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Tiempo de funcionamiento del SAI. Cálculo de la duración de la batería del UPS.

Un sistema de alimentación ininterrumpida es un dispositivo diseñado para proteger los equipos conectados a él de cortes de energía a corto y largo plazo, así como de sobretensiones inaceptables en la red.

La duración de la batería de un sistema de alimentación ininterrumpida está influenciada por muchos factores, siendo los principales:

energía de carga conectada al UPS;
número y capacidad de baterías conectadas al UPS;
Diseño del SAI.

Según su diseño, los sistemas de alimentación ininterrumpida se dividen principalmente en dos tipos: SAI con baterías integradas y SAI diseñados para funcionar con baterías externas.

Los UPS con baterías incorporadas no están diseñados para brindar una batería de larga duración. Se utilizan para apagar y apagar equipos (por ejemplo, computadoras personales) de manera rápida y correcta. El tiempo de funcionamiento en modo autónomo de este tipo de SAI no suele ser más de 5 a 15 minutos.

Los UPS diseñados para funcionar con baterías externas pueden proporcionar una larga duración de batería, ya que se les puede conectar una gran cantidad de baterías de alta capacidad. Estos UPS se utilizan, por ejemplo, para construir sistemas de suministro de energía ininterrumpida para casas y chalets privados, y la duración de la batería puede alcanzar dos o más días.

Existen varias formas de calcular la duración de la batería, entre las que se pueden identificar las principales.

Método 1. Cálculo mediante una fórmula simplificada (este método se promedia y da un resultado aproximado).

La fórmula simplificada es la siguiente:

, Dónde:

- Número de baterías;
- Potencia de carga constante, W.

Por ejemplo, una bombilla incandescente de 100 W con una batería de 75 amperios hora funcionará de forma continua durante 9 horas (75 * 12 * 1/100).

Método 2. Cálculo de la duración de la batería del UPS mediante una fórmula refinada.

La fórmula refinada es la siguiente:

Duración de la batería, hora;
- Capacidad de una batería, A*h;
- Voltaje de una batería, V;
- Número de baterías de un grupo;
- Número de grupos de baterías;
- Eficiencia del SAI;
- Se supone que el coeficiente de profundidad de descarga de la batería es de 0,8 – 0,9 dependiendo del tipo y desgaste de las baterías;
- un coeficiente que depende de la temperatura a la que funcionan las baterías (a una temperatura de 25 °C se considera igual a 1, a una temperatura de 0 °C se considera igual a 0,88);
- Coeficiente en función del tiempo de descarga de la batería. Para una descarga de 10 horas, se supone que es igual a uno. La dependencia de este coeficiente se presenta en el siguiente gráfico:

- Potencia de carga media constante, W. Es importante aquí entender qué es. potencia media constante cargas. Por ejemplo, si la carga es un televisor cuyo consumo de energía es de 100 W y si funciona el 30% del tiempo, entonces se supone que la potencia promedio constante de dicha carga es de 30 W.

En general, si, por ejemplo, se calcula un sistema de suministro de energía ininterrumpida para una casa privada, entonces se suma la potencia nominal de todas las cargas y potencia constante promedio se toma igual al 20-25% del valor resultante.

Método 3. Solicite ayuda a los especialistas de nuestra tienda para calcular la duración de la batería.

Si no desea lidiar con fórmulas y números para calcular la duración de la batería, siempre puede obtener asesoramiento calificado de nuestros especialistas.

Nuestros especialistas experimentados no solo calcularán con mayor precisión sus cargas, sino que también calcularán correctamente la duración de la batería basándose en muchos años de experiencia en la construcción de sistemas de suministro de energía ininterrumpida.

Es una garantía integral de la fiabilidad del sistema de suministro eléctrico. Los parámetros del UPS deben ser estrictamente comparables con la carga que se conectará al UPS. De lo contrario, el sistema de alimentación ininterrumpida no aportará el beneficio deseado y el dinero se desperdiciará.

¿Cómo calcular la potencia ininterrumpida? Para hacer esto, es necesario tener en cuenta una serie de parámetros, cuya clave es la potencia. Si compra un UPS que tiene menos potencia en comparación con la carga, simplemente no funcionará. Para calcular con precisión la potencia, es necesario recordar un poco de física.

El factor de potencia de carga, o de otro modo Factor de Potencia, es muy importante a la hora de calcular la potencia de un sistema de alimentación ininterrumpida. Esta figura muestra qué proporción de energía consume realmente la carga, es decir, potencia activa. Si consideramos la carga como una resistencia ideal, entonces en este caso el valor del coeficiente será igual a la unidad, que es el valor máximo. Los condensadores y las bobinas no son consumidores de energía, por lo que para ellos el valor del coeficiente es cero. El equipo puede tener predominio de componentes tanto capacitivos como inductivos.

Los equipos con un componente capacitivo incluyen computadoras y servidores. El componente inductivo está presente en dispositivos con motores eléctricos, puede ser una bomba, aire acondicionado, etc. Esta información es necesaria en el caso de que el UPS proteja equipos de diferentes tipos, ya que para los primeros el factor de potencia tiende a la unidad, y para el segundo está en el rango de 0,8 a 0,9. En este caso, es necesario encontrar el factor de potencia promedio para obtener un resultado preciso.

¿Cómo calcular la potencia de un UPS, conociendo el factor de potencia de la carga? Para calcular la potencia, debes multiplicar la potencia nominal del UPS por el factor de potencia. El resultado de la operación es un número que muestra la potencia activa máxima que puede servir el sistema de alimentación ininterrumpida. Por ejemplo, la potencia del UPS es de 100 kVA y el factor de potencia de carga es 0,9. En este caso, la potencia de carga activa será de 90 kW. La potencia de carga total no debe exceder los 90 kW, y es mejor si es algo menor.

Estas dificultades al calcular la potencia se pueden evitar si se utiliza un sistema de alimentación ininterrumpida como indicador de la potencia de salida. En este caso, el cálculo del sistema de alimentación ininterrumpida se realizará sin errores. Es un gran error comparar potencias expresadas en voltios-amperios y vatios, ya que los valores difieren notablemente.

También se debe tener en cuenta que la potencia consumida por el equipo puede ser ligeramente inferior a la nominal. Esto puede suceder en una variedad de casos. Por ejemplo, si consideramos las computadoras, su potencia en la mayoría de los casos está determinada por la potencia de la fuente de alimentación. Pero no en todos los casos este algoritmo de cálculo es correcto. Entonces, por ejemplo, una computadora puede tener una fuente de alimentación con una potencia de 450 W, pero la potencia total de los componentes de la computadora es de solo 120 W. Puede haber muchas características de este tipo y es necesario tenerlas en cuenta al calcular un sistema de alimentación ininterrumpida.

Otra situación que hay que tener en cuenta para calcular el funcionamiento del SAI está relacionada con el frigorífico. Por ejemplo, puede tener una potencia de 250 W, pero hay que tener en cuenta que el frigorífico no funciona todo el tiempo, sino sólo a determinados intervalos. En este caso, es necesario conocer el consumo eléctrico anual. En los cálculos se debe utilizar este valor dividido por 9. Cabe señalar que la potencia de carga debe calcularse en vatios.

En algunos sitios puede encontrar cálculos de potencia del UPS en línea, pero no pueden proporcionar datos precisos porque no tienen en cuenta esos matices. Si aún decide utilizar dichos servicios, además del resultado obtenido, debe agregar alrededor del 20%. Es importante pensar en la perspectiva de aumentar la potencia de carga. Si la carga aumenta en el futuro, es mejor comprar inmediatamente un UPS más potente. Una situación similar ocurre con los servicios que le permiten calcular el tiempo de funcionamiento de UPS en línea.

Cálculo de batería

Si necesita calcular la capacidad del UPS para una potencia y un tiempo de funcionamiento determinados, se utiliza una fórmula simple:

Capacidad = 100*tiempo*potencia de carga

La duración de la batería se expresa en horas y la potencia de carga en kilovatios. Tenga en cuenta una vez más que la potencia no se expresa en voltios amperios. Por ejemplo, una fuente de alimentación ininterrumpida protege una computadora con una potencia de 500 W (0,5 kW). El sistema de alimentación ininterrumpida debe proporcionar un tiempo de funcionamiento de 2 horas. En tales condiciones, la fórmula para calcular la capacidad de la batería de un UPS toma la siguiente forma:

100*0,5kW*8h=400Ah

Así, para una carga con una potencia de 500 W, para asegurar un funcionamiento durante 8 horas, se requiere una capacidad de batería de 400 Ah. Este cálculo de la capacidad de la batería de un SAI es aplicable a baterías con una tensión de 12 V. Además, hay que tener en cuenta que la fórmula es adecuada para una batería de larga duración, concretamente de 9 a 10 horas. Esto se debe al hecho de que la dependencia de la capacidad de la batería del tiempo de carga no es lineal en todo momento.

