitada e vida útil curta.

Transformador Buck-Boost

Normalmente, um pequeno transformador do tipo seco com um primário de dupla voltagem e um secundário de dupla voltagem. A tensão de saída pode ser compensada (diminuída) ou aumentada (aumentada) em 5 a 20% desenergizando o sistema e alterando manualmente a fiação interna da unidade. Essas unidades são boas para ajustar os níveis de tensão de saída quando a tensão de entrada permanece razoavelmente constante. Não tendo capacidade de ajuste automático de tensão, os transformadores buck-boost não oferecem capacidade para corrigir problemas de qualidade de energia, além de flutuações sazonais de tensão.

Transformador de Tensão Constante (CVT) - Veja Transformador Ferrorressonante

Comutador Eletrônico

Também conhecidos como comutadores de taps eletrônicos, os comutadores de taps eletrônicos possuem todos os taps de um isolador ou autotransformador conectados à saída por meio de SCRs (Retificador Controlado por Silício) que atuam como chaves de modo que apenas um tap seja conectado à saída a qualquer momento. Os sensores de tensão de entrada fornecem informações a um microprocessador que controla os SCRs para controlar a tensão de saída.

Também conhecidos como reguladores eletrônicos de tensão ou condicionadores de energia, essas unidades oferecem uma correção de tensão muito rápida porque não possuem partes móveis e podem saltar de um tap para qualquer outro tap não sequencialmente. Por causa dos SCRs e dos controles eletrônicos, algumas versões dessas unidades podem ter limitações de capacidade de sobrecarga e fator de potência.

Transformador Ferrorressonante

O "ferro" ou CVT funciona por ter uma parte de seu núcleo em condição de saturação. Os transformadores criam um campo magnético, ou fluxo, que é função da tensão aplicada. Em grande medida, o fluxo magnético é mais ou menos proporcional à tensão, exceto nos extremos de alta ou baixa tensão. Nesses extremos, uma mudança relativamente grande na voltagem resultará em pouca mudança no fluxo magnético, com o extremo de alta voltagem descrito como sendo a região de "saturação". Uma analogia seria a de ter um grande tanque de água com um pequeno tubo de saída no fundo. À medida que o fluxo de água para dentro do tanque muda, o fluxo de água para fora do pequeno tubo permanece razoavelmente constante devido ao grande volume de água no tanque.

A maioria dos ferros é utilizada em aplicações abaixo de 1,5 kVA, embora existam modelos até 25 kVA.

Ferros podem fornecer boa atenuação de ruído e são muito confiáveis. Por outro lado, os ferros podem adicionar distorção harmônica significativa, têm um problema sério com altas correntes de irrupção (>170%), têm eficiência muito baixa em carga inferior à carga total e tendem a ser muito quentes e barulhentos em operação.

Filtragem Harmônica

A filtragem de harmônicos é a remoção de harmônicos da alimentação de entrada. Os filtros passivos são projetados (sintonizados) para remover harmônicos de frequência e amplitude específicas, mas fornecerão pouca proteção se as características do harmônico mudarem. Os filtros ativos (compensadores) analisam a potência de entrada em busca de desvios da forma de onda desejada. Quando um harmônico é detectado, a unidade sobrepõe um sinal sobre a forma de onda que é o oposto do harmônico que cancela o harmônico. Filtros passivos são relativamente baratos, mas têm uso limitado. Os filtros ativos são caros e são usados em circunstâncias especiais em que os harmônicos se tornam um problema. Na maioria dos casos, os harmônicos são reduzidos a níveis toleráveis por meio de transformadores de isolamento ou outros dispositivos de condicionamento de energia.

Inversor

Um dispositivo que converte energia CC em energia CA. Um componente básico do no-break e alguns outros condicionadores de energia. Por si só, um inversor não tem capacidade de condicionamento de energia.

Transformador de isolação

Um transformador enrolado de forma que cada enrolamento seja eletricamente isolado dos outros enrolamentos, por exemplo, a corrente não passará de um enrolamento para o outro enrolamento por condução. Este isolamento serve para reduzir pequenos transientes e ruídos na entrada de serem transmitidos para a saída. Os transformadores de isolamento geralmente são equipados com blindagem entre o primário e o secundário para suprimir ainda mais ruídos e transientes. Essas unidades são usadas principalmente para aumentar ou diminuir a tensão e oferecem alguma proteção contra ruídos, mas pouco mais em termos de condicionamento de energia.

Condicionador de linha

O termo "condicionador de linha" é mais comumente usado para se referir a um regulador de tensão ou condicionador de energia usado em aplicativos de áudio, vídeo, gráficos e computadores. Enquanto um condicionador de linha normalmente serve ao mesmo propósito que um condicionador de energia, eles tendem a ser para aplicação em classificações de KVA relativamente menores.

Isolamento de linha

Isolamento entre os lados primário e secundário de um transformador de isolamento.

Comutador Mecânico

Os comutadores de derivação mecânicos usam um motor para acionar os componentes mecânicos para alterar as derivações ou alterar a relação de voltas. Geralmente, o motor move um conjunto de escovas ou contatores de uma posição para outra para engatar fisicamente cada derivação.

Os comutadores de derivação mecânicos podem atingir uma regulação de tensão de saída muito precisa ( < 1%) e são relativamente baratos. Por outro lado, esses tipos de unidades são muito lentos em fazer grandes correções de tensão devido a limitações mecânicas e à necessidade de mudar os taps sequencialmente. Dispositivos eletrônicos modernos tendem a exigir tempos de correção muito mais curtos do que aqueles fornecidos por comutadores mecânicos.

Condicionador de energia

O termo "condicionador de energia" em uso comum refere-se a um regulador de tensão que possui recursos além da simples regulação de tensão. Freqüentemente, os condicionadores de energia também fornecem vários graus de isolamento de linha, atenuação de ruído, supressão de surto, filtragem harmônica, balanceamento de fase, etc.

Primário secundário

Primário refere-se à entrada de um transformador e secundário refere-se à saída.

Retificador

Faixa de entrada

Um dispositivo que converte energia CA em energia CC. Um componente básico do no-break e alguns outros condicionadores de energia. Por si só, um retificador não tem capacidade de condicionamento de energia.

Sag Ride-Through

Os produtos Sag ride-through são dispositivos projetados para neutralizar (ride-through) os afundamentos elétricos. As tecnologias para realizar isso podem ser divididas em tipo de armazenamento de energia e tipo de armazenamento sem energia.

Os dispositivos do tipo armazenamento de energia armazenam energia elétrica ou mecanicamente e descarregam essa energia para aumentar ou aumentar completamente a tensão quando ocorre uma queda. Esses tipos de dispositivos armazenam energia em capacitores, baterias ou massas rotativas. Esses tipos de dispositivos são caros e têm limitações quanto ao tempo ou frequência com que podem corrigir afundamentos.

Dispositivos do tipo armazenamento sem energia extraem corrente extra do sistema, mesmo em tensões extremamente baixas, para sintetizar a tensão necessária para neutralizar uma queda. Esses tipos de dispositivos são substancialmente mais baratos e alguns podem fornecer correção de afundamento sem limitações de tempo ou frequência de ocorrência.

Supressor de sobretensão (supressor)

Os pára-raios são geralmente varistores de óxido de metal (MOV) que cortam (truncam) tensões acima de um limite predeterminado. Essencialmente um resistor não linear, o pára-raios é colocado entre uma fase e o terra. Em níveis normais de tensão, a resistência do pára-raios é muito alta, de modo que uma corrente insignificante flui para o solo. Em níveis de tensão acima do limite, a resistência do pára-raios torna-se tão baixa que efetivamente cria um curto-circuito, desviando assim o poder prejudicial do surto para o solo. Os pára-raios fornecem proteção valiosa contra níveis de tensão perigosos.

Toque em Alterar

O processo de mudança de torneiras em um transformador para ajustar a tensão de saída.

Para mudar as derivações em um transformador típico, a unidade deve ser desenergizada e isolada, a unidade aberta e a fiação ou cabo movido fisicamente de um conjunto de derivações para outro conjunto de derivações. As unidades são conhecidas como comutadores sem carga.

As unidades que podem mudar os taps enquanto mantêm a energia para uma carga são conhecidas como comutadores de tap em carga ou on-line. Normalmente, são unidades mecânicas ou eletrônicas.

Torneiras

A função normal de um transformador é alterar um nível de tensão de entrada para um nível de tensão de saída diferente, por exemplo, 480v para 208v. A relação de transformação de tensão é determinada pelo número de "voltas" nos lados primário e secundário do transformador (relação de voltas). Como as tensões exatas em qualquer aplicação podem variar, os transformadores são frequentemente fornecidos com "derivações", que permitem que a relação de espiras seja ajustada. Uma derivação é simplesmente uma conexão elétrica a uma bobina de transformador. Tendo taps acima e abaixo do número nominal de voltas para uma determinada bobina, a relação de voltas pode ser alterada e a tensão de saída alterada. Com dois taps de 2,5% acima e dois abaixo da relação nominal de espiras, a tensão de saída pode ser ajustada em até ±5%.

