presentacion_simposio_calidad_de_energia.pdf · variaciones rápidas y continuas de la magnitud de...

Calidad de Energía en Data Centers


CALIDAD DE ENERGÍA

EN DATA CENTER

I.E. OSCAR F. OLIVERA D.


QUE ES UN PROBLEMA DE CALIDAD DE ENERGÍA

Cuando ocurre cualquier desviación de la tensión, la corriente o la frecuencia que provoque la mala operación de los equipos de uso final y deteriore la economía o el bienestar de los usuarios; asimismo cuando ocurre alguna interrupción del flujo de energía eléctrica.


QUE ES UN PROBLEMA DE CALIDAD DE ENERGÍA

EFECTOS:

• Incremento en las pérdidas de energía.

• Daños a la producción, a la economía y la competitividad empresarial

• Incremento del costo, deterioro de la confiabilidad, de la disponibilidad y del confort.


CALIDAD DE ENERGÍA

INTERRELACIÓN

LA EFICIENCIA Y LA PRODUCTIVIDAD


CALIDAD DE ENERGÍA

AUMENTO EN LA COMPETITIVIDAD

• Usando equipos de alta eficiencia como motores eléctricos, bombas, etc.

• Uso de dispositivos electrónicos y de computación (microcontroladores, computadores, PLC, etc.).

• Reduciendo los costos vinculados con la continuidad del servicio y la calidad de la energía.

• Reduciendo las pérdidas de energía.

• Evitando los costos por sobredimensionamiento y tarifas.

• Evitando el envejecimiento prematuro de los equipos


CALIDAD DE ENERGÍA

EL PROBLEMA ES QUE:

Los equipos electrónicos son una fuente de perturbaciones para la calidad de la energía eléctrica pues distorsionan las ondas de tensión y corriente.

Por otro lado los equipos son sensibles a distorsión o magnitud de la onda

de tensión por lo que una variación en la calidad de la energía eléctrica puede

ocasionar fallas que paren la operación del cliente, ocasionando tiempo perdido y costos adicionales inesperados.


CALIDAD DE ENERGÍA

ENTONCES CUAL ES LA SOLUCIÓN:

Hay que convivir con el problema y encontrarle soluciones cada vez mas optimas


PROBLEMAS DE HOY

SEGÚN LA IEEE 1159 DE 1995 los fenómenos electromagnéticos pueden ser de tres tipos:

• Variaciones en el valor RMS de la tensión o la corriente.

• Perturbaciones de carácter transitorio.

• Deformaciones en la forma de onda.


PROBLEMAS DE HOY

características típicas de los fenómenos

Electromagnéticos:


DEFINICION IMPORTANTE

CARACTERÍSTICAS TÍPICAS

DE LOS FENÓMENOS

ELECTROMAGNÉTICOS



• Transitorios impulsivos

• Transitorios oscilatorios

• Variaciones de tensión

Depresiones

Crestas

Interrupciones

• Variaciones de tensión de larga

duración



• Desequilibrio de tensiones

• Distorsión de la forma de onda

Corriente DC

Armónicos

Inter armónicos

Muescas de Tensión (Notching)

Ruido

• Fluctuaciones de tensión

• Variaciones de la frecuencia en el sistema de

potencia



• Transitorios impulsivos

Cambio súbito unidireccional (positivo o negativo) de la tensión, la

corriente, o ambos.

Cambio de la frecuencia con respecto a la del sistema de potencia



• Transitorios oscilatorios Cambio súbito de la tensión, la corriente o ambos, con polaridades

positivas y negativas. También cambios de frecuencia con respecto a

la de operación del sistema

Se clasifican en: transitorios de alta, media y baja frecuencia

Alta frecuencia: transitorios oscilatorios con una frecuencia >

500KHz – duración microsegundos

Media frecuencia: transitorios oscilatorios con una frecuencia entre

5 y 500KHz

Baja frecuencia: transitorios oscilatorios con una frecuencia < 5KHz

– duración 0.3ms a 50 ms


TRANSITORIOS

Transitorios

Oscilatorios

Transitorios baja

frecuencia



• Depresiones

SAG O DIP – VALLES O HUECOS

consisten en una reducción entre 0,1 y 0,9 p.u. en el valor R.M.S. de

la tensión o corriente con una duración de 0,5 ciclos a un minuto

Asociadas a:

• Fallas del sistema

• La energización de grandes cargas

• Arranque de motores de elevada potencia

• Energización de transformadores de potencia



• Depresiones

Evitar los SAG

Estabilizar la señal de tensión a través de acondicionadores de red



• Crestas (Swell)

Incremento del valor R.M.S. de la tensión o la corriente entre 1,1 y 1,8

p.u. con una duración desde 0,5 ciclo a un minuto

Asociadas a:

• Fallas del sistema

• Desconexión de grandes cargas

• Energización de grandes bancos de condensadores

Genera:

Elevación temporal de la tensión en las fases no falladas durante

una falla línea a tierra



• Crestas (Swell)



• Interrupciones

ocurre cuando la tensión o la corriente de la carga disminuyen a menos de 0,1

p.u. por un período de tiempo que no excede un minuto

Es el resultado de:

• Fallas en el sistema,

• Equipos averiados

• Mal funcionamiento de los sistemas de control.

Las interrupciones se caracterizan por su duración ya que la magnitud de la

tensión es siempre inferior al 10% de su valor nominal



• Interrupciones



• Variaciones de tensión

Son aquellas desviaciones del valor R.M.S. de la tensión que ocurren

con una duración superior a un minuto.

Sobre tensión: 110% del valor nominal

Baja tensión: 90% del valor nominal

En Colombia los límites están definidos por la

Resolución CREG 024 de 2005 entre +10% y –

10% de la tensión nominal.



