Instalación eléctrica para un Centro de Procesamiento de Datos

Transcripción

1 Instalación eléctrica para un Centro de Procesamiento de Datos Teoría y Serie de Trabajo Práctico 12 Redes de Altas Prestaciones Curso 2010 Conceptos sobre energía eléctrica Corriente Alterna (AC) Distribución de la energía Equipos para mitigar los problemas de la energía Tipos de UPS utilizados en CPD s. 1

2 Conceptos sobre energía La Energía no es perfecta y nunca será perfecta. La Energía no es siempre la mejor, dado por las condiciones ambientales y por otras que no están a nuestro alcance de solucionar. La Energía está diseñada para ser contínua, pero por seguridad es necesario interrumpirla por su forma de operar, esta pensado entonces que la Corriente sea interrumpida. Conceptos sobre energía VOLTAJE: Símbolo V Es la energía Potencial, disponible para producir un trabajo. Es la energía que está a la espera de ser usada. Es medido en Voltios. CORRIENTE: Símbolo I Es el flujo de electrones que fluyen a través de los conductores eléctricos (llamado también tubería para electrones). La corriente está medida en Amperios. RESISTENCIA: símbolo R Es el elemento que se interpone al flujo de electrones, con alguna justificación. Es medido en Voltios. POTENCIA, símbolo P Es el parámetro que nos permite medir el trabajo que vamos a realizar o que estamos produciendo, está medido en vatios. Es el producto del Voltaje (V) por la Corriente (I). Es la energía Potencial más la Corriente que está circulando por los conductores Es directamente proporcional al Voltaje y a la Corriente. 2

3 Formas de suministrar energía Existen 2 formas de suministrar la energía. Una es la forma Alterna (AC), la otra de forma Directa (DC), y es suministrada por baterías. Las ondas poseen y son representadas mediante Ondas. La energía posee una forma de onda Senoidal, cambia de positivo a negativo en un período de tiempo llamado Ciclo. La señal de corriente alterna es la mas eficiente, debido a su forma de suministro mediante una señal alterna de voltaje. Esta señal se indentifica por su Amplitud que es el valor máximo de la cresta de la señal; por su forma de Onda; y por los números de ciclos por segundo (50/60). Distribución de la energía La energía se genera en lugares remotos, y es transportada hasta los puntos de consumo por un sistema de distribución, de manera que la energía llegue a nuestras casas de la mejor manera posible, con la menor pérdida. 3

4 Potencia AC La energía eléctrica generada es trifásica, 3 fases al mismo tiempo, de manera de obtener el máximo de beneficio posible. Las fases están desfasadas en 120 grados para así construír 1 señal trifásica. Sin embargo recibimos una señal monofásica. Señal monofáfisca Señal trifásica Potencia AC Los Vatios representan la señal de potencia real. La señal de potencia real determina la potencia que provee la empresa de energía, es la que se utiliza para producir un trabajo. El volt-amperio (VA) es la señal de potencia aparente, utilizado para calcular cableados e interruptores. El Factor de Potencia representa la fracción de la potencia de salida que es útil. Tiende de 0 a 1. únicamente en una estufa o lámpara incandescente el valor es 1, en los demás casos la potencia que se entrega a la carga no es totalmente aprovechada pues la corriente pasa por la carga y no es utilizada eficazmente. En las cargas electrónicas este fenómeno está presente y se puede decir que el FP es de aproximadamente entre 0,6 y 0,7. De esta forma los WATTS son un 60 o 70% de los Volt-Ampere. Pf = Watt / VA Watt = VA x Pf (volt-amper x Factor de Potencia) VA = voltios x amperios. Los watts serán iguales a los VA únicamente cuando el Pf tienda a 1. 4

5 Equipos para mitigar problemas de energía Sin embargo existen fuentes de alimentación de computadoras y servidores con el factor de potencia corregido o igualado a 1 electrónicamente. Las UPS son limitadas en VA, es importante dimensionarlas en Volt-Ampere. Pasos para seleccionar una UPS adecuada: Identificar los equipos que se desean proteger contra eventos de energía para asegurar continuidad en la operación y respaldar la información en caso de una falla eléctrica. Identificar las características del sistema eléctrico donde se instalará la UPS, desde el punto de vista del voltaje y la frecuencia. Determinar el consumo eléctrico de los equipos a proteger. Determinar características del tomacorrientes de cada equipo a proteger. Determinar el factor de forma el UPS. Determinar la autonomía adecuada del UPS frente a cortes en el suministro eléctrico. Equipos para mitigar problemas de energía Formas para determinar el consumo eléctrico. La forma mas sencilla es determinar el consumo eléctrico mediante la sumatoria de los consumos individuales de cada equipo a proteger. Puede ser necesario convertir a Volt-ameperes las unidades dadas en watts. Los Volt-Ameperes se obtienen del producto del voltaje (V) x Corriente (C). Se asume generalmente que los Watts representan un 70% de los Volt-Amperes, es decir se deberá dividir por 0.7 al valor dado en Watts para pasarlo a Volt- Amperes. La forma más adecuada de determinar el consumo eléctrico es mediante la medición directa mediante un amperímetro o multímetro. Dispositivo Voltios(V) Corriente (A) Consumo V-A Switch DVD Player Scanner Central Telefónica Impresora Carga Total

