Calidad y continuidad eléctrica para Data Centers

Transcripción

1 Calidad y continuidad eléctrica para Data Centers

2 Agenda Calidad de la energía Principales disturbios eléctricos Topologías de UPS Configuraciones Redundantes

3 Calidad de la energía Nuestro mundo tecnológico se ha vuelto totalmente dependiente de la electricidad La tecnología inteligente exige un suministro eléctrico libre de interrupciones y perturbaciones Los problemas en el suministro eléctrico tienen dos orígenes Externo: Red eléctrica comercial Condiciones Climáticas: tormentas, rayos, nieve, etc. Operaciones de conexión y desconexión Fallas Otros Interno: Red y equipo local El sistema de generación, transmisión y distribución no es perfecto!!

4 Calidad de la energía La calidad de la energía es un conjunto de límites eléctricos que permiten que un equipo pueda funcionar de la manera prevista sin la pérdida significativa en su rendimiento o en su tiempo de vida * Perturbación eléctrica: cualquier cambio en el suministro (tensión, corriente o frecuencia) que interfiere con el funcionamiento normal del equipo eléctrico.** Los equipos se han vuelto cada vez más sensibles a perturbaciones *Fuente: ** Estándar IEEE-1159 MONITOREO UPS GENERADORES SPD (antes TVSS) PUESTA A TIERRA Pirámide de la calidad de la energía

5 Principales disturbios eléctricos Existen 7 perturbaciones eléctricas principales 1. Transitorios 2. Interrupciones 3. Bajada de tensión/subtensión 4. Aumento de tensión/sobretensión 5. Distorsión de la forma de onda 6. Fluctuaciones de tensión 7. Variaciones de frecuencia

6 1. Transitorios Qué son? Eventos repentinos de cresta alta que elevan la tensión y/o los niveles de corriente en dirección positiva o negativa. Son muy rápidos: 5 nseg Alcanzan valores de kv ó ka Qué los provoca? Rayos, puestas a tierra deficientes, cargas inductivas, ESD, fallas de la red eléctrica, etc. Qué efectos negativos tiene? Son potencialmente destructivos Generan desde pérdidas de datos hasta destrucción de los equipos o Ctos. Impresos. Cómo se pueden evitar? TVSS Aterrizaje y control de humedad Impulsive Transient (ESD) Rise Time 8 Voltage 6 (kv) Decay Time Time (ns)

7 2. Interrupciones Qué son? Es la pérdida total de tensión o corriente Qué los provoca? Daños a la red de suministro eléctrico, rayos, animales, árboles, accidentes vehiculares, clima, fallas de los equipos. Qué efectos negativos tiene? Perdidas de datos, baja de productividad o calidad industrial, posibles daños en equipos o destrucción de producto Cómo se pueden evitar? Plantas de emergencia (generadores), UPS (SAI), diseños eléctricos redundantes.

8 3. Bajada de tensión /subtensión Qué son? Es una reducción de CA a una frecuencia dada con una duración de 0.5 ciclos a 1 minuto. Si dura más tiempo entonces es una condición de subtensión. Bajada de tensión Qué los provoca? Arranque de motores, falla grave en equipos o problemas de configuración, red eléctrica comercial Subtensión Qué efectos negativos tiene? Paro de sistemas, perdidas de datos, sobrecalentamiento de motores y fallas en cargas no lineales( fuentes de computadoras) Cómo se pueden evitar? Arrancadores de tensión reducida Plantas de emergencia (generadores), UPS (SAI).

9 4. Aumento de tensión /sobretensión Qué son? Es el aumento en la tensión de CA con una duración de 0.5 ciclos a 1 minuto. Si dura más tiempo entonces es una condición de sobretensión. Qué los provoca? Conexiones neutras de alta impedancia, reducciones repentinas de carga y fallas monofásicas en sistema trifásicos Qué efectos negativos tiene? Reducción de vida útil de los equipos, calentamiento excesivo, daños en equipo Aumento de tensión Sobretensión Cómo se pueden evitar? UPS (SAI), transformadores de control ferroresonantes

10 5. Distorsión de la forma de onda Qué son? Deformaciones de la forma de onda de la señal eléctrica. Pueden ser: Desplazamiento por CC Armónica Interarmónica Corte intermitente Ruido Qué los provoca? Cargas electrónicas, EMI/RFI, motores de inducción, soldadoras, etc. Qué efectos negativos tiene? Sobrecalentamientos de transformadores, paros de procesos, pérdida de datos y comunicaciones, etc.. Desplazamiento por CC Armónicos Interarmónica Corte intermitente Ruido Cómo se pueden evitar? UPS (SAI) Filtro de armónicos etc

11 6. Fluctuaciones de tensión Qué son? Variaciones sistemáticas de la forma de onda de tensión o un serie de cambios aleatorios de tensión, de pequeñas dimensiones a una frecuencia baja Fluctuaciones de tensión Qué los provoca? Cualquier carga que exhiba variaciones significativas de corriente. Qué efectos negativos tiene? Paro del sistema parpadeo de luces incandescentes Cómo se pueden evitar? Eliminación de la carga problemática UPS (SAI)

12 7. Variaciones de frecuencia. Qué son? Cualquier variación de la frecuencia de la señal eléctrica comercial (60Hz) Variaciones de frecuencia Qué los provoca? La red eléctrica comercial es muy estable Generadores muy cargados o con fallas Qué efectos negativos tiene? Calentamiento y degradación de motores Funcionamiento ineficaz Perdida de bases de tiempo en equipos de control que tienen base en la periodicidad de la señal Cómo se pueden evitar? Corregir o reemplazar el generador