• Variaciones de tensión La norma ANSI C84.1 especifica las tolerancias



• Desequilibrio - desbalance

El desequilibrio de Tensiones en un sistema eléctrico ocurre

cuando las tensiones entre las tres líneas no son iguales y

puede ser definido como la desviación máxima respecto al valor

promedio de las tensiones de línea, dividida entre el promedio

del las tensiones de línea, expresado en porcentaje

Se recomienda que el desequilibrio de

tensiones sea menor al 2%.



• Distorsión de la forma de onda

Desviación estable del comportamiento idealmente sinusoidal

de la tensión o la corriente a la frecuencia fundamental del

sistema de potencia

• Corrimiento DC

• Armónicos

• Interarmónicos

• Hendiduras

• Ruido



• Corriente DC (offset)

Ocurre debido al efecto de la rectificación de media onda,

extensores de vida o controladores de luces incandescentes

Efectos:

Produce efectos perjudiciales al polarizar los núcleos de los

transformadores de forma que se saturen en operación normal

causando el calentamiento y la pérdida de vida útil en estos equipos.

Aumento de la corrosión en los

electrodos de puesta a tierra y en otros conductores y conectores



• Armonicos

Los armónicos son tensiones o corrientes sinusoidales cuya

frecuencia es un múltiplo integral de la frecuencia fundamental del

sistema la cual, para el caso de nuestro país es 60 Hz.

La distorsión armónica se origina, fundamentalmente, por la

característica no lineal de las cargas en los sistemas de potencia

El nivel de distorsión armónica se describe por el espectro total

armónico mediante las magnitudes y el ángulo de fase de cada

componente individual

criterio denominado THD



• Armónicos



• Efectos de los Armónicos Pueden causar errores adicionales en las lecturas de los medidores de

electricidad, tipo disco de inducción.

Causan vibraciones y ruido acústico en transformadores, reactores y máquinas

rotativas.

Causa de interferencias en las comunicaciones y en los circuitos de control.

Provocar disturbios en los sistemas electrónicos. Por ejemplo, afectan el

normal desempeño de los tiristores.



• Efectos de los Armónicos .

Provocan la disminución del factor de potencia.

Están asociados con el calentamiento de condensadores.

Pueden provocar ferro-resonancia.

Provocan calentamiento adicional debido al incremento de las pérdidas

en transformadores y máquinas.

Al incrementarse la corriente debido a los armónicos, se aumentan el

calentamiento y de las pérdidas en los cables.

Causan sobrecargas en transformadores, máquinas y cables de los

sistemas eléctricos.



• Mitigan Efectos de los Armónicos

El monitoreo constante de los sistemas para detectar la presencia de

armónicos indeseables.

La utilización de filtros para eliminar los armónicos indeseables.

El dimensionamiento los transformadores, máquinas y cables teniendo en

cuenta la presencia de corrientes no sinusoidales (presencia de

armónicos).



• Muescas de tensión (Notching)

Son perturbaciones periódicas en la forma de onda de tensión,

causadas por la operación normal de los dispositivos de electrónica de

potencia, cuando la corriente es conmutada de una fase a otra

Causan fallas en las CPU, impresoras láser y mal funcionamiento

de algunos equipos electrónicos



• Muescas de tensión (Notching)



• Ruido

El ruido es una señal eléctrica indeseable con un contenido espectral

inferior a 200 kHz superpuesto a la tensión o a la corriente del

sistema en los conductores de las fases o en los conductores

neutros o líneas de señales



• Fluctuaciones de tensión

son variaciones sistemáticas del envolvente de la tensión o una serie

de cambios aleatorios de la tensión cuya magnitud no excede

normalmente los rangos de tensión especificados por la norma ANSI

C84.1.

variaciones rápidas y continuas de la magnitud de la corriente

pueden causar variaciones de tensión que son frecuentemente

denominadas “flicker”


REDES DE ENERGÍA ELÉCTRICA REGULADA

DIMENSIONAMIENTO DE REDES REGULADAS ....

Distribución de circuitos

Protecciones termomagnéticas

Corriente nominal

Totalizadores

Regulación

Corrientes de corto circuito

Acometidas a UPS´s

Tiempos de suplencia

Sistemas de transferencia

Carga por estación de trabajo


ENERGIA CRITICA

ALTERNATIVAS PARA MEJORAR LA REGULACIÓN

Regulación monofásica

Disminución de carga de los circuitos

Reubicación de P.D.U para optimizar longitudes

Redimensionamiento de calibres de conductores

Manejo de tipo de aislamiento (TW-THW y THHN) del conductor

Regulación trifásica (Acometidas)

Optimizar longitudes

Redimensionar calibres de conductores Vs aislamiento.

Configurar conductores en haz


POWER DISTRIBUTION UNIT (P.D.U)

1. Tablero General de distribución de potencia.

2. TVSS ( se dimensiona según el nivel del Data Center).

3. Transformador de Aislamiento K 13

4. E.P.O

5. Transferencia

6. Totalizador

7. Distribución circuital

8. Gabinete de 42 knock outs

9. Equipo de medicion (V, I, KW-H, F.P, F, S, P, Q)


REGULACIÓN DE TENSIÓN (Monofásica - Trifásica)


R 5 % (Subestación – salida más lejana)

R 3 % (Tablero de distribución – salida más lejana)

REGULACIÓN DE TENSIÓN (Monofásica - Trifásica)


SELECCION DE CONDUCTORES

NTC 2050 210-19

1.Capacidad de corriente en amperios. N.E.C 310-16

2.Caída de tensión, en porcentaje del voltaje nominal.

N.E.C 210- 19 8(a) FPN N° 4.

3.Intensidad nominal de la protección asociada. N.E.C 240-6

4.Capacidad de soporte de corriente de cortocircuito del

conductor.


REGULACION

Desde el punto de vista de regulación, el artículo 210- 19(a)

“General” (FPN No. 4) N.E.C dice:

“Conductor for branch circuit as defined in article 100 sized of

prevent a voltaje drop exceeding 3% at the farthest outlet of

power, heatings and lighting loads, or combinations of such

loads and where the maximum total voltaje drop on both

feeders and branch circuits to the farthest outlet does not

exceed 5%, will provide reasonable efficiently on operation”


PUESTAS A TIERRA

BLDG B

15kV @ 90m 3kV @ 200m V = 12kV

200kV

BLDG A


SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA

REQUISITOS DE UN SISTEMA DE PUESTA A TIERRA SEGÚN NTC 2050 DE 1996 ART. 250

Garantizar condiciones de seguridad en los seres vivos

Presentar mínima variación a la resistencia debida a cambios ambientales

Permitir a los equipos de protección despejar rápidamente las fallas

Tener suficiente capacidad de conducción y disipación de corrientes de falla

Evitar ruidos eléctricos

Ser resistente a la corrosión

Tener facilidad de mantenimiento

Tener en cuenta el artículo 250 NEC




Tierra de pararrayos

Tierra de equipo sensible

TIA/EIA 942 (G.5.1.6)

Tratamiento de tierras (ET-CODENSA-489)

Configuraciones (Triángulo equilátero, varilla sencilla, cuadrilátero)

Bobinas de choque

Barrajes de tierra (J-STD ANSI/EIA/TIA607A)

Tierra aislada

Código de colores

Ruidos y transientes de modo normal y modo común


TOMACORIENTES CON TIERRA AISLADA

TOMACORRIENTES HOSPITAL GRADE ISOLATED

GROUND.



De acuerdo al artículo 250-74 de la NTC 2050 de 1996:

“Donde se requiera reducción de ruido eléctrico

(interferencia electromagnética- EMI) en el circuito de tierra,

se permite un tomacorriente con el terminal de tierra aislado

del receptáculo donde va a ser montado. El terminal de tierra

del tomacorriente debe ser aterrizado a través de un

conductor, el cual puede pasar por varios tableros sin ser

aterrizado a su sistema de puesta a tierra general, hasta que

llegue a una de barra de puesta a tierra como lo permitido en

la sección 384-20”.



Adicionalmente se deben cumplir las especificaciones del

artículo 410-56 de la NTC 2050 de 1996 que establece que

los tomacorrientes con polo a tierra aislado diseñados para

la reducción de ruido eléctrico, deben ser identificados con

un triángulo de color naranja, localizado en el frente del

tomacorriente y deben ser señalizadas con un punto verde

localizado en el frente que las identifica con el grado

hospitalario.

Los tomacorriente de estas características deben estar

registradas acorde con UL498.


NEUTRO Y TIERRA


SISTEMA TRIFASICO BALANCEADO



GENERALIDADES

Electrodos (NTC 2050 250-83)

Separaciones

Profundidades

Interconexión

FAVIGEL/HIDROSOLTA/SANICK-GEL- > 20ohm-m (CODENSA ET 489)

Resistencias recomendadas: pararrayos, subestación, comunicaciones.

Cajas de inspección (CODENSA ET 489)

Conductores desnudos Vs. Conductores aislados


ELECTRODOS

ELECTRODOS NTC 2050 250-83

Tuberías metálicas.

Estructura metálica de edificios.

Electrodo empotrado en concreto.

Anillo de puesta a tierra.

Electrodos de placa.

R= 25 Ohmios


ELECTRODOS

ELECTRODOS NTC 2050 250-83

Diámetro 5/8” Hierro o acero.

Diámetro no menor de 1/2” Metales no

ferrosos.

Longitud 2.4 m

Separación: 4.8 m (2L)

R= 25 Ohmios


INSTALACION DE ELECTRODO

COBRE DE 5/8" x 2.40m.

COBRE 2/0 AWGCABLE DE

VARILLA DE

GRES DE 10"TUBO DE

FAVIGELRELLENO DE

EXOTERMICACONEXION

TAPA DE CONCRETO DE2500 PSI CON MANIJA


FAVIGEL- CIRCUITO EQUIVALENE


R vs T

25

Resis

tencia

0%

0

20%

40%

5

Tiempo (Días)

10 15 20

100%

80%

60%

30 35


CONECTORES RECONOCIDOS (NTC 2050 250-81)


CLASES DE MOLDES


PROCEDIMIENTO CON SOLDADURA

EXOTERMICA (NTC 2050 250-81)


S.P.T DE EQUIPOS SENSIBLES


S.P.T EN TELECOMUNICACIONES


S.P.T EN ANTENAS

UNIDAD DE

RADIO

FRECUENCIA

CABLE DE

PUESTA A

TIERRA

POSTE DE LA

MALLA

ESLABONADA

CABLE

APANTALLAMIE

NTO

HALO

PROTECCI

ON TIPO C

BATERIA

ANILLOS ELECTRODO

PARARRAYOS


CALIDAD DE ENERGIA

CONCEPTO GENERAL

Es la relativa frecuencia y severidad de las desviaciones en la

potencia suministrada, de la estable y habitual forma de onda

sinusoidal de voltaje o corriente a una frecuencia fundamental.

FACTORES GENERALES

• Factores Externos: Asociados con fenómenos atmosféricos.

• Utility Power

Cuando los problemas se originan en el mismo sistema eléctrico:

transformadores, cables, aisladores, seccionadores, interruptores

de potencia.


CALIDAD DE ENERGIA-COMPONENTES


POWER QUALITY (CAP)


POWER QUALITY

• NORMATIVIDAD APLICABLE

NEC (National Electrical Code)

• ANSI/TIA/EIA 942

• RETIE/NTC 2050 1996 (Código Eléctrico Colombiano).

• CODENSA ET 489. S.P.T

• IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineering)

• UL (Underwriters Laboratories)

• IEC (Institute Electrotechnical Comite)

• CSA (Canadian Standards

• EN (European Standards)


Problemas CAP

Regulación de tensión-Sobretensiones y Subtensiones (Swells y Sags)

Transientes (spikes y surges) de modo normal y modo común.

Ruido (noise) eléctrico de modo normal y modo común.

Componentes armónicos de la frecuencia fundamental-distorsión de onda.

Variaciones de frecuencia-regulación de frecuencia.

Interrupciones momentáneas del fluido eléctrico (Brownout).

Interrupciones de larga duración del fluido eléctrico (Blackout)

Corrientes circundantes por puestas a tierra deficientes.

Desbalance de fases


PROBLEMAS DE LAS REDES ELECTRICAS

HARMONIC

DISTORTION

OVER

VOLTAGE

UNDER

VOLTAGE

SURGE NOISE

BLACKOUT


VARIACIONES DE TENSION

PROBLEMAS CAUSADOS FALSEDAD EN LOS DATOS O

PERDIDA DE LA INFORMACION. DAÑO EN EQUIPOS ELECTRONICOS. INTERFERENCIAS.

CAUSAS ALTA DEMANDA O ALTA CARGA REPENTINO CRECIMIENTO DE CARGAS. PROBLEMAS EN EL GENERADOR LEJANIA DE SUBESTACIONES


VARIACIONES DE TENSION

CAUSAS

CERCANIA A SUBESTACIONES ELECTRCAS FALLA EN GENERADORES O

TRANSFORMADORES REPENTINO DECRECIMIENTO DE CARGAS.

SOBRE

VOLTAJE

PROBLEMAS CAUSADOS

FALSEDAD EN LOS DATOS O PERDIDA DE LA INFORMACION. DAÑO EN EQUIPOS ELECTRONICOS. INTERFERENCIAS.


RUIDO

– Interferencia de Radio

Frecuencias

– Interferencia

Electromagnética

– Mal Sistema de Aterrizaje.


ACOPLAMIENTO


S.P.T

BLDG B

15kV @ 90m 3kV @ 200m V = 12kV

200kV

BLDG A


TRANSIENTES

PROBLEMAS CAUSADOS DATOS FALSOS O PERDIDA DE

LA INFORMACION. DAÑO EN EQUIPOS

ELECTRONICOS Y FUENTES.

CAUSAS EXTERNAS CONEXIÓN Y DESCONEXION DE

CARGAS ACCIONAMIENTO DE MOTORES COPIADORAS/IMPRESORAS CORTO CIRCUITOS

Calidad de Energía en Data Centers Bogotá – Colombia

Vs > 2 Vp (Vrms x 1,4142)

f > 1000 Hz.

Sobretensión transitoria (Surge): tensión anormal entre dos

puntos del sistema, que es mayor que el valor máximo

presentado entre los mismos dos puntos bajo condiciones

de servicio normal.

TRANSIENTES (SURGES)


CAUSAS DE LOS TRANSIENTES

Causa Externas

Ambientales

i.e. Descargas atmosféricas

Compañía de Energía

i.e. Switcheo en la red

Otros Usuarios

La calidad de la energía

decrece conforme se

incrementa el número de

usuarios conectados a la misma

alimentación

Causas Internas

Switcheo en la red del usuario

- Aire Acondicionado

- Motores

- Sistemas de Refrigeración

- Balastras

- Elevadores

- Banco de Capacitores

- Etc.


Safe Zone

Degradation

Catastrophe Failure

Transient Anomalies


EFECTOS DE LOS TRANSIENTES

• Deterioro y falla de componentes electrónicos;

PLC´s, Servidores, Fuentes conmutadas, etc.

• Deterioro de los aislamientos en motores

Eléctricos, Transformadores.

• Funcionamiento Errático de equipos electrónicos

por perdida de referencia.

• Computadores trabados.

• Errores de procesamiento de datos.

• Pérdida de datos.

• Tarjetas electrónicas quemadas.

• Pérdida de aislamiento eléctrica y daño

permanente en equipos.

• Cables quemados.


Communication Board

5 volt Logic

Signal Ground


IC Chip Failure

5 volt signal Logic ground Dielectric

Insulation

Breakdown

Point

50 volts

Typical Degradation

Magnified view of 2 traces in an IC chip


MODOS DE FALLA EN EQUIPOS ELECTRONICOS

Catástrofe (<5%)

•Repetitivos eventos originan que los sistemas

fallen.

•Transitorios de gran magnitud generan

pérdida instántanea de los equipos.

•Régimenes fuertes en los sistemas de

distribución y transmisión.


MODOS DE FALLA EN EQUIPOS ELECTRONICOS

Degradación (<95%)

•Transitorios entre la zona de seguridad y

de falla generan deterioro de los equipos

electrónicos.

•Acumulación de eventos de baja

magnitud aún en cuando se den en la

zona de seguridad.


FORMAS DE INDUCCIÓN DE UNA DESCARGA

ATMOSFÉRICA


Los transitorios se pueden filtrar de 3 maneras

aún así se tenga UPS instalada.

Direct Coupling — Surges conducted on lines entering from

outside e.g. Telco or Network lines

Inductive Coupling — Surges coupled electromagnetically

onto network lines within a building

Transient Ground Potential differences between buildings

Por qué se requiere protección?


Lightning Discharge

or

Utility Grid Disturbance

System External

Data/Phone Lines

System Power Lines

Direct Coupling


PC Board Damage


Lines

Data

Nearby - Inductive Coupling

2


Bldg. “A” Bldg. “B”

Lightning Strikes Ground Potential Differences


Bldg. “A” Bldg. “B”

Data Line

200kV

Distance

15kV

100m

V = 12kV

3kV

500m

Voltage

Interface Damage

Interface Damage


Lightning killed 22 cows in Nuevo Mexico when it

struck the large tree shown with the bark stripped

off. Even through some of the cows were a

considerable distance away from the tree, the voltage

spread over the ground caused electrocuting shock

between the animal’s feet.

Results of Resistive Coupling


Fig. 18. Lightning killed 504 sheep when a stroke hit the

ground in this rocky pasture in Utah. A stroke to high-

resistance soil can produce exceptionally high voltage in the

ground and spread over an unusually large area.

Results of Resistive Coupling


Nota: El transiente originado por la diferencia de potencial a tierra entre el PC/Modem y ATM (switch).

Quema la N.I.C. (network interface card)

Remote

ATM

Data

Line

AC Panel


Gilbarco

or

Tokhiem

Store

Data Line

200kV

Distance

15kV

100m

V = 12kV

3kV

500m

Voltage

Pump Island

Convenience Store/Gas Station Interface Damage


AC Panel

Generator

X-Fer

Switch

Critical Loads

UPS

Catastrophic Failure Transfer Switch


Generator

X-Fer

Switch

Critical Loads

. .

UPS

AC Mains ZoneMaster Plus Series Provides Zone 1 Building Protection

and Power to Transfer Switch

ZoneMaster 150 Series

Use when there is concern

for lightning between Generator

and X-Fer Switch. Connect to

Generator input side.

Zone Sentinel Series

Protects Critical Load if UPS

is in by-pass mode.

Surge Protection Gen Set Applications


99% de Disponibilidad


SUPRESORES DE TRANSIENTES

• DPS (Surge Protective Device) Dispositivo de protección contra sobretensiones

transitorias.

• TVSS (Transient Voltage Surge Supressor). Dispositivo destinado a limitar las sobretensiones

transitorias, evacuando las corrientes asociadas a dicha sobretensión. Puede contener uno o mas elementos no lineales.


NORMATIVIDAD

• NEC 1999/2002/2005 (National Electrical Code)

• NTC 2050 1998/ RETIE (Código Eléctrico Colombiano).

• NTC 4552 (Protecciones Externas).

• ANSI / IEEE C62.41 (Norma supresores).

• ANSI / IEEE C62.42 (Complementaria C62.41).

• ANSI / IEEE C62.45 (Norma Testing)

• ANSI / IEEE C62.33 (Norma Varistores).

• UL 1449 (Underwriters Laboratories)

• UL 1283 (Electromagnetic interference filter)

• IEC (Institute Electrotechnical Commission)

• CSA (Canadian Standards)

• EN (European Standards)


RETIE Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas

RETIE

Resolución 18-0398 DE 2004 - Abril 07 de 2004



ARTICULO 2 - TABLA 1 - PRODUCTOS QUE REQUIEREN CERTIFICADO DE

CONFORMIDAD

Expedido por un Organismo de Certificación Acreditado por la SIC o por el

mecanismo que esta entidad determine.

ARTICULO 46 - DECRETO 2269

Todos los productos que se fabriquen en Colombia deben cumplir con estas

normas, y los productos importados adicionalmente deben cumplir con las normas

y reglamentos técnicos de su país de origen.


RETIE

ARTICULO 17. REQUISITOS DE PRODUCTOS

NUMERAL 6- DPS

Toda subestación y toda transición de línea aérea a cable

aislado de media, alta o extra alta tensión, deben disponer

de DPS. En los demás equipos de media, alta o extra alta

tensión o en redes de baja tensión o uso final, la necesidad

de DPS dependerá de una evaluación técnica objetiva del

nivel de riesgo por sobretensiones transitorias a que pueda

ser sometido dicho equipo o instalación.

Tal evaluación técnica, deberá tener en cuenta entre otros

factores:


RETIE


NUMERAL 6- DPS

El uso de la instalación,

La coordinación de aislamiento,

La densidad de rayos a tierra,

Las condiciones topográficas de la zona,

Las personas que podrían someterse a una sobretensión

Los equipos a proteger.


RETIE


NUMERAL 6- DPS

Para la instalación de un DPS se debe tener en cuenta que la

distancia entre los bornes del mismo

y los del equipo a proteger debe ser lo más corta posible, de tal

manera que la inductancia sea

mínima. En baja tensión los conductores de conexión a la red y a

tierra no deben ser de calibre

inferior a 14 AWG en cobre. En media, alta y extra alta tensión los

conductores de conexión a la

red y a tierra no deben ser de calibre inferior a 6 AWG.


Longitud de los cables:

Máx. 50cm

Mín 25 cm

Por cada 25 cm de

incremento de longitud

en el cable,

Se incrementa el

clamping 25 V por cada

1 KA de descarga.


RETIE ARTICULO 17. REQUISITOS DE PRODUCTOS

NUMERAL 6- DPS

La capacidad de cortocircuito del DPS debe estar coordinada con

la capacidad de falla en el nodo donde va a quedar instalado.

Cuando se requieran DPS, se debe dar preferencia a la instalación

en el origen de la red interna.

Se permite instalar DPS en interiores o exteriores, pero deben ser

inaccesibles para personas no calificadas. Se permite que un

bloque o juego de DPS proteja varios circuitos. Cuando se instalen

varias etapas de DPS, debe aplicarse una metodología de

zonificación y deben coordinarse por energía y no sólo por

corriente.


NIVEL DE RIESGO (ambiente global)

1. Por Rayos (densidad de descargas). Mandatorio para niveles altos y medios. Colombia

2. IEEE 1100 . Mandatorio para cargas electrónicas.


ANSI/IEEE C62.41 COMO SELECCIONAR UN SUPRESOR

DE TRANSIENTES

1. UBICACIÓN Y CLASIFICACIÓN

2. NIVEL DE RIESGO O EXPOSICIÓN

(CURVAS ISOCERAÚNICAS).

3. TENSIÓN Y CONEXIÓN (DELTA- Y)

4. CLAMPING (RESIDUAL)

5. CORTO CIRCUITO

6. OTROS.( energía en joules, modos de

protección, tiempo de respuesta < 15ns)


UBICACIÓN Y CLASIFICACIÓN


LINEA

NEUTRAL

TIERRA

Pico

Derivación

Disipación

Remanente

de pico



Z


Frecuencia

Circuito Abierto

Corto Circuito


Building

Exterior Building

Interior

30% 70%


Surge

Surge

Remnant

1000V

400V

Surge limiting

components

Divert

Neutral or Ground

Line

Surge, Noise & SPD’s


Surge

1000V

400V

Surge limiting

components

Divert

Neutral or Ground

Line

Surge

Remnant



NEUTRAL

GROUND

Noise

filter

277/480V

3-PHASE LINES

GROUND

120V

Surge Protection

Device

RP

T

277/480V

LP

Sub-Panels

120/208V



Surge limiting

components

Surge

Line

Noise

Neutral

Noise

filter



Sine Wave Tracking


7 Modes

Phase R

Phase S

Phase T

Neutral

G

A-N

B-N

C-N

A-G

B-G

C-G

N-G


10 Modes Phase R

Phase S

Phase T

Neutral

Ground

A-N

B-N

C-N

A-G

B-G

C-G

N-G


L

O

A

D

L1

L2

N

G

400V

400V

400V

13

6,000 V


S.P.T

BLDG B

15kV @ 90m 3kV @ 200m V = 12kV

200kV

BLDG A


ANSI/IEEE C62.41

Voltage

(kV)

Current

(kA)

A1 LOW 2 0,07 30

A2 MEDIUM 4 0,13 30

A3 HIGH 6 0,2 30

B1 LOW 2 0,17 12

B2 MEDIUM 4 0,33 12

B3 HIGH 6 0,5 12

Effective

Impedance

Standard 0.5μs - 100kHz RING WAVE

Voltages and Current Surge Expected in Categories A and B

Low, Medium and High Exposures

Single-Phase Modes: L-N, L-G and (L&N)-G

Peak ValuesLocation

Category

System

Exposure


COMBINATION WAVE


ANSI/IEEE C62.41

Voltage

(kV)

Current

(kA)

B1 LOW 2 1 2

B2 MEDIUM 4 2 2

B3 HIGH 6 3 2

C1 LOW 6 3 2

C2 MEDIUM 10 5 2

C3 HIGH 20 10 2

Standard 1.2/50μs - 8/20μs COMBINATION WAVE

Voltages and Current Surge Expected in Categories B and C

Low, Medium and High Exposures

Single-Phase Modes: L-N, L-G an

Location

Category

System

Exposure

Peak ValuesEffective

Impedance


NIVEL DE RIESGO O EXPOSICIÓN (CURVAS

ISOCERAUNICAS).

El nivel ceraúnico

Días en el año en

los que por lo menos es

escuchado una descarga

atmosférica o rayo.

Colombia presenta uno de los niveles ceraúnicos más

altos a nivel mundial.


PARÁMETROS DEL RAYOS EN COLOMBIA

El 95% de las

descargas

atmosféricas

provocan tensiones

de más de 20 kV y

corrientes de unos

10kA en las

protecciones (TVSS - DPS).


PARÁMETROS DEL RAYOS EN COLOMBIA

Se estima que el 90 % de los rayos en

Colombia tienen valores menores a 70 kA.

(Nivel de Riesgo Alto)

Se estima que el 50 % de los rayos en

Colombia son menores a 42 kA

Se estima que el 10% de los rayos en

Colombia son menores a 22 kA


NTC 4552

IEC 61024 brinda la siguiente información:

El 1% de las descargas atmosféricas exceden los 200kA






NIVEL CERAÚNICO PROMEDIO MENSUAL DE TUMACO

(1974-2008)

0

5

10

15

20

25

ENERO

FEBRER

O

MAR

ZO

ABRIL

MAYO

JUNIO

JULI

O

AGO

STO

SEPTIEM

BRE

OCTU

BRE

NOVIE

MBR

E

DIC

IEM

BRE

MONTH

TH

UN

DE

RS

TO

RM

DA

YS


NASA Satellite Imaging


DENSIDAD DE DESCARGAS A TIERRA (DDT) NTC 4552

La densidad de descargas a tierra es un parámetro

complementario al Nivel Ceraúnico (NC), que permite

cuantificar la incidencia de rayos en una zona

determinada.

Se puede utilizar la siguiente ecuación la cual esta en

función del NC y de la latitud del lugar deseado.


METODO 1

DDT = (0,1+0,35.SEN(Φ))*(0,6.NC),

Donde:

Φ: Latitud (radianes).

NC: Nivel Ceraúnico.

EJEMPLO

ITEM DEPARTAMENTOLUGAR DEL

NODO

LATITUD

PROMEDIO

(GRADOS)

NIVEL

CERAÚNICO

PROMEDIO

DENSIDAD DE

DESCARGAS

A TIERRA

AREA DE

INFLUENCIA

(km2)

NÚMERO DE

EVENTOS

CALCULADO

S POR AÑO

NÚMERO DE

EVENTOS DE

10KA

CALCULADO

S EN 20 AÑOS

TVSS SENTREX A

COLOCAR

1 Arauca Tame 6,46 100 8,36 50 418 8.362 ZB120Y - ZB120T


180kA

450kA

90kA 60kA

100kA

270kA


Large Block 3 Terminal

MOV’s - 90kA Rated Short Circuit Fusing

Withstands Full Surge

Rating of MOV

Thermal Fusing

Mechanical Status

Indicators

LED Status Indicators Remote Monitoring Circuit

Isolated from Surge Current

Redundant

Patented Patent No. 5311393

Advanced Technology


Competition

20 mm

Typ. 6.5kA

Many Paralleled

For Capacity

40mm

Typ. 40-45kA

Paralleled

For Capacity

ZoneMaster Series

3 Terminal 40 +40mm

90 kA rated

MOVs


Competition

L1 L3

Grd

Fuses

30-60A

Paralleled 20mm MOVs

Module Module

Typically 60A Fuses Open with a 13kA to 25kA Standard Surge Impulse or if One Small MOV Fails

Short Circuit Cartridge Fusing

Load Center

Surge Suppressor

Module

L2 N

NG

“No Protection”


Competition

Inherently Safe MOVs

L1 L3

Grd

Paralleled 20mm MOVs

Load Center

Surge Suppressor

L2 N

NG

Safety - UL1449 2nd Edition

Over Voltage Conditions

Module

No Safety Thermal Fusing Should MOVs Degrade and go into Thermal Runaway

Module Module

Double

Let-through

Voltage @ higher currents


Patent No.

5311393

L1

Grd

Module

Patented Thermal and Short Circuit Fusing Provides for Safety and Full Rated Surge Capacity

Load Center

L2

Module

Safety Fusing Thermal and Short Circuit

Full 150kA Rated Modules

90 kA MOVs (2)

Module N-G Module

L2 N


EQUIVALENCIA CLASIFICACIÓN

NEMA Y CLASIFICACIÓN IEC


ARMONICOS

Corrientes y/o voltajes que existen en un sistema eléctrico, con

frecuencia múltiplos de la fundamental 60 Hz

f (t) = ao / 2 + an Cos (n t /L ) + bn Sen (n t/l)

N = 0

L

an = 1 / L f ( t ) Cos (n t /L ) dt

- L

L

bn = 1 / L f ( t ) Sen (n t/l) dt

- L F (t) = función de onda en el dominio del tiempo

N = orden de armónico

L = longitud de un ciclo en segundos

ARMONICOS


ARMÓNICOS

THDf (Distorsión Total Armónica Como Porcentaje de la

fundamental)

Es el mayor o menor grado de distorsión de la forma de onda

comparada porcentualmente con la onda de frecuencia fundamental.

% THD = ( I h ) 2

I1

Calidad de Energía en Data Centers Calidad de Energía en Data Centers

ARMÓNICOS

THDr (THD Como Porcentaje del Total)

Es el mayor o menor grado de distorsión de la forma de onda, como

porcentaje del valor eficaz de la onda en todas sus frecuencias.

% THD = ( I h ) 2

Ih h=1


Factor K

Es un factor asociado con la forma de onda de la carga que

determina la capacidad de manejo de armónicos que

generalmente ocasionan pérdidas por efecto joule,

calentamiento en transformadores y componentes

magnéticas. Es el factor más preciso para estimar el

contenido de armónicos.

Factor K

K = ( I h (p.u) 2 ( h ) 2 ) h = 1


PARÁMETROS DE ARMÓNICOS


ARMÓNICOS

FUENTES DE ARMÓNICOS

Variadores de frecuencia

Rectificadores

Cargadores de baterías

Saturación de transformadores

Hornos y soldadores de arcos

Fuentes switcheadas

Alumbrado fluorescente

Fuentes de potencia en televisor

UPS´s

Impresoras y fotocopiadoras


ARMÓNICOS

EFECTOS Y PROBLEMAS DE LOS ARMÓNICOS

Aumentan las pérdidas en motores

Sobrecargan a los conductores de neutro

Reducen el factor de potencia

Sobrecalentamiento de transformadores (aumento de

pérdidas)

Pérdidas por efecto joule en conductores

Reducción sensibilidad del trip en los breakers

Incremento en la energía reactiva requerida por cargas no

lineales

Mal funcionamiento de equipos de cómputo y monitoreo


ARMÓNICOS

• ARMONCOS DE SECUENCIA POSITIVA (ABC)

1,4,7,10,13. (calentamiento de conductores y breakers)

• ARMONICOS DE SECUENCIA NEGATIVA (CBA)

2,5,8,11, 14. (calentamiento y pérdidas en rotores)

• ARMONICOS SECUENCIA 0

3,6,9,12,15. (aumento de corriente en el neutro).

Calidad de Energía en Data Centers /Nombre del conferencista // Conferencia

ARMÓNICO FUNDAMENTAL 60 Hz


TERCER ARMÓNICO 180 Hz


CORRIENTE FUNDAMENTAL EN EL NEUTRO

ØB ØC

N

40 AMPS @ 60Hz

40 AMPS @ 60Hz

40 AMPS @ 60Hz

0 AMPS @ 60Hz


TERCER ARMÓNICO EN EL NEUTRO

ØA

ØB ØC

N

20 AMPS @ 180Hz

20 AMPS @ 180Hz

20 AMPS @ 180Hz

60 AMPS @ 180Hz


IEEE 519

FILTROS COMO SOLUCIÓN A LA POLUCIÓN

Armónica

IEEE 519: (Corriente: 20%)

Cómo atacar el problema:

Acondicionar el sistema eléctrico para que conviva con las

componentes armónicas presentes

Eliminar los componentes armónicos más representativas a

niveles aceptables

Filtros Pasivos

Alta impedancia en serie

Baja impedancia en paralelo ( * )



a ) Filtro Pasa banda

b ) Filtro Pasa altos

El más utilizado es el pasa-banda, el cual representa una

baja impedancia al armónico sintonizado. Se utiliza para

armónicos < 11

El filtro pasa altos, presenta una impedancia baja en

frecuencias armónicas altas > 11

a b *

R

R

L

C C


UPS`S CON MANEJO DE ARMÓNICOS

6 Pulse 12 Pulse LF PWM HF PWM

Control de

amplitud

de voltaje

No Si Si Si

Distorsión

de voltaje

Pobre Pobre Mediocre Excelente

Filtrado LF LF MF HF

Respuesta

a

Transientes

Lenta Lenta Lenta Rápida

Manejo de

carga no

lineal

Pobre Pobre Mediocre Excelente


I.G.B.T (Insulated Gate Bipolar Transistor)

SCR Bipolar IGBT

Costo Bajo Alto Alto

Manejo Muy simple Complejo Simple

Switcheo Muy lento Rápido Muy rápido

PWM Pobre Buena Excelente



Problemas Vs. Soluciones FILTROS TVSS ACOND. REGUL. SINTETIZ UPS GENERADORES DE

EMERGENCIA

SURGE M.N M.C

NOISE M.N

M.C

SWELL

SAG

REGULATION

HARMONICS

BROWNOUT

BLOCKOUT

REGULACION DE FRECUENCIAS

REACTIVOS


TRANSFORMADOR DE AISLAMIENTO



U.P.S.

Tecnologías

Stand - by

Interactivas

Off Line

On Line

Componentes

Filtros

Inversores

Rectificadores

Bypass

Transformadores de aislamiento

Corrector de factor de potencia

Supresor de picos

Banco de baterías



Sistemas de Equipos de Protección Eléctrica Filtros EMI/RFI

Transformadores de Aislamiento

Supresores de transientes (SPD-surge protector device; TVSS Transient voltage surge supressors).

Acondicionadores de línea o de potencia

Reguladores de tensión

Sistemas ininterrumpidos de potencia (UPS). (sistemas stand-by, off line, interactivos, on line, true on line).

Sintetizadores magnéticos

Generadores de emergencia


TOPOLOGÍAS: UPS OFF LINE

En funcionamiento normal, la carga crítica se alimenta directamente de la tensión

de la red (de la compañía eléctrica), por tanto, las posibles variaciones de tensión

de la red no son reguladas por este tipo de UPS y son reflejadas directamente en

su salida.

Cuando las variaciones de tensión y frecuencia de la red se salen de los márgenes

de funcionamiento de la UPS, ésta pasa a funcionar con sus baterías, es decir, el

inversor del equipo conmuta para tomar tensión continua de las baterías y la

convierte en tensión alterna, que pasa a la salida para alimentar las cargas.


TOPOLOGIAS: UPS LINEA INTERACTIVA

Una UPS Línea Interactiva ofrece regulación de tensión de grado medio, mediante

elevaciones o reducciones de la tensión de red, de forma que las cargas críticas

están siendo alimentadas con una tensión estabilizada.

En estado normal el inversor funciona como cargador y cuando las variaciones de

tensión se salen de los márgenes de funcionamiento de la UPS, el inversor funciona

con sus baterías, Una UPS On-Line protege contra todo tipo de problemas

energéticos y continuamente utiliza la tensión de inversor, que es totalmente aislada

de la tensión de red, para alimentar las cargas críticas.


TOPOLOGIAS: UPS ON LINE DOBLE CONVERSIÓN

On Line Doble Conversión:

1a Conversión (AC - DC): Rectificador cargador de baterías

2a Conversión (DC – AC): Inversor genera una onda completamente

pura que pasa a la salida para alimentar las cargas.


UPS ON LINE: FUNCIONAMIENTO NORMAL


UPS ON LINE: FUNCIONAMIENTO EN BATERÍAS


UPS ON LINE FUNCIONAMIENTO EN BY PASS


VENTAJAS UPS ON LINE: REGULACIÓN DE VOLTAJE

120V AC

V Out

V In 85V 100V 115V 146V

Rango de operación sin

consumir baterías

120V +-25%

Voltaje de Salida estabilizado 120 +-2%


Normatividad

IEC 146-4, IEC 50091-1, IEC 50091-2 para UPS

IEC950, safety

EN60950, safety

EN50081-1 (EMC)

EN55022 (EMC)

VDE 0871 Class A (EMC)

ANSI C62.41 (IEEE587) (immunity)

IEC801,2,3,4 (immunity)

MILSTD810, vibration

EN 60555-2 (IEC 1000-3-2), harmonics

UL 1778


Teclas de control: Inversor, By pass - Battery test ,

Alarm off

Panel Mímico de Monitoreo


Encendido de la UPS

Panel de Control LCD


Estado Normal de Operación


Operación Normal a Bypass


Operación en Baterías


Operación en Sobrecarga


Display LCD


Definiciones Importantes

Definición de los niveles de redundancia

N - Satisface los requisitos básicos son redundancia

N+1 - Una unidad/camino/modulo por encima del requisito básico; la suspensión de una sola unidad no perturbara la operación

2N - Dos unidades/caminos/módulos completos por encima de cada uno exigido en el sistema básico; el fallo de todo el sistema no perturbara las operaciones

2(N+1) - Dos unidades/caminos/módulos (N+1) completos; el fallo de un sistema sigue preservando la resilencia de todos los componentes


Carga = Capacidad

de módulo

REDUNDANCIA UPS ¿Que es ´N´?

Carga = 2 x Capacidad

de módulo

Carga = 3 x Capacidad

de módulo

N = 1 unidad

600kVA cada una

N = 2 unidad

300kVA cada una

N=3 unidad

200kVA cada una


Capacidad de módulo

= carga 100%

REDUNDANCIA UPS ¿Que es ´N+1´ ?


= carga 50%


= carga 33,3%

N=1 Costo Inicial+100%

N=2 Costo Inicial + 50%

N=3 Costo Inicial + 33,3%


Capacidad de módulo = carga 100%

REDUNDANCIA UPS ¿Que es ´2N´ ?

Capacidad de módulo = carga 33,3%



REDUNDANCIA UPS ¿Que es ´2(N+1)´ ?



GRACIAS…

I.E. OSCAR F. OLIVERA D.

presentacion_simposio_calidad_de_energia.pdf · variaciones rápidas y continuas de la magnitud de...

Documents