Sistemas_Alimentación_Ininterrumpida by Pablo Formoso Estrada

Sistemas de Alimentaci贸n Ininterrumpidos 1

漏 Dielectro Industrial S.A. - Formaci贸n 2011

¿ Por qué un SAI ?

¿ Qué es un SAI ? Es un dispositivo electrónico cuyo objetivo es proteger a las cargas de los defectos del suministro eléctrico. Lo que habitualmente se dice: - Un SAI son unas baterías … - Un SAI es un elemento pasivo, que sólo funciona cuando se pierde la energía.

Lo que en realidad es: - Un SAI es un elemento activo que en todo momento está cumpliendo la función => ENERGÍA LIMPIA Y SIN CORTES - Un SAI es un elemento más de PROTECCIÓN ELÉCTRICA

¿ Dónde es obligatorio disponer de un SAI ? En los locales de espectáculos y actividades recreativas, cualquiera que sea su capacidad: Cines, teatros, discotecas, pabellones deportivos, etc.) En los locales de reunión, trabajo y usos sanitarios con ocupación superior a 300 personas: Hoteles, establecimientos comerciales, oficinas abiertas al público, etc.) Hospitales, clínicas, sanatorios y centros de salud. Estaciones de viajeros y aeropuertos. Estacionamientos subterráneos de más de 100 vehículos. Establecimientos comerciales o agrupaciones de éstos en centros comerciales de más de 2.000 m2. Servicios de seguridad: El alumbrado de emergencia. Los sistemas contra incendios. Los ascensores. Etc...

Problemas en el suministro eléctrico

Corte o Fallo de red:

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Tensi贸n baja:

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Microcortes:

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Subidas y Bajadas de tensi贸n:

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Picos de tensi贸n:

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Variaciones de frecuencia:

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Ruido eléctrico:

Distorsi贸n arm贸nica:

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Problema real de no disponer de un SAI:

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¿ La solución ? Un SAI es la solución perfecta para todos estos problemas y amenazas SAI- Sistema de Alimentación Ininterrumpida Provee protección de las cargas mejorando la calidad del suministro eléctrico, suprimiendo las perturbaciones eléctricas previamente descritas, proporcionando energía en caso de fallo de red, filtrando ruidos, etc. Es parecido a una barrera entre el, equipamiento eléctrico y electrónico crítico y sensible, y los problema en la red eléctrica de suministro

¿ Cómo trabaja un SAI ? Es muy sencillo usar un SAI. Simplemente conectándolo entre la toma de corriente principal y el equipo a proteger.

Se conecta a la toma de corriente como cualquier otra aplicación doméstica (sólo modelos enchufables)

Habitualmente enchufables para potencias < 3 kVA

¿ Qué parámetros definen un SAI ? Un SAI se define por las siguientes características:

¿ Qué parámetros definen un SAI ?

Tecnologías:

Tecnología OFF – LINE ( Stand By ):

ENTRADA

SALIDA

FILTRO

( ± 15 % )

RECTIFICADOR

INVERSOR

BATERÍAS

- Tiempo de conmutación: 4 mseg. ( relé electromecánico )

¡ Forma de onda SEMI-SENOIDAL !

- Potencias: 300 … 600 VA - Aplicaciones: Servidores para ordenadores no prioritarios, …

Tecnología LINE – INTERACTIVE :

ENTRADA

( ± 12 % )

SALIDA

FILTRO

ESTABILIZADOR RECTIFICADOR

INVERSOR

BATERÍAS

¡ Forma de onda SEMI-SENOIDAL !

Se produce la conmutación desde baterías no es apropiada.

(1 mseg.),

cuando la Tentrada o la Fred

Tecnología

LINE – INTERACTIVE.

Principio de funcionamiento:

Si hay entrada de CA, el bloque de “interfaz de potencia” filtra el suministro de CA, elimina los picos de tensión y regula la tensión lo suficiente como para garantizar un buen funcionamiento dentro de las especificaciones tratadas anteriormente. Normalmente, esto se consigue con componentes de filtro pasivos y un transformador variable. El convertidor de potencia principal (el bloque “inversor”) redirige parte de la potencia de CA de entrada para mantener las baterías completamente cargadas mientras la tensión de la línea de CA esté presente (para ello, se suele necesitar menos del 10% de la potencia nominal del SAI, de modo que los componentes no se calientan mientras están en este modo de trabajo).

Cuando la tensión de línea de CA cae fuera del rango de entrada, el inversor proporciona una salida de CA con alimentación procedente de la batería. El rango de tensión suele ser fijo y constituye entre el -30% y +15% del valor nominal. Un hecho impalpable pero de gran importancia en el funcionamiento de un SAI interactivo es que mientras filtra y prepara la tensión que suministra a la carga, no altera la forma de la onda de la corriente que consume la carga. En teoría, tanto el número reducido de componentes como el funcionamiento en frío del convertidor de potencia principal contribuyen a alargar la vida útil del sistema y aumentar la fiabilidad.

Tecnología

LINE – INTERACTIVE.

Ventajas e inconvenientes:

Ventajas: - Menor consumo de electricidad (más económica): mayor eficacia, ya que si la entrada de CA es aceptable, será necesario realizar una menor conversión de potencia. - Mayor fiabilidad teórica: menor número de componentes y temperaturas de funcionamiento más bajas. - Menor carga térmica en la instalación: los SAI producen menos calor. - Frente a la TECNOLOGÍA OFF – LINE, la tensión es más estable y es menor el tiempo de conmutación.

Inconvenientes: Los SAI interactivos pueden resultar inapropiados en instalaciones donde: - El suministro de CA sea inestable o esté muy distorsionado, ya que la alimentación de la batería se utilizará con demasiada frecuencia para mantener la salida del SAI dentro de las especificaciones. - Se requiera una corrección del factor de potencia y el equipo de carga no desempeñe esta función.

Tecnología ON LINE – DOBLE CONVERSIÓN :

ENTRADA

BY - PASS

RECTIFICADOR

SALIDA

INVERSOR

BATERÍAS

¡ Forma de onda SENOIDAL !

El By-pass ( línea de emergencia ) se conmuta sólo en caso de que falle el inversor

Tecnología

ON LINE – DOBLE CONVERSIÓN.

Principio de funcionamiento:

Como su nombre indica, un SAI online de doble conversión convierte la potencia dos veces. En primer lugar, la entrada de CA, con todos sus picos de tensión, distorsión y otras anomalías, se convierte en CC ( se utiliza un condensador para estabilizar la tensión de CC ) En segundo lugar, la CC se vuelve a convertir en CA ( esta salida de CA puede tener incluso una frecuencia distinta de la entrada de CA, algo imposible con un SAI interactivo ). Toda la potencia suministrada al equipo de carga se somete a este proceso de doble conversión cuando hay entrada de CA. Cuando la entrada de CA queda fuera de un rango especificado, el SAI utiliza la potencia de la batería, de modo que la salida del SAI no se vea afectada ( esta transición que se produce en el interior del SAI entre la entrada de CA y la batería tarda varios milisegundos ). Una vez más, es el condensador en el “enlace de CC” el que proporciona la energía almacenada al inversor durante estas transiciones. Por tanto, aunque se produzca una breve interrupción en la potencia al pasar al “enlace de CC”, la tensión de salida del SAI no se verá afectada y será continua. En las topologías modernas, casi siempre se incluye un circuito de carga de baterías adicional, de forma que el SAI online de doble conversión generalmente presenta tres etapas de conversión de potencia como mínimo.

Tecnología

ON LINE – DOBLE CONVERSIÓN.

Ventajas e inconvenientes:

Ventajas: - Funciona con menos frecuencia con la batería cuando la tensión de entrada está muy distorsionada o presenta grandes fluctuaciones. - Incluye corrección de factor de potencia, independientemente del tipo de carga. - Más compacto y ligero, especialmente a niveles de potencia mayores. - Puede regular la frecuencia de salida e incluso realizar una “conversión” de frecuencia de 50 Hz a 60 Hz y viceversa. Inconvenientes: - Contiene más componentes que funcionan de forma continua a temperaturas más altas y, a igualdad de factores, presentan una duración menor que los componentes equivalentes que podemos encontrar en los sistemas interactivos. - Consume más electricidad que el sistema interactivo debido a su continua conversión y reconversión de potencia de la entrada a la salida cuando la entrada de CA está presente. - El sistema online genera más calor que se emite al entorno. Este calor se debe eliminar de forma eficaz para impedir el deterioro de otros sistemas e incluso de las propias baterías del SAI.

Comparativa: Tecnología ON LINE – DOBLE CONVERSIÓN Un factor a tener en cuenta, es la energía adicional necesaria que conversión a largo plazo.

con

LINE INTERACTIVE.

consume un SAI online de doble

Un SAI de este tipo funciona continuamente con una eficacia de entre el 85% y el 92%, según su diseño específico, en comparación con el 96% y el 98% de un SAI interactivo. Por ejemplo, un SAI de 1.000 W con un rendimiento del 90%, completamente cargado, consumirá 100 W de potencia de forma continua. Esto se traduce en unos costes adicionales de electricidad. Además de estos costes, estos 100 W de calor se deben eliminar del entorno, lo que supone unos costes de refrigeración que variarán según la eficacia del sistema de refrigeración utilizado.

Conclusión: En el rango de potencia comprendido entre 750 y 5.000 VA, ambos tipos de SAI protegen los equipos correctamente de las perturbaciones eléctricas, de modo que la decisión de utilizar una u otra topología dependerá principalmente de las características de la aplicación del cliente. Como el coste inicial, los gastos de explotación, la generación de calor y la fiabilidad son cuestiones de primer orden en cualquier aplicación, podría parecer que el sistema interactivo es generalmente el más adecuado.

Tecnología ON LINE – DIGITAL:

TRANSFORMADOR

FILTRO

BLOQUE DIGITAL ON - LINE

CARGADOR

INVERSOR

- Si Tentrada es correcta, filtra, estabiliza y protege. El inversor está siempre ectivado. Por ello, cuando la tensión de salida es distinta a un ± 5 %, se produce la conmutación a través del inversor.

BATERÍAS

¡ Forma de onda SENOIDAL !

Tecnología

ON LINE – DIGITAL. Características:

(*) Nota:

MTBF: Tiempo intermedio entre fallos

Más horas de funcionamiento

MTTR: Tiempo intermedio de reparación

Más barato el mantenimiento por tener un MTTR muy elevado

Argumentos comerciales / técnicos: Tecnología

ON LINE – DIGITAL:

¿ Qué tecnología se escoge ? No hay tecnologías mejores y peores, hay mejores y peores soluciones. La siguiente tabla, resume las aplicaciones más adecuadas para cada tecnología. Situación / Aplicación

Tecnología adecuada

Áreas urbanas con suministro AC de buena calidad y fallos de suministro ocasionales. Cargas no críticas (PCs domésticos etc…)

OFF – LINE

Areas urbanas con suministro AC de calidad. ( caidas de tensión, picos, sobretensiones y fallos de suministro ocasionales) Cargas no críticas.

LINE Interactive

Adecuado para cargas críticas (tiempo de transferencia cero, buena regulación) y áreas con red AC de mala calidad (estabilizador, aislamiento galvánico)

ON – LINE Digital

Alimentación muy distorsionada. Áreas industriales con grandes fluctuaciones en la red. Cargas muy sensibles que requieren una regulación muy ajustada.

ON – LINE Doble Conversión

Alternativas más económicas

¿ Qué parámetros definen un SAI ?

Potencia del SAI: Este valor se da normalmente en VA ( potencia aparente que puede suministrar el SAI ). Puesto que la potencia de las cargas suele venir indicada en W, es necesario encontrar los vatios que el SAI puede suministrar basándonos en el valor en VA.

W = VA

Cos φ

Valores habituales para Cos φ : Equipos OFF – LINE :

0,6

Equipos ON – LINE :

0,7

SAI > 7 kVA: 0,8

Ejemplo: SAI tipo ON – LINE de 4,5 kVA ??

¿ ? 33

W = 4,5 kVA x 0,7 Potencia activa = 3,15 kW

Potencia del SAI ( continuación ): De cara a facilitar los cálculos, existen los siguientes valores de equivalencias de consumos para las cargas:

Potencia del SAI ( VA ) = Σ(VA

de las cargas

)

+ 30%

Margen de seguridad y para futuras ampliaciones

¿ Qué parámetros definen un SAI ?

Autonomía del SAI: Este parámetro define el tiempo que el SAI puede alimentar los equipos conectados, en caso de fallo de la alimentación principal ( utilizando las baterías ). Depende de la potencia demandada por los equipos conectados al SAI. Cuanto más alta sea la potencia, menor será la autonomía

La autonomía requerida varía con cada aplicación (normalmente es un requerimiento del cliente).

La siguiente tabla muestra algunos valores típicos.

Algunos modelos de SAI disponen de autonomías extendidas añadiendo armarios externos de baterías.

Si la potencia de un SAI se sobredimensiona x 3, ello hace que la autonomía también se x 3

La vida de las baterías depende de:

- Nº de ciclos de carga / descarga - Tª de funcionamiento ( habitualmente los valores que se dan son de 20 ºC ).

Tª =>

Vida útil

Ejemplo de características de SAI:

Departamento de Formaci贸n

Dielectro Industrial les agradece su participaci贸n y asistencia

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