6 Equipos para mitigar problemas de energía Tipos de UPS La topología UPS indica la naturaleza básica del diseño de la UPS. Por lo general, diferentes proveedores producen modelos con diseños o topologías similares, pero con características de rendimiento muy diferentes. Se utiliza una variedad de enfoques de diseño para implementar sistemas UPS, cada uno de ellos con características de rendimiento diferenciadas. Los enfoques de diseño más comunes son los siguientes: Standby Línea interactiva On line de doble conversión UPS Standby Diseñadas para el ambiente de computadoras personales. El interruptor de transferencia está programado para seleccionar la entrada de CA filtrada como fuente de energía primaria (circuito con línea entera), y conmutar al modo de batería/inversor como fuente de respaldo en caso de que falle la fuente primaria. Cuando ocurre, el interruptor de transferencia debe conmutar la carga a la fuente de energía de respaldo de batería/inversor (circuito con línea de guiones). El inversor solo se enciende cuando falla la energía; de ahí el nombre Standby (de reserva). Los principales beneficios que ofrece este diseño son altos niveles de eficiencia, tamaño pequeño y bajo costo. Con un circuito filtro y de sobretensión adecuado, estos sistemas además pueden brindar funciones apropiadas de filtrado de ruido y supresión de sobretensiones. 6

7 UPS Line-Interactive El sistema UPS de línea interactiva es el diseño más comúnmente utilizado por servidores de pequeñas empresas, Web y departamentales. En este tipo de diseño, el conversor (inversor) de batería a alimentación CA siempre está conectado a la salida del sistema UPS. Al accionar el inversor en reversa en momentos en que la alimentación CA de entrada es normal, se carga la batería. Cuando falla la alimentación de entrada, el interruptor de transferencia se abre y el flujo de energía se produce desde la batería hasta la salida del sistema UPS. Con el inversor siempre activo y conectado a la salida, este diseño ofrece un filtro adicional y produce transitorios de conmutación reducidos en comparación con la topología de la UPS Standby. Suele incorporar un transformador con cambio de tap. Esto agrega la función de regulación de tensión mediante el ajuste de los taps del transformador en la medida que varía la tensión de entrada. La regulación de la tensión es una característica importante cuando existen condiciones de baja tensión; sin ella, la UPS transferiría la carga a la batería y, con el tiempo, caería la carga. Los altos niveles de eficiencia, el tamaño pequeño, el bajo costo y la alta confiabilidad, en combinación con la capacidad de corregir condiciones de tensión de línea alta o baja hacen que este tipo de UPS sea la más usada para el rango de potencia de 0,5-5 kva. UPS OnLine de doble conversión Este es el tipo más común de UPS para rangos superiores a 10 kva. El diagrama es el mismo que para la UPS Standby, excepto que el circuito de energía primario es el inversor en lugar de la red de CA. En el diseño on line de doble conversión, la interrupción del suministro de CA de entrada no provoca la activación del interruptor de transferencia, dado que la alimentación de CA de entrada está cargando la batería de respaldo que suministra alimentación al inversor de salida. Por lo tanto, durante una interrupción en el suministro de entrada de CA, la operación on line no registra tiempo de transferencia. Tanto el cargador de la batería como el inversor convierten todo el flujo de alimentación de la carga de este diseño, lo que da como resultado una eficiencia reducida y la mayor generación de calor asociada. Esta UPS ofrece un desempeño casi ideal en cuanto a la salida eléctrica. El desgaste constante de los componentes de potencia reduce la confiabilidad respecto de otros diseños, y la energía consumida por la ineficiencia de la alimentación eléctrica es una parte significativa del costo de operación de la UPS a lo largo de su vida útil. 7

8 UPS Standby UPS Line-Interactive UPS Online Doble Conversión Resúmen 8