UPS tipo Ferroresonante

Otras dos topologías de UPS bastante comunes en el mercado, las cuales son esencialmente de operación Off-Line son las del tipo Ferroresonante y Triport.

Las UPS del tipo Ferroresonate utilizan un transformador especial a la salida, el cual está sintonizado a 50 ó 60 Hz (dependiendo de lafrecuencia de la red donde se encuentren instaladas).

Este transformador con tres bobinados regula la tensión de salida, y puede ser visto como un estabilizador de tensión. Uno de los bobinados es utilizado para el Inversor.

Cuando la energía de la línea falla, el relé de transferencia conmuta , el inversor arranca y alimenta a la carga. Como vemos el Inversor está en modo standby, y es energizado solo cuando la línea falla. Eltransformador, debido a sus especiales características, tiene la capacidad de almacenar energía, lo que hace que durante el período de transferencia no se manifieste un micro corte de energía tan importante como en la UPS Standby.

La aislación del transformador también provee una alta atenuación de ruidos y picos transitorios, igual o mejor que cualquier otro filtro disponible, pero el transformador mismo puede crear severas distorsiones en la tensión de salida(fundamentalmente con cargas no lineales), que pueden llegar a ser peores que una mala conexión de línea.

En la Figura 10 podemos ver el diagrama en bloques de una UPS de éstas características, funcionando en Modo Normal.

UPS tipo Triport

La UPS denominada Triport (unity three phase, silcon) es realmente una UPS Interactiva. En éste sistema el inversorestá interactuando permanentemente con la línea. Note en la Figura 11 que hay un inductor intercalado entre la entrada de la línea y la salida del Inversor. Este inductor es el que distingue a la UPS tipo Triport de las otras tecnologías

El nombre Triport (tres puertos) es debido a que realmente, elinversor, la línea, y la carga configuran los tres puertos.

Operando en modo normal (con línea presente), hay una caída de tensión en el inductor, y es necesario el funcionamiento del inversorpara regular la tensión de salida a la carga.

El inversor también toma parte de energía de la línea y además mantiene la carga de las baterías. Si el inversor tomara la energía desde las baterías, éstas se descargarían y no estarían disponibles en el caso de un corte de tensión de entrada.

Cuando la entrada falla, el interruptor se abre y el inversor alimenta a la carga con la energía de las baterías. El diseño Triport es algunas veces comercializado como UPS de Simple Conversión, pero realmente ésta tecnología sigue encuadrándose dentro de las UPS Off-Line. Estas UPS pueden presentar un incorrecto funcionamiento cuando se las opera con generadores o plantas de energía que tengan una frecuenciainestable.

Existen diversos tipos de Topología de UPS y cada una de ellas tiene sus ventajas y desventajas, es necesario conocerlas si deseamosaprender a reparar un UPS ó si deseamos tener los suficientesconocimientos para seleccionar el equipo más adecuado para nuestras necesidades.

A continuación enumeraremos cada una de estas topologías y la discutiremos ampliamente:

I.- UPS off Line (Fuera de Línea) ó UPS 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:

A.- Filtro y Supresor de Transitorios:

El Filtro de Línea reduce las variaciones transitorias de voltaje debidas al encendido y apagadode 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 voltajeque 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 ycapacitores 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 Varistores de Oxido Metálico (MOV).

Al Supresor de Picos se le llama comúnmente TVSS que significa Supresor de VoltajeTransitorio por sus siglas en inglés (Transient Voltage Surge Suppresor.

El nivel de protección del filtro de Entrada de este tipo de equipos es limitado.

B.- 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 utilizadasen 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 unvoltaje 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 unmultímetro, veremos dicho valor de 12 volts. Sin embargo la bateríatiene 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 devoltaje 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 bateríavaya 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 elvoltaje 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 labatería 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 bateríade 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 (-).

C.- 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.

D.- El Inversor.-

El Inversor se representa por un bloque donde le entra Corriente Directay sale Corriente Alterna:

En el Tutorial de Sistemas de Fuerza Ininterrumpible ya se habíamostrado la forma en que se logra la conversión de Corriente Directa a Corriente Alterna mediante el “switcheo” de 4 transistores en configuración tipo Puente Inversor.

La forma de Onda que se utiliza en UPS del tipo Off-Line es laCuasisenoidal y es de la siguiente forma:

La Forma de Onda Cuasisenoidal es la de color Negro y antepusimos una Senoidal para que se pueda comparar ambas ondas. Esta forma de Onda es recomendada para Equipo electrónico y de cómputo aunque si el equipo es muy delicado por ejemplo para equipos PLC se recomienda que la forma de onda del inversor sea Senoidal

Como este tipo de UPS es económico, se utiliza siempre la Forma de Onda Cuasisenoidal.

Recordando el diagrama del Inversor, Para generar el semiciclo Positivo de laonda, se tiene que mandar encender el transistor Q1 y Q4, después hay un tiempo en que no hay voltaje (aprox. 4 mseg.)

Y en este caso los 4 transistores se encuentran  apagados. Después generamos el semiciclo negativo encendiendo los transistores Q2 y Q3 y otra vez requerimos apagarlos para obtener un tiempo de voltaje cero.

Si generamos el semiciclo positivo durante 4 mseg. Después 4 mseg. devoltaje cero, después 4 mseg. de voltaje negativo y finalmente 4 mseg. de voltaje cero; esta es la descripción de un ciclo en una forma de onda a 60Hz.

Para obtener un voltaje de 120 volts del inversor, basta con alimentar la onda obtenida a un transformador elevador (en el diagrama se representa sólo el primario de dicho transformador).

El voltaje de pico de la señal obtenida deberá ser de 120 volts por 1.41 que es la raiz cuadrada del número dos. Es decir que para obtener 120 volts a la salida el pico de la señal obtenida deberá ser de +/- 170 volts.

En equipos más sofisticados, se regula el voltaje del inversor ya que elvoltaje puede variar al estar bajando el voltaje de la batería y esto se logra aumentando un poco el

ancho de los pulsos de voltaje y disminuyendo de la misma manera el ancho de los pulsos de voltaje ceropara conservar el mismo tiempo de 16.6 mseg. Por cada ciclo a 60Hz.

Hay además otros diseños más sencillos de inversor donde se utilizan tan solo dos transistores incorporando un transformador:

En el diagrama, si encendemos FET1, se hace pasar corriente en un sentido en el primario del transformador, y si encendemos FET2, hacemos pasar la corriente en el sentido contrario.

De esta manera se consigue obtener la corriente alterna en el secundario del transformador y con sólo dos transistores.

Para este tipo de equipos, el inversor generalmente incorpora Mosfets ya que son más eficientes, es decir que producen menos calor. Si se necesita obtener más potencia de un Inversor, es práctica muy común que cada Mosfet en realidad consista de dos , tres, ó hasta 10 ó mas mosfets en paralelo para poder manejar más corriente.

El Inversor lo podemos identificar en un UPS porque consiste de varios transistores ó mosfets montados con su disipador de calor de grandes dimensiones ya que el Inversor es el elemento que genera más calor en el UPS. En ocasiones se incorpora un ventilador para ayudar al enfriamiento del Inversor.

D.- El Interruptor de Transferencia.-

Cuando hay un corte de energía ó el voltaje es muy alto ó muy bajo a niveles inadecuados para seguir operando la carga, requerimos desconectar el voltaje de Entrada que en este momento va hacia la carga y ahora requerimos encender elInversor y rápidamente conmutar el voltaje del Inversor a la carga.

Esto tiene que ser muy rápido para que la carga no se dé cuenta que el voltaje se interrumpió, esta es la función delinterruptor de transferencia que generalmente es un relevador; el tiempo de transferencia típicamente es de 4 mseg.

Pero en ocasiones dependiendo del fabricante puede ser hasta de 10 mseg.; Estos valores de tiempo de transferencia se consideran adecuados para la mayoría de las cargas electrónicas. Sin embargo hay cargas muy delicadas que aún un tiempo tan corto de interrupción puede hacer que operen incorrectamente por lo que este tipo de UPS no es adecuado para este tipo de cargas.

Funcionamiento Modo Normal:

En el modo Normal de operación, el voltaje de alimentación es de un nivel tal que no hay necesidad que entre el Inversor a funcionar; por lo tanto el voltaje de entrada pasa por el filtro y después energiza la carga a través del Switch de Transferencia el cual está normalmente cerrado tomando en cuenta que es un relevador.

La corriente fluye desde la entrada y hacia la carga y una pequeña cantidad de corriente es rectificada por el cargador de baterías y utilizada para mantener la batería en “flotación”. El Inversor se encuentra apagado (en stand-by).

Funcionamiento Modo Baterías:

Cuando el voltaje de alimentación del UPS se sale de la ventana predeterminada de operación, el UPS se va a Modo Baterías.

El voltaje de entrada tiene una ventana “aceptable de operación” que suele ser de un +/-15% aproximadamente, esta ventana se escoge tomando en cuenta que voltaje es adecuado para alimentar la carga.

Siendo el voltaje nominal de 120 volts, la ventana iría desde 102 volts y hasta 138 volts, dentro de este rango de voltaje, el UPS entregará ese mismo voltaje a la salida solamente acondicionado por el Filtro.

Si el voltaje de entrada es menor a 102 volts ó mayor a 138 volts, entonces el Control del UPS enciende inmediatamente el Inversor al mismo tiempo que manda energizar el relevador de transferencia, cuando el relevador conmuta el Inversor ya está encendido y listo para energizar la carga.

Es importante hacer notar que el voltaje del Inversor es regulado y entrega un voltaje de 120 VCA +/-3% a 60.0 Hz (la frecuencia controlada por cristal) aún y cuando inicialmente el voltaje de baterías inicia en unos 14.0 volts y cuando la batería está totalmente descargada el voltaje es de 10.5 volts. (Esto para en caso de que la batería del UPS sea solamente una de 12 volts).

Regreso a operación normal después de modo baterías:

Una vez que el voltaje regresa a los límites permitidos, el switch de transferencia ó relevador de transferencia se desenergiza y el UPSregresa a operación normal donde la carga es nuevamente alimentada por el voltaje de entrada.

