Watts e Volt-Amperes: Confusão em potência

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Rayssa Sabala
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1 Watts e Volt-Amperes: Confusão em potência Por Neil Rasmussen Aplicação Técnica n.º 15

2 Resumo Executivo Esta nota ajuda a explicar as diferenças entre Watts e VA e explica de que forma os termos são utilizados correcta e incorrectamente na especificação de equipamento de protecção da alimentação eléctrica. 2

3 Introdução Esta nota ajuda a explicar as diferenças entre Watts e VA e explica de que forma os termos são utilizados correcta e incorrectamente na especificação de equipamento de protecção da alimentação eléctrica. Muitas pessoas fazem confusão quanto à distinção entre medições em Watts e em Volt-Amperes (VA) para o dimensionamento das cargas da UPS. Muitos dos fabricantes de UPSs e de equipamento de carga acrescentam ainda mais confusão ao não efectuar a distinção entre estas medições. Informações base A potência consumida pelo equipamento informático é expressa em Watts ou Volt-Amperes (VA). A potência em Watts é a potência real consumida pelo equipamento. Os Volt-Amperes são chamados de potência aparente e são o produto da tensão aplicada ao equipamento multiplicada pela corrente consumida pelo equipamento. As classificações em Watts e em VA têm uma utilização e finalidade. A classificação em Watts determina a potência real contratada junto da empresa de serviços públicos e a carga de calor gerada pelo equipamento. A classificação em VA é utilizada para dimensionar a cablagem e os disjuntores. As classificações em VA e Watts de alguns tipos de cargas eléctricas, tais como as lâmpadas incandescentes, são iguais. No entanto, para o equipamento informático, as classificações em Watts e em VA podem diferir significativamente, sendo a classificação em VA sempre igual ou superior à classificação em Watts. O rácio entre as classificações em Watts e VA é designado por Factor de Potência e é expresso como um número (por exemplo, 0,7) ou como uma percentagem (por exemplo, 70%). A classificação em Watts para um computador pode não ser igual à classificação em VA Todos os equipamentos de Tecnologias de Informação, incluindo os computadores, utilizam fontes de alimentação de comutação electrónica. Existem dois tipos básicos de fontes de alimentação de comutação para computadores, denominadas 1) fontes de alimentação com correcção do factor de potência ou 2) fontes de alimentação capacitivas. Não é possível determinar qual o tipo de fonte de alimentação utilizado através da inspecção do equipamento, além de que estas informações não são normalmente fornecidas nas especificações do equipamento. As fontes de alimentação com correcção do factor de potência ou PFC (Power Factor Corrected) foram introduzidas em meados da década de 1990 e têm a característica de as classificações em Watts e em VA serem iguais (factor de potência entre 0,99 e 1,0). As fontes de alimentação capacitivas têm a característica de a classificação em Watts se situar no intervalo 0,55 a 0,75 vezes superior à classificação em VA (factor de potência entre 0,55 e 0,75). Todos os equipamentos informáticos de grandes dimensões, tais como routers, switches, array de discos e servidores construídos a partir de 1996 utilizam fontes de alimentação com correcção do factor de potência e, consequentemente, para este tipo de equipamento, o factor de potência é igual a 1. 3

4 Os computadores pessoais, os pequenos concentradores e os acessórios para computadores pessoais têm normalmente fontes de alimentação capacitivas; consequentemente, para este tipo de equipamento o factor de potência é inferior a um e, normalmente, encontra-se perto do valor 0,65. O equipamento informático de maior porte construído antes de 1996 também utiliza normalmente este tipo de fonte de alimentação e tem um factor de potência inferior a um. A classificação de potência da UPS As UPSs têm uma classificação máxima em Watts e uma classificação máxima em VA. Não poderá ser excedida tanto a classificação em Watts como em VA. É uma norma aceite na indústria que a classificação em Watts é, aproximadamente, 60% da classificação em VA para os sistemas UPS pequenos, sendo este o factor de potência normal das cargas normais de computadores pessoais. Em alguns casos, os fabricantes de UPSs publicam apenas a classificação em VA da UPS. Para as UPSs pequenas concebidas para cargas de computadores que tenham apenas a classificação em VA, é apropriado partir do princípio de que a classificação em Watts da UPS seja 60% da classificação em VA publicada. Para os sistemas UPS maiores, está a tornar-se cada vez mais comum centrar a atenção na classificação em Watts da UPS e ter classificações em Watts e em VA iguais para as UPSs, uma vez que as classificações em Watts e em VA das cargas típicas são iguais. Para obter uma descrição mais abrangente das questões relacionados com o factor de potência de grandes sistemas e centros de dados, consulte a Aplicação Técnica n.º 26 Hazards of Harmonics and Neutral Overloads da APC. Exemplos de locais onde pode ocorrer um problema de dimensionamento Exemplo n.º 1: Considere o caso de uma UPS normal de 1000VA. O utilizador deseja alimentar um aquecedor de 900W com a UPS. O aquecedor tem uma classificação em Watts igual a 900W e uma classificação em VA igual a 900VA com um factor de potência igual a 1. Apesar de a classificação em VA da carga ser igual a 900VA, o que está dentro da classificação em VA da UPS, a UPS provavelmente não irá conseguir alimentar esta carga. Isto deve-se ao facto de a classificação de 900W da carga exceder a classificação em swatts da UPS, a qual será muito provavelmente igual a 60% de 1000VA ou cerca de 600W. Exemplo n.º 2: Considere o caso de uma UPS de 1000VA. O utilizador deseja alimentar um servidor de ficheiros de 900VA com a UPS. O servidor de ficheiros tem uma fonte de alimentação com correcção do factor de potência, pelo que tem uma classificação em Watts igual a 900W e uma classificação em VA igual a 900VA. Apesar de a classificação em VA da carga ser 900VA, o que está dentro da classificação em VA da UPS, a UPS não irá conseguir alimentar esta carga. Isto deve-se ao facto de a classificação de 900W da carga exceder a classificação em Watts da UPS, a qual é igual a 60% de 1000VA ou cerca de 600W. 4

5 Como evitar erros de dimensionamento A utilização do selector de UPSs da APC em poderá ajudar a evitar esses problemas, uma vez que os valores de potência da carga são verificados com base no equipamento especificado. Além disso, o selector garante que não é excedida qualquer uma das classificações em Watts ou VA. As classificações de potência do equipamento são muitas vezes expressas em VA, o que torna difícil saber as classificações em Watts. Se utilizar as classificações de potência do equipamento para o dimensionamento, o utilizador poderá configurar um sistema que parece estar dimensionado correctamente com base nas classificações em VA, mas que na realidade excede a classificação em Watts da UPS. Ao dimensionar a classificação em VA de uma carga de forma a não ser superior a 60% da classificação em VA da UPS, é impossível exceder a classificação em Watts da UPS. Assim, a menos que tenha a certeza absoluta das classificações em Watts das cargas, a abordagem mais segura é manter a soma das classificações de potência das cargas abaixo de 60% da classificação em VA da UPS. Tenha em atenção que este tipo de dimensionamento convencional irá normalmente resultar numa UPS sobredimensionada e autonomias superiores ao esperado. Se for necessária a optimização do sistema e uma autonomia precisa, utilize o selector de UPSs da APC em Conclusão Muitas vezes, as informações relativas ao consumo de corrente nas cargas dos computadores não estão especificadas de uma forma que permita o dimensionamento fácil de uma UPS. É possível configurar sistemas que parecem estar dimensionados correctamente mas que, na realidade, sobrecarregam a UPS. Ao sobredimensionar ligeiramente a UPS comparativamente às classificações de potência do equipamento, garante-se o funcionamento correcto do sistema. O sobredimensionamento também possibilita o benefício acrescido de proporcionar um tempo de autonomia maior na UPS. 5

6 Leitura relacionada Para obter mais informações sobre a temática relativa ao factor de potência e a forma como este se relaciona com as cargas não lineares, consulte o seguinte: IEEE GUIDE TO HARMONIC CONTROL AND REACTIVE COMPENSATION OF STATIC POWER CONVERTERS (IEEE Std ) The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., 345 E 47th Street, New York, NY GUIDELINE ON ELECTRICAL POWER FOR ADP INSTALLATIONS (FIPS PUB 94 September 21, 1983) U.S. Dept. of Commerce, National Technical Information Service, 5285 Port Royal Road, Springfield, VA Acerca do autor: Neil Rasmussen é um dos fundadores da American Power Conversion e ocupa actualmente o cargo de Director Técnico. Na APC, Neil Rasmussen administra o maior orçamento para investigação e desenvolvimento votado à infra-estrutura de alimentação, arrefecimento e bastidores para redes críticas, estando os principais centros de desenvolvimento de produtos situados em Massachusetts, Missouri, Dinamarca, Rhode Island, Taiwan e Irlanda. Neil Rasmussen lidera actualmente o esforço da APC no sentido de desenvolver soluções de centros de dados modulares e escaláveis. Antes de fundar a APC em 1981, Neil Rasmussen obteve o Bacharelato e o Mestrado pelo MIT em Engenharia Electrotécnica, no qual elaborou uma tese baseada na análise de uma fonte de alimentação de 200 MW para um reactor Tokamak Fusion. Entre 1979 e 1981 trabalhou no MIT Lincoln Laboratories em sistemas de armazenamento de energia de roda livre e em sistemas solares de alimentação eléctrica. 6

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