Si el tiempo de operación es más corto, entonces se deben hacer correcciones. Esto se debe al hecho de que durante un corto período de tiempo la corriente de descarga es grande y la batería transfiere solo una cierta parte de su capacidad a la carga. Entonces, si necesita un tiempo de trabajo de 30 minutos, entonces el resultado debe dividirse por dos, durante 2 horas reducirse en un 40%, durante 4 horas - 30%, durante 6 horas - 40%. Para determinar el valor exacto es necesario utilizar el valor exacto de eficiencia del inversor que está instalado en el UPS y comparar los datos con la curva de descarga de un determinado tipo de batería.

Una vez encontrada la capacidad total, es necesario calcular la cantidad de baterías para el UPS. Para hacer esto, divida la capacidad total por la capacidad de una batería. En nuestro caso, la capacidad total fue de 400 Ah. Supongamos que la capacidad de una batería es de 50 Ah. En este caso necesitaremos 8 de estas baterías.

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Muchos usuarios están interesados en el tiempo de funcionamiento que puede proporcionar un sistema de alimentación ininterrumpible en particular. ¿Cómo calcular el tiempo de funcionamiento de un sistema de alimentación ininterrumpida? Para ello es necesario conocer la potencia de la carga conectada al UPS, la eficiencia del inversor y la capacidad total de la batería.

El cálculo total de baterías para un SAI es sumamente sencillo. En la mayoría de los casos, los sistemas de alimentación ininterrumpida contienen baterías estándar. Para realizar un cálculo total de baterías para un UPS, debe multiplicar su número por la capacidad de una batería.

Para calcular la duración de la batería de un UPS, se recomienda tomar la eficiencia del inversor igual a 0,85. La potencia total de carga debe expresarse en vatios. Hablamos sobre cómo encontrarlo al principio del artículo.

El tiempo de funcionamiento del UPS se calcula mediante la siguiente fórmula:

Tiempo=capacidad total de la batería*voltaje de la batería*(eficiencia del inversor/potencia de carga)

El valor obtenido es aproximado y puede cambiar durante la vida útil del sistema de alimentación ininterrumpida. El cálculo del tiempo del SAI es aproximado, ya que el tiempo depende del desgaste de la batería y de las condiciones de funcionamiento, principalmente de la temperatura del aire. Por ejemplo, un aumento de la temperatura de un grado después de 40°C reduce la capacidad de la batería en un 5%, lo cual es muy significativo. Para una vida útil máxima, se recomienda reducir la carga del sistema de alimentación ininterrumpida en un 20% por cada 10 grados después de 25°C. O puede organizar un buen sistema de refrigeración y no permitir ningún aumento de temperatura, lo que la fuente ininterrumpida sólo le agradecerá.

Si dichos cálculos le resultan incomprensibles, puede ponerse en contacto con especialistas en este campo o utilizar una calculadora especial: el programa de cálculo de UPS. Sin embargo, en este caso, es necesario utilizar software probado creado por profesionales para evitar errores y una elección incorrecta del UPS. La ventaja de estos programas es el cálculo. Al calcular, puede seleccionar el tipo de núcleo del transformador. Los cálculos tienen en cuenta las pérdidas posibles en el núcleo y los cables de cobre.

Puede haber casos en los que no sean necesarios datos absolutamente precisos. En este caso, puede utilizar tablas especiales que muestran la duración de la batería para varios tipos de sistemas de alimentación ininterrumpida. Estas tablas incluyen el tiempo de funcionamiento en función de la capacidad de las baterías y de la potencia total de carga. De esta forma podrás comparar tus datos con los datos de la tabla y conocer el tiempo aproximado.

Sabiendo cómo calcular un UPS, podrá tomar la elección más correcta de UPS. Ahora ya sabes que la duración de la batería no depende de la potencia del UPS ni del voltaje total de la batería, sino de la capacidad de las baterías. Por lo tanto, a la hora de elegir un UPS, se debe dar preferencia a baterías de mayor capacidad de acuerdo con la potencia dada. Esta elección garantizará la máxima autonomía.