13 Equipo de energía ininterrumpible: UPS (SAI) Un(a) UPS es un equipo que proporciona energía eléctrica ininterrumpida a una carga eléctrica determinada, es decir, proporcionan energía auxiliar o de respaldo cuando la fuente principal falla En general, consta de 3 elementos básicos Un rectificador: Convierte de AC a DC, cargador de Batería Un banco de baterías: Almacén de energía Un inversor: Convierte de DC a AC Existen varios tipos de UPS dependiendo la forma de generar energía auxiliar: Rotativas Estáticas Mixtas

14 UPS Existen varios tipos de UPS estáticos pero son 2 los usados en Data Centers son: Interactivo Doble conversión (incluye variaciones) Características: Proporcionan energía de calidad Regulan el voltaje y corriente Eliminan efectos distorsiones en la forma de onda Respalda la carga ante cortes de energía Protege la inversión en equipos sensibles o especializados

15 Por qué es necesario un UPS? A partir de 2000 la curva del Information Technology Industry Council (ITI), antes CBEMA, establece los parámetros operativos de los equipos electrónicos, p. ej.: Caída a 70% por 0.5 s Caída a 80% por 10 s Pico a 120% por 0.5 s Interrupción de 20 ms Continuo %

16 UPS: Línea Interactiva Topología: línea Interactiva CC CA

17 UPS: Línea Interactiva Beneficios - Regulación a la salida, +/- 8% - Eficiencia típica alta: hasta 96% Limitaciones - Capacidad limitada (kw) - Forma de onda en baterías (Cuasisenoidal) - Tiempo de transferencia típico a baterías 4-6 ms

18 UPS: Doble conversión online CA CC CC CA

19 UPS: Doble conversión online CA CC CC CA

20 UPS: Doble conversión online Beneficios - Regulación a la salida, en modo NORMAL, +/- 3% - Forma de onda en baterías 100% Senoidal - Tiempo de transferencia a batts: 0 ms - Tiempo de transferencia a bypass: 4ms Limitaciones - Mayor costo - Capacidades mayores a 5 KVA - Eficiencia menor al interactivo: %

21 UPS: Doble conversión online, variaciones ECO mode: La energía fluye por el Switch estático La calidad de la energía de salida depende del suministro Eficiencia típica alta: % ECO Conversion La energía fluye por el Switch estático El inversor permanece encendido Regulación de la corriente de entrada: Inyección de corriente, no de armónicos Recarga de baterías durante operación ECO conversion Eficiencia típica alta: 97 99%

22 Como se recomienda conectar un UPS? Fuente: IEEE IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment (2005)

23 Configuraciones Redundantes: N Ventajas de Capacidad (N) Concepto sencillo Configuración costo beneficio Expandible Desventajas de Capacidad (N) Configuración N Disponibilidad limitada Carga expuesta a energía sin protección para mantenimiento Muchos puntos únicos de falla (single points of failure)

24 Configuraciones Redundantes: N+1 Ventajas de Isolated Redundant (N+1) Permite UPSs de marca y modelos diferentes No requiere de sincronización entre UPSs Solución económica para llegar a redundancia Desventajas de Isolated Redundant (N+1) El UPS secundario debe aceptar carga completa de repente Menos eficiente que N (2do UPS consume energía continuamente) Sistema más complejo Requiere de interruptores costosos Configuración N+1 Isolated Redundant

25 A menor carga, Menor EFICIENCIA Curva de eficiencia típica de un UPS

26 Configuraciones Redundantes: N+1 Ventajas de Parallel Redundant (N+1) Nivel más alto de disponibilidad que redundante aislado Más confiable que redundante aislado (los 2 UPS están en línea 100% del tiempo) Expandible Configuración más sencilla Configuración N+1 Parallel Redundant Desventajas de Parallel Redundant (N+1) Los dos UPS deben ser de la misma marca y mismo modelo* Carga expuesta a energía sin protección para mantenimiento Menos eficiente

27 Configuraciones Redundantes: N+1 Ventajas de Distributed Redundant (N+1) Permite mantenimiento concurrente Menos costoso que Sistema + Sistema (2N) Mantenimiento con equipo protegido por UPS Desventajas de Distributed Redundant (N+1) Configuración compleja Ineficiencias debido a carga de UPS Sistema depende de STS Configuración N+1 Distributed Redundant

28 Configuraciones Redundantes: 2N y 2(N+1) Ventajas de Sistema + Sistema (2N+1) Dos rutas de distribución; tolerante a fallas Redundancia desde acometida hasta equipo crítico Mantenimiento con equipo protegido por UPS Desventajas de Sistema + Sistema (2N+1) Solución más cara debido a cantidad de componentes redundantes Ineficiencias debido a carga de UPS Edificios típicamente no idóneos para áreas especificas para componentes separados Configuración 2(N+1) System + System

29 Algunos servicios recomendados Estudios de calidad de la energía Coordinación de protecciones Filtrado de armónicos Compensación de energía reactiva Arc Flash Flujo de carga El mantenimiento de los equipos no es una opción, es un deber!!!

30 Preguntas? J. Alberto Llavot, ATD #669 Cel.: