Dimensionamento UPS: come dimensionare correttamente un gruppo di continuità

Come calcolare potenza e autonomia, dimensionare le batterie e scegliere l’UPS giusto per i carichi critici

Il dimensionamento UPS consiste nello scegliere un gruppo di continuità con potenza sufficiente per i carichi da proteggere, autonomia adeguata al tempo in cui devono restare accesi e tecnologia compatibile con la loro criticità. Per un PC o una piccola rete il calcolo si fa in autonomia; per impianti trifase, carichi con motori, autonomie lunghe o gruppi elettrogeni serve invece un tecnico specializzato. In questa guida trovi il metodo passo per passo, gli errori da evitare e un esempio completo.

Come dimensionare un UPS: la procedura in 6 passi

1. Elencare i carichi da proteggere e raccoglierne i dati di assorbimento.
2. Calcolare la potenza in kW e kVA, aggiungendo un margine di sicurezza.
3. Definire l’autonomia necessaria in base all’obiettivo.
4. Dimensionare le batterie tenendo conto di velocità di scarica, invecchiamento e temperatura.
5. Scegliere la tecnologia, in genere un UPS online per i carichi critici.
6. Verificare l’impianto a monte: linea di alimentazione, cavi ed eventuale gruppo elettrogeno.

Vediamo ciascun passo nel dettaglio.

I dati da raccogliere sui carichi

Per ogni apparecchiatura che deve restare alimentata durante un blackout occorre conoscere:

• potenza attiva (W) e, se disponibile, potenza apparente (VA) o fattore di potenza;
• picchi di assorbimento, in particolare per motori, compressori e alimentatori con forti correnti di spunto;
• tipo di alimentazione, monofase o trifase;
• crescita prevista nei prossimi anni, come nuovi server, postazioni o macchinari.

Quando possibile, conviene misurare l’assorbimento reale invece di sommare i dati di targa, che indicano valori massimi e portano spesso a sovrastimare il carico.

Calcolo della potenza: kW, kVA e margine di sicurezza

Un UPS ha due limiti di potenza da rispettare contemporaneamente: la potenza apparente in kVA e la potenza attiva in kW. Il loro rapporto è il fattore di potenza dell’UPS: un modello da 1 kVA con fattore di potenza 0,9 eroga al massimo 900 W. Il carico deve stare entro entrambi i valori, quindi non basta confrontare i VA.

Sulla somma dei carichi si applica un margine di sicurezza, che i costruttori indicano intorno al 30%. Serve ad assorbire picchi, tolleranze e crescita futura senza far lavorare l’UPS al limite. Attenzione però a non esagerare nella direzione opposta: un UPS molto sovradimensionato lavora a carico ridotto, con rendimento più basso e costi inutili.

Due tipi di carico richiedono una verifica specifica:

• Carichi non lineari come gli alimentatori di server e PC: assorbono correnti con picchi elevati. Gli UPS professionali dichiarano un fattore di cresta (tipicamente 3:1) che indica quanto possono reggere.
• Motori e compressori: in avviamento diretto assorbono da 4 a 7 volte la corrente nominale. Le correnti di spunto vanno confrontate con le capacità di sovraccarico dell’UPS e del suo bypass, sui dati del costruttore.

Esempio: una piccola sala server

Un server (400 W), un NAS (80 W), uno switch (60 W) e un firewall (40 W) assorbono insieme 580 W. Con un margine del 30% si arriva a circa 750 W.

• Verifica in kW: un UPS da 1 kVA con fattore di potenza 0,9 eroga 900 W, quindi copre il carico. Uno da 1 kVA con fattore di potenza 0,6 (600 W) sarebbe invece insufficiente, pur avendo la stessa taglia in VA.
• Verifica in kVA: server e apparati di rete moderni hanno alimentatori con fattore di potenza vicino a 1. Considerando un valore prudente di 0,95, i 750 W corrispondono a circa 790 VA, entro il limite di 1.000 VA.

L’UPS da 1 kVA / 900 W rispetta quindi entrambi i limiti.

Quanta autonomia serve

Prima di calcolare le batterie bisogna stabilire a cosa serve l’autonomia. Gli obiettivi tipici sono tre:

• Spegnimento ordinato: pochi minuti, il tempo necessario perché il software di gestione dell’UPS chiuda applicazioni e sistemi senza perdita di dati.
• Ponte verso il gruppo elettrogeno: il gruppo impiega da alcuni secondi a qualche decina di secondi per avviarsi e prendere il carico. L’UPS deve coprire questo intervallo con un margine che tenga conto di un eventuale avviamento non riuscito al primo tentativo.
• Continuità operativa: quando il carico deve continuare a funzionare per tutto il blackout, servono autonomie di ore e quasi sempre armadi batterie esterni.

Più autonomia significa più batterie, più spazio e più costi: definirla sull’obiettivo reale evita di sovradimensionare l’impianto.