El Inversor se apaga al mismo tiempo y la batería se comienza a recargar hasta que llegue nuevamente a su estado de cargada al 100%.

El tiempo que tarde en recargarse al 100% la batería depende del tiempo que el equipo duró en  baterías y generalmente es de 10 veces el tiempo que duró la descarga.

Es decir que si el UPS estuvo por 5 minutos en baterías, la batería estará casi totalmente recargada en unos 50 minutos. Esto varía un poco dependiendo del fabricante del UPS.

Ventajas y desventajas de la UPS Off Line o Stand-By

A continuación listamos las ventajas y desventajas del UPS Off-Line:

VENTAJAS DESVENTAJAS

- Es muy económico- Consume muy poca energía- Es ligero- Es el más adecuado para el usuario personal

- No tiene regulación de voltaje- No tiene regulación de frecuencia- La protección a la carga es limitada- La vida de la batería es corta (de 2 a 4 años)- Hay una interrupción en el voltaje de 4 a 10 milisegundos cuando se va a baterías.- La forma de onda cuasisenoidal no es compatible para todo tipo de cargas.

II.- UPS Stand-By con regulación de voltaje

Este tipo de equipos es muy similar al Stand-By pero con la característica adicional de que incorpora además una etapa de regulación de voltajepor lo que se obtienen dos ventajas:

A)  Se alimenta a la carga un voltaje regulado por lo que está más protegidaB)  El rango de voltaje de Entrada que acepta el UPS sin ir a baterías es mayor

A continuación el diagrama a bloques:

Si comparamos el diagrama anterior observaremos que es muy similar al UPS Stand-By y la única diferencia es la etapa deregulación de voltaje.Dicha etapa consiste en un transformador con varios “taps” de entrada y uno de salida de la siguiente forma:

Como se puede observar, el transformador tiene dos devanados primarios, uno con taps para realizar la regulación de voltaje y el otro primario es el que se va a alimentar con el voltaje del Inversor para elevarlo y obtener los 120 VCA.

Refiriéndonos a la regulación de voltaje, existe un común en la alimentación que va conectado al Neutro de Entrada y después

tenemoslos tres “taps” del transformador cada uno de los cuales está alimentado por el contacto Normalmente Abierto de un relevador. Aquí para la explicación utilizamos relevadores pero también se pueden utilizar Triacsen lugar de los relevadores.

Si cerramos el contacto del relevador K2, la relación de vueltas entre primario y secundario es de 1 lo que quiere decir que el voltaje que entraes el mismo que obtendremos a la salida.

Si cerramos el relevador K3, la relación ahora es menor a 1 de tal manera que el voltaje de salida será menor al de entrada.

Finalmente si cerramos el relevador K1 la relación de vueltas ahora es un poco mayor a 1 y el voltaje de salida será un poco mayor que el deentrada.

Obviamente sólo un relevador puede estar energizado al mismo tiempo. Si el voltaje de Entrada está en niveles desde 115 hasta 125 volts (valores de ejemplo) se considera que el voltaje es adecuado y entonces se energiza el relevador K2 para que el voltaje de Entrada sea igual que el deSalida.

II.- UPS Stand-By con regulación de voltaje

Si el voltaje de Entrada baja y llega a ser menor a 115 volts, entonces se desenergiza K2 y se energiza K1 y de esta manera el voltaje de salida lo elevamos para obtener un valor más cercano a los 120 volts.

Ahora si el voltaje de Entrada sube hasta ser mayor a 125 volts, entonces se energiza K3 y el voltaje que obtenemos a la salida es menor aproximándose a los 120 volts.

De tal manera que el control está constantemente “sensando” el voltajede Entrada para decidir si energizamos K1, K2 ó K3; el relevador que sea necesario para obtener a la salida un voltaje lo más cercano al nominal de 120 volts.

¿¿Qué sucede si el voltaje baja aún mas que aún con el Tap más alto no podemos obtener un voltaje adecuado??¿¿Qué sucede si el voltaje sube tanto que aún y con el Tap más bajo no podemos obtener un voltaje adecuado??

En cualquiera de ambos casos se apagan los tres relevadores y enciende el Inversor, es decir que el UPS se va a modo de baterías.

Como verán, el funcionamiento de este tipo de UPS es muy similar al anterior pero como tenemos regulación de voltaje incorporada, si varía el voltaje primero que nada lo regulamos mediante los Taps deltransformador y si el voltaje se sale completamente del rango en que podemos regularlo ya sea para arriba ó para abajo, entonces entra el Inversor para seguir protegiendo la carga.

Hay equipos Stand-By con regulador tan económicos que para simplificar el diseño no incorporan regulación por alto voltaje, sólo por bajo voltaje. Incluso hay equipos “Stand By” y “Stand-By con regulador” de ciertos fabricantes en los cuales el UPS no se va a baterías por alto voltaje. Es decir que estos equipos tienen protección de baterías por bajo voltaje mas no por alto voltaje; y eso es grave porque si hay una elevación en el voltaje nuestra computadora no estará protegida y pudiera dañarse.

Hay un tipo de topología que incorpora un Inversor “bidireccional” llamado Línea Interactiva, hay en realidad pocos equipos de esta tecnología en el mercado pero se ha creado un poco de confusión ya que al equipo Stand-By con regulador le llaman Línea Interactiva.

Por ello cuando veamos que un fabricante le llama a su equipo Línea Interactiva, en realidad lo más seguro es que se trate de un equipo Stand-By con Regulador.

Este tipo de equipos es muy popular en capacidades desde 500 VA hasta 5 KVA y realmente son buenos equipos recomendados incluso para alimentar servidores y equipo delicado.

Hay incluso equipos “Linea Interactiva” (Stand-By con regulador) en los que la forma de onda del Inversor es senoidal, son un poco mas caros pero vale la pena ya que la onda senoidal es compatible con cualquier tipo de carga.

III.- UPS On Line (En Línea)

Este tipo de equipos es llamado “En Línea” debido a que el Inversor se encuentra dentro de la línea principal de energía ya que siempre se encuentra operando.

Esta tecnología es la más cara de todas pero es la que ofrece el mayor nivel de protección.

A continuación el diagrama a bloques:

Esta topología es muy diferente a las anteriores. El voltaje de Entrada pasa por medio del Interruptor “INT1” al primer bloque que es el rectificador.

Rectificador.- El Rectificador del UPS On Line consiste de la etapa de rectificación con SCR generalmente con el objeto de poder variar el ángulo de disparo de los SCR y de esta manera poder regular el voltajede CD a obtener a la salida, obviamente después de ser rectificado elvoltaje de Entrada se filtra con Capacitores para obtener un voltajecontinuo y regulado.

El  voltaje regulado de corriente directa obtenido en el Rectificador, tiene dos objetivos:

- El primero es mantener las baterías en flotación e incluso recargarlas después de un corte de energía.- El segundo es alimentar al Inversor para que este a su vez convierta lacorriente directa del rectificador en corriente alterna.

OPERACION - Modo Normal de UPS On Line:

En el Modo Normal, “INT1” está cerrado alimentando el Rectificador, éste a su vez proporciona un voltaje de CD Regulado para alimentar el Inversor y a su vez mantener las Baterías en flotación.

El voltaje del Rectificador es convertido por el Inversor en un voltaje deCorriente Alterna Regulado en Voltaje y en Frecuencia para por medio de “INT3” alimentar la

carga. En este instante el “INT4” está abierto y el “Switch Estático” está apagado.

Como podemos observar, el voltaje de la Línea Comercial es descompuesto al ser convertido en Corriente Directa y cualquier variación de Voltaje, Frecuencia, Pico de Voltaje, etc. es eliminado durante la conversión a Corriente Directa.

El Inversor a partir de esta Corriente Directa genera una nueva señal devoltaje de 120 vca la cual es totalmente diferente a la que entró al UPS de la Línea Comercial y es por eso que aún y cuando haya en la entrada todo tipo de problemas de variación de voltaje ó picos de voltaje, en la salida no se verán reflejados porque el voltaje de salida es un voltaje nuevo creado por el Inversor.

En el diagrama siguiente podemos observar la trayectoria de la corriente, la línea más gruesa representa el camino por el cual circula la corriente hacia la carga y la línea más delgada representa la corriente de flotación para mantener cargadas las baterías.

OPERACION - Modo Baterías de UPS On Line

Cuando el voltaje a la entrada del rectificador es lo suficientemente alto ó bajo como para que ya no pueda seguir entregando un voltaje de CD regulado, el Rectificador se apaga pero, como en paralelo tenemos conectadas las baterías, el Inversor sólo detecta cuando el voltaje baja ya que está operando ahora la batería.

Sin embargo esa variación de voltaje no importa ya que el Inversor regula el voltaje y en la carga el voltaje permanece sin variación e incluso no hay ningún instante en el que se interrumpa el voltaje como sucede en latopología Off-Line.

Si el corte de energía se prolonga tanto de tal manera que las baterías se descarguen completamente, entonces el UPS se apaga al no tener ya manera de seguir alimentando la carga.

Si antes de que se terminen las baterías, el voltaje de entrada del Rectificador vuelve a la normalidad; entonces el Rectificador enciende y alimenta nuevamente el Inversor y a la vez comienza a recargar las baterías.

Este cambio de operación Baterías a operación Normal también es transparente para la carga y permanece en todo momento alimentada sin interrupción alguna.

En el diagrama anterior se puede observar el camino de la corriente desde las baterías pasando por el Inversor y hacia la carga, el rectificador se representa en color gris para hacer notar que está apagado

OPERACION - Modo ByPass de UPS On Line

Existe la posibilidad de que por algún motivo el Inversor no pueda seguir alimentando la carga, las principales razones son las siguientes:

- Hay un daño en el Inversor- Hay una sobrecarga en el Inversor- Hay sobretemperatura en el equipo- Hay un daño en la lógica del equipo

Por tal motivo, el UPS On-Line incorpora lo que se llama la línea deBypass que no es mas que una forma de alimentar la carga con la Línea Comercial.

Cuando el UPS está en Bypass el “INT3” se encuentra abierto para desconectar el Inversor de la carga, el “INT4” está cerrado para alimentar la carga directamente de la Línea Comercial.