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La potencia nominal de un sistema de alimentación ininterrumpida es uno de los parámetros técnicos más importantes que se deben tener en cuenta a la hora de elegir un SAI. El cálculo incorrecto de la potencia del UPS, como mínimo, conducirá al hecho de que el sistema de alimentación ininterrumpida se sobrecargará constantemente y, por lo tanto, no podrá cumplir su objetivo principal: proteger el equipo. En el peor de los casos, si hay una sobrecarga significativa, el propio UPS puede provocar un corte de energía en la carga crítica.

Cálculo de potencia del UPS. Teoría.

La potencia nominal de un sistema de alimentación ininterrumpida se determina en función de la potencia de la carga conectada a él. Aquí, por carga nos referimos a la potencia total de todos los aparatos eléctricos que se planea conectar al UPS. Por lo tanto, es necesario calcular correctamente la potencia de carga y, según el cálculo, seleccionar una fuente de alimentación ininterrumpida. Una aclaración importante: al calcular, se debe partir tanto de la potencia total como de la activa de la carga. Recordemos algunos datos de un curso de física escolar.

La potencia aparente (unidad VA, VA - voltiamperio) es toda la potencia consumida por la carga. La potencia total consta de dos componentes: potencia activa (unidad de medida W, W - Watt) y potencia reactiva (unidad de medida var, var - voltamperio reactivo). Como regla general, la gran mayoría de cargas tienen componentes tanto activos como reactivos.

– una carga en la que toda la energía consumida se convierte en calor. El componente reactivo de dicha carga es tan pequeño que puede despreciarse. Las cargas activas incluyen varios dispositivos de calefacción (calentadores, elementos calefactores, etc.), lámparas incandescentes, planchas y estufas eléctricas. Como regla general, el fabricante de aparatos eléctricos indica la potencia de dicha carga en vatios.

– todas las demás cargas. Una carga reactiva puede ser de naturaleza inductiva o capacitiva. Un representante típico de una carga con un componente reactivo, que es de naturaleza inductiva, es un motor eléctrico. La potencia total del motor eléctrico P y la potencia activa P a están relacionadas entre sí por el coeficiente cos φ.

El valor de cos φ suele estar indicado en la ficha técnica del producto.

Cálculo de potencia del UPS. Metodología.

Muy a menudo, los fabricantes de sistemas de alimentación ininterrumpida indican la potencia total y activa del UPS en las especificaciones técnicas del equipo. Con menos frecuencia puede encontrar una indicación de la potencia total y el valor del factor de potencia de salida. En este último caso, la potencia activa del UPS se puede calcular mediante la fórmula

Aquí
P – potencia total del UPS
P a – potencia activa del UPS
P F – factor de potencia de salida (indicado en la especificación técnica del sistema de alimentación ininterrumpida)

Para seleccionar el modelo de fuente de alimentación ininterrumpida requerido en función de la potencia, debe calcular la potencia total de los aparatos eléctricos que planea conectar al UPS. El cálculo debe realizarse tanto para la potencia de carga activa como para la total, es decir, al final debe obtener dos cifras: la potencia de carga total (en voltios-amperios) y la potencia de carga activa (en vatios). El algoritmo de cálculo es aproximadamente el siguiente.

1. Haga una lista de los equipos eléctricos que planea conectar al UPS.

2. Determine la potencia total de cada dispositivo utilizando uno de los siguientes métodos

La potencia total la indica el fabricante en la ficha técnica del dispositivo.
Si la potencia activa del equipo está indicada en el pasaporte, calcule la potencia total utilizando la fórmula que se proporciona a continuación.

Aquí
P – potencia total del dispositivo
P a – potencia activa del dispositivo
cos φ – factor de potencia (indicado en el pasaporte del dispositivo). Si cos φ no está indicado en el pasaporte, entonces para el cálculo partimos del hecho de que cos φ = 0,7. Para cargas activas (calefactores, lámparas incandescentes, etc.) cos φ = 1.

3. Nota importante. Si planea conectar un motor eléctrico o un aparato eléctrico que incluye un motor eléctrico al UPS, al calcular la potencia es necesario tener en cuenta las corrientes de arranque. Cualquier motor eléctrico en el momento de su encendido consume mucha más energía que en el modo de funcionamiento nominal. Por lo tanto, para evitar sobrecargar el sistema de alimentación ininterrumpida, el valor de potencia nominal del dispositivo debe multiplicarse por al menos 5, y preferiblemente por 7.

4. Para obtener la potencia total de tu carga, suma los datos obtenidos para todos los dispositivos.

5. De manera similar, calcule la potencia activa de su carga. Para calcular la potencia activa, utilice la siguiente fórmula.

Cálculo de potencia. Regla para elegir un UPS por potencia.

Entonces, recibimos dos valores de la potencia de nuestra carga: potencia total y potencia activa. La regla básica para elegir un UPS por potencia es la siguiente: la potencia nominal del sistema de alimentación ininterrumpida debe ser un 25% mayor que la potencia de su carga. Además, esta regla debería funcionar tanto para la potencia total del SAI como para la potencia activa. Por supuesto, puede elegir un SAI cuya potencia nominal sea igual o ligeramente superior a la potencia de carga. Esta opción es aceptable y funcionará, pero la vida útil de un UPS cargado al 100% será significativamente (varias veces) menor que la vida útil de un UPS cuya carga no exceda el 80% de la carga nominal.

Cálculo de potencia del UPS. Potencia aproximada de algunos aparatos eléctricos.

A continuación se muestran valores aproximados del consumo de electricidad de diversos electrodomésticos.

Electrodomésticos.

Televisor – 80 W.
Lavadora – 500…2000 W.
Frigorífico – 1000 W.
Horno microondas – 1000 W.
Hervidor eléctrico – 2000 W.
Estufa eléctrica – 1000…2000 W.
Aspiradora – 200…3000 W.
Plancha – 400…2000 W.
Lámpara incandescente doméstica – 25…75 W.
Lámpara fluorescente doméstica – 5…30 W.

Tecnología informática.

Enrutador de red, concentrador – 10…20 W.
Unidad de sistema de computadora personal – 200…1000 W.
Unidad del sistema de servidor – 300…1500 W.
Monitor CRT – 15…200 W.
Monitor LCD – 20…60 W.

Publicado por el autor - , - 29 de enero de 2014

Para simplificar, hemos creado calculadoras de cálculo:

Ahora presentemos el algoritmo de cálculo:

1) Determine la potencia de carga total y la corriente de descarga constante.

2) Calculamos la capacidad de batería necesaria para una autonomía determinada.

3) Determinar el tipo de batería.

Ejemplo

Dado: dos tiras de LED con una potencia de 10W cada una y que funcionan a 12V. Autonomía requerida: 10h. Vida útil: un año con uso diario. Condiciones de funcionamiento: temperatura ambiente constante 20 grados.

Encontrar: Baterías mínimas aceptables y óptimas para solucionar el problema.

Solución

1) Potencia total W=10W*2=20W. Corriente de descarga constante: I=20/12=1,67A. Para cálculos precisos, es recomendable medir el consumo actual con un multímetro.

2) Para determinar la capacidad requerida, debe pasar por los siguientes puntos:

A) Para soportar la carga con dicha corriente de descarga, es necesario determinar la capacidad mínima calculada de la batería: 1,67 * 10 = 16,7 Ah.

b) Hay que tener en cuenta que la capacidad de las baterías recargables la indican los fabricantes en función de un tiempo de descarga determinado. Normalmente son 10 horas. Pero algunos fabricantes indican 20 horas. Aquí podemos obtener ayuda con la batería, que puede obtener en nuestro sitio web. Veamos la especificación:

En nuestro caso, el tiempo de funcionamiento de la batería es de 10 horas, por lo que podemos considerar la capacidad igual a la nominal. Sin embargo, si la tarea requiere 5 horas, entonces es necesario tener en cuenta el hecho de que con tal tiempo de descarga la capacidad de la batería será menor (multiplicamos la corriente de descarga por horas: 4,8 A * 5 h = 24 Ah en lugar de 28 ).

En el problema podemos ver que el número planificado de ciclos es 365. La profundidad de descarga máxima aproximada en nuestro caso es de aproximadamente el 57%. Es recomendable tomarlo con reserva; contaremos con un 50% de descarga (las condiciones reales de funcionamiento difieren de las ideales de laboratorio).

Así, introducimos una corrección de 0,5: 16,7/0,8 = 33,4 Ah.

GRAMO) Si estamos ante una temperatura de funcionamiento distinta a la óptima (25 grados), es necesario introducir un factor de corrección, que también podemos tomar de la especificación: