Calidad y continuidad eléctrica para Data Centers
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Calidad y continuidad eléctrica para Data Centers
Agenda
• Calidad de la energía • Principales disturbios eléctricos • Topologías de UPS • Configuraciones Redundantes
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!!
Calidad de la energía
*Fuente: http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/288/A5.pdf/ ** Estándar IEEE-1159
PUESTA A TIERRA
SPD (antes TVSS)
GENERADORES
UPS
MONITOREO
• “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
Pirámide de la calidad de la energía
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
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
0 10 20 30 40
2 4
6
8 Voltage
(kV)
Time (ns)
Impulsive Transient
(ESD) Rise Time Decay Time
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.
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.
● ¿Qué los provoca? ● Arranque de motores, falla grave en equipos o
problemas de configuración, red eléctrica comercial
● ¿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).
Bajada de tensión
Subtensión
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
● ¿Cómo se pueden evitar? ● UPS (SAI), transformadores de control “ferroresonantes”
Sobretensión
Aumento de tensión
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..
● ¿Cómo se pueden evitar? ● UPS (SAI) ● Filtro de armónicos etc…
Desplazamiento por CC
Armónicos
Interarmónica
Corte intermitente
Ruido
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
● ¿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)
Fluctuaciones de tensión
7. Variaciones de frecuencia.
● ¿Qué son? ● Cualquier variación de la frecuencia de la señal eléctrica
comercial (60Hz)
● ¿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
Variaciones de frecuencia
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
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
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 90-110%
CC CA
• Topología: línea Interactiva
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
UPS: Línea Interactiva
CC CA CA
CC
UPS: Doble conversión online
CC CA CA
CC
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: 85 – 93 %
UPS: Doble conversión online
ECO mode: La energía fluye por el Switch estático La calidad de la energía de salida
depende del suministro Eficiencia típica alta: 97 – 99 %
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%
UPS: Doble conversión online, variaciones
Como se recomienda conectar un UPS?
Fuente: IEEE 1100 - IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment (2005)
Configuración “N”
Configuraciones Redundantes: N
• Ventajas de Capacidad (N) – Concepto sencillo – Configuración costo beneficio – Expandible
• Desventajas de Capacidad (N)
– Disponibilidad limitada – Carga expuesta a energía sin
protección para mantenimiento – Muchos puntos únicos de falla (single
points of failure)
Configuración “N+1” Isolated Redundant
• 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
Configuraciones Redundantes: N+1
Curva de eficiencia típica de un UPS
A menor carga, Menor EFICIENCIA
Configuración “N+1” Parallel Redundant
• 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
• 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
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
Configuraciones Redundantes: N+1
Configuración “2(N+1)” System + System
• 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
Configuraciones Redundantes: 2N y 2(N+1)
• 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!!!
Algunos servicios recomendados
