INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE ENERGIA DC EN TELECOMUNICACIONES. Conceptos Básicos. Claudio Muñoz V. IEEE Costa Rica

Transcripción

1 INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE ENERGIA DC EN TELECOMUNICACIONES Conceptos Básicos. Claudio Muñoz V. IEEE Costa Rica

2 Agenda PRESENTACION INTRODUCCION: DEFINICION DE SISTEMA DE ENERGIA, COMPONENTES. MODOS DE OPERACION DE UN SISTEMA DE ENERGIA. COMPONENTES DE UN SISTEMA DE ENERGIA INTRODUCCION A LOS EQUIPOS DE ENERGIA OTRAS CONSIDERACIONES DE INGENIERIA Cableado Sistemas de Puesta a Tierra Barra MGB

3 INTRODUCCION

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5 DEFINICION DE SISTEMA Qué es un Sistema?

6 DEFINICION DE SISTEMA ENTRADA PROCESO SALIDA Retroalimentación

7 SISTEMA DE ENERGIA DC CON RESPALDO DE AC Sistema de Energía DC con Respaldo AC Sistema de Energía DC Rectificadores Distribución Cargas Convertidor DC/DC +24 VDC Red AC STA TE -48 VDC -48 VDC Switch Inversor DC/AC 120 VAC Motogenerador Baterías -48 VDC

8 DIAGRAMA SISTEMA DE ENERGIA DC RECTIFICADORES SHUNT LVD PDB A OTRAS CARGAS BATERIAS INVERSOR N+1 MEDICION ALARMA Y CONTROL

9 COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC RECTIFICADOR Equaliz -56.0V V Flotación V + Entrada AC Filtrado Salida DC - Carga Salida del Rectificador en Voltios y Amperios Potencia Salida = V x A = P <watts>

10 Primer rectificador: El Ignitrón Un ignitrón es un tipo de rectificador controlado que data de la década de Fue inventado por Joseph Slepian mientras trabajaba para Westinghouse. Westinghouse fue el fabricante original y posee los derechos de la marca "Ignitron". 1) Anodo, (2) Cátodo, (3) Ignitor, (4) Mercurio, (5) Aislante cerámico, (6) Fluido refrigerante.

11 COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC TECNOLOGIAS DE RECTIFICADORES SCR TIRISTOR CONTROLADO Ventajas: Económico, Alta eficiencia. Desventajas: Alto nivel de ruido audible < 60 dbrn medidos a 1.5 metros introduce armónicos a la red AC. Gran tamaño y sumamente pesados. 400 A / 48 DC

12 COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC TECNOLOGIAS DE RECTIFICADORES SCR TIRISTOR CONTROLADO 100 A / -48 VDC

13 COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC TECNOLOGIAS DE RECTIFICADORES SCR TIRISTOR CONTROLADO 200A / 48VDC

14 COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC TECNOLOGIAS DE RECTIFICADORES CONTROL FERRORESONANTE Banco de Capacitores (tanque Ferroresonante) Ventajas: Alta eficiencia, muy robusto. Desventajas: Alto Ruido, tamaño y peso

15 COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC TECNOLOGIAS DE RECTIFICADORES CONTROL FERRORESONANTE Soporta variaciones de voltaje desde 185 VAC hasta 275 VAC, 3Ø, 50/60 Hz Aplicaciones rurales o con poco mantenimiento. Descontinuados de fabricación o muy pocos fabricantes. Difícil obtención de repuestos.

16 COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC TECNOLOGIAS DE RECTIFICADORES ALTA FRECUENCIA: Alta Frecuencia Ventajas: Tamaño, peso, alta eficiencia (93% y los nuevos 97%), buen filtrado, ruido muy bajo. Desventajas: alta susceptibilidad a transientes.

17 COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC TECNOLOGIAS DE RECTIFICADORES ALTA FRECUENCIA:

18 Nuevas Eficiencias: 98.0% 96.0% 94.0% 92.0% Rectifier Nominal Vin, 25C Efficiency (%) 90.0% 88.0% 86.0% 1Ph HE 84.0% 82.0% NE050AC % 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Load (%)

19 COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC TECNOLOGIAS DE RECTIFICADORES ALTA FRECUENCIA:

20 COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC TECNOLOGIAS DE RECTIFICADORES

21 COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC INVERSORES -48VDC INVERSOR 120VAC

22 COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC INVERSORES -48VDC INVERSOR 120VAC

23 COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC INVERSORES -48VDC INVERSOR 120VAC

24 Arquitectura convencial con Static Transfer Switch

25 Nueva arquitectura AC comercial 120 Vca L 1 N 240 Vca L 2 L 3

26 COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC CONVERTIDORES -48VDC CONVERTIDOR DC/DC +24VDC

27 COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC CONVERTIDORES

28 COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC SHUNT DE MEDICIÓN Resistencia de precisión de bajo valor utilizada para medir corriente. Es diseñada para tener una caída de tensión de 50mV en sus terminales cuando circule a través de ella el valor de corriente máximo permisible. Por ejemplo, si una caída de tensión de 12mV es medida en los terminales de un shunt de 150Amp, Qué valor de corriente está circulando a través del shunt? 50mV 150 Amp 12mV i Amp i = 12 x 150 = 36 Amp 50

29 COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC SHUNT

30 COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC Dispositivo de desconexión por bajo voltaje LVD LVD = Low Voltage Disconnect Contacto electro-mecánico que se abre cuando el valor de la tensión es muy bajo para la operación de la carga. Protege a la batería de una descarga profunda durante una falla del AC, conservando la vida útil de la batería. Barra Carga Shunt LVLD Barra descarga A las cargas LVBD

31 COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC DISTRIBUCION SECUNDARIA Se utiliza para llevar a otra habitación o piso un cuadro de distribución. Todas envían alarmas a la planta principal por medio de contactos secos, lo que permite tener monitero y reporte de alarmas..

32 BATERIAS DEFINICION: Unidad funcional para almacenamiento de energía a través de cambios electroquímicos. FUNCION: Ofrecer respaldo de energía DC confiablemente por un número determinado de horas o minutos.

33 CONFIGURACION DE BATERIAS Se requiere: Consumo carga (Amps) Tiempo respaldo de Baterías (hrs). Tensión final de corte (Vdc) Tablas o curvas de descarga de las Baterías dadas por el fabricante.

34 CONFIGURACION DE BATERIAS Capacidad Nominal en 8 1,75 25ºC

35 CURVA TIPICA DE DESCARGA DE BATERIA Voltaje -54V -42V LVD Autonomía

36 CONSIDERACIONES DE APLICACION TEMPERATURA vs VIDA DE LA BATERIA 120 % Vida diseño Temperatura (ºC)

37 DISPOSITIVO DE COMPENSACION DE TEMPERATURA Ajuste proporcional del voltaje de flotación en función de la temperatura ambiente de batería. Prolongación de la vida útil de la batería en aquellos sitios donde la temperatura es variable. Es una opción ideal para sitios remotos y/o no monitoreados.

38 CALCULO PARA CAPACIDAD DE RECTIFICACION CR 1.15 x Hrs respaldo Bat = Consumo Amp + x Consumo Amp Hrs recarga Bat N = Cap. CR Nominal Rectif. RECORDAR EL CRITERIO DE REDUNDANCIA N+1 CR: Capacidad de Rectificación N: Número de rectificadores Hrs: Horas Amp: Amperios

