CONIMEIRA XVI EL PORQUÉ Y PARA QUÉ DE LOS UPS Autor: José Fredy Villalta Barberena Universidad Centroamericana José Simeón Cañas, UCA San Salvador, 18.

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1 CONIMEIRA XVI EL PORQUÉ Y PARA QUÉ DE LOS UPS Autor: José Fredy Villalta Barberena Universidad Centroamericana José Simeón Cañas, UCA San Salvador, 18 de septiembre de 2014

2 EL PORQU É Y PARA QU É DE LOS UPS Selecci ó n y aplicaci ó n de los sistemas UPS Resumen Discutiremos los factores que se debe considerar para seleccionar y aplicar los sistemas UPS.

3 Introducci ó n Un ingeniero deber í a seguir 6 etapas b á sicas cuando dise ñ a un sistema de suministro ininterrumpido de potencia (UPS). B á sicamente, un sistema UPS consiste de un rectificador de estado s ó lido, una bater í a y un inversor de estado s ó lido. El rectificador convierte la CA que entra en CD, la cual alimenta el inversor y, tambi é n, carga o pone en flotaci ó n a la bater í a.

4 El inversor cambia la CD a CA para alimentar la carga cr í tica. Se dise ñ a los sistemas ininterrumpidos de