Fuentes de alimentación ininterrumpida

S.A.I.

¿Que SAI se debe Utilizar?

Dos son los criterios a tener en cuenta al elegir un SAI:

– Potencia que consume la totalidad del Sistema Informático

– Problemas eléctricos, cortes, microcortes etc., que deben resolverse

Potencia del Sistema Informático

Debe conseguirse por suma de consumos de cada elemento, bien mediante indicación de placa de características, bien por medición del consumo. Opción que es recomendable, en grandes redes o sistemas. Como regla genérica, aplicable cuando no se disponen de los datos completos y con sus excepciones, podríamos orientar:

– PC………….125 a 200w (la indicación de W de la fuente más el rendimiento de la misma)

– Monitor Color 15"…….80 w

– Monitor Monocromo …60w

– Impresora matricial (80 col.)…..110 a 120w

– Impresora Inyección…………………………60w

– Impresora Láser………………………….800 a 1200w

La suma de Watios, de cada elemento daría directamente el modelo de SAI a Utilizar, dado que indicamos la potencia activa (w). Si se utilizan las placas de características, podemos encontrarnos con indicaciones de W,VA o A. Será necesario recordar, VA=VxI ,, W=VxIx cos p ,, siendo el cos p típico de una carga informática de 0,75 a 0,8. Obtenidos los W y VA de nuestro equipo o sistema a proteger, elegiremos un SAI, que supere en W y VA, a los requeridos. A titulo orientativo, incluimos en la siguiente página, una lista de consumos de algunos equipos.

Problemas eléctricos a resolver y entorno de aplicación

Una vez conocemos la potencia necesaria del SAI, deberemos tener en cuenta el entorno eléctrico en que se deberá situar y los problemas de la misma índole que afectan al sistema y deben ser resueltos mediante el SAI. Indicamos seguidamente un gráfico de ayuda, de la elección de la topología necesaria.

Sistema de Alimentación Ininterrumpida – SAI –

El criterio popular que se utiliza en la aplicación de un SAI, es el poder cerrar el proceso informáticoen el mismo orden que se efectuaría al final la jornada, cuando existe un corte de suministro. Las problemáticas descritas en acerca de la línea de transporte, distribución e instalación interior, son desconocidas normalmente por el usuario y sólo empieza a tener constancia de ellas cuando sufre alguno de los problemas descritos. Según el tipo de problema que afecte a la instalación informática y la dimensión de la misma, se deberá ubicar un SAI de distinta topología, las cuales desarrollamos a continuación. SAI’s diversas topologías ON-LINE La red alimenta al cargador de baterías y al ondulador (Fig. 1). De este modo nos encontramos con las baterías en paralelo con el ondulador, por tanto cualquier corte o microcorte queda suplido por las baterías. Se garantiza el aislamiento de la red, por medio del transformador separador existente en el cargador de baterías. La tensión de salida la proporciona el ondulador siempre, por tanto, se garantiza la estabilización de salida, la estabilidad en frecuencia y la ausencia de perturbaciones. No existe transferencia Red-Sai ni Sai-Red, puesto que es el ondulador, quien está permanente trabajando y suministrando energia a la salida.

Existe también la posibilidad de BYPASS, (Fig. 1-A), el cual debe garantizar, por redundancia, el suministro a la salida en caso de fallo de red. La presencia ó incorporación del Bypass no debe ir en detrimento del poder de sobrecarga del ondulador, puesto que no debe ser usual, la intervención del mismo, en las sobrecargas de conexión de los equipos informáticos, ya que en caso de ausencia de Red, no se podría conectar la carga, pese a tener las baterías en condiciones. Como puede observarse en la figura, el conmutador de la salida, esta normalmente en la posición "O", por tanto el ondulador alimenta la carga y el control del Bypass supervisa esta alimentación, en caso de producirse alguna anomalía, el conmutador cambia a la posición "R", será por tanto, la Red quien alimentará a la carga en estas circunstancias. Cuando el control del Bypass, observe restaurado el funcionamiento del ondulador, ó haya desaparecido la anomalía que ha provocado la intervención, devolverá la alimentación al ondulador.