Dimensionamento batterie UPS: come calcolare l’autonomia

Il dimensionamento delle batterie UPS parte dall’energia che il carico richiede nel tempo di autonomia scelto, a cui si aggiungono le perdite dell’inverter. Riprendendo l’esempio della sala server, con un’autonomia di 10 minuti:

1. Energia richiesta dal carico: 580 W × 10 minuti = circa 97 Wh.
2. Perdite dell’inverter: con un rendimento in batteria dell’85%, le batterie devono fornire circa 114 Wh.
3. Invecchiamento: una batteria a fine vita può aver perso fino al 20% della capacità. Perché i 10 minuti siano garantiti anche dopo alcuni anni, la capacità da prevedere sale a circa 142 Wh (114 Wh ÷ 0,8).

Se prevedi di aumentare il carico, ripeti il calcolo sulla potenza futura.

Quei 142 Wh vanno intesi come capacità effettiva a una scarica di 10 minuti, non come capacità nominale. La capacità nominale delle batterie al piombo è infatti definita su una scarica di 10 ore a 20 °C, mentre nelle scariche rapide tipiche degli UPS quella utilizzabile è molto inferiore. Per questo il valore finale si verifica sulle tabelle di scarica a potenza costante del costruttore, non sugli Ah di targa.

Conta anche la temperatura: sotto i 20 °C la capacità diminuisce, mentre sopra la vita della batteria si accorcia, fino a dimezzarsi per ogni 10 °C oltre la temperatura nominale.

Quando confronti modelli diversi, verifica che l’autonomia sia dichiarata in funzione della potenza attiva in W, a un carico paragonabile al tuo. Per autonomie lunghe si usano armadi batterie esterni, collegati con cavi dimensionati per contenere la caduta di tensione entro l’1%.

Dimensionamento UPS online: cosa cambia

Per i carichi critici, come server, apparecchiature medicali o sistemi di controllo industriale, la scelta ricade quasi sempre su un UPS online a doppia conversione, che alimenta il carico in modo continuo attraverso l’inverter, senza tempi di commutazione. Le differenze tra le tecnologie sono spiegate nella nostra guida su UPS line interactive, online e offline.

Il dimensionamento di un UPS online richiede alcune valutazioni in più:

• Potenza di ricarica e rendimento: la linea che alimenta l’UPS deve coprire il carico, le perdite della macchina e la quota di potenza necessaria a ricaricare le batterie dopo un blackout.
• Bypass: in caso di sovraccarico o guasto il carico passa sulla linea di bypass, che va dimensionata e protetta di conseguenza.
• Ridondanza: per i sistemi più critici si installano più UPS in parallelo, con almeno un’unità di riserva oltre a quelle necessarie per il carico (configurazione N+1).

Linea di alimentazione, cavi e gruppo elettrogeno

Un UPS ben dimensionato non basta se l’impianto a monte non è adeguato. La guida ASSOAUTOMAZIONE–ANIE per progettisti e installatori indica alcuni criteri fondamentali:

• Sorgente di alimentazione: deve erogare più potenza di quella richiesta dall’UPS. Il rapporto tra le due è in genere tra 1,1 e 1,2 con un trasformatore e tra 1,3 e 2,5 con un gruppo elettrogeno, più sensibile alle correnti armoniche assorbite dall’UPS.
• Cavi: vanno dimensionati per una caduta di tensione non superiore al 3% sui collegamenti in corrente alternata e all’1% su quelli di batteria.

Quando è necessario un tecnico specializzato

Per proteggere un PC o una piccola rete domestica, il metodo descritto sopra è sufficiente. Il dimensionamento va invece affidato a un professionista quando:

• la potenza supera qualche kVA o l’alimentazione è trifase;
• tra i carichi ci sono motori, pompe o compressori;
• servono autonomie lunghe con armadi batterie esterni;
• l’UPS deve lavorare insieme a un gruppo elettrogeno;
• è richiesta ridondanza o continuità per processi critici;
• l’UPS va inserito stabilmente nell’impianto elettrico: in questo caso, secondo il DM 37/2008, l’intervento spetta a un’impresa abilitata, che rilascia la dichiarazione di conformità.

Dimensionamento UPS con S.I.E.S.

Per dimensionare UPS e batterie in modo corretto, S.I.E.S. srl di Bagnolo San Vito (Mantova) parte dai dati reali dell’impianto: rilievo dei carichi, misura degli assorbimenti, verifica della linea a monte e dell’ambiente di installazione. Su questa base offriamo consulenza e progettazione, scelta del gruppo di continuità più adatto, installazione e manutenzione nel tempo. Quando l’esigenza è temporanea, è disponibile anche il noleggio UPS.

Devi proteggere server, macchinari o impianti critici? Contattaci o chiama lo 0376 253559: dimensioniamo insieme la soluzione giusta per il tuo impianto.