Infraestrutura de alto desempenho e
confiabilidade para sistemas de missão critica
Eng. José Luiz De Martini
Agosto 2012
Quem já ouviu esta vinheta ?
.... Estivemos fora do ar devido a falta de energia elétrica
em nossos transmissores ......
Quem já ouviu esta vinheta ?
.... Estivemos fora do ar devido a falta de energia elétrica
em nossos transmissores ......
- Falta ou interrupção de energia.
- Operações “on-line”.
- Qualidade no fornecimento.
- Riscos para dados e equipamentos de alto valor.
Quem já ouviu esta vinheta ?
.... Estivemos fora do ar devido a falta de energia elétrica
em nossos transmissores ......
- Falta ou interrupção de energia.
- Operações “on-line”.
- Qualidade no fornecimento.
- Riscos para dados e equipamentos de alto valor.
- Missão critica.
Soluções para Missão Critica.
 Conceitos, especificações, requerimentos para Infraestruturas de
suporte a sistemas de Telecomunicação e Informação
Conceitos Básicos
 Continuidade do serviço.
Conceitos Básicos
 Continuidade do serviço.
 Qualidade e eficiência dos sistemas.
Conceitos Básicos
 Continuidade do serviço.
 Qualidade e eficiência dos sistemas.
 Dimensionamento com solução modular.
 Capex e Opex adequados.
Aplicação
Os conceitos de disponibilidade e confiabilidade devem ser tratados
em todos os sistemas da infraestrutura:
 Instalações Elétricas.
 Arquitetura e Construção Civil.
 Ar Condicionado de Precisão e conforto.
 Monitoramento e Supervisão de Sites.
 Detecção e Combate a Incêndio.
 Segurança, CFTV e Controle de acesso e proteção.
Redundância, disponibilidade e
confiabilidade.
Redundância, disponibilidade e
confiabilidade.
• Redundância = (N + r) significa um sistema suprido por N recursos
onde r recursos podem sair de serviço, sem que a capacidade seja
afetada.
Redundância, disponibilidade e
confiabilidade.
• Redundância = (N + r) significa um sistema suprido por N recursos
onde r recursos podem sair de serviço, sem que a capacidade seja
afetada.
• Disponibilidade depende do desenho da instalação e tempo médio
de falha e de reposição.
• A = MTBF / ( MTBF+MTTR)
Redundância, disponibilidade e
confiabilidade.
• Redundância = (N + r) significa um sistema suprido por N recursos
onde r recursos podem sair de serviço, sem que a capacidade seja
afetada.
• Disponibilidade depende do desenho da instalação e tempo médio
de falha e de reposição.
• A = MTBF / ( MTBF+MTTR)
• Confiabilidade depende do tempo da missão.
– De forma simplificada:
R = e ^ (- (1/MTBF) T)
Onde
R = Confiabilidade
•
e = logaritmo natural
•
T = tempo de missão
Exigências fundamentais
Exigências fundamentais
Nível
1
Condição
Exigência ou Solução
- Podemos programar paradas de
manutenção.
- Não há prejuízos reais em
paradas intempestivas
- Fontes singelas.
- Vias simples de alimentação
Exigências fundamentais
Nível
Condição
Exigência ou Solução
1
- Podemos programar paradas de
manutenção.
- Não há prejuízos reais em
paradas intempestivas
- Fontes singelas.
- Vias simples de alimentação
2
- Podemos programar parada de
manutenção anualmente.
- Os custos são ponderáveis em
caso de parada intempestiva
- Fontes singelas redundantes.
- Vias simples de alimentação
Exigências fundamentais
Nível
Condição
Exigência ou Solução
1
- Podemos programar paradas de
manutenção.
- Não há prejuízos reais em
paradas intempestivas
- Fontes singelas.
- Vias simples de alimentação
2
- Podemos programar parada de
manutenção anualmente.
- Os custos são ponderáveis em
caso de parada intempestiva
- Fontes singelas redundantes.
- Vias simples de alimentação
3
- Não podemos programar
paradas para manutenção.
- Os prejuízos em caso de
interrupções são imponderáveis
- Fontes redundantes.
- Vias alternativas de
alimentação.