39 Modos de Operación de un Sistema de Energía DC Flotación Descarga Recarga o Igualación Redundancia N+1 Batería

40 Modo de Flotación Red comercial AC Rectificadores Bastidor de Distribución CARGA Vf Bancos de Baterías

41 Modo de Descarga Red comercial AC Rectificadores Bastidor de Distribución CARGA Bancos de Baterías

42 Modo de Recarga Red comercial AC Rectificadores Bastidor de Distribución CARGA Bancos de Baterías

43 Redundancia N+1 Red comercial AC Rectificadores 50 Amp 25 Amp Bastidor de Distribución 25 Amp CARGA 75 Amp 25 Amp Bancos de Baterías

44 Redundancia N+1 Red comercial AC Rectificadores 50 Amp 37,5 Amp Bastidor de Distribución 37,5 Amp CARGA 75 Amp Bancos de Baterías

45 Redundancia de Batería Red comercial AC Rectificadores 50 Amp 50 Amp Bastidor de Distribución CARGA 75 Amp Bancos de Baterías

46 OTRAS CONSIDERACIONES A LA HORA DE DIMENSIONAR SISTEMAS DE ENERGIA DC Tablero de Transferencia

47 CABLEADO Cuál de los conductores tiene la resistencia mas alta? A B Repuesta: El conductor del cable identificado como B La resistencia será igual a: Ro = ρ(l / Area) = ohms

48 CABLEADO Cuál de los conductores tiene la resistencia mas alta? A B Repuesta: El conductor del cable Identificado como A La resistencia será igual a: Ro = ρ(l / Area) = ohms

49 CAIDA DE TENSION Vmin 1.75V/Celda Sistema de Energía con Distribución Vmin Banco de Baterías 0.25V 0.75V Carga 1.0V Caída de tensión del lazo Norma GTE E-SW-POWER

50 CAIDA DE TENSION Vmin 1.75V/Celda Sistema de Energía con Distribución Distribución Remota Vmin Banco de Baterías Carga 0.25V 0.50V 0.25V 1.0V Caída de tensión del lazo Norma GTE E-SW-POWER

51 CAIDA DE TENSION Vmin 1.75V/Celda Sistema de Energía con Distribución Distribución Remota Vmin Banco de Baterías Carga 0.25V 0.50V 0.25V 1.0V Caída de tensión del lazo Norma GTE E-SW-POWER

52 Dónde se encuentra instalado un Sistema de Energía DC? En el exterior en un Gabinete tipo shelter En el interior de una Central Telefónica

53 Dónde se encuentra ubicado el Edificio de la CT? Expuesto al medio que lo rodea PERTURBACIONES Edificio Central Telefónica

54 Perturbaciones externas al Sistema de Energía DC Sobretensiones Transitorias: Descargas Eléctricas (Rayo) Supresores de sobretensiones Transitorias Sistema de Puesta a Tierra

55 TIPOS DE SOBRETENSIONES Sobretensiones atmosféricas (externas): Incidencia de rayos en líneas de transmisión Sobretensiones internas: Fallas a tierra, maniobras imprecisas, corrientes parásitas o inducidas (Sneak currents) etc.

56 SUPRESORES DE SOBRETENSIONES TRANSITORIAS ANSI/IEEE C62.41 (1991) ACOMETIDA CATEGORIA CATEGORIA C CATEGORIA B CATEGORIA A EJEMPLO CARACTERISTICA SOBRETENSION Acometida Volts Amp por aprox. 20 µs. (Impulso de forma onda 10kA, 8/20 µs, Z= 2 ohm) Sub -Tableros Barras y alimentadores Equipos alimentados desde sub -tableros Volts Amp por aprox. 20 µs. (Forma onda 3kA, 8/20 µs, Z=2 ohm) Tomacorrientes Cicuitos ramales largos Volts 200 Amp por aprox. 20 µs.

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58 Barra Maestra de Aterrizamientos.MGB. Productores de sobrevoltajes. Zona P. Compensadores de sobrevoltajes. Zona A. Zona de tierras no aislada. Zona N. Zona de tierras aislada. Zona I. Barras auxiliares de tierra.

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60 P A N I

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63 MUCHAS GRACIAS!!