Es importante observar que, dado que el Bypass, se comporta como sistema redundante de seguridad, en la intervención del mismo no debe perderse el aislamiento, característica fundamental que debe aportar un SAI ON-LINE, por tanto, el Bypass deberá incorporar transformador-separador, para garantizar ésta característica durante su intervención. Esta característica, es fácilmente olvidada por algunos equipos, que consiguen reducidas dimensiones, al incorporar técnicas de alta frecuencia. Esta tecnología, la primera históricamente en ser utilizada, es la que aporta mayor grado de protección en su salida, ya que ésta, es totalmente independiente de la entrada. Las condiciones de trabajo extremas desde un punto de vista de red eléctrica, es decir, referentes a la entrada, dependen de la concepción del cargador de baterías, a los que actualmente ya se dota de corrector de cos. de p, con lo cual se consume corriente senoidal a la entrada, a la vez que se consigue bajar los niveles de tensión de red, a los que todavía se carga la batería. El ondulador, construido generalmente con tecnología PWM y semiconductores MOSFET o IGBT, aporta las características de salida. En cualquier caso, ésta topología, la más segura y de mayor grado de protección, es cara y voluminosa, lo cual da paso a las siguientes topologías, cuya evolución tiende siempre a imitar las prestaciones de una configuración ON-LINE.

OFF-LINE

Parte del criterio de reducir costes, por ello la base es proteger sólo en caso de necesidad, de tal forma que la red alimenta a la carga normalmente y tan sólo interviene el ondulador en caso de fallo de red ó red excesivamente baja o alta , mediante la acción del conmutador C (Fig. 2). Podríamos decir, que la red está controlada dentro de un intervalo de tensión máxima y mínima, y por tanto la carga que estamos alimentando, deberá soportar los límites de tensión a los que interviene el equipo. Normalmente no se produce un aislamiento entrada-salida y existe un inevitable tiempo de transferencia Red-Sai-Red. Dicho tiempo puede llegar a ser muy corto (1mS), sin embargo durante este tiempo, son los condensadores de filtro de la carga quienes mantienen la energía.

Como podrá observarse, existen los mismos bloques que en una configuración ON-LINE, cargador de baterías, baterías y ondulador, sin embargo se le añade un bloque más, que es el supervisor de red, elemento que permite detectar un posible fallo de ésta y conmutar "C", para que sea el ondulador, quien pase a alimentar la salida.

Bajo este criterio, el ondulador sólo trabajará el tiempo de descarga de la batería, apuran- dose hasta el límite, las características de los semiconductores de potencia. A su a vez, la batería es cargada de forma lenta por el cargador, cuando existen condiciones correctas de red. Queda a criterio del fabricante, la elección de los límites de dimensionado y temperatura de trabajo de los distintos componentes, para conseguir un equipo con una determinada fiabilidad-coste.

Conclusiones: Siendo la topología OFF-LINE, las más económica y en muchos casos, suficiente, dista de ser la más adecuada para realizar una protección total, parámetros como aislamiento, tiempo de transferencia y límites de protección por red alta-baja, son normalmente subyugados a criterios económicos. El límite normalmente más conflictivo, es el punto de intervención, donde el ondulador empieza a trabajar y por tanto a utilizar batería, puesto que el equipo detecta la tensión de red baja. El Sai OFF-LINE, es útil prácticamente, sólo en lugares donde la red es estable y la protección a realizar, es frente a cortes momentáneos de suministro.

Variantes OFF-LINE

Tal y como se ha comentado anteriormente, pese a que la topología OFF-LINE, es mucho más económica que la ON-LINE, sus prestaciones y características, distan de ser las necesarias para realizar una efectiva protección de sistemas informáticos o críticos, sobre todo en lugares proble-máticos, desde un punto de vista de suministro eléctrico, es por ello, que se van introduciendo variantes a la estructura básica OFF-LINE, a fin de mejorar sus características técnicas y por tanto prestaciones, intentándolas acercar al ON-LINE a coste de OFF-LINE. Las técnicas actuales, para reducir los tiempos de transferencia, mantienen al ondulador en funcionamiento, aún en condiciones de red correcta, a fin de intervenir rápidamente cuando falla ésta, existen fabricantes que nombran a esta estrategia con nombres vistosos comercialmente, como "interactive" etc. pero no representan ninguna ventaja, puesto que la estrategia es muy común y extensamente utilizada. Comentaremos seguidamente, algunas variantes de la topología OFF-LINE:

Boost

Consiste en ampliar el margen de trabajo en modo red, con el fin de que la batería se utilize más tarde, en cuanto a límite de tensión de red se refiere, de lo que sería en un OFF-LINE convencional, donde normalmente se interviene entre 180-190V de red (según fabricantes), momento en que el Sai, considera a ésta baja. Un equipo OFF-LINE boost, aporta un autotransformador, que es activado, al detectar la red baja (180-190V), elevando éste la tensión de red un porcentaje tal, que permite a la salida situarse de nuevo sobre los 220V nominales. Se consigue en definitiva una elevación o "estabilización" en red baja y por tanto retrasando hasta unos 165-175V la intervención del ondulador. La aplicación es útil en zonas donde hay usualmente bajas tensiones de red, sin embargo se mantiene la limitación típica de los OFF-LINE, protección básicamente frente cortes de red.

Estabilizador

En la vía de red, se intercala un estabilizador, de modo que la tensión de salida, proveniente de la red, es estabilizada un cierto porcentaje, tanto por exceso como por defecto, reduciendo pues, la variación de tensión proveniente de red, previa los límites de intervención del ondulador. Si al estabilizador, se le dota de un transformador separador o de aislamiento, dispondremos del equivalente en prestaciones, más próximo de una topología ON-LINE

IN-LINE

Es una nueva técnica, de conocimiento reciente, cuyo origen es de una firma americana, quien lo aplicó a equipos de elevada potencia, a fin de mejorar la fiabilidad y expectativas de vida. Comercialmente se utiliza como si de ON-LINE se tratara, por ello existen marcas que al ON-LINE auténtico lo nombran como "verdadero" o "doble conversión". Originariamente, si está correcta-mente construido, las prestaciones y características que aporta, son prácticamente de ON-LINE. El sistema se basa en utilizar un ondulador reversible, capaz tanto de generar, como de rectificar para cargar la batería. Manteniendo al ondulador en marcha y variando la tensión y la fase generada por éste, se logra cargar adecuadamente la batería. Una etapa estabilizadora en la entrada, es obligada, para mantener al ondulador en los límites tolerables de trabajo como cargador y un elaborado filtraje protegen al propio ondulador de picos de sobretensión, provenientes de la red, que lo estropearían. Debe prestarse atención, al aislamiento electrico que pueda o no, incorporar el bypass.

Características eléctricas

Destacaremos a continuación algunas de las características eléctricas más importantes a tener en cuenta en un SAI.

• Referente al ondulador:
• Estabilidad de la tensión de salida en régimen estático. Indica la estabilidad de la tensión de salida sin perturbaciones de red ni variaciones de carga.
• Estabilidad en régimen transitorio. Indica la variación de la tensión de salida cuando se produce una variación rápida de red ó bien con variaciones en la carga.
• Distorsión armónica. Indica la distorsión que contiene la tensión de salida. Dicho contenido será función de la tecnología utilizada por el ondulador, siendo mucho más fácil entregar la misma distorsión en un ondulador que trabaje en PWM, que no en otro que opere con señal cuadrada.
• Factor de potencia admisible. (cos p). Indica el desfase tensión-intensidad que admite el ondulador. – Potencia de salida. Indicada normalmente en VA (pot. aparente), expresa la potencia nominal que puede entrega el ondulador, a través del factor de potencia, se puede conocer la potencia activa W, que puede suministrar el equipo. W=VA · cos p
• Factor de Cresta. El factor de Cresta, es el cociente de la división entre el valor de pico de la corriente demandada por el ordenador y el valor RMS o eficaz de la corriente. El factor usual de un ordenador es de 2 a 3. El grave perjuicio que ocasiona este tipo de consumo, que se agrava cuantos más ordenadores se deben alimentar, debe ser soportado por la red eléctrica o por el SAI. La inclusión de correctores de cos p en los SAI, minimiza el problema hacia la red eléctrica, siendo el SAI quien proporciona la totalidad de energía de cresta, sin afectar a la red eléctrica. – Sobrecarga admisible y forma de protección. Indica las veces en que se puede sobrecargar el ondulador sin deterioro para él. Es una característica importante en sistemas ON-LINE , ya que es el ondulador quien debe soportar dicha sobrecarga, al conectar el ordenador ó la carga a proteger.
• Forma de onda. Existen diversas posibilidades en el diseño ó construcción del ondulador, con lo cual un SAI, puede entregar diversas formas de onda. Será un dato interesante el conocimiento de ésta, sobre todo en función del equipo informático que estamos alimentando y los armónicos generados.
• Estabilidad en frecuencia. Indica la variación en frecuencia que genera el ondulador, por tratarse de un generador, debe ser lo más cercana posible a la frecuencia de red.
• Referente al cargador de baterías (ON-LINE) ó al sistema (OFF-LINE).
• Tensión de entrada. Indica la tensión máxima y mínima tolerable por el SAI, será un dato importante la tensión de red a la cual todavía se carga batería. En sistemas OFF-LINE indicará la tensión de intervención del equipo y por tanto los límites de protección.
• Corriente de carga. Su control es muy importante para evitar un deterioro prematuro de las baterías. La corriente ideal es C/10, la capacidad en Amperios/hora divido por 10. El cargador debe ser capaz de mantener este máximo de carga sin descuidar la corriente que necesita la etapa onduladora en los modelos ON-LINE para seguir funcionando.

• Referente a las baterias
• Autonomía. Es el tiempo que podemos seguir alimentando a la carga, cuando no existe red ó ésta está por debajo de la tensión mínima, a la cual todavía se carga la batería. Debe medirse a potencia nominal .
• Tipo de batería y numero de éstas. Da una idea de las corrientes que circulan por el ondulador , también del coste de cambio de acumuladores y su esperanza de vida.
• Referente al Bypass
• Bypass ó posibilidad de éste. Es la posibilidad de incorporar un conmutador que alimente a la carga desde la red, en caso de fallo del ondulador.
• Aislamiento eléctrico, cuando interviene el Bypass. Si el Bypass, no dispone de aislamiento, obligatoriamente una fase de entrada, está en permanente conexión, con una fase de salida, por tanto se está ofreciendo una vía inmejorable, para que el ruido o perturbaciones en modo común, lleguen al sistema que se debería proteger.
• Generales
• Tipo de ventilación, temperatura, rendimiento. Son valores indicativos de las pérdidas del equipo y del esfuerzo al que se somete a los semiconductores de potencia.
• Numero de avisos e indicaciones. Reflejarán la situación en la que se encuentra el equipo, y facilitarán su manejo. Son en definitiva una mayor comodidad al usuario.

La instalación eléctrica interior y línea informática

Los problemas que se pueden ocasionar en una instalación eléctrica del interior de un edificio, bien sea industria, oficinas o domicilio particular, son los mismos que los anteriormente descritos para las líneas de distribución o transporte, y aunque suelen ser de menor magnitud, por estar más cerca del origen del problema, pueden ocasionar peores efectos. La conexión o desconexión de cargas inductivas como maquinaria, motores, ascensores, equipos de soldadura, compresores y el entorno de zonas industriales o industrias en particular, provoca este tipo de problemas, al cual se le añade frecuentemente las dificultades de regulación, por parte de la compañia suministradora, debido al alto grado de variación en consumo de los mismos.

El criterio básico a tener en cuenta, en una instalación informática, es la instalación de una línea de suministro único al Sistema Informático, denominada comunmente Línea Dedicada, y que alimenta al sitema desde la acometida de la red eléctrica (contadores), a fin de que ésta, esté lo más exenta posible de los problemas de índole interna antes mencionados. El conductor de Tierra, debe formar parte de esta línea dedicada. Al final de ésta línea y en función de la posibilidad de ejecución de la misma, los problemas descritos tendrán mayor o menor magnitud, la solución o atenuación de los mismos se puede realizar mediante diversos equipos, como son transformadores de aislamiento, estabilizadores, acondicionadores de red o SAI.