Cuando la lógica detecta que por alguno de los motivos mencionados anteriormente el Inversor no puede seguir alimentando la carga, ejecuta una transferencia de la carga a Bypass de la manera siguiente:

- Manda encender el Switch Estático el cual consiste en dos SCR en paralelo inverso para poder conducir Corriente Alterna.- Manda cerrar INT4 el cual consiste en un contactor ó un Interruptor operado por Motor.- Manda apagar el Switch Estático.- Manda abrir INT3 que también consiste en Contactor ó Interruptor operado por Motor.

Ahora la carga está soportada por la Línea Comercial a través de INT4 y no a través del Inversor.

Es importante hacer notar que cuando se transfiere a Bypass en un instante quedan en paralelo Inversor y Linea Comercial eso para evitar desconectar el voltaje a la carga.

Además hay que notar que siempre va a haber sólo un interruptor cerrado al mismo tiempo INT3 ó INT4 con excepción de cuando se hace una transferencia. Cuando se requiere transferir a Bypass se necesita una gran velocidad y por ello se utiliza el Switch Estático el cual al ser electrónico es de muy alta velocidad.

En el diagrama anterior se puede observar la trayectoria de la corriente en Modo Bypass, el Rectificador y el Inversor pueden o no estar encendidos. Cuando el UPS está en el modo Bypass, no hay protección alguna para la carga.

El modo Bypass lo utiliza el UPS para evitar al máximo que el voltaje se vea interrumpido en la carga, por tal razón inmediatamente manda una alarma para alertar

que se está en modo Bypass y que la carga esta desprotegida incluso si hay corte de energía no habrá protección de Baterías en virtud de que la carga no está por el Inversor.

Comentarios finales

El UPS On-Line hará todo lo posible por evitar una interrupción devoltaje a la carga, si no es posible como por ejemplo un daño al equipo, transferirá la carga a Bypass.

Si se fue a Bypass por sobrecarga (por pedir al Inversor mas Kilowatts de los que puede alimentar) el UPS intentará regresar al cabo de unos segundos, si ya puede con la carga quedará en Normal, si la sobrecarga persiste regresará a Bypass y se quedará en Bypass para obligar a que se revise la razón de la sobrecarga.

El UPS On-Line representa la mejor calidad de equipo porque la carga siempre está alimentada por el Inversor y por tal razón el voltaje permanece estable a 120 volts+/-1%. La frecuencia permanece estable en +/-1 Hz. La forma de onda del Inversor en el  UPS On-line es senoidal.

Hay equipos On-Line desde 1 Kva hasta 1000Kva, si se requiere más capacidad, se pueden emparalelar módulos para obtener 4000 ó 5000 KVA.

Hay equipos monofásicos a 120 volts, monofásicos a 208 volts y trifásicos a 208, 480 y 600 volts.

Hay otras topologías de UPS que no se discutieron como por ejemploDelta Conversion On-Line que es un diseño exclusivo de la marca APC.

También hay los equipos Ferroresonantes que son un diseño Off-Line con regulación por transformador Ferroresonante.

Cualquier duda acerca de este tutorial ó cualquier duda de los UPS los invito a visitar el Foro de ”Sistemas de Fuerza Ininterrumpible” donde se podrán hacer todo tipo de consultas de los UPS y de esta manera todos nos podremos beneficiar y aprender.

El tema de los UPS es bastante extenso, por ello hay muchísima información que faltaría agregar, sin embargo estoy a sus órdenes para cualquier duda acerca de algún UPS especifico ó de cómo reparar uno.

¿ES IMPORTANTE LA FIABILIDAD DE CADA UNIDAD DE UPS? (Y II)Afshin Majd, de Piller Group GMBH, explica los principales índices de fiabilidad y redundancia necesarios en un UPS

24 April 2012 por Rafael María Claudín Di Fidio - Datacenter Dynamics

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Si en la primera parte del artículo Afshin Majd, de Piller Group GMBH, nos habló de los índices de fiabilidad, el mantenimiento de los UPS, la redundancia y la fiabilidad de los sistemas, en esta segunda parte nos muestra las cifras de cálculo de fiabilidad, el punto único de fallo o una comparación de configuración redundante de UPS.

 

Cifras de cálculo de fiabilidad

Con el objetivo de ser capaces de calcular los índices de fiabilidad de un sistema, hay que crear el Reliability Block Diagram (RBD), o Diagrama Bloque de Fiabilidad, del sistema. Esta tarea necesita que tengamos un gran conocimiento de la operación del sistema y de la redundancia. Dos sistemas eléctricos idénticos pueden tener dos diferentes RBD equivalentes, si la lógica de sus operaciones no es idéntica. Ese es un sistema que incluye dos UPS en paralelo que puede tener dos números de fiabilidad dependiendo de cómo está siendo operado. A continuación, se muestra un sencillo ejemplo para ilustrar el concepto del RBD para un sistema eléctrico.

El sistema tiene dos unidades UPS en paralelo, que son idénticas. El primer sistema alimenta una carga de 200 kVAs, y el segundo sistema alimenta una carga de 100 kVAs, es decir que tiene una redundancia 1+1. Las unidades UPS son idénticas, y los números se muestran en el Gráfico 6.

Como vemos, las unidades en RBD están en serie porque están alimentando la misma carga. El cálculo para MTBF (m) y MTTR (r) será como sigue:

Para el mismo sistema, si se alimenta una carga de 100kVA, los números serán diferentes. El cálculo se muestra en el Gráfico 7.

En el segundo sistema los bloques están en paralelo porque tienen una redundancia. Las cifras de fiabilidad son mucho mejores que en el primer caso gracias a la redundancia. Por lo tanto, es esencial conocer la lógica de funcionamiento del sistema antes de dibujar el RBD, y calcular las cifras de fiabilidad.

 

Punto único de fallo

Un tema importante en el proceso de diseño es el “punto único de fallo” en el sistema. Un buen diseño tiene que evitar un componente común en el camino de las ramas redundantes. En otras palabras, los puntos únicos de fallo son los puntos, que en caso de fallo, pueden afectar todos los caminos redundantes y echar abajo el sistema. Diseños diferentes tienen algunos buses, o elementos, en común, que pueden actuar como un punto único de fallo.

Es importante identificar el punto único de fallo en un sistema, y tratar de usar componentes muy fiables para esos puntos. En la siguiente sección se explican diferentes diseños, y sus puntos únicos de fallo, y se comparan los números de fiabilidad para mostrar el efecto de la fiabilidad individual del UPS en un sistema.

 

Comparación de configuración redundante de UPS

Hay cuatro importantes configuraciones redundantes que se utilizan para alimentar los sistemas eléctricos. A continuación, se resumen las características de estas configuraciones en la Tabla 1.

En los siguientes ejemplos, las mismas unidades UPS se utilizan en diferentes configuraciones; los valores nominales, y las cifras de fiabilidad para las diferentes partes del sistema son:

• UPS: 100 kVA cada uno

• Carga: 200 kVA total

Datos de fiabilidad:

• Módulo UPS

MTBF=100.000 hrs/200.000 hrs

MTTR=24 hrs

• Bus de comunicación y media de

desconexión:

MTBF=50 Mill hrs

MTTR=24 hrs

• Interruptor STS de transferencia estática,

en cada canal, incluyendo prevención de

inversión de potencial:

MTBF=150.000 hrs

MTTR=24 hrs

• Cebador de bus IP y media de

desconexión

Cebador: MTBF=1 Mill hrs

Desconexión MTBF=1 Mill hrs

MTTR=24 hrs

 

En los siguientes gráficos, se muestra el RBD equivalente de cada configuración. Después de realizar los cálculos de redundancia, los resultados se resumen en la Tabla 2.

En una comparación sencilla, las dos columnas para el MTBF=100k hrs, y 200k hrs pueden compararse una al lado de la otra. Ni que decir tiene que los números para la configuración basada en 200k hrs son mejores. El punto más notable es que, especialmente para las dos últimas configuraciones, los números MTBF para las 200k hrs son considerablemente mejores. Eso pone de relieve la importancia de la fiabilidad individual del UPS. En otras palabras, elegir un UPS más fiable en la misma configuración tiene un impacto importante y significativo en la fiabilidad del sistema.

Resumen

En este documento, se ha tratado en detalle la importancia de la fiabilidad individual del UPS. Primero, se mostró que aumentar el número de unidades paralelas afectará a la fiabilidad del sistema. En sustitución a un alto número de pequeñas unidades de UPS, se mostró que una unidad más grande y fiable incrementará significativamente la fiabilidad total del sistema. Asimismo, se analizaron y compararon cuatro de las más importante configuraciones de los sistemas. Con la ayuda de los cálculos de fiabilidad, se mostró que para las conexiones comunes de UPS, si se utiliza una unidad de UPS más fiable, el número de fi abilidad del sistema mejorará considerablemente. Este tema ha tenido un gran efecto en dos de las conexiones, concretamente la paralela aislada y la paralela sistema+sistema en las cuales los índices de fiabilidad aumentaron más rápidamente. Esto prueba la importancia de elegir unidades UPS de mayor tamaño, que son más fiables.

Distintas configuraciones de conexión para sistemas de UPS

Según sea importancia del proceso se pueden lograr configuraciones ininterrumpibles a prueba de todo tipo de fallas. por Artelec SRL La mejor de las redes de suministro eléctrico público no es capaz de asegurar proveer, en forma ininterrumpida, energía con una calidad suficiente como para no alterar, en mayor o menor medida, el funcionamiento de los aparatos conectados a ella. Esto es especialmente cierto cuando se trata de equipamientos informático. Ante la posibilidad de que se produzcan tiempo de inactividad y errores en el procesamiento de datos causados por la red de suministro eléctrico, la mayoría de las empresas optan por utilizar un sistema UPS (sistema de energía ininterrumpible) entre el sistema de la red pública de distribución de energía y sus cargas de misión crítica. La configuración del sistema UPS elegida para una aplicación tiene un impacto directo en la disponibilidad (el porcentaje estimado de tiempo en que la energía eléctrica está presente y funcionando adecuadamente para abastecer a la carga crítica) de los equipos informáticos a los que ese sistema deba alimentar.Algunas de las variables que afectan dicha disponibilidad de energía son: los errores humanos, la confiabilidad de los componentes, los cronogramas de mantenimiento y el tiempo de recuperación del sistema. Cada una de las mismas tienen su incidencia en las 5 configuraciones habituales que encuentran en el mercado de hoy: (1) Módulo simple, (2) redundante aislada, (3) paralela redundante, (4) sistemas de doble alimentación. Brindaremos pautas para seleccionar la configuración apropiada para una aplicación dada. ¿Qué significa “N”?Las configuraciones de diseño de UPS suelen describirse con nomenclaturas que incluyen la letra “N” en una fórmula. Por ejemplo, un sistema paralelo redundante también puede llamarse diseño N+1, y un diseño de sistema doble puede llamarse 2N. “N” puede definirse como la “necesidad” de la carga crítica. Es decir es la capacidad de potencia requerida para alimentar los equipos protegidos.Históricamente, ha sido necesario proyectar los requisitos de potencia para la carga crítica pensando en las instalaciones futuras para permitir que el sistema UPS alimentara cargas críticas por 10 ó 15 años. Quedó demostrado, y muy justificadamente, que proyectar esa clase de carga es una tarea difícil. Más recientemente, con el auge de la compactación de la tecnología, se comenzó a utilizar el concepto de “watts x rack” para referirse a la capacidad del sistema, dado que es mas fácil estimar las cantidad de equipos por la cantidad de racks a ocupar, y el consumo máximo del mismo. Hoy día se habla desde 3 kW/rack hasta 12 kW/rack (o mas) lo que implica todo un reto al especialista del acondicionamiento térmico.Entonces la sala de cómputos con una capacidad de diseño proyectada de 400 kW es una configuración N ya sea que tenga una sola UPS de 400 kW o dos UPS de 200 kW conectadas en paralelo a un bus común de distribución. Una configuración N se puede ver como el requisito mínimo para proveer protección a la carga crítica. Módulo Simple A diferencia de las UPS pequeñas, los sistemas que superan las capacidades monofásicas (aproximadamente 10 kW) tienen interruptores de bypass estático automático (interno) que permiten que la carga se transfiera en forma segura a la red eléctrica si el módulo UPS tiene problemas internos. A su vez pueden ser solicitadas con un bypass de mantenimiento (básicamente un interruptor) que permite bypasear todo el equipo de forma de poder realizar tareas de mantenimiento internos.Una manera de mejorar un diseño simple es dotar al sistema de la capacidad de bypass “de mantenimiento externo”. Un bypass externo permite que todo el sistema UPS (los módulos y el bypass estático) se apague de manera segura para tareas de mantenimiento cuando es necesario. Por supuesto, este es un circuito que por lo general está abierto y que solo se puede cerrar cuando el módulo UPS está en bypass estático (o de mantenimiento). Cuando se implementa adecuadamente, el bypass de mantenimiento es un componente importante del sistema, que permite que un módulo UPS se repare en forma segura sin que sea necesario desconectar la carga. Se muestra un sistema UPS simple de un solo módulo en la Figura 1. 

  figura 1: configuración en módulo simple VentajasØ        Configuración de hardware conceptualmente sencilla y rentableØ        La eficiencia de la UPS es óptima, ya que permite llegar a utilizarse en su capacidad totalØ        La disponibilidad de energía eléctrica es superior a la de la red eléctricaØ        Puede llegar a tener capacidad de expansión cuando crecen los requisitos de potencia si cuidamos de comprar una UPS expandible (es posible instalarse hasta 6 módulos en paralelo) DesventajasØ        La disponibilidad es limitada cuando ocurre una falla en un módulo UPS, en cuyo caso la carga se transfiere al bypass, lo que la expone a una fuente de energía no protegida.Ø        Durante el mantenimiento de la UPS los equipos aguas abajo se expone la carga a una fuente de energía no protegidaØ        La falta de redundancia limita la protección de la carga contra las fallas de la UPSØ        Existen varios puntos de falla únicos, lo que significa que el sistema solo tiene la confiabilidad de su punto más débil Redundante aislado El concepto del diseño redundante aislado se muestra en la figura 2. En esta configuración, existe un módulo UPS principal o “primario” que habitualmente alimenta la carga. La UPS “secundaria” o “de aislación” alimenta el bypass estático del módulo UPS principal. Esta configuración requiere que el módulo UPS principal tenga una entrada separada para el circuito de bypass estático.En el caso de funcionamiento normal, el módulo UPS primario soporta la carga crítica total, y el módulo de aislación no tiene ninguna carga conectada. Como toda UPS genera su tensión de salida sincronizadamente a la tensión que tiene en el bypass, la tensión de salida de la UPS principal está sincronizada con la UPS secundaria de forma natural. Ante un evento por el cual la carga del módulo primario se transfiera al bypass estático, el módulo de aislación acepta la carga total del módulo primario instantáneamente. El módulo de aislación debe elegirse cuidadosamente para garantizar que sea capaz de aceptar la carga rápidamente. De no ser así, podría transferir la carga a su bypass estático y así vulnerar la protección adicional que provee esta configuración.Se puede realizar el mantenimiento de cualquiera de los dos módulos transfiriendo la carga al otro módulo. 

  figura 2: configuración redundante aislado VentajasØ        Las UPS pueden combinarse con otras de cualquier marca o modeloØ        Brinda tolerancia a las fallas de la UPSØ        No se necesita sincronizaciónØ        Es relativamente rentable como sistema de dos módulos DesventajasØ        El sistema depende de la operación adecuada del bypass estático del módulo primario para recibir potencia del módulo de reservaØ        El sistema tiene menos eficiencia que el anterior ya que tiene una UPS secundaria en vacío que consume energía solo para seguir funcionandoØ        Es más complejo que un sistema paralelo redundante (el próximo sistema a explicar) e incrementa el riesgo de errores humanos.  Paralelo redundante o sistema “N+1” Una configuración paralela redundante está conformada por varios módulos UPS de la misma capacidad conectados en paralelo a un bus de salida común. Los sistemas paralelos requieren que las UPS sean de la misma marca y, generalmente, de la misma potencia. Los módulos UPS se comunican entre sí para generar una tensión de salida que esté completamente sincronizada. Los módulos UPS de un diseño paralelo redundante comparten la carga crítica equitativamente cuando el funcionamiento es normal. Cuando uno de los módulos se retira del bus paralelo para su mantenimiento (o si llegara a colapsar debido a una falla interna), se necesita que los módulos UPS restantes acepten inmediatamente la carga del módulo UPS que falló. Esta capacidad permite que cualquier módulo pueda extraerse del bus de salida y repararse sin que la carga crítica deba conectarse directamente a la red eléctrica. Ejemplo: una sala de cómputos que consume 400 kW de equipos, requeriría dos módulos UPS de 400 kW o tres módulos UPS de 200 kW conectados en paralelo a un bus de salida común.La eficiencia del sistema puede ser un factor importante a la hora de diseñar sistemas UPS, dado que UPS con más carga a su salida tiene mejor eficiencia que una con menos carga. Por lo tanto, si suponemos una carga de 120 kW, será más eficiente un sistema de un sistema 3 UPS de 60 kW que uno de 2 UPS de 120 kW. La figura 3 muestra una configuración paralela redundante de dos módulos típica. Es importante también disponer de un circuito de bypass general de mantenimiento. Si cada UPS se elije con bypass automático individual, se podrá realizar mantenimiento en cada unidad por separado sin pasar la alimentación a la red pública. 

 figura 3: configuración paralelo redundante VentajasØ        Tiene un nivel de disponibilidad más alto que la configuración simple debido a la capacidad extra.Ø        Las probabilidades de falla son menores en comparación con las de las configuraciones redundantes aisladas, ya que esta configuración tiene menos interruptores, y los módulos están on-line constantemente (no hay cargas escalonadas)Ø        Es expandible si aumentan las necesidades de potencia. Es posible configurar varias unidades en la misma instalación.Ø        La disposición del hardware es conceptualmente simple. DesventajasØ        Ambos módulos deben ser iguales en cuanto a diseño y fabricanteØ        Sigue teniendo puntos de falla únicos aguas arriba y aguas abajo del sistema UPS.Ø        Existe un bus de carga por sistema, que es un punto de falla único. Sistemas de doble fuente Como base, este diseño utiliza 2 o más módulos UPS con circuitos de entrada y salida independientes. Los buses de salida independientes se conectan a la carga crítica por medio de diversas unidades STS (Static Transfer Switch). El STS es un dispositivo electrónico que selecciona una de las dos entradas de energía que dispone y la conecta a la carga. Supervisando distintos parámetros de dicha entrada, conmuta la salida hacia la otra entrada en caso que algunos de los parámetros salga de los márgenes establecidos. En las figuras siguientes pueden verse 2 opciones de sistemas dobles. Ambos proveen la capacidad de mantenimiento sin pasar a bypass y minimizan los puntos de falla únicos. La diferencia principal es la cantidad de módulos UPS que se necesitan para proveer caminos de energía redundantes para la carga crítica, y la organización de la distribución desde la UPS hasta la carga crítica. 

figura 4: un tipo de configuración en sistema doble  Los sistemas de doble fuente se eligen generalmente para instalaciones grandes y complejas donde se requiere realizar mantenimiento sin necesidad de pasar a bypass, donde muchas o la mayoría de las cargas son de alimentación simple (una sola entrada de energía, como la mayoría de los pc’s personales) y se quiere prever fallas no previstas. 

 figura 5: otro tipo de configuración en sistema doble: 2(N+1) (la figura intenta ser esquemática y no muestra todos los detalles)

  VentajasØ        Los dos caminos de energía hacen que no exista ningún punto de falla único; por lo tanto tiene una alta tolerancia a las fallasØ        La configuración ofrece redundancia desde la entrada de la red eléctrica hasta las cargas críticasØ        En los diseños 2(N+1), sigue existiendo redundancia en la UPS, incluso durante el mantenimientoØ        Puede realizarse el mantenimiento de los módulos UPS, el tablero de conmutación y otros equipos de distribución sin transferir la carga al modo de bypass,Ø        Es más fácil mantener los sistemas con cargas equitativas y saber qué sistema abastece a cada equipo DesventajasØ        Es la solución con el costo más alto, debido a la gran cantidad de componentes redundantesØ        La eficiencia en la UPS disminuye debido al funcionamiento habitual con una carga menor a la completaØ        Los edificios convencionales no están bien preparados para grandes instalaciones “sistema de doble fuente” de alta disponibilidad que requieran la separación en diferentes compartimentos de los componentes redundantes

 Selección de la configuración adecuada Entonces, ¿cómo elige una empresa la alternativa que más le conviene? Otra vez, las  consideraciones para elegir la configuración apropiada son:Ø        Relación costo/impacto del tiempo de inactividad: ¿cuánto dinero circula por la empresa por minuto? ¿Cuánto tiempo lleva recuperar los sistemas luego de una falla? La respuesta a esta pregunta ayudará a orientar el tratamiento del presupuesto. La situación es muy diferente si la respuesta es US$ 1.000.000/ minuto o US$ 1.000/ hora.Ø        Tolerancia a los riesgos: por lo general, las empresas que no experimentaron una falla importante tienen una tolerancia a los riesgos mayor que las que sí. Cuanto menos tolerante a los riesgos es una empresa, más necesidad tiene de operaciones confiables y capacidad de recuperación de desastres.Ø        Requisitos de disponibilidad: ¿cuánto tiempo de inactividad puede tolerar la empresa en un año típico? Si los sistemas deben funcionar constantemente, debe incluirse en el presupuesto un diseño de alta disponibilidad. Sin embargo, si el sistema puede bajarse todas las noches después de las 10:00 PM y la mayor parte de los fines de semana, la configuración UPS no necesita un diseño más complejo que el de un módulo simple. Todas las UPS necesitan mantenimiento en algún momento y los sistemas UPS fallan de manera periódica y un tanto impredecible. Cuanto menos tiempo se pueda programar para mantenimiento en el año, más necesarios serán para el sistema los elementos de un diseño redundante.Ø        Presupuesto: El costo de implementar un diseño 2(N+1) es significativamente mayor, en todos los aspectos, que cualquier otro. ConclusionesLa infraestructura energética es clave para la operación exitosa de los equipos de un centro de datos.Existen diversas configuraciones UPS que pueden implementarse, cada una con sus ventajas y limitaciones. Si se comprenden las necesidades de disponibilidad, la tolerancia a los riesgos y el presupuesto de un negocio, es posible seleccionar un diseño adecuado. Una arquitectura 2(N+1) que alimentan cargas de cable doble directamente provee la disponibilidad más alta al ofrecer redundancia total y eliminar los puntos de falla únicos. Los integrantes de Artelec llevamos años manejando este tipo de situaciones. Estamos a sus órdenes por cualquier consulta.

UPS

Introducción

Un UPS (Fuente de Alimentación Ininterrumpida) es un dispositivo que gracias a sus baterías, puede seguir proveyendo de alimentación durante cierto tiempo, luego de una interrupción de la energía eléctrica.

Debido a un corte abrupto de energía, la mayoría de los archivos de trabajo de los diferentes programas pueden ser alterados y a veces dejados casi inservibles. Lo mínimo que puede ocurrir, debido al uso de buffers y caches, es que cierta cantidad de información no pueda ser actualizada a tiempo en el disco. Tanto en la reconstrucción como en la verificación de los archivos de trabajo se puede llegar a invertir un tiempo considerable y, a veces sin poder recomponer todo lo perdido.

El 60% de los problemas ocasionados en los equipos eléctricos e informáticos y las pérdidas de información son debidos a interrupciones y perturbaciones en el suministro de la red eléctrica y que esto supone pérdidas en todo el mundo.

Según un estudio del National Power Quality Laboratory cada año se producen aproximadamente, en un edificio de oficinas de cualquier ciudad del mundo, unos 36 picos de tensión, 264 bajadas de red, 128 sobre voltajes ó subidas de tensión, 289 micro cortes menores a 4 ms y aproximadamente entre 5 a 15 apagones de red mayores a 10 segundos. Realmente de cada 100 perturbaciones, 40 causaron perdidas de datos ó incidencias en las cargas conectadas.

Efectos:

Corte de energía: imposibilidad de trabajar con equipos eléctricos, falta de atención al cliente (supermercados, agencias de viajes, etc. ), daños en el hardware, pérdida de datos, corrupción de archivos, etc.

Reducción de tensión: fallos de hardware prematuros, ficheros corrompidos, etc.

Sobretensiones ó infratensiones: daños impredecibles, por lo general problemas de software, en el CPU, circuitera, discos y otros almacenamientos.

Ruido eléctrico: sobreimpuesto en la línea de utilización, armónicos en circuitería y ficheros de datos

Picos: son el resultado de cargas eléctricas producidas sobre la red como el rayo, o encendido / paradas de equipos de alta potencia, esto nos produce destrozos en los circuitos electrónicos y corrupciones de datos dentro de nuestra informática.

Sin embargo no cabe duda que, recién cuando ocurre algo grave, los usuarios de PCs se dan cuenta que la falta de protección es una perspectiva terrible. En realidad a un centro de cómputos nunca se le podría ocurrir tratar de operar sin una estrategia de protección de alimentación; sin embargo, esa actitud es mas reciente en las LANs.

Inclusive puede no ser suficiente proteger solo el servidor de archivos: si hay usuarios que manejan datos críticos, las respectivas estaciones de trabajo deberían estar respaldadas en su alimentación también con UPS. Quizás, para las estaciones de trabajo, los supresores de sobretensiones, sea más que suficiente. Puede ser un UPS para todos los dispositivos controlados o para cada dispositivo. Por otra parte como las WANs se están volviendo cada vez mas importantes como medio para interconectar LANs, el uso de los UPS se extiende a los dispositivos de conexión especialmente en el caso de redes privadas. Para estos casos se dispone de herramientas de gestión basadas en el SNMP (Protocolo Simple para Administración de Redes) para facilitar una acción centralizada, monitoreo y diagnostico mejorados así como mayor seguridad en ambientes múltiples.

Características Generales

La idea detrás de un UPS es simple: si la tensión de línea, baja o sube de ciertos niveles, las baterías del UPS se convierten en la fuente de poder de los dispositivos protegidos. Pero las baterías no pueden alimentar directamente los equipos típicos de computación sino por medio de un inversor que transforma la corriente continua (DC) de la batería en la alterna (AC) necesaria para aquellos dispositivos.

Un detalle a considerar es la forma de la onda que produce el inversor funcionando con baterías. Dicha forma puede ser aproximadamente cuadrada en lugar de sinusoidal, lo cual no es recomendable para los equipos que se quieren proteger. Por otra parte, la transición tanto entre la alimentación de línea a la de baterías como a la inversa, no será nunca instantánea sino que demanda un tiempo que puede estar entre los 2 y los 10 milisegundos. El efecto es equivalente a una verdadera caída de tensión. En general se usa como norma ISO, que un computador tolere una caída de tensión (o Sag) de hasta 4 milisegundos, aunque hay muchas fuentes de alimentación baratas que a lo sumo toleran 1 milisegundo. Para aportar mayor versatilidad a los productos, casi todos los UPS incluyen otras características en función de las diferentes deficiencias de la red eléctrica. Aquí corresponde aclarar que no todos los UPS compensan las sobretensiones (o Surge) y en tal caso habrá que agregar externamente los correspondientes supresores.

Las fuentes de alimentación de los computadores ya vienen con transformadores aislados eléctricamente, pese a lo cual algunos fabricantes de UPS agregan otro a sus respectivos equipos. En realidad, los surges pueden absorberse o reenrutarse. Los estabilizadores de línea, absorben las sobretensiones, así como las caídas de tensión de muy corta duración, pero están limitados en cuanto a la capacidad de manejar la cantidad de energía necesaria en estas condiciones. Un UPS en cambio, gracias a sus baterías, reenruta las sobretensiones al tiempo que protege el equipo correspondiente. Además puede seguir proveyendo energía ininterrumpida con sus propias baterías, habida cuenta que el dispositivo pueda conmutar tan rápido como sea posible dicha fuente alternativa de alimentación. 

Al considerar la adquisición de un UPS se debe el tipo de energía existente en la localidad donde se trabaje. Se puede decir que es de buena calidad si las fluctuaciones son del orden del 5% de la tensión nominal, o sea, + 11 voltios paral os 220 nominales. Si así fuera, lo único que necesita cubrir es la falta de energía con lo cual es suficiente un UPS Off Line. Mientras los apagones dependen de la compañía de electricidad, tanto las caídas como las bajas de tensión debieran ser soportadas por

el UPS sin tener que pasar a baterías.Sea para uno o mas dispositivos, un UPS debe especificarse en función de los Voltiamperes (VA) que sumen dichos dispositivos y no por los valores de potencia real en vatios (W). Los valores típicos de los UPS mas usados están entre los 400 y 675 W para unos 600 a 750 VA. Como ya se dijo, el valor necesario debe guardar relación con la carga a conectar, en general no se recomienda pasar del 75% de las especificaciones del fabricante y debería ser de rigor conocer las vidas de las baterías para distintas condiciones de carga.

En el mercado actual hay gran cantidad de diseños de UPS. Puede llegar a ser confuso determinar que 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. Hay otros que siempre están conectados participando del proceso de alimentación a los equipos protegidos: son los UPS del tipo en Línea.Todos los sistemas de energía ininterrumpida utilizan los mismos bloques constructivos:

La sección de entrada es la forma en que la tensión de la línea es conectada a la UPS. Puede ser un cable incorporado, un cable enchufable, o una bornera con terminales. Algunas UPS pequeñas tienen una entrada común para la entrada y el by-pass. Las UPS de gran potencia suelen tener una entrada independiente para la conexión del by-pass.

Después de la sección de entrada suele haber un filtro. La denominación filtro será aquí utilizada de modo genérico, e incluye la protección contra picos transitorios, interferencias de radio frecuencia, etc. Un filtro tiene una respuesta de frecuencia y no atenúa todas en la misma proporción.

Todas las configuraciones de UPS tienen un inversor. Las UPS de bajo costo poseen un inversor que entrega una salida de onda cuasi- sinusoidal, mientras que las UPS de mayor tamaño y costo incorporan un inversor con una forma de onda de salida sinusoidal.

Una batería es necesaria para mantener funcionando a la UPS cuando la energía de la línea falla o cae demasiado. Normalmente las UPS de pequeña potencia utilizan baterías internas selladas, libres de mantenimiento. En grandes UPS se suele usar también baterías de electrolito líquido. Una autonomía (tiempo de reserva de energía) típica para una UPS de pequeño ó mediano tamaño, suele ser de 10 a 15 minutos.

Un circuito cargador es necesario para recargar la batería luego de un corte de energía, y para mantener a la batería a plena carga mientras no está en uso.

En una UPS On-Line un conmutador mecánico ó estático es usado como parte del circuito automático ó manual de by-pass. En una UPS Off-Line, un conmutador mecánico (relé) es usado para conmutar la carga a la salida del inversor cuando falla la línea de alimentación.

La sección de salida es donde se conectan las cargas a proteger por la UPS. La cantidad y configuración de las tomas de salida varían según marcas y modelos. En UPS de gran tamaño es común que la salida se realice por intermedio de borneras.

La posibilidad de la UPS de comunicarse se ha hecho muy importante ya que permite un monitoreo remoto del funcionamiento de la UPS, el estado de la línea de alimentación, las baterías, etc, así como la posibilidad de realizar un cierre ordenado del sistema. El uso de las comunicaciones vía RS-232, protocolos TCP/IP, y SNMP, es muy común en las UPS actuales. También se suelen proveer contactos libres de potencial (secos) que entregan información del estado de línea y batería.

La mayoría de los equipos UPS operan de manera automática, tienen una alarma sonora indicadora de falla de línea, y un panel de control y estado de la UPS relativamente sencillo. En grandes UPS se incluyen medidores y un sistema de control mucho más sofisticado.

Una UPS con un sistema de regulación de tensión de entrada (estabilizador) es conocida como UPS Interactiva. El estabilizador de tensión es utilizado para mantener el voltaje de entrada dentro de los límites aceptables para la carga, cuando la tensión de la línea disminuye ó se eleva fuera de un rango predeterminado.

Normalmente no se necesita usar un transformador de aislación, pero es necesario en algunos tipos de diseño de UPS. Un transformador agrega peso, tamaño y costo a una UPS. Muchas empresas ofrecen un transformador opcional cuando es necesario tener una aislación galvánica de la carga.La mayoría de las configuraciones de UPS utilizan solamente estos bloques. Cada configuración tiene sus ventajas y desventajas como: costo más bajo, mejor filtrado de ruidos, mayor eficiencia, acondicionamiento de línea, etc. 

Como se mencionó anteriormente, hay dos grandes categorías principales en equipos UPS; On-Line y Off-Line. La mayoría de las más esotéricas configuraciones entra en la categoría de las UPS Off-Line. Si el 100% de la corriente de la carga es normal y permanentemente suministrado por el inversor la UPS es del tipo On-Line. Si la corriente de la carga es normalmente suministrada directamente por la línea, no importa lo que la literatura de marketing diga, la UPS es del tipo Off-Line.

UPS Fuera de Línea (Off Line o Stand by)

Estos UPS tienen el inversor siempre parado ( Off ) el cual se conecta y se vuelve ( On ) ó transfiere las cargas informáticas, cuando se produce una anomalía en el fallo de la energía eléctrica. Básicamente proveen una alimentación no acondicionada directamente a las cargas informáticas en estado normal ya que es la compañía quién suministra alimentación a las cargas, aunque existen modelos con estabilización de tensión AVR con lo que la tensión de salida puede variar con respecto a la entrada. Es un dispositivo diseñado para proteger aplicaciones pequeñas o de poca criticidad como por ejemplo: PCs, fax, periféricos. Provee de protección básica ante problemas eléctricos (cortes de energía y pequeñas variaciones de voltaje).

Un UPS Fuera de Línea o Stand by no esta normalmente involucrado en el flujo de potencia al sistema de computación, sino que esta a la espera de que ocurra un disturbio determinado para entonces conmutar tan rápidamente como sea posible a su inversor interno, que es el dispositivo que produce corriente alterna a partir de corriente continua, o sea con baterías para el caso. 

Con este esquema la energía de la red de alimentación pasa directamente al computador y por lo tanto el UPS juega un papel pasivo hasta que ocurra una falta de potencia. Cuando esto ocurre las baterías del UPS alimentan al computador por medio de un inversor que convierte la energía continua de las baterías en la corriente alterna de 220 voltios. En un dispositivo stand by cuenta el tiempo de conmutación que puede estar generalmente entre 1 y 4 milisegundos.

Los UPS Fuera de Línea producen dos Sags, uno al ir a trabajar con baterías y el otro al regresar a la línea de alimentación. El uso del UPS stand by puede aceptarse en general cuando la red de alimentación es de buena calidad, no mas de un 5% de fluctuaciones, y/o en particular con equipos individuales y no de gran consumo. Si bien podrían combinarse con estabilizadores de tensión, en definitiva los costos se encarecen con una solución mixta. Sus funciones básicas son: tensión de línea filtrada, estabilizada, alimenta la PC. Esa tensión carga la batería permanentemente. Si se corta la tensión, entonces la batería alimenta la PC y los circuitos rectificadores actúan. Tiempo de activación de la UPS: 3 a 5 milisegundos. Observe en la Figura 1, que en una UPS del tipo Stand-By (Off-Line) el flujo de la potencia es: desde la entrada, a través del filtro y el relé de transferencia, a la salida. Esto realmente no difiere en mucho con conectar la carga directamente a la línea, solamente estamos protegiendo la carga contra los picos transitorios y ruidos de línea que el filtro pueda atenuar.

Cuando la UPS cambia al modo de reserva, la potencia fluye desde el inversor, siendo la batería la que provee la energía, tal como se aprecia en la Figura 2.

Cuando se produce una falla en la línea, es necesario transferir la carga desde la línea de alimentación al inversor. Esta transferencia tiene una duración típica de 5 a 10 milisegundos, (equivalentes ¼ a ½ ciclo). Para la mayoría de las cargas, éste tiempo de transferencia no es un problema; pero, algunas cargas críticas no pueden aceptar la caída de tensión provocada por un evento tan breve como éste. 

Durante la operación en modo batería, la mayoría de las UPS tipo Stand By, tienen una tensión de salida con una forma de onda cuasi senoidal como se muestra en la Figura 3. Muchas cargas, incluyendo las computadoras, funcionarán correctamente con una forma de onda de esas características, pero algunos equipos especiales ó antiguos pueden requerir una forma de onda sinusoidal, y no trabajarán correctamente con una señal cuasi senoidal.

UPS en Línea (On Line)

On-Line y On-Line de Doble Conversión: Estos equipos tienen el inversor constantemente en ( On ) con lo que no hay ningún tiempo de transferencia al producirse una anomalía en la red eléctrica. Eso les hace proveer una alimentación acondicionada y segura, con protección contra ruido eléctrico, estabilidad de frecuencia y tensión a los equipos conectados a ellos. Disponen de Separación Galvánica entre la Entrada y la Salida mediante la Doble Conversión, lo que proporciona a los equipos conectados a ellos la mayor garantía en protección. 

La potencia de la red de alimentación con este tipo de UPS pasa a través de la circuitería del UPS para proveer una señal limpia y consistente al computador. Ahora la alimentación de la red va a parar a un verdadero cargador de baterías mientras que éstas, a su vez, activan el inversor que en definitiva alimenta al equipo. Efectivamente como la batería entrega corriente continua, un inversor

convierte corriente continua en corriente alterna. De hecho, la primer porción de este circuito permitirá aceptar tensiones tanto mayores como menores a las nominales.

Obviamente se protege tanto la perdida de potencia como las aberraciones de la línea. En consecuencia podemos decir que este UPS no introduce en el sistema las alteraciones mas o menos transitorias de la línea de alimentación de la red. Sin embargo, todo esto provoca un mayor costo. Por su principio de funcionamiento este equipo ha sido diseñado para entregar una energía limpia de perturbaciones eléctricas. De los elementos nombrados anteriormente, en los equipos UPS On Line se destacan principalmente tres de ellos: el Rectificador/ Cargador (AC-DC), Banco de baterías y el Inversor (DC-AC).

El cuestionamiento a este tipo de UPS es para qué tenerlo en funcionamiento; la contrapartida es que de esta manera hay seguridad de funcionamiento en caso de apagones. Estos equipos generan ruido y calor que deben reducirse con un ventilador interno adecuado. De cualquier manera, si bien en general el UPS en Línea se presenta como la mejor solución, su costo y tamaño lo hacen prohibitivo en la mayoría de los casos. La excepción a lo expresado corresponde a situaciones con bajones o incluso altibajos importantes en la línea de 220 n cuyo caso, lo mejor será un UPS en línea, al menos para el servidor.

Entra la tensión al UPS y es rectificada y filtrada, con tensión continua, alimenta a la batería y esta a su vez a la computadora, pasando nuevamente a tensión alterna. Cuando se corta la energía, se usa la batería durante un tiempo.

Durante caídas de la tensión de entrada, que se prolonguen por minutos, horas ó días, una UPS Stand by conmutará a modo inversor, descargando la batería. Compare la operación de una UPS Stand by, con las Figuras 4 a 7 de una UPS verdaderamente On-Line.

En una UPS On -Line, el flujo normal de la energía es desde la entrada a través del filtro, del rectificador, inversor, conmutador y salida. El inversor provee permanentemente la energía acondicionada que la carga requiere. Compare con la UPS tipo Stand by, donde la carga está siempre conectada a la línea, y por lo tanto ve cualquier perturbación que en ella se produzca. Cuando la entrada de potencia desde la línea falla, el inversor entrega energía desde las baterías, tal como se ve en la Figura 5. Observe que el conmutador no opera al pasar al modo batería.

Una UPS On-Line tiene un inversor que entrega una tensión de salida con una forma senoidal, y ella no cambia (como en las UPS Stand by) cuando conmuta desde modo normal a modo batería. Todas las cargas que puedan operar con la tensión provista por la compañía de energía eléctrica, funcionarán adecuadamente con una UPS con salida senoidal.

Una UPS On-Line tiene un tercer modo de operación (que la UPS Stand by no posee). La Figura 7 ilustra el Modo Bypass, que puede ser utilizado en los casos de tareas de mantenimiento, ó si la UPS falla, ó para conmutar la carga a la línea si la tensión de salida cae por una sobrecarga, tal como encender un equipo con una alta corriente de arranque.

En el modo Bypass el conmutador se ha activado, y si la UPS funciona correctamente, el conmutador retornará automáticamente la carga al inversor. Las protecciones contra picos transitorios y ruidos de línea continúan presentes en el modo Bypass, tal como ocurre en una UPS Stand by en Modo

Normal.

UPS Interactivo con Línea (Over Line)

Hay de 2 tipos: con Salida Pseudosenoidal y Senoidales, que son equipos de más calidad. Estos sistemas tienen el inversor generalmente en espera ó stand by, pero la lógica básicamente está funcionando al mismo tiempo que la red eléctrica, ya que el tiempo de conmutación es prácticamente nulo en los modelos Senoidales. Estos sistemas protegen de picos y sobretensiones ya que todos disponen de AVR y algunos suelen proteger el 80 % de las anomalías eléctricas. Por su precio-calidad son equipos interesantes para algunas protecciones informáticas. 

Se trata de una solución intermedia entre las dos anteriores. Un sensor se encarga de provocar la permutación de la alimentación domiciliaria a batería de manera analógica al caso del stand by. Sin embargo ahora el inversor siempre está en línea sea que esté excitado por la alimentación de la compañía eléctrica, sea que lo haga la propia batería. Si bien ésta queda permanentemente conectada al circuito, lo está en derivación, es decir, no pasa por ella la energía en funcionamiento normal como en el caso del UPS en línea.El rectificador cumple doble función: filtra la corriente de línea y convierte una pequeña parte en corriente continua para mantener cargada la batería. Al fallar la alimentación el inversor revierte la operación convirtiendo la corriente continua de batería en corriente alterna. Como el inversor trabaja siempre, de nuevo hay seguridad de su funcionamiento. El tiempo de conmutación es el de antes.

El diseño de este tipo de UPS es más complejo y justamente por eso pueden encontrarse grandes diferencias entre distintos proveedores. Además el sistema de baterías trabaja en serie con valores de tensión más bajos, lo cual facilita una reposición menos costosa. stos UPS están diseñados para pequeñas redes LAN de computación y solo recomendado en lugares donde no existan gran cantidad de problemas de energía. Ofrece una solución intermedia de protección ante los problemas eléctricos. Poseen regulador de voltaje, lo cual permite mantener un rango aceptable para la carga en los dispositivos.

Lo que se hizo fue una importante mejora a la UPS tipo Stand by: se agregó un regulador de tensión de entrada (estabilizador), constituido por un transformador con derivaciones seleccionables. La Figura 8 muestra el esquema de la UPS resultante, es decir UPS de Potencia Interactiva. 

El estabilizador de tensión, a la entrada del sistema, permite operar al sistema en "Modo Normal", cuando se producen caídas ó sobre elevaciones en la tensión de línea, sin que sea necesario conmutar al Modo Batería.

La operación de una UPS Interactiva, en modo Batería es idéntica al de las UPS Stand by. El inversor arranca, el relé de conmutación se activa, y la energía es provista por la batería. 

La Figura 9 ilustra la operación de un sistema de regulación de tensión del tipo utilizado en las UPS Interactivas. En diseños de baja potencia y costo, el transformador tiene solamente dos derivaciones, mientras que en equipos de mayor potencia y mejores prestaciones suelen tener tres ó cuatro, lo que permite obtener un mejor rango de regulación y precisión de la tensión de salida. Note que la salida varía conjuntamente con la entrada hasta que se produce un cambio de derivación en el transformador. Estos pequeños cambios en la tensión de salida no afectarán a la mayoría de las

cargas.

Otros Diseños de UPS Off Line

Otras dos topologías de UPS bastante comunes en el mercado, las cuales son esencialmente de operación Off-Line son las del tipo Ferroresonante y Triport.

Las UPS del tipo Ferroresonate utilizan un transformador especial a la salida, el cual está sintonizado a 50 ó 60 Hz (dependiendo de la frecuencia de la red donde se encuentren instaladas). Este transformador con tres bobinados regula la tensión de salida, y puede ser visto como un estabilizador de tensión. Uno de los bobinados es utilizado para el inversor. Cuando la energía de la línea falla, el relé de transferencia conmuta , el inversor arranca y alimenta a la carga. 

Como vemos el inversor está en modo stand by, y es energizado solo cuando la línea falla. El transformador, debido a sus especiales características, tiene la capacidad de almacenar energía, lo que hace que durante el período de transferencia no se manifieste un micro corte de energía tan importante como en la UPS Stand by. La aislación del transformador también provee una alta atenuación de ruidos y picos transitorios, igual o mejor que cualquier otro filtro disponible, pero el transformador mismo puede crear severas distorsiones en la tensión de salida (fundamentalmente con cargas no lineales), que pueden llegar a ser peores que una mala conexión de línea. Aún considerando que ésta es una UPS Stand by, su rendimiento es bajo, debido a la ineficiencia del transformador.

En la Figura 10 podemos ver el diagrama en bloques de una UPS de éstas características, funcionando en Modo Normal.

La UPS denominada Triport es realmente una UPS Interactiva. En éste sistema el inversor está interactuando permanentemente con la línea. Note en la Figura 11 que hay un inductor intercalado entre la entrada de la línea y la salida del Inversor. Este inductor es el que distingue a la UPS tipo Triport de las otras tecnologías.

El nombre Triport (tres puertos) es debido a que realmente, el inversor, la línea, y la carga configuran los tres puertos.

Operando en modo normal (con línea presente), hay una caída de tensión en el inductor, y es necesario el funcionamiento del inversor para regular la tensión de salida a la carga. El inversor también toma parte de energía de la línea y además mantiene la carga de las baterías. Si el inversor tomara la energía desde las baterías, éstas se descargarían y no estarían disponibles en el caso de un corte de tensión de entrada.

Cuando la entrada falla, el interruptor se abre y el inversor alimenta a la carga con la energía de las baterías. El diseño Triport es algunas veces comercializado como UPS de Simple Conversión, pero realmente ésta tecnología sigue encuadrándose dentro de las UPS Off-Line. Estas UPS pueden presentar un incorrecto funcionamiento cuando se las opera con grupos electrógenos que tengan una frecuencia inestable.

Soluciones de Redundancia

Actualmente los sistemas críticos tales como centros de cómputos, centros de Internet (IDC), etc, requieren de una mayor disponibilidad debido a las exigencias actuales.

Redundancia significa tener la disponibilidad de que existe otro equipo, dispositivo o elemento que respalde o reemplace en caso de que falle la unidad principal. Este tipo de UPS, fue utilizado hace tiempo sólo para grandes instalaciones. Desde el lanzamiento al mercado de UPS de mediana potencia con el mismo concepto de redundancia y modularidad, nos encontramos con una alternativa que nos ofrece una importante cantidad de ventajas.

La Figura 12 es un simple diagrama que muestra múltiples UPS modulares, y un gabinete para las conexiones de entrada y salida. Cada módulo, es en realidad una UPS completa, usando las últimas tecnologías: doble conversión, salida perfectamente sinusoidal, cargador de baterías incorporado, factor de potencia de entrada corregido, etc.

En una UPS de tipo redundante, al menos un módulo se encuentra en reserva. Si un módulo falla, es excluido del sistema y la UPS continua operando normalmente. Algunas de las fundamentales ventajas de éste tipo de UPS son: la posibilidad de ampliación (por crecimiento de los sistemas a proteger), la facilidad de cambio del módulo con fallas (tiempos mínimos de reparación sin perder la protección de la UPS), y su muy alta confiabilidad.

En el caso de los sistemas eléctricos de respaldo de energía existen varios puntos que pueden tener alguna posibilidad de falla y es por esto que un buen proyecto debe ser capaz de que la disponibilidad del sistema este por sobre el 99.99% de UpTime.

Actualmente podemos contar con redundancia a nivel de generación, distribución y cargas, pero en gran parte los problemas eléctricos suceden con mayor recurrencia a nivel de la distribución de la energía ya que los sistemas de respaldo cada vez son más confiables. Es por esto que existen varios tipos de redundancia.

Elección de UPS

Lo más relevante antes de adquirir un UPS, es establecer la calidad de la energía existente en el lugar. Es decir, que para elegir correctamente un tipo de UPS, antes debemos conocer que posibles fallos estaremos enfrentando. En general si las fluctuaciones son del orden del 5% de la tensión normal, es suficiente instalar un UPS Stand by. 

Además se debe especificar en función de los Voltiamperes que sumen los dispositivos a proteger. La tasa de acontecimientos de las fluctuaciones transitorias versus los niveles de tensión en localidades sin protección, varía según los niveles de exposición. ANSI/IECC C62.41 1980, proporciona tres niveles básicos de exposición:

Exposición baja: ambiente residencial con poca exposición a grandes sobrecorrientes, tales como

rayos, fluctuaciones transitorias de la empresa eléctrica o fluctuaciones transitorias generadas por un gran consumo en la demanda de corriente.

Exposición media: ambiente comercial liviano / residencial pesados, con altos incidentes en cantidad y amplitud, exposición a rayos, transitorios provenientes de la empresa eléctrica y fluctuaciones transitorias generadas por el consumo.

Exposición alta: ambientes comerciales / industriales ligeros y pesados, con altos incidentes en cantidad y amplitud, exposición a rayos, transitorios provenientes de la empresa eléctrica y fluctuaciones transitorias generadas por el consumo.

Los problemas eléctricos más comunes son causados por:

• Antigüedad de la estructura del edificio. • Problemas derivados de las conexiones de redes y módems. • Cercanía de áreas industriales. • Proximidad de cables de electricidad de alta tensión.• Influencia del clima. 

Los problemas causados por éstos elementos pueden provocar daños catastróficos al hardware y a la base de datos. En el gráfico se puede ver que las fallas que se producen en los equipos eléctricos, principalmente en los computadores, son producidas por fallas eléctricas: 

Y estos están producidos por: 

Teniendo en cuenta las causas más comunes de los problemas eléctricos, el tipo de exposición que tenemos en nuestra locación y el presupuesto con el que nos manejamos, podriamos sintetizar la elección del UPS:

Los UPS Off Line proveen de protección básica ante problemas eléctricos (cortes de energía y pequeñas variaciones de voltaje). Su costo es bajo, por lo que son ideales para proteger aplicaciones pequeñas o de poca criticidad como por ejemplo: estaciones de trabajo o fax. 

Los UPS On Line proveen una alimentación acondicionada y segura, con protección contra ruido eléctrico, estabilidad de frecuencia y tensión a los equipos conectados a ellos. Al tener mayor rendimiento, su costo es más alto, tanto al comprarlo como al mantenerlo (consumen más energía).

Los UPS Interactivos son una solución intermedia entre las dos anteriores. Algunos diseños poseen un bajo costo y mantenimiento, lo que hace su relación de precio-calidad interesante para determinadas protecciones informáticas. Si bien la criticidad de los datos y el hardware a proteger determinará el tipo de UPS que se quiera adquirir, también es recomendable que se tenga en cuenta el tipo de exposición de la locación, dado que la misma puede determinar el tipo de perturbaciones que se pueden dar. Con esto queremos decir que si nos encontramos en un lugar con el tipo de exposición más alta, un UPS Off Line o un estabilizador de tensión tendrán un productividad relativa, más alla de la criticidad de los datos o de la conveniencia del precio. 

Casos Prácticos

Ahora utilizemos toda la teoría para los casos más comunes que se nos presentan en la vida cotidiana. 

Caso 1: Falta total del suministro por períodos cortos prolongados (cortes).

Causas: Tareas de reparación o mantenimiento de la compañía eléctrica, caída o rotura de cables o fusibles activados por sobrecargas o cortocircuitos, etc. 

Caso 2: Falta total del suministro por períodos muy breves (microcortes).

Causas: Maniobras de transferencia en las centrales de distribución de energía (puede derivar en cambios importantes de la tensión luego del microcorte).

Solucion: Un sistema de energía ininterrumpida Off Line por lo general es suficiente para los casos 1 y 2.

Caso 3: Baja o muy baja tensión de la energía suministrada en forma permanente. 

Causas: Por lo general debido a la caída en líneas de distribución sobrecargadas de forma continua. Baja capacidad de suministro de la compañía eléctrica.

Caso 4: Baja o muy baja tensión de la energía suministrada en forma intermitente.

Causas: Conexión de cargas de alto consumo transitorio (ej. motores), que producen una baja de tensión momentánea debido a líneas de distribución inadecuadas.

Caso 5: Alta o muy alta tensión de la energía suministrada en forma permanente.

Causas: Inadecuada elección de los pasos de un transformador de distribución, por lo general, para compensar la caída en una línea de gran longitud y consumo. Cargas desequilibradas que modifican

la corriente en el conductor de neutro. 

Caso 6: Alta o muy alta tensión de la energía suministrada en forma intermitente.

Causas: Desconexión de cargas importantes. Conductor de neutro dañado. 

Solucion: Un estabilizador electrónico ó una UPS con estabilizador incorporado puede ser suficiente para los casos 3, 4, 5 y 6. Se sugiere un UPS On Line o Interactivo dependiendo del modelo, criticidad de los datos y presupuesto económico.

Caso 7: Sobre tensiones muy elevadas y de muy corta duración (picos transitorios). 

Causas: Suelen ser consecuencia de descargas atmosféricas en la línea, así como por el encendido o apagado de cargas como motores, transformadores, etc. 

Solucion: Un estabilizador electrónico que posea limitadores de picos transitorios, una UPS con igual tipo de protección de entrada, ó un transformador de ultra-aislación con protectores y filtros. 

Caso 8: Componentes espúreos de baja, media ó alta frecuencia (ruidos eléctricos). 

Causas: Transmisores, equipos de soldadura eléctrica, arcos eléctricos por conexiones ó contactos defectuosos, controles industriales de potencia, etc. 

Solucion: Un estabilizador ó UPS con filtros de baja, media y alta frecuencia incorporados, ó un transformador de ultra-aislación con pantalla electrostática y filtros tipo RC.

Caso 9. Caídas muy abruptas y breves de la tensión de suministro.

Causas: Inclusión de cargas muy grandes o cortocircuitos en la línea (pueden ser seguidas por oscilaciones en la tensión de la línea).

Solucion: Un estabilizador electrónico ó una UPS con estabilizador incorporado.

Caso 10. Deformación de la forma de onda de la energía utilizada (distorsión). 

Causas: Cargas muy alinéales, ó la utilización de un grupo electro-generador de baja calidad o subdimensionado. 

Solucion: un estabilizador de tipo ferroresonante ó una UPS tipo ON LINE doble conversión.

Un UPS es un equipo que:

1. Proporciona energía de respaldo cuando falla la energía utilitaria, ya sea suficiente tiempo para

que el equipo crítico se apague de manera ordenada y no se pierda información, o el tiempo

necesario para mantener las cargas requeridas en operación hasta que un generador entre en

línea.

2.  Acondiciona la energía entrante para que los movimientos y descargas comunes no dañen el

equipo electrónico sensible.

Componentes típicos de los UPS

Rectificador: rectifica la corriente alterna de entrada, proveyendo corriente continúa para cargar

la batería. Desde la batería se alimenta el inversor que nuevamente convierte la corriente en

alterna. Cuando se descarga la batería, ésta se vuelve a cargar en un lapso de 8 a 10 horas, por

este motivo la capacidad del cargador debe ser proporcional al tamaño de la batería necesaria.

Batería: se encarga de suministrar la energía en caso de interrupción de la corriente eléctrica. Su

capacidad, que se mide en Amperes Hora, depende de su autonomía (cantidad de tiempo que

puede proveer energía sin alimentación).

Inversor: transforma la corriente continua en corriente alterna, la cual alimenta los dispositivos

conectados a la salida del UPS.

Conmutador (By-Pass) de dos posiciones, que permite conectar la salida con la entrada del

UPS (By Pass) o con la salida del inversor.

Los UPS vienen en tres variedades principales:

1. Sistemas de conversión sencilla

Bajo operación normal, estos alimentan la energía utilitaria AC entrante al equipo de TI. Si el

suministro de entrada AC cae fuera de los límites predeterminados, el UPS utiliza su invertidor para

jalar corriente de la batería, y también desconecta el suministro de entrada AC para prevenir

retroalimentación del invertidor hacia el utilitario. El UPS se mantiene en energía de batería hasta

que la entrada AC regresa a las tolerancias normales o la batería se queda sin energía, lo que

suceda primero. Dos de los más populares diseños de conversión sencilla son en espera (standby) ó

de línea interactiva:

Los UPS en espera (standby) permiten al equipo de TI funcionar con energía utilitaria hasta que el

UPS detecta un problema, y en ese momento conmuta hacia la energía de batería. Algunos

diseños de UPS en espera incorporan transformadores u otros dispositivos para proporcionar

condicionamiento limitado de energía también.

Los UPS de línea interactiva regulan el voltaje de entrada de la energía utilitaria hacia arriba o

hacia abajo conforme sea necesario antes de permitirle pasar al equipo protegido. Sin embargo,

al igual que los UPS en espera, utilizan la batería para proteger contra anormalidades de

frecuencia.

2. Sistemas de doble conversión

Estos dispositivos convierten la energía dos veces. Primero, un rectificador de entrada convierte la

energía AC en DC y la alimenta a un invertidor de salida. El invertidor de salida procesa entonces la

energía nuevamente a AC antes de enviarla al equipo de TI. Este proceso de doble conversión aísla

las cargas críticas de la energía utilitaria cruda completamente, asegurando que el equipo de TI

recibe solamente energía confiable y limpia.

Bajo operación normal, un UPS de doble conversión procesa continuamente la energía dos veces. Si

el suministro de entrada AC cae fuera de los límites predeterminados, sin embargo, el rectificador

de entrada se apaga y el invertidor de salida comienza a jalar energía de la batería. El UPS continua

utilizando energía de la batería hasta que la entrada AC regresa a las tolerancias normales o la

batería se queda sin energía, lo que ocurra primero. En caso de una sobrecarga severa del

invertidor, o una falla en el rectificador o el inversor, el camino de conmutación del bypass estático

es activado rápidamente, para dar soporte a las cargas de salida.

3. Sistemas de Modo Múltiple

Estos combinan características tanto de tecnología de conversión sencilla como de doble

conversión al tiempo que proporcionan mejoras sustanciales tanto en eficiencia como en

confiabilidad.

Los UPS de modo múltiple están diseñados para generar dinámicamente un balance entre

eficiencia y protección. Bajo condiciones normales, proporcionan la máxima eficiencia. Cuando

ocurren problemas, sin embargo, sacrifican automáticamente algo de eficiencia para ofrecer los

máximos niveles de protección. El resultado final es que los centros de datos pueden ahorrar miles

al año en energía sin comprometer el desempeño o la confiabilidad de los centros de datos.

Para asegurarse de siempre tener el UPS correcto para sus necesidades, considere estos ocho

puntos durante su proceso de selección: 

Topología

Monofásico versus trifásico

Clasificación

Formato

Características de disponibilidad

Escalabilidad y modularidad

Software y comunicaciones

Servicios

Hoy en día las empresas invierten grandes sumas de dinero en su infraestructura de TI, así como la

energía que se requiere para mantenerla funcionando. Cuentan con esta inversión para

mantenerlas productivas y competitivas. Dejar la infraestructura indefensa contra caídas, picos e

interrupciones eléctricas, por lo tanto, es una mala idea.

Una solución de protección de energía bien construida, incluyendo hardware UPS de alta calidad y

eficiencia, puede mantener sus aplicaciones de negocios disponibles, sus costos de energía

administrables y su información segura. Al familiarizarse con los puntos básicos de lo que hace un

UPS y cómo elegir el más adecuado para sus necesidades, los operadores de los centros de datos

pueden asegurar que los sistemas de misión crítica siempre tengan electricidad limpia y confiable

que necesitan para generar éxito a largo plazo.