Exigências fundamentais
Nível
Condição
Exigência ou Solução
1
- Podemos programar paradas de
manutenção.
- Não há prejuízos reais em
paradas intempestivas
- Fontes singelas.
- Vias simples de alimentação
2
- Podemos programar parada de
manutenção anualmente.
- Os custos são ponderáveis em
caso de parada intempestiva
- Fontes singelas redundantes.
- Vias simples de alimentação
3
- Não podemos programar
paradas para manutenção.
- Os prejuízos em caso de
interrupções são imponderáveis
- Fontes redundantes.
- Vias alternativas de
alimentação.
 Segurança pode não ter preço, mas tem custo!
Especificações Nível 1
Aplicam-se onde existem condições para pelo menos duas paradas
programadas anuais e eventuais desligamentos imprevistos não
ocasionam perdas financeiras ou de imagem do negocio.
Possuem uma única via de alimentação de energia e componentes
singelos de ar condicionado.
Não possuem componentes redundantes.
Especificações Nível 1
Aplicam-se onde existem condições para pelo menos duas paradas
programadas anuais e eventuais desligamentos imprevistos não
ocasionam perdas financeiras ou de imagem do negocio.
Possuem uma única via de alimentação de energia e componentes
singelos de ar condicionado.
Não possuem componentes redundantes.
Podem ser usadas para serviços com tempo curto de missão.
Especificações Nível 2
Aplicam-se onde existem condições para paradas programadas e
eventuais desligamentos imprevistos ocasionam prejuízos mas estes
são ponderáveis e não prejudicam a imagem do negocio.
São projetados com uma única via de alimentação de energia e
componentes redundantes de energia.
Especificações Nível 2
Aplicam-se onde existem condições para paradas programadas e
eventuais desligamentos imprevistos ocasionam prejuízos mas estes
são ponderáveis e não prejudicam a imagem do negocio.
São projetados com uma única via de alimentação de energia e
componentes redundantes de energia.
Solução adequada na maioria das aplicações onde exige-se
confiabilidade, mas com possibilidade de parada parciais para
manutenção.
Modelo Nível 2
Fonte CA
Comum A
Fonte CA Comum
B
UPS "A"
UPS "B"
Distribuição com
Chave Estatica
Equipamento
Classe B
Suprimento de energia para cargas Classe
B, com UPS formando um "dual bus"
Especificações Nível 3 ou Nível 4
Onde não existem condições para paradas programadas e eventuais
desligamentos imprevistos ocasionam prejuízos imponderáveis, não só
financeiros mas na imagem do negocio.
O projeto depende de múltiplas fontes de alimentação e distribuição,
com componentes redundantes, com duas ou mais vias, ativas ou não,
propiciando permissão para manutenção e tolerância a falhas.
Nível 4: Com alta tolerância a falhas, obtida por vias independentes e
sempre ativas.
Modelo Nível 3.
Fonte CA
Comum A
Fonte CA
Comum B
Fonte CA
Comum C
UPS "A"
UPS "B"
UPS "C"
Distribuição
com Chave
Estatica
Distribuição
com Chave
Estatica
Equipamento
Classe A
Suprimento de energia para cargas Classe A, com UPS
formando um tri-bus
Suprimento de energia – Rede Publica.
Suprimento de energia – Rede Publica.
Fonte básica de fornecimento de energia.
• Baixa confiabilidade por influencia de agentes externos.
• Interruptivel para manobras e manutenções.
• Maior parte das áreas em redes aéreas sem circuitos seletivos.
Suprimento de energia – Rede Publica.
Fonte básica de fornecimento de energia.
• Baixa confiabilidade por influencia de agentes externos.
• Interruptivel para manobras e manutenções.
• Maior parte das áreas em redes aéreas sem circuitos seletivos.
Formas de contratação.
• Em baixa tensão (220 ou 380 V).
• Em média tensão, 11,4 a 34,5 kV, tipicamente até 2500 kW.
• Em alta tensão (88 a 138 kV), acima de 2500 kW.
Suprimento de energia – Rede Publica.
Tarifas.
• Quando em baixa tensão – valores por kWh, sem contrato de
demanda.