Sistema típico de cableado de un edificio

En origen, la energía se transporta mediante un sistema de cableado de 5 hilos, 3 de los cuales son activos o Fase (trifásica), y los dos cables restantes corresponden al Neutro y Tierra. Normalmente, los equipos utilizan un sistema de tres hilos, correspondientes en Europa a una Fase, Neutro y Tierra. Los dos primeros transportan la energía y el tercero se conecta a las partes metálicas de los equipos por razones de seguridad. En algunos países se distingue entre fase y neutro, mientras que en Norte-américa, no se utiliza el neutro y los cables que transportan energía, son ambos Fase. Dado que se trata de corriente alterna, no existe diferencia, desde un punto de vista energético, entre el conductor Fase y el Neutro, ya que ambos están aportando y retornando energía periódicamente. La diferencia estriba, en que el conductor de Neutro, está referenciado a Tierra. Nos encontramos pues, con dos conductores referenciados a tierra, la Tierra, propiamente dicha utilizada como seguridad y el Neutro, conductor de potencia no peligroso respecto a las partes metálicas. Un ordenador y más concretamente su fuente de alimentación, no distingue la presencia o no del Neutro, por tanto la intercambiabilidad Fase-Neutro, no debe ser origen de ningún problema. En cambio si es importante tener en cuenta la Toma de Tierra. Inicialmente, ésta debe derivar al terreno corrientes de cualquier naturaleza, que se puedan originar bien por defectos de aislamiento, bien por causas atmosféricas, de carácter impulsional. La incorrecta instalación de una Toma de Tierra, o una degradación de la misma, aumenta la resistencia de paso y por tanto disminuye su efecto protector, éste defecto aplicado a Sistemas Eléctricos u electrónicos, donde la inmunidad de los mismos comienza derivando las corrientes de alta frecuencia (parásitos y ruídos) hacia tierra, provocarán una disminución de su atenuación y por tanto serán más vulnerables a los mismos.

Otro problema que puede surgir, es que la corriente de fugas que circule por la línea de tierra, como causa de un defecto en un aislamiento de una máquina o una radiofrecuencia que se desvie a tierra en un filtraje, antes de llegar a tierra se inyecte a otra máquina o equipo y ello provoque problemas en el funcionamiento del mismo, ello será más acusado cuanto peor sea la resistencia de paso a tierra. Dos son los tipos de ruido eléctrico más comunes en una instalación: . Ruido en Modo Común.- Es el ruido eléctrico existente entre los cables que llevan energía (fase y neutro) y la línea de Tierra. Ruido de Tierra.- Es le ruido que aparece entre las tomas de tierra de varios equipos conectados a la misma línea de tierra.

Algunos equipos y el grado de protección ofrecido por los mismos.

Transformador de aislamiento

Equipado de pantalla electrostática o bobinado mediante carrete separador, permite obtener una atenuación importante de ruidos y parásitos. La atenuación de éstos depende de la concepción y calidad del mismo. No soluciona variaciones de tensión, cortes ni microcortes, ni tampoco ruídos de línea de tierra, dado que éste conductor no se puede interrumpir. Su utilidad estriba únicamente en la atenuación de ruidos en modo común. Un transformador de aislamiento, completa las soluciones ofrecidas por una linea dedicada, no la sustituye.

Transformador ferroresonante

Disponen de un condensador en la salida, en paralelo con bobinas secundarias, con lo que se proporciona una realimentación magnética y se consigue una estabilización de salida, esta técnica fue muy empleada, (antiguos estabilizadores para T.V.), pero obtiene muy poco rendimiento. La aplicación de este tipo de transformador, usado para hacer frente a problemas de regulación quedó en desuso, con la aparición de los estabilizadores electrónicos.

Regulador de tensión, Estabilizador

Ofrece soluciones cuando el problema estriba en variaciones de red, sin embargo depende en gran modo de sus características, tiempo de respuesta y margen de regulación. Consiste en la conmutación de diversas tomas de un transformador, a fin de seleccionar la tensión de salida requerida. Pueden incorporar un transformador de aislamiento, de modo que solucionan a la vez el problema de ruidos, pero son incapaces de solucionar los cortes, microcortes y las variaciones de frecuencia de la red, puesto que no aportan autonomía. Existen dos familias de estabilizadores, los ferroresonantes y los electromagnéticos. Los primeros actúan por saturación del núcleo del transformador . Los segundos mediante conmutación de tomas.

Acondicionadores de red

Es la combinación de un transformador de aislamiento y un regulador de red. Pueden por tanto ser ferroresonantes o electromagnéticos. Logran buenos resultados frente a variaciones y parásitos de red, pero siguen siendo impotentes frente a cortes y variaciones de frecuencia, en cambio su coste empieza a ser importante.

Sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI's – UPS)

Son equipos que por su concepción autónoma, permiten realizar suministro aún cuando no exista suministro de red. Para ello incorporan baterías, cargador de baterías y ondulador, la finalidad de este último, es convertir la corriente continua procedente de los acumuladores, en corriente alterna, de iguales características que la red, pero exenta de los problemas de ruidos y variaciones que la afectan. Las prestaciones más generales que deben aportar dichos equipos son: -Aislar la carga que se alimenta de la red. -Estabilizar el voltaje y la frecuencia de salida. -Evitar picos y efectos parásitos de la red eléctrica. -Almacenar energía en las baterías, las cuales la suministrarán por un periodo fijo de tiempo, cuando haya un corte de corriente. Ésta energía almacenada permitirá llevar a cabo la salvaguarda de la información y el cierre normal del ordenador.

De los requisitos y prestaciones antes mencionados, se desprenden las topologías más comúnmente usadas en la concepción de Sistemas de Alimentación Ininterrumpida.

Diseño de un sistema de protección integral

Para el diseño e instalación de elementos ó equipos de protección integral, deberemos conocer en primera instancia la vulnerabilidad de los equipo a proteger. Recordemos que los factores que solían afectar al correcto comportamiento de sistemas electrónicos, eran: Regulación, Transitorios, Ruidos, Armónicos, Tierra y cortes de suministro. En nuestro caso, el primero, cuarto y sexto, quedarán resueltos mediante la aplicación de un Sai. El quinto factor o Tierra, dependerá de la construcción de la misma, es recomendable utilizar un Tierra exclusivo para informática ó equipos críticos y otro para maquinaria. En función de la calidad del suelo, se instalarán las piquetas suficientes para asegurar una muy baja impedancia. Factor ruidos: Depende en gran medida de una correcta instalación de los buses de datos y comunicación, en ningún caso deben discurrir paralelos a líneas de suministro y deben tener un buen apantallamiento, el cual estará a masa ó Tierra, según el caso. Factor transitorios: Ya vimos la naturaleza de éstos y dadas las grandes magnitudes que pueden llegar a alcanzar, no es suficiente la aplicación de un Sai, como medida de seguridad será necesario aplicar también Filtros Supresores.

Filtros Supresores

Son elementos no lineales los cuales a partir de una cierta sobretensión, bajan su impedancia, desviando, la energía excedente hacia una línea de menor impedancia, que la que presenta la carga ó equipo a proteger. Un filtro supresor no es un elemento de absorción sino de desvío. Bien es cierto, que absorben parte de la sobreenergia, y por tanto deberá tenerse en cuenta su capacidad de absorción, pero el desvío de las sobrecorrientes, normalmente hacia una buena conducción de Tierra, son en realidad la forma de protección empleada. Veamos un caso típico, la protección de un Modem, donde se trata de proteger las entradas de señal, frente a las posibles perturbaciones de la línea telefónica. En primer lugar deberemos conocer la máxima sobretension permisible del equipo a proteger, con ello elegiremos la tensión de intervención del protector, la cual deberá estar entre un 20% y un 30% por debajo de la tensión máxima. En la conexión la fuente de baja impedancia será la toma de Tierra y el elemento de desvío será el supresor, la propia línea telefónica actuara como impedancia en serie con el filtro, limitando con su propia caída de tensión, la energía que deberá disipar el filtro protector en cuestión. En función de la magnitud previsible del transitorio y la sobretensión admisible por la carga, colocaremos uno ó varios elementos en cascada y será interesante estudiar su ubicación, a fin de aprovecharnos de la propia instalación eléctrica, para absorber escalonadamente los fenómenos transitorios (Ver figura anaexa). Si se realiza una instalación escalonada, el criterio de instalación debe ser el siguiente, supresores de alta velocidad y relativamente baja absorción, lo mas cercanos posibles a la carga a proteger, supresores de media absorción, en puntos medios de la instalación y protectores de alta absorción, puesto que no conocemos la impedancia asociada que nos ofrece la línea, en la entrada de la línea.

Rentabilidad de una red de supresores

Para justificar la instalación de una red de supresores, deberemos conocer los costes o posibles costes de averías provocadas por estos efectos, no debe olvidarse el coste de no producción, mientras se efectúa la reparación del sistema. En segundo lugar, deberemos conocer el coste del supresor ó red de supresores necesario. Veamos un ejemplo: El coste de la reparación de un sistema es de 300.00 ptas, el coste de la no producción de 220.000ptas. La instalación de supresores, necesarios es de 180.000 ptas, si suponemos una amortización en 5 años, el coste anual es de 36.000 ptas. Es evidente, que a pesar de la aleatoriedad del fenómeno, el coste queda justificado.

Conclusiones

La alimentación de un sistema informático, debe efectuarse desde una línea dedicada. Al final de esta línea, deberá instalarse algún equipo o elemento de protección, siendo el SAI o UPS el elemento que ofrece mayor grado de cobertura frente a los problemas antes mencionados.

La línea de transporte y distribución

Los problemas de la calidad de la energía y los causados por su defecto, son consecuencia de la evolución de la electrónica y más particularmente de su integración. Con ello se incrementa la exposición del usuario a perturbaciones eléctricas y aumenta también la sensibilidad de los equipos. Es por ello, que el suministro de corriente alterna, suele ser inadecuada para alimentarsistemas informáticos, pudiéndoles causar problemas de pérdidas de datos y errores de hard disk. Todos estos efectos se pueden agrupar en seis fenómenos : -Regulación, Transitorios, Ruidos eléctricos, Armónicos, Tierra y Cortes de energía.

Trataremos seguidamente cada uno de ellos de forma independiente, ya que la solución de uno no implica la resolución del otro.

Regulación

Son variaciones lentas en la tensión ó frecuencia, pudiendo durar desde algunos ciclos hasta algunas horas. Distinguiremos tres fenómenos que implican a la regulación: "swells" ó picos, son crecimientos lentos de la tensión, pueden alcanzar valores superiores al 20% de valor nominal y durar segundos. Caídas de tensión de corta duración "sags", son normalmente provocadas por arranque de motores, ya que éstos, en el arranque llegan a consumir hasta veinte veces su valor nominal. Caídas de tensión de larga duración "brownouts", son provocadas por sobrecarga en la red, en un área amplia. Aunque los equipos electrónicos suelen tolerar bien los efectos de la regulación a corto plazo, el efecto más inmediato es la reducción de la vida útil de éstos, debido fundamentalmente a los sobrecalentamientos generados.

Transitorios

Los transitorios son sobretensiones de corta duración y elevadas corrientes. Se considera transitorio a un fenómeno de duración inferior a 1mS y las frecuencias involucradas van desde KHz hasta centenares de MHz. El origen de los transitorios, según estudios realizados, revela que un 35% es debido a fenómenos naturales (relámpagos) y un 65%, a la conexión de cargas reactivas (motores, fluorescentes etc.). Otro origen de importancia son las descargas electrostáticas "ESD", debido al uso de fibras artificiales como moquetas, vestidos etc.. Un transitorio, puede afectar de varias maneras, en un primer grado, un circuito lógico puede recibir un transitorio, no ser destruido por él, pero interpretarlo erróneamente como información, provocando por tanto un fallo lógico. Una repetición del efecto en el mismo circuito, puede destruirlo por sobrecalentamiento, con lo cual no se hallarán las causas de la destrucción.

Ruidos

El ruido eléctrico, ocupa un rango de frecuencias similar al de los transitorios, sin embargo éstos son de baja magnitud, pero de larga duración. Un ejemplo sería la inducción en una línea de transmisión de ondas de radio. Los fenómenos de ruidosuelen provocar más errores de funcionamiento, que daños físicos.

Armónicos

Son causa de la integración de múltiples frecuencias fundamentales de las fuentes de alimentación, suelen agravarse por el consumo de cargas alineales como fuentes de alimentación conmutadas. Los armónicos impares son los más frecuentes, siendo el margen de frecuencias de 180 Hz hasta 1 KHz. Los problemas más frecuentes que presentan los armónicos son inesperados flujos en los sistemas eléctricos, sobrecorrientes en los hilos conductores de neutro y grandes pérdidas en los transformadores. Los magnetotérmicos no alcanzarán tampoco, sus prestaciones habituales, produciéndose disparos prematuros. Para una solución ó más bien una atenuación de este tipo de problemas, cabe mencionar el sobredimensionado de neutros, utilización de transformadores de factor K, uso de disruptores de línea en lugar de magnetotérmicos y filtros activos ó pasivos. La utilización de Sai's, es también un elemento a considerar, dado que suelen incluir un filtro activo, para la transformación de cargas no lineales en lineales.

Tierra

Dos efectos debemos considerar respecto a la toma de tierra, el primero es de referencia, consiste en asegurar que varios equipos se mantienen a la misma tensión; el segundo es de seguridad, respecto a descargas eléctricas y riesgos de incendio. En ausencia de un tierra de referencia común, ordenadores conexionados pueden verse afectados por fallos lógicos y /o daños en las líneas de comunicación. La referencia a tierra, se obtiene a través del cero de impedancia, dado por la red eléctrica nacional, con ello la utilización de un punto único de tierra es la mejor solución para la equipotenciación de los equipos informáticos. En las líneas de transmisión de datos, el aislamiento eléctrico será la mejor solución

Cortes de energía

Distinguiremos cuatro posibilidades, microcortes <1 ciclo, caídas > 1 ciclo, caídas momentáneas < 1 min., caídas sostenidas > 1min. Las causas principales suelen ser, arranque de grandes motores, defectos en la línea o conmutaciones de la red, procedentes de la propia compañía. En el caso de microcortes, dependeremos de la característica de la fuente de alimentación ( tiempo de reserva ), para que pueda afectar o no, al sistema informático, ordenador ó equipo electrónico. Los cortes ó caídas, son ceros de red de duraciones mayores a 300 mS, llegando a provocar un paro total del equipo de forma no controlada. Los microcortes, suelen afectar a las tablas de localización de archivos y a las memorias RAM, un típico error, es el de disco duro ilegible. La única solución a este tipo de problemas, reside en la utilización de Sai's. Presentamos a continuación, una tabla resumen de distintos problemas y soluciones:

Soluciones existentes

Existen diversas soluciones, las cuales aportan distintos grados de protección, y que en realidad forman parte de un proceso histórico de la evolución de las tecnologías electromagnéticas y electrónica. En la parte final de esta documentación, trataremos de las soluciones posibles a los transitorios, dado que implica una tecnología externa al Sai, así como unas recomendaciones en la instalación.

Transformador de aislamiento.: Equipado de pantalla electrostática o bobinado mediante carrete separador, permite obtener una atenuación importante de ruidos y parásitos. La atenuación de éstos depende de la concepción y calidad del mismo. No soluciona variaciones, cortes ni microcortes. Su utilidad estriba únicamente en la atenuación de ruidos.

Transformador ferroresonante.: Disponen de un condensador en la salida, en paralelo con bobinas secundarias, con lo que se proporciona una realimentación magnética y se consigue una estabilización de salida, esta técnica fue muy empleada, (antiguos estabilizadores para T.V.), pero obtiene muy poco rendimiento. La aplicación de este tipo de transformador, usado para hacer frente a problemas de regulación quedó en desuso, con la aparición de los estabilizadores electrónicos.

Regulador de tensión, Estabilizador.: Ofrece soluciones cuando el problema estriba en variaciones de red, sin embargo depende en gran modo de sus características, tiempo de respuesta y margen de regulación. Consiste en la conmutación de diversas tomas de un transformador, a fin de seleccionar la tensión de salida requerida. Pueden incorporar un transformador de aislamiento, de modo que solucionan a la vez el problema de ruidos, pero son incapaces de solucionar los cortes, microcortes y las variaciones de frecuencia de la red, puesto que no aportan autonomía. Existen dos familias de estabilizadores, los ferroresonantes y los electromagnéticos. Los primeros actúan por saturación del núcleo del transformador . Los segundos mediante conmutación de tomas.

Acondicionadores de red.: Es la combinación de un transformador de aislamiento y un regulador de red. Pueden por tanto ser ferroresonantes o electromagnéticos. Logran buenos resultados frente a variaciones y parásitos de red, pero siguen siendo impotentes frente a cortes y variaciones de frecuencia, en cambio su coste empieza a ser importante.

Sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI's – UPS).: Son equipos que por su concepción autónoma, permiten realizar suministro aún cuando no exista suministro de red. Para ello incorporan baterías, cargador de baterías y ondulador, la finalidad de este último, es convertir la corriente continua procedente de los acumuladores, en corriente alterna, de iguales características que la red, pero exenta de los problemas de ruidos y variaciones que la afectan.

Las prestaciones más generales que deben aportar dichos equipos son:

-Aislar la carga que se alimenta de la red.

-Estabilizar el voltaje y la frecuencia de salida.

-Evitar picos y efectos parásitos de la red eléctrica.

-Almacenar energía en las baterías, las cuales la suministrarán por un periodo fijo de tiempo, cuando haya un corte de corriente. Ésta energía almacenada permitirá llevar a cabo la salvaguarda de la información y el cierre normal del ordenador.

De los requisitos y prestaciones antes mencionados, se desprenden las topologías más comúnmente usadas en la concepción de Sistemas de Alimentación Ininterrumpida.

Autor:

Javier Ramos