SAI (SISTEMA DE ALIMENTACIÓN INTERRUMPIDA)

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DEFINICIÓN

Un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) es un dispositivo que, gracias a su batería de gran tamaño y capacidad, puede proporcionar energía eléctrica tras un apagón a todos los dispositivos eléctricos conectados a él. Otra función que cumple es la de regular el flujo de electricidad, controlando las subidas y bajadas de tensión y corriente existentes en la red eléctrica. También son conocidos con su acrónimo inglés, UPS (Uninterrupted Power Supply).

Los dispositivos que se conectan a un SAI se les denomina cargas críticas. Pueden ser aparatos médicos, industriales o informáticos y, como se ha dicho antes, requieren tener siempre alimentación y que ésta sea de calidad debido a la necesidad de estar en todo momento operativos y sin fallos (por ejemplo, picos de tensión o caídas).

SAI de continua

A este tipo se conectan dispositivos que requieren una alimentación de corriente continua, por lo que éste se encargará de transformar la corriente alterna de la red eléctrica convencional a corriente continua y la enviarán a los dispositivos que tenga conectados y a sus baterías internas. Por tanto, no requieren convertidores que medien en el flujo de energía entre las baterías y las cargas.

El esquema típico de este tipo de SAI consta de dos módulos principales: el de rectificación que sirve para convertir la energía eléctrica alterna a continua y el de almacenamiento de energía.

SAI de alterna

Este tipo proporciona a sus cargas energía de corriente alterna, por lo que necesitan un inversor para transformar la corriente continua que proviene de las baterías en la energía de corriente alterna.

Topologías

• En espera (passive stand-by): si hay alimentación, la carga obtiene la energía directamente de la red convencional y, simultáneamente, las baterías se cargan a través de su rectificador. En caso de caída o fallo, el SAI conmuta a sus baterías internas y las utiliza para alimentar sus cargas, haciendo pasar el flujo de energía a través de su inversor.
• De línea interactiva (line-interactive): necesita un inversor bidireccional. Mientras haya alimentación de la red convencional, este flujo de energía cargará las baterías se cargarán a través de este inversor; cuando falle esta alimentación, el SAI obtendrá energía de dichas baterías haciendo que la corriente recorra dicho inversor en sentido opuesto al que seguía durante la carga de las mismas.
• Double-conversion: es la topología más habitual de SAI de potencia. Primero se rectifica la señal de la red comercial y se alimenta la batería, después la señal de la red (o de la batería) va hacia la carga a través de un inversor.
• En línea (on-line): el SAI obtiene la energía directamente de sus baterías, y éstas están continuamente recargándose gracias al flujo de correinte alterna que reciben. Por ello, cuando se corta la corriente eléctrica, los equipos conectados en ningún momento lo notan (salvo cuando se acaban las baterías, claro). Son la mejor opción, pues además al estar las baterías continuamente conectadas, se convierten en el mejor filtro de voltaje y de señal que podemos tener para nuestros equipos. Lo negativo de ellos es su precio, debido al coste de ésta tecnología, el cual perfectamente se puede acercar al de un ordenador personal.
• Fuera de línea (off-line): al detectar el fallo de corriente eléctrica, conectan las baterías para seguir ofreciendo servicio. Entre la detección del corte y la puesta en funcionamiento de las baterías transcurre un lapso de tiempo (milisegundos), que no afecta a los equipos informáticos conectados, por lo tanto es apto para proteger instalaciones informáticas por un bajo coste.
• Comput-onlineal detectar un corte de energía en la línea, el SAI se pone en funcionamiento y se pone en marcha el temporizador, que lo apaga en un lapso de tiempo concreto (normalmente, 10 minutos).
• Line-conversion^:Cuando hay un corte en el fluido eléctrico, este SAI permite modificar (convertir) la corriente alterna en continua. De esta manera, la computadora trabajará durante 1 hora sin necesidad de alimentar dicho elemento.

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.

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.

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.

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.

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 deSai's. Presentamos a continuación, una tabla resumen de distintos problemas y soluciones:

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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.