OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL:
• Obtener un previo conocimiento sobre todo acerca de la UPS.
OBJETIVOS ESPÈCIFICOS:
• Identificar las distintas clases de UPS
• Saber qué función cumple una UPS, cuáles son sus ventajas y sus desventajas.
• Calcular las ecuación es dependiendo de la cargas que esta obtenga.
UPS:
El Sistema de Energía Ininterrumpida, llamado también Uninterrumptible power suply, battery backup o conocido simplemente como UPS es un dispositivo que proveen y mantiene energía eléctrica de respaldo en caso de interrupciones eléctricas o eventualidades en la línea o acometida. Adicionalmente los UPS cumplen la función de mejorar la calidad de la energía eléctrica que llega a las cargas, como el filtrado, protección de subidas (picos de tensión), bajadas de tensión (caídas), apagones y eliminación de corrientes parasitarías como ruidos EMI y RFI. (1), disrupciones de energía, perdida de data, etc.
Los sistemas de energía ininterrumpida UPS constan básicamente de tres módulos principales, que pueden estar de forma interna o externa a la carcasa del equipo: el modulo de control, que cumple las funciones de rectificación, el modulo de transformador el cual suministra diversos voltajes dependiendo de la capacidad, 120VAC, 208VAC, 220VAC, 480VAC etc. y el de baterías que da el respaldo de tiempo necesario de operatividad y protección y que según el mismo puede dar mayor o menor respaldo de autonomía en tiempo
Además puede agregar otras funciones que terminan mejorando el suministro de energía eléctrica a los equipos sofisticados o de alto riesgo eléctrico que tiene conectados a ella. Entre las cosas que agrega puede contarse un estabilizado de la energía eléctrica entrante, aislación de la fuente de energía de eléctrica normal, filtrado de la energía entrante, corrección de la forma de onda, corrección de la frecuencia de línea, protección a periféricos de las CPU o incluso sus partes, como placas de red o módems, monitoreo de la energía de línea, para optimizar la protección, etc. Puede darse que el agregado de funciones genere distintos tipos o topología de construcción de estos equipos.
Los UPS son llamados en español SAI (Sistema de alimentación ininterrumpida).
(Sistema de alimentación ininterrumpida). Cualquier dispositivo que permite dar energía eléctrica constante a una computadora incluso si el suministro principal de energía se ve interrumpido. Para ello utiliza una batería cargada. Estos dispositivos también suelen funcionar como reguladores de voltaje eléctrico.
Son varios los nombres que recibe este tipo de equipos, a continuación enumero los más comunes:
- UPS: Son las iníciales en inglés, "Uninterrumptible Power Supply"
- No Break: Que significa sin interrupción
- SFI: Por Sistema de Fuerza Ininterrumpible
- SAI: Por Sistema de Alimentación Ininterrumpible
CARACTERÍSTICAS Y TERMINOLOGÍAS DE LAS DISTINTAS UPS
Como características importantes que se pueden destacar en nuestras UPS están las siguientes:
Estabilizador incluido de amplio rango y rápido tiempo de respuesta
Excelente capacidad de filtrado
Comunicación por puerto serie a PC para uso de Soft exclusivo
Distintas autonomías de acuerdo a las necesidades de cada usuario.
Controladas a microprocesador RISC de alta eficiencia
Diseño compacto, ligero y moderno
CLASES:
Aunque parezca evidente y reiterativo es importante definir o enunciar los principales tipos de UPS. Tal cual dijimos una UPS debe ser capas de proveer una fuente de energía alternativa a la principal para cuando esta falle. Podemos diferenciar dos grandes grupos de tipos de UPS:
Interactivas o Stand-by: Son UPS’s que tal cual lo dicen las palabras, están esperando algún
desperfecto en la línea de energía eléctrica para entrar en acción. En estas UPS, mientras la línea está presente y con parámetros aceptables, o mejor dicho que la UPS pueda controlar, será la energía de línea la que alimente a la PC, pero la UPS aporta en esta situación las siguientes funciones: acondiciona, es decir estabiliza a valores normales y provee filtrados contra transitorios, picos y ruido de RFI/EMI. Se puede decir que aumenta la calidad de
la energía, recibe una y entrega una mejorada. La mayoría de las UPS que existen en el mercado no disponen de un estabilizador adecuado, ya sea por su rango de entrada, por el margen de regulación que entregan, como por su tiempo de respuesta. Todos estos parámetros tienen un peso significativo en la calidad de las UPS Interactivas Stan-By, además todos influyen sobre el uso de las baterías y por supuesto sobre su vida útil.
On-Line: es un tipo de UPS que tal cual lo dicen las palabras, está permanentemente alimentando a
su carga en forma independiente del estado que tenga la línea de energía eléctrica, en este estado
el camino que sigue la energía es el siguiente, las baterías alimentan al inversor de salida, y a las baterías las carga el cargador, este proceso no se interrumpe nunca. Si la energía proveniente del cargador se interrumpe producto de un corte de energía, el sistema seguirá alimentando la carga. En estas UPS, la carga no conoce de donde proviene la energía que las está alimentando, no presentando interrupciones a su salida, salvo los equipos que dispongan de un by-pass estático a línea. Como el uso de estos equipos está quedando restringido a grandes potencias o a cargas
Especiales, el tratamiento o profundización lo dejaremos para otra oportunidad.
Características eléctricas
Destacaremos a continuación algunas de las características eléctricas más importantes a tener en cuenta en un SAI.
• Referente al ondulador:
- Estabilidad de la tensión de salida en régimen estático. Indica la estabilidad de la tensión de salida sin perturbaciones de red ni variaciones de carga.
- Estabilidad en régimen transitorio. Indica la variación de la tensión de salida cuando se produce una variación rápida de red ó bien con variaciones en la carga.
- Distorsión armónica. Indica la distorsión que contiene la tensión de salida. Dicho contenido será función de la tecnología utilizada por el ondulador, siendo mucho más fácil entregar la misma distorsión en un ondulador que trabaje en PWM, que no en otro que opere con señal cuadrada.
- Factor de potencia admisible. (cos p). Indica el desfase tensión-intensidad que admite el ondulador. - Potencia de salida. Indicada normalmente en VA (pot. aparente), expresa la potencia nominal que puede entrega el ondulador, a través del factor de potencia, se puede conocer la potencia activa W, que puede suministrar el equipo. W=VA • cos p
- Factor de Cresta. El factor de Cresta, es el cociente de la división entre el valor de pico de la corriente demandada por el ordenador y el valor RMS o eficaz de la corriente. El factor usual de un ordenador es de 2 a 3. El grave perjuicio que ocasiona este tipo de consumo, que se agrava cuantos más ordenadores se deben alimentar, debe ser soportado por la red eléctrica o por el SAI. La inclusión de correctores de cos p en los SAI, minimiza el problema hacia la red eléctrica, siendo el SAI quien proporciona la totalidad de energía de cresta, sin afectar a la red eléctrica. - Sobrecarga admisible y forma de protección. Indica las veces en que se puede sobrecargar el ondulador sin deterioro para él. Es una característica importante en sistemas ON-LINE , ya que es el ondulador quien debe soportar dicha sobrecarga, al conectar el ordenador ó la carga a proteger.
- Forma de onda. Existen diversas posibilidades en el diseño ó construcción del ondulador, con lo cual un SAI, puede entregar diversas formas de onda. Será un dato interesante el conocimiento de ésta, sobre todo en función del equipo informático que estamos alimentando y los armónicos generados.
- Estabilidad en frecuencia. Indica la variación en frecuencia que genera el ondulador, por tratarse de un generador, debe ser lo más cercana posible a la frecuencia de red.
• Referente al cargador de baterías (ON-LINE) ó al sistema (OFF-LINE).
- Tensión de entrada. Indica la tensión máxima y mínima tolerable por el SAI, será un dato importante la tensión de red a la cual todavía se carga batería. En sistemas OFF-LINE indicará la tensión de intervención del equipo y por tanto los límites de protección.
- Corriente de carga. Su control es muy importante para evitar un deterioro prematuro de las baterías. La corriente ideal es C/10, la capacidad en Amperios/hora divido por 10. El cargador debe ser capaz de mantener este máximo de carga sin descuidar la corriente que necesita la etapa onduladora en los modelos ON-LINE para seguir funcionando.
• Referente a las baterías
- Autonomía. Es el tiempo que podemos seguir alimentando a la carga, cuando no existe red ó ésta está por debajo de la tensión mínima, a la cual todavía se carga la batería. Debe medirse a potencia nominal.
- Tipo de batería y número de éstas. Da una idea de las corrientes que circulan por el ondulador, también del coste de cambio de acumuladores y su esperanza de vida.
• Referente al Bypass
- Bypass ó posibilidad de éste. Es la posibilidad de incorporar un conmutador que alimente a la carga desde la red, en caso de fallo del ondulador.
- Aislamiento eléctrico, cuando interviene el Bypass. Si el Bypass, no dispone de aislamiento, obligatoriamente una fase de entrada, está en permanente conexión, con una fase de salida, por tanto se está ofreciendo una vía inmejorable, para que el ruido o perturbaciones en modo común, lleguen al sistema que se debería proteger.
• Generales
- Tipo de ventilación, temperatura, rendimiento. Son valores indicativos de las pérdidas del equipo y del esfuerzo al que se somete a los semiconductores de potencia.
- Numero de avisos e indicaciones. Reflejarán la situación en la que se encuentra el equipo, y facilitarán su manejo. Son en definitiva una mayor comodidad al usuario.
La instalación eléctrica interior y línea informática
Los problemas que se pueden ocasionar en una instalación eléctrica del interior de un edificio, bien sea industria, oficinas o domicilio particular, son los mismos que los anteriormente descritos para las líneas de distribución o transporte, y aunque suelen ser de menor magnitud, por estar más cerca del origen del problema, pueden ocasionar peores efectos. La conexión o desconexión de cargas inductivas como maquinaria, motores, ascensores, equipos de soldadura, compresores y el entorno de zonas industriales o industrias en particular, provoca este tipo de problemas, al cual se le añade frecuentemente las dificultades de regulación, por parte de la compañía suministradora, debido al alto grado de variación en consumo de los mismos.
El criterio básico a tener en cuenta, en una instalación informática, es la instalación de una línea de suministro único al Sistema Informático, denominada comunmente Línea Dedicada, y que alimenta al sistema desde la acometida de la red eléctrica (contadores), a fin de que ésta, esté lo más exenta posible de los problemas de índole interna antes mencionados. El conductor de Tierra, debe formar parte de esta línea dedicada. Al final de ésta línea y en función de la posibilidad de ejecución de la misma, los problemas descritos tendrán mayor o menor magnitud, la solución o atenuación de los mismos se puede realizar mediante diversos equipos, como son transformadores de aislamiento, estabilizadores, acondicionadores de red o SAI.
Sistema típico de cableado de un edificio:
En origen, la energía se transporta mediante un sistema de cableado de 5 hilos, 3 de los cuales son activos o Fase (trifásica), y los dos cables restantes corresponden al Neutro y Tierra. Normalmente, los equipos utilizan un sistema de tres hilos, correspondientes en Europa a una Fase, Neutro y Tierra. Los dos primeros transportan la energía y el tercero se conecta a las partes metálicas de los equipos por razones de seguridad. En algunos países se distingue entre fase y neutro, mientras que en Norte-América, no se utiliza el neutro y los cables que transportan energía, son ambos Fase. Dado que se trata de corriente alterna, no existe diferencia, desde un punto de vista energético, entre el conductor Fase y el Neutro, ya que ambos están aportando y retornando energía periódicamente. La diferencia estriba, en que el conductor de Neutro, está referenciado a Tierra. Nos encontramos pues, con dos conductores referenciados a tierra, la Tierra, propiamente dicha utilizada como seguridad y el Neutro, conductor de potencia no peligroso respecto a las partes metálicas. Un ordenador y más concretamente su fuente de alimentación, no distingue la presencia o no del Neutro, por tanto la intercambiabilidad Fase-Neutro, no debe ser origen de ningún problema. En cambio si es importante tener en cuenta la Toma de Tierra. Inicialmente, ésta debe derivar al terreno corrientes de cualquier naturaleza, que se puedan originar bien por defectos de aislamiento, bien por causas atmosféricas, de carácter impulsional. La incorrecta instalación de una Toma de Tierra, o una degradación de la misma, aumenta la resistencia de paso y por tanto disminuye su efecto protector, éste defecto aplicado a Sistemas Eléctricos u electrónicos, donde la inmunidad de los mismos comienza derivando las corrientes de alta frecuencia (parásitos y ruídos) hacia tierra, provocarán una disminución de su atenuación y por tanto serán más vulnerables a los mismos.
Otro problema que puede surgir, es que la corriente de fugas que circule por la línea de tierra, como causa de un defecto en un aislamiento de una máquina o una radiofrecuencia que se desvié a tierra en un filtraje, antes de llegar a tierra se inyecte a otra máquina o equipo y ello provoque problemas en el funcionamiento del mismo, ello será más acusado cuanto peor sea la resistencia de paso a tierra. Dos son los tipos de ruido eléctrico más comunes en una instalación:
Ruido en Modo Común.- Es el ruido eléctrico existente entre los cables que llevan energía (fase y neutro) y la línea de Tierra. Ruido de Tierra.- Es el ruido que aparece entre las tomas de tierra de varios equipos conectados a la misma línea de tierra.
TOPOLOGIAS:
Existen diversos tipos de Topología de UPS y cada una de ellas tiene sus ventajas y desventajas, es necesario conocerlas si deseamos aprender a reparar un UPS ó si deseamos tener los suficientes conocimientos para seleccionar el equipo más adecuado para nuestras necesidades.
1. Off Line (Fuera de Línea) ó Stand-By Se le llama Off-Line porque el Inversor se encuentra fuera del camino principal de la corriente, y se le llama Stand-By porque el Inversor se encuentra apagado “en espera” de que sea requerido para encender.
El UPS Off-Line es el tipo de UPS más económico ya que integra muy pocos componentes, el nivel de protección obtenido con este tipo de equipos también es muy limitado pero en general considero que es muy adecuado para protección de la computadora en el hogar ya que la inversión es muy baja (alrededor de unos 70 a 100 dólares) y aún así tenemos protegida nuestra computadora.
A continuación un diagrama a bloques del UPS Off-Line:
Bloques que lo componen:
2. Filtro y Supresor de Transitorios: El Filtro de Línea reduce las variaciones transitorias de voltaje debidas al encendido y apagado de ciertos aparatos como por ejemplo motores eléctricos, además reduce el ruido eléctrico que viene con el Voltaje de Alimentación del UPS para que aparezca en niveles más seguros en la Carga. Cabe hacer la aclaración que el Filtro de Línea sólo reduce problemas de variación de voltaje que son de tiempo muy corto; por el rango de los milisegundos y nanosegundos. No es su función regular el voltaje.
El Filtro de Línea consiste en Bobinas las cuales rechazan voltajes de alta frecuencia y capacitores conectados a Tierra para que cualquier alta frecuencia sea drenada a Tierra.
El Supresor de Transitorios lo que hace es Recortar los picos de voltaje que aparecen en la Línea a niveles más seguros. Un Transitorio de voltaje usualmente anda por el orden de los milisegundos a los nanosegundos y en valor, puede alcanzar desde los 200 hasta varios miles de volts. Consiste esta etapa generalmente de los llamados MOV.
Varistores de Oxido Metálico (MOV). Al Supresor de Picos se le llama comúnmente TVSS que significa Supresor de Voltaje Transitorio por sus siglas en inglés (Transient Voltaje Surge Supresor).
El nivel de protección del filtro de Entrada de este tipo de equipos es limitado.
En el mercado actual hay gran cantidad de diseños de UPS. Puede llegar a ser confuso determinar qué tipo de equipo es el más conveniente para nuestra carga crítica, y cual nos entregará la energía con el nivel requerido de calidad y confiabilidad.
Aún las más esotéricas configuraciones, caen dentro de dos categorías principales de UPS, llamadas ON-Line y
Off-Line.
Ambos diseños nos proveen de una energía de reserva desde un grupo de baterías cuando la línea de alimentación principal falla, pero difieren en el rango y extensión de otros beneficios que ellas pueden otorgar.
•
La Batería: La batería es uno de los componentes más importantes en un UPS, es la que va a hacer posible que nuestra computadora continúe encendida aún y cuando haya un corte de energía. La mayoría de las baterías utilizadas en los UPS son del tipo Selladas ó tipo Gel ó VRLA.
Una batería sellada funciona de la misma manera que una de auto, consiste en placas de Plomo y Antimonio sumergidas en un electrolito que en este caso es ácido sulfúrico. La batería tiene un voltaje de 2.0 volts por cada celda y si es una batería de 6 celdas, entonces es de 12 volts.
Cuando la batería está desconectada y medimos su voltaje con un multímetro, veremos dicho valor de 12 volts. Sin embargo la batería tiene una corriente de fuga entre las placas de tal manera que su valor con el paso de las horas va a ir disminuyendo y entonces cuando requiramos utilizarla, no nos dará el tiempo suficiente ya que no está cargada al 100%. Por tal razón requerimos aplicarle un voltaje llamado de flotación y es para baterías tipo Gel ó selladas de 2.25 VPC (Volts Por Celda) así es que para nuestra batería de 12 volts, requerimos aplicarle un voltaje de 13.50 volts de manera constante para asegurar que siempre la batería esté cargada.
Una vez que empezamos a tomar corriente de la batería, su valor de voltaje irá bajando con cierta rapidez desde los 13.50 volts hasta llegar al valor de voltaje nominal que es de 12.0 volts y entonces el valor permanecerá casi constante; cuando el tiempo de respaldo de la batería vaya terminando, el voltaje irá bajando de los 12 volts lentamente hasta llegar a los 1.75 VPC que para este caso de batería de 12 volts, serían 10.50 volts.
Si seguimos descargando la batería, llegará un momento en que el voltaje bajará rápidamente e incluso los fabricantes recomiendan que no se descargue la batería a menos de este valor ya que se corre peligro que la batería no se pueda recargar nuevamente y por consiguiente la batería está dañada y hay que reemplazarla. En resumen el voltaje de la batería inicia en 2.25 VPC (batería cargada al 100%) y termina en 1.75 VPC (batería totalmente descargada).
Físicamente la batería es un vaso ó cubierta de plástico donde se pueden observar las 6 válvulas en el caso de una batería de 12 volts y 3 válvulas en el caso de baterías de 6 volts; además se puede observar las dos terminales de voltaje, una de ellas marcada con color rojo ó con un símbolo (+) y la otra marcada con color negro ó un símbolo (-).
El Cargador de Baterías.- El cargador de baterías es una fuente de voltaje que tendrá dos funciones:
1.- Dar a la batería el voltaje de flotación necesario para asegurar que la batería está cargada al 100%.
2.- Recargar la batería después que fue utilizada al haber un corte de energía. Es decir, al regresar la energía comercial, el cargador de baterías aplicará el mismo voltaje de flotación y la batería se empezará a recargar; una vez que la batería esté recargada completamente la corriente que fluya del cargador de baterías hacia la batería será mínima.
Hay otros tipos de cargadores muy utilizados en la actualidad que no siempre están dando voltaje a la batería sino que están encendiendo y apagando a intervalos y de esta manera logran aumentar la vida útil de la batería.
Físicamente el cargador de Baterías consiste en un devanado adicional del transformador de Salida además de un puente de diodos para convertir la CA en CD y un Mosfet el cual conecta y desconecta la “Carga” a las baterías y esto comandado por la tarjeta de Control. El mosfet generalmente tiene disipador de calor.
PARA QUE NOS SIRVE UNA UPS Y PORQUE PROTEGERSE CON ELLA:
El propósito de una UPS es proporcionar una fuente de Energía que permanezca con tensión estable y continua independientemente de las perturbaciones que pueda haber en la red comercial.
Sirva para evitar una interrupción de voltaje en la carga a proteger.
Son muy útiles en la seguridad de cualquier computadora pues impiden la pérdida de datos e incluso la rotura física de algún dispositivo tras un corte eléctrico.
Una UPS nos protege, de todos los problemas eléctricos conocidos, pero no lo hace en el 100% en todos los casos. Con mayor precisión, esto quiere decir que nos protegerá de una caída de voltaje, pero no de todas las caídas. Para que quede más claro, una caída de voltaje tiene parámetros que la identifican, podríamos citar dos uno la profundidad de la misma y otra el tiempo de duración de esta.
Una caída de voltaje puede llegar por ejemplo hasta 172 Voltios, pero puede durar 4 segundos o 4 milésimas de segundos, de acuerdo al tipo de UPS que estemos usando, tendremos distintas respuestas. Lo mismo ocurre con los otros fenómenos eléctricos.
El caso más visto es el de pensar que una UPS, instalada en una zona rural, soluciona todos los problemas que se presentan, esta es otra mentira, de la cual hay que cuidarse de no cometer, existen estrategias de protección para estos casos y nos es tan sencillo de solucionar, como sería el caso de la instalación de una UPS. Pero no todo es tan poco objetivo, se puede afirmar que una UPS soluciona un porcentaje muy importante de los problemas eléctricos que se presentan, fundamentalmente los cortes repentinos, los voltajes fuera de rango, las caídas de voltaje, en gran medida las sobre-tensiones, casi totalmente los ruidos EMI/RFI.
QUE PROBLEMAS SOLUCIONA Y CUALES PREVIENE
A diferencia de los Estabilizadores de Tensión se puede decir que con una UPS quedan resueltos casi todos los problemas eléctricos que se presentan dentro de las instalaciones domiciliarias ciudadanas.
Podemos enunciar entre los problemas que se resuelven:
• Cortes, Cortes prolongados y micro-cortes de energía eléctrica.
• Voltaje fuera del especificado por Norma
• Caídas de Voltaje
• Ruido
• Sobre impulsos o picos
• Sobre Voltajes o Tensiones elevadas
• Además en los modelos que disponen de conexión a PC podrá agregar a las soluciones:
- Monitoreo de los parámetros más importantes de la UPS y de la red de distribución de energía eléctrica.
- Cierre ordenado de los sistemas y aplicaciones que corren bajo Win 95, 98, NT, 2000 Novell y Linux.
Los problemas que previene una UPS son:
- Perdidas por interrupción de ejecución en los procesos comerciales
- Trabajos prolongados que se terminan con seguridad
- Pérdida inexplicable de información
- Datos extraños en archivos indexados de bases de datos
- Daños permanentes de hardware, discos rígidos, memorias, micros, etc.-
- Enclavamiento de programas en ejecución sin motivo aparente
- Pérdida sin sentido de la FAT del disco duro.
- Parpadeo de monitores
- Colgadas inexplicable de los sistemas
- Disminución de la vida útil de los componentes de una máquina, por exigencias de trabajo.
DESVENTAJAS:
LAS PERTURBACIONES QUE PUEDEN AFECTAR SON:
La calidad del suministro de energía, causando bajos o altos voltajes, irregularidades en la frecuencia o “suciedad” en el cruce por cero.
La estabilidad de suministro de energía que cuando es irregular puede causar bajones de tensión o incluso cortes de la energía.
La mejor calidad de tecnología en UPS es la de la tecnología On-Line, en la cual toda la energía que llega a las cargas procede de la UPS y no de la red comercial directamente.
ELECCIÓN DE UNA BUENA UPS:
- Una buena UPS soluciona el problema crónico de todas las instalaciones eléctricas, las caídas de voltaje, y el otro tan común en nuestro país, los voltajes fuera del especificado por norma. Obviamente lo hace sin necesidad de usar sus baterías internas.
- Otro fuerte argumento es la perdida de datos, o rotura de hardware producidos por un corte de energía o una gran caída de voltaje.
- El otro argumento importante, es la necesidad de continuar o terminar, con el trabajo iniciado después de haberse producido el apagón, y quizás dicho trabajo deba continuarse por horas, dependerá de la situación.
- El último argumento es el costo, una UPS de una autonomía media y para una computadora media, como ser una Pentium con sus periféricos, difícilmente cueste el 20% de lo que vale el equipo que protege.
- Otro argumento importante es que con la tecnología actual se pueden instalar UPS con Soft que permiten monitorear tanto a la UPS como el lugar donde están instalados.
- Potencia que consume la totalidad del Sistema Informático
- Problemas eléctricos, cortes, microcortes etc., que deben resolverse
Algunos equipos y el grado de protección ofrecido por los mismos.
Transformador de aislamiento
Equipado de pantalla electrostática o bobinado mediante carrete separador, permite obtener una atenuación importante de ruidos y parásitos. La atenuación de éstos depende de la concepción y calidad del mismo. No soluciona variaciones de tensión, cortes ni microcortes, ni tampoco ruídos de línea de tierra, dado que éste conductor no se puede interrumpir. Su utilidad estriba únicamente en la atenuación de ruidos en modo común. Un transformador de aislamiento, completa las soluciones ofrecidas por una linea dedicada, no la sustituye.
Transformador ferroresonante
Disponen de un condensador en la salida, en paralelo con bobinas secundarias, con lo que se proporciona una realimentación magnética y se consigue una estabilización de salida, esta técnica fue muy empleada, (antiguos estabilizadores para T.V.), pero obtiene muy poco rendimiento. La aplicación de este tipo de transformador, usado para hacer frente a problemas de regulación quedó en desuso, con la aparición de los estabilizadores electrónicos.
Regulador de tensión, Estabilizador
Ofrece soluciones cuando el problema estriba en variaciones de red, sin embargo depende en gran modo de sus características, tiempo de respuesta y margen de regulación. Consiste en la conmutación de diversas tomas de un transformador, a fin de seleccionar la tensión de salida requerida. Pueden incorporar un transformador de aislamiento, de modo que solucionan a la vez el problema de ruidos, pero son incapaces de solucionar los cortes, microcortes y las variaciones de frecuencia de la red, puesto que no aportan autonomía. Existen dos familias de estabilizadores, los ferroresonantes y los electromagnéticos.
Los primeros actúan por saturación del núcleo del transformador. Los segundos mediante conmutación de tomas.
Acondicionadores de red
Es la combinación de un transformador de aislamiento y un regulador de red. Pueden por tanto ser ferroresonantes o electromagnéticos. Logran buenos resultados frente a variaciones y parásitos de red, pero siguen siendo impotentes frente a cortes y variaciones de frecuencia, en cambio su coste empieza a ser importante.
Diseño de un sistema de protección integral
Para el diseño e instalación de elementos ó equipos de protección integral, deberemos conocer en primera instancia la vulnerabilidad de los equipo a proteger. Recordemos que los factores que solían afectar al correcto comportamiento de sistemas electrónicos, eran: Regulación, Transitorios, Ruidos, Armónicos, Tierra y cortes de suministro. En nuestro caso, el primero, cuarto y sexto, quedarán resueltos mediante la aplicación de un Sai. El quinto factor o Tierra, dependerá de la construcción de la misma, es recomendable utilizar un Tierra exclusivo para informática ó equipos críticos y otro para maquinaria. En función de la calidad del suelo, se instalarán las piquetas suficientes para asegurar una muy baja impedancia. Factor ruidos: Depende en gran medida de una correcta instalación de los buses de datos y comunicación, en ningún caso deben discurrir paralelos a líneas de suministro y deben tener un buen apantallamiento, el cual estará a masa ó Tierra, según el caso. Factor transitorios: Ya vimos la naturaleza de éstos y dadas las grandes magnitudes que pueden llegar a alcanzar, no es suficiente la aplicación de un Sai, como medida de seguridad será necesario aplicar también Filtros Supresores.
Filtros Supresores
Son elementos no lineales los cuales a partir de una cierta sobretensión, bajan su impedancia, desviando, la energía excedente hacia una línea de menor impedancia, que la que presenta la carga ó equipo a proteger. Un filtro supresor no es un elemento de absorción sino de desvío. Bien es cierto, que absorben parte de la sobreenergia, y por tanto deberá tenerse en cuenta su capacidad de absorción, pero el desvío de las sobrecorrientes, normalmente hacia una buena conducción de Tierra, son en realidad la forma de protección empleada. Veamos un caso típico, la protección de un Modem, donde se trata de proteger las entradas de señal, frente a las posibles perturbaciones de la línea telefónica. En primer lugar deberemos conocer la máxima sobretension permisible del equipo a proteger, con ello elegiremos la tensión de intervención del protector, la cual deberá estar entre un 20% y un 30% por debajo de la tensión máxima. En la conexión la fuente de baja impedancia será la toma de Tierra y el elemento de desvío será el supresor, la propia línea telefónica actuara como impedancia en serie con el filtro, limitando con su propia caída de tensión, la energía que deberá disipar el filtro protector en cuestión. En función de la magnitud previsible del transitorio y la sobretensión admisible por la carga, colocaremos uno ó varios elementos en cascada y será interesante estudiar su ubicación, a fin de aprovecharnos de la propia instalación eléctrica, para absorber escalonadamente los fenómenos transitorios. Si se realiza una instalación escalonada, el criterio de instalación debe ser el siguiente, supresores de alta velocidad y relativamente baja absorción, lo más cercanos posibles a la carga a proteger, supresores de media absorción, en puntos medios de la instalación y protectores de alta absorción, puesto que no conocemos la impedancia asociada que nos ofrece la línea, en la entrada de la línea.
Rentabilidad de una red de supresores
Para justificar la instalación de una red de supresores, deberemos conocer los costes o posibles costes de averías provocadas por estos efectos, no debe olvidarse el coste de no producción, mientras se efectúa la reparación del sistema. En segundo lugar, deberemos conocer el coste del supresor ó red de supresores necesarios. Veamos un ejemplo: El coste de la reparación de un sistema es de 300.00 ptas., el coste de la no producción de 220.000ptas. La instalación de supresores, necesarios es de 180.000 ptas., si suponemos una amortización en 5 años, el coste anual es de 36.000 ptas. Es evidente, que a pesar de la aleatoriedad del fenómeno, el coste queda justificado.
La alimentación de un sistema informático, debe efectuarse desde una línea dedicada. Al final de esta línea, deberá instalarse algún equipo o elemento de protección, siendo el SAI o UPS el elemento que ofrece mayor grado de cobertura frente a los problemas antes mencionados.
La línea de transporte y distribución
Los problemas de la calidad de la energía y los causados por su defecto, son consecuencia de la evolución de la electrónica y más particularmente de su integración. Con ello se incrementa la exposición del usuario a perturbaciones eléctricas y aumenta también la sensibilidad de los equipos. Es por ello, que el suministro de corriente alterna, suele ser inadecuada para alimentar sistemas informáticos, pudiéndoles causar problemas de pérdidas de datos y errores de hard disk. Todos estos efectos se pueden agrupar en seis fenómenos : -Regulación, Transitorios, Ruidos eléctricos, Armónicos, Tierra y Cortes de energía.
Trataremos seguidamente cada uno de ellos de forma independiente, ya que la solución de uno no implica la resolución del otro.
Regulación
Son variaciones lentas en la tensión ó frecuencia, pudiendo durar desde algunos ciclos hasta algunas horas. Distinguiremos tres fenómenos que implican a la regulación: "swells" ó picos, son crecimientos lentos de la tensión, pueden alcanzar valores superiores al 20% de valor nominal y durar segundos. Caídas de tensión de corta duración "sags", son normalmente provocadas por arranque de motores, ya que éstos, en el arranque llegan a consumir hasta veinte veces su valor nominal. Caídas de tensión de larga duración "brownouts", son provocadas por sobrecarga en la red, en un área amplia. Aunque los equipos electrónicos suelen tolerar bien los efectos de la regulación a corto plazo, el efecto más inmediato es la reducción de la vida útil de éstos, debido fundamentalmente a los sobrecalentamientos generados.
Transitorios
Los transitorios son sobretensiones de corta duración y elevadas corrientes. Se considera transitorio a un fenómeno de duración inferior a 1mS y las frecuencias involucradas van desde KHz hasta centenares de MHz. El origen de los transitorios, según estudios realizados, revela que un 35% es debido a fenómenos naturales (relámpagos) y un 65%, a la conexión de cargas reactivas (motores, fluorescentes etc.). Otro origen de importancia son las descargas electrostáticas "ESD", debido al uso de fibras artificiales como moquetas, vestidos etc.. Un transitorio, puede afectar de varias maneras, en un primer grado, un circuito lógico puede recibir un transitorio, no ser destruido por él, pero interpretarlo erróneamente como información, provocando por tanto un fallo lógico. Una repetición del efecto en el mismo circuito, puede destruirlo por sobrecalentamiento, con lo cual no se hallarán las causas de la destrucción.
Ruidos
El ruido eléctrico, ocupa un rango de frecuencias similar al de los transitorios, sin embargo éstos son de baja magnitud, pero de larga duración. Un ejemplo sería la inducción en una línea de transmisión de ondas de radio. Los fenómenos de ruidosuelen provocar más errores de funcionamiento, que daños físicos.
Armónicos
Son causa de la integración de múltiples frecuencias fundamentales de las fuentes de alimentación, suelen agravarse por el consumo de cargas alineales como fuentes de alimentación conmutadas. Los armónicos impares son los más frecuentes, siendo el margen de frecuencias de 180 Hz hasta 1 KHz. Los problemas más frecuentes que presentan los armónicos son inesperados flujos en los sistemas eléctricos, sobrecorrientes en los hilos conductores de neutro y grandes pérdidas en los transformadores. Los magnetotérmicos no alcanzarán tampoco, sus prestaciones habituales, produciéndose disparos prematuros. Para una solución ó más bien una atenuación de este tipo de problemas, cabe mencionar el sobredimensionado de neutros, utilización de transformadores de factor K, uso de disruptores de línea en lugar de magnetotérmicos y filtros activos ó pasivos. La utilización de Sai's, es también un elemento a considerar, dado que suelen incluir un filtro activo, para la transformación de cargas no lineales en lineales.
Tierra
Dos efectos debemos considerar respecto a la toma de tierra, el primero es de referencia, consiste en asegurar que varios equipos se mantienen a la misma tensión; el segundo es de seguridad, respecto a descargas eléctricas y riesgos de incendio. En ausencia de un tierra de referencia común, ordenadores conexionados pueden verse afectados por fallos lógicos y /o daños en las líneas de comunicación. La referencia a tierra, se obtiene a través del cero de impedancia, dado por la red eléctrica nacional, con ello la utilización de un punto único de tierra es la mejor solución para la equipotenciación de los equipos informáticos. En las líneas de transmisión de datos, el aislamiento eléctrico será la mejor solución
Cortes de energía
Distinguiremos cuatro posibilidades, microcortes <1> 1 ciclo, caídas momentáneas <> 1min. Las causas principales suelen ser, arranque de grandes motores, defectos en la línea o conmutaciones de la red, procedentes de la propia compañía. En el caso de microcortes, dependeremos de la característica de la fuente de alimentación ( tiempo de reserva ), para que pueda afectar o no, al sistema informático, ordenador ó equipo electrónico. Los cortes ó caídas, son ceros de red de duraciones mayores a 300 ms, llegando a provocar un paro total del equipo de forma no controlada. Los microcortes, suelen afectar a las tablas de localización de archivos y a las memorias RAM, un típico error, es el de disco duro ilegible. La única solución a este tipo de problemas, reside en la utilización de Sai's. Presentamos a continuación, una tabla resumen de distintos problemas y soluciones:
Prot.Sobretensión Filtros Estabilizadores SAI
Regulación ---- ---- Si Si
Transitorios Si Si ---- Si
Ruido ---- Si ---- Si
Armónicos ---- ---- ---- Según Características
Cortes ---- ---- ---- Si
Soluciones existentes
Existen diversas soluciones, las cuales aportan distintos grados de protección, y que en realidad forman parte de un proceso histórico de la evolución de las tecnologías electromagnéticas y electrónica. En la parte final de esta documentación, trataremos de las soluciones posibles a los transitorios, dado que implica una tecnología externa al Sai, así como unas recomendaciones en la instalación.
Transformador de aislamiento.: Equipado de pantalla electrostática o bobinado mediante carrete separador, permite obtener una atenuación importante de ruidos y parásitos. La atenuación de éstos depende de la concepción y calidad del mismo. No soluciona variaciones, cortes ni microcortes. Su utilidad estriba únicamente en la atenuación de ruidos.
Transformador ferro resonante.: Disponen de un condensador en la salida, en paralelo con bobinas secundarias, con lo que se proporciona una realimentación magnética y se consigue una estabilización de salida, esta técnica fue muy empleada, (antiguos estabilizadores para T.V.), pero obtiene muy poco rendimiento. La aplicación de este tipo de transformador, usado para hacer frente a problemas de regulación quedó en desuso, con la aparición de los estabilizadores electrónicos.
Regulador de tensión, Estabilizador.: Ofrece soluciones cuando el problema estriba en variaciones de red, sin embargo depende en gran modo de sus características, tiempo de respuesta y margen de regulación. Consiste en la conmutación de diversas tomas de un transformador, a fin de seleccionar la tensión de salida requerida. Pueden incorporar un transformador de aislamiento, de modo que solucionan a la vez el problema de ruidos, pero son incapaces de solucionar los cortes, microcortes y las variaciones de frecuencia de la red, puesto que no aportan autonomía. Existen dos familias de estabilizadores, los ferroresonantes y los electromagnéticos. Los primeros actúan por saturación del núcleo del transformador. Los segundos mediante conmutación de tomas.
Acondicionadores de red.: Es la combinación de un transformador de aislamiento y un regulador de red. Pueden por tanto ser ferroresonantes o electromagnéticos. Logran buenos resultados frente a variaciones y parásitos de red, pero siguen siendo impotentes frente a cortes y variaciones de frecuencia, en cambio su coste empieza a ser importante.
Sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI's - UPS): Son equipos que por su concepción autónoma, permiten realizar suministro aún cuando no exista suministro de red. Para ello incorporan baterías, cargador de baterías y ondulador, la finalidad de este último, es convertir la corriente continua procedente de los acumuladores, en corriente alterna, de iguales características que la red, pero exenta de los problemas de ruidos y variaciones que la afectan.
Las prestaciones más generales que deben aportar dichos equipos son:
-Aislar la carga que se alimenta de la red.
-Estabilizar el voltaje y la frecuencia de salida.
-Evitar picos y efectos parásitos de la red eléctrica.
-Almacenar energía en las baterías, las cuales la suministrarán por un periodo fijo de tiempo, cuando haya un corte de corriente. Ésta energía almacenada permitirá llevar a cabo la salvaguarda de la información y el cierre normal del ordenador.
De los requisitos y prestaciones antes mencionados, se desprenden las topologías más comúnmente usadas en la concepción de Sistemas de Alimentación Ininterrumpida.