TVSS

Supressor de surto de tensão transiente. Consulte Supressor de sobretensão.

Fonte de alimentação ininterrupta - UPS

Para pequenas aplicações monofásicas, a fonte de alimentação ininterrupta (UPS) é frequentemente o condicionador de energia escolhido. A UPS pode fornecer condicionamento de energia, bem como backup de bateria em caso de interrupção de energia. Isso permite tempo para a interrupção ou para o backup seguro ou desligamento dos sistemas. A UPS deve ser dimensionada para o pico de corrente exigido pelos dispositivos a jusante e, em seguida, para o período de tempo em que a corrente de carga total é necessária para a operação ou desligamento do sistema. O tamanho físico e o custo do UPS crescem rapidamente à medida que o tamanho da carga e o "tempo da bateria" aumentam. Em grandes aplicações trifásicas, a UPS pode crescer para unidades do tamanho de uma sala, exigindo manutenção sofisticada e sistemas de monitoramento para prolongar a vida útil das baterias. A substituição da bateria em um no-break pode ser necessária em apenas 2 anos, pode custar até 65% do custo inicial da unidade e, dependendo do tipo de bateria, pode exigir o descarte especial das baterias antigas.

As UPS vêm em quatro versões básicas: a standby (ou off-line), a linha interativa, a ferrorressonante e a dupla conversão.

O no-break standby oferece proteção apenas em caso de queda prolongada ou interrupção. Em seu modo normal, a bateria e o inversor do no-break standby estão desligados e os dispositivos a jusante operam com energia de linha não condicionada. Quando ocorre uma queda ou interrupção, um interruptor mecânico liga o no-break para que ele possa fornecer energia aos dispositivos a jusante. Assim que o evento for eliminado, o no-break volta ao modo de carregamento em espera. Muitos no-breaks standby também incorporam proteção contra surtos. Esses tipos de unidades são usados com mais frequência para proteger dispositivos individuais, como estações de trabalho.

A linha interativa funciona da mesma forma que o no-break standby, mas adiciona a capacidade de fornecer algum grau de regulação de tensão (buck-boost) da energia da linha para os dispositivos a jusante.

O no-break ferrorressonante substitui a porção buck-boost do no-break interativo de linha por um transformador ferrorressonante para fornecer um grau mais alto de condicionamento de energia da linha de energia para os dispositivos a jusante.

O no-break de dupla conversão fornece o mais alto grau de condicionamento de energia de qualquer no-break. Enquanto os três tipos anteriores de UPS utilizam apenas as baterias e o inversor em caso de queda ou interrupção, o UPS de dupla conversão usa dois inversores. Este no-break recebe energia CA de entrada, converte-a em CC e, em seguida, converte-a de volta em energia CA. No caso de uma queda ou interrupção, o inversor de saída usa energia da bateria DC para fornecer a carga. A dupla conversão, com o backup fornecido pelas baterias, pode eliminar muitos problemas de qualidade de energia, no entanto, essa capacidade vem com um alto custo inicial, custo operacional e custo de manutenção.

Regulação de tensão

Uma das principais funções dos reguladores de tensão e condicionadores de energia é manter o nível de tensão visto pelos dispositivos a jusante dentro de um determinado conjunto de limites. Normalmente, as unidades especificam "regulação de entrada" ou "faixa de entrada" e "regulação de saída". Por exemplo, uma unidade pode ter uma faixa de entrada de +10%/-25% e uma regulação de ±5%. Isso significa que, se a tensão de entrada estiver dentro da tensão nominal mais 10% e da tensão nominal menos 25%, a unidade regulará a tensão de saída dentro da tensão nominal mais ou menos 5%. Se a tensão nominal for de 480 volts, desde que a tensão de entrada não seja superior a 528 volts e não seja inferior a 360 volts, a tensão de saída estará entre 504 e 456 volts. Tanto a faixa de entrada quanto a regulação variam de acordo com o fabricante, a tecnologia e a faixa de preço. Grandes faixas de entrada e pequenas faixas de regulação tendem a ter preços mais altos e vice-versa. A maioria das aplicações pode ser satisfeita com uma regulação de ±3 a 5%.

Os reguladores mecânicos de tensão com comutação de derivação frequentemente oferecem regulação de saída na faixa de ±1/2 a 1%, no entanto, esses tipos de unidades têm um tempo de resposta significativamente mais lento do que outras tecnologias.

Regulador de voltagem

Um regulador de tensão, como o nome indica, regula a tensão. A tensão de entrada para o regulador é ajustada de modo que o nível de tensão de saída caia dentro de um determinado intervalo.

Estabilizador de voltagem

O equivalente britânico do Voltage Regulator.