• Quando em média e alta tensão – valores de demanda contratada e
consumo em kWh.
Modalidades
• Convencional – independe do horário de utilização (< 300 kW)
• Horo sazonal ( período de ponta – 17h30 as 20h30 ).
• THS – Azul – uso intenso no horário de ponta.
• THS – Verde – uso leve ou moderado no horário de ponta.
Suprimento de energia – Rede Publica.
Tarifas.
• Quando em baixa tensão – valores por kWh, sem contrato de
demanda.
• Quando em média e alta tensão – valores de demanda contratada e
consumo em kWh.
Modalidades
• Convencional – independe do horário de utilização (< 300 kW)
• Horo sazonal ( período de ponta – 17h30 as 20h30 ).
• THS – Azul – uso intenso no horário de ponta.
• THS – Verde – uso leve ou moderado no horário de ponta.
Opção
• Aquisição no mercado livre ou incentivado.
Geração Própria – Diesel.
Produção de energia elétrica por meio de grupos geradores com
motores a Diesel para suprir faltas da concessionária ou operação em
ilha, comum na realização e transmissão de eventos.
Geração Própria – Diesel.
Produção de energia elétrica por meio de grupos geradores com
motores a Diesel para suprir faltas da concessionária ou operação em
ilha, comum na realização e transmissão de eventos.
Em instalações
fixas podem
formar usinas
configuradas
em modelos de
redundância de
alta capacidade
e
disponibilidade.
Suprimento de energia – rede / gerador.
Como as manobras rede-gerador são independentes nos Barramentos
1 ou 2, há permissão para manutenção concorrente e tolerância a
falhas.
Fonte Externa 1
Fonte Externa 2
Proteção Fonte 1
Proteção Fonte 2
Barramento 1 (Fonte
1 e Gerador)
Barramento 3
(Todas as fontes)
Combinando fontes externas com geração própria.
Barramento 2
(Fonte 2 e Gerador)
Geração
Própria
Operação – Rede & Gerador
Operação – Rede & Gerador
Interrupção.
• Falha da concessionária .
• Tempo de partida do motor Diesel.
• Tempo de transferência .
Operação – Rede & Gerador
Interrupção.
• Falha da concessionária .
• Tempo de partida do motor Diesel.
• Tempo de transferência .
Retorno da concessionária.
• Tempo de estabilização.
• Transferência aberta ~ 5 segundos .
• Transferência fechada em rampa, sem interrupção.
Operação – Rede & Gerador
Interrupção.
• Falha da concessionária .
• Tempo de partida do motor Diesel.
• Tempo de transferência .
Retorno da concessionária.
• Tempo de estabilização.
• Transferência aberta ~ 5 segundos .
• Transferência fechada em rampa, sem interrupção.
Sistema complementares de estabilização do fornecimento.
• Sem comutação ou tempo de partida ou transferência.
• Usinas de cogeração
• Sistemas de energia ininterrupta (UPS)
Cogeração – Uso de gás natural.
Consiste na produção combinada de energia elétrica e água gelada
elevando a eficiência do sistema e reduzindo o custo de energia.
Cogeração – Uso de gás natural.
Consiste na produção combinada de energia elétrica e água gelada
elevando a eficiência do sistema e reduzindo o custo de energia.
Cogeração – Uso de gás natural.
Consiste na produção combinada de energia elétrica e água gelada
elevando a eficiência do sistema e reduzindo o custo de energia.
Utilizado para regular a qualidade do
fornecimento e continuidade do
serviço.
Cogeração – Uso de gás natural.
Neste exemplo para uma demanda de 1300 kW, com operação 24h x 7
dias, incluindo custos de remuneração de investimento.
Cogeração – Uso de gás natural.
Neste exemplo para uma demanda de 1300 kW, com operação 24h x 7
dias, incluindo custos de remuneração de investimento.
Esta solução eleva o custo operacional em 20%, mas
com reais benefícios quanto a qualidade do serviço.
Operação – Rede & Gerador
Interrupção.
• Falha da concessionária .
• Tempo de partida do motor Diesel.
• Tempo de transferência .
Retorno da concessionária.
• Tempo de estabilização.
• Transferência aberta ~ 5 segundos .
• Transferência fechada em rampa, sem interrupção.
Operação – Rede & Gerador
Interrupção.
• Falha da concessionária .
• Tempo de partida do motor Diesel.
• Tempo de transferência .
Retorno da concessionária.
• Tempo de estabilização.
• Transferência aberta ~ 5 segundos .
• Transferência fechada em rampa, sem interrupção.
Sistema de energia Ininterrupta. (UPS)
• Sem comutação ou tempo de partida ou transferência.
• UPS (no-break).
• Estáticos (eletrônicos com baterias)
• Dinâmicos – fly wheel.
Solução com UPS Estática & Baterias.
Solução com UPS Estática & Baterias.
Solução com UPS Estática & Baterias.
• Solução convencional e amplamente utilizada, incluindo UM.
• Bom custo de aquisição até 2 MW.
• Unidades modulares oferecem bom rendimento em cargas variáveis
Solução com UPS Estática & Baterias.
•
•
•
•
Solução convencional e amplamente utilizada, incluindo UM.
Bom custo de aquisição até 2 MW.
Unidades modulares oferecem bom rendimento em cargas variáveis
Principal problema: Baterias – vida útil e confiabilidade
Opção: UPS Estática,Baterias e Flywheel
Opção: UPS Estática,Baterias e Flywheel
Opção: UPS Estática,Baterias e Flywheel
Opção: UPS Estática,Baterias e Flywheel
Opção: UPS Estática,Baterias e Flywheel
• Mesmo tipo e padrão de UPS Estático.
• Eleva a vida das baterias, ocupa menor espaço.
• Reduz o risco das baterias quanto a confiabilidade
Opção: UPS Estática e Flywheel
Opção: UPS Estática e Flywheel
• A energia fornecida pelo Fly-wheel com frequência
variável é retificada e enviada à carga por meio de um
inversor com características constantes de frequência.
• Não emprega baterias.
• Boa opção entre 300 a 1200 kW.
Solução com UPS Dinâmico.
Solução com UPS Dinâmico.
Solução com UPS Dinâmico.
Conjunto completo com acoplamento mecânico direto entre
o Motor Diesel, o bloco de Inércia e o Alternador. A parte em
amarelo é o “fly-wheel” que armazena energia em
velocidade até quatro vezes maior que a o alternador.
Solução com UPS Dinâmico.
A rede é acoplada em paralelo com o alternador por meio
de um reator cuja impedância e ajuste do ângulo de fase,
neutraliza influencias da carga quanto ao fator de potencia e
demais perturbações na entrada do sistema
Solução com UPS Dinâmico.
Para potencias maiores ou maior disponibilidade os
conjuntos podem ser associados em paralelo.
No caso 3 conjuntos em configuração 2+1.
Solução com UPS Dinâmico – M. Tensão.
Podem ser conectado em média tensão atingindo
capacidade suficiente para atender a grandes complexos.
Recomendações para projeto.
• O Planejamento do empreendimento deve considerar
soluções adequadas e principalmente previsões orçamentárias
corretas, avaliando Custo Inicial e Operacional;
Recomendações para projeto.
• O Planejamento do empreendimento deve considerar
soluções adequadas e principalmente previsões orçamentárias
corretas, avaliando Custo Inicial e Operacional;
• Justificar o orçamento com planilhas e informações
completas quanto a rendimento, manutenção, reposição de
componentes e vida útil;.
Recomendações para projeto.
• O Planejamento do empreendimento deve considerar
soluções adequadas e principalmente previsões orçamentárias
corretas, avaliando Custo Inicial e Operacional;
• Justificar o orçamento com planilhas e informações
completas quanto a rendimento, manutenção, reposição de
componentes e vida útil;.
• Criar um quadro de avaliação de
riscos, dividindo a responsabilidade
quanto a decisão tomada, de forma
clara e agnóstica;
• Propor ou tomar as decisões após
adequado período de maturação do
conhecimento e atualização quanto
ao mercado.
Questões !!
Eng. José Luiz De Martini
Obrigado!
Eng. José Luiz De Martini
11 9 8445 5453
jl-gerencial @ uol.com.br
www.cspi.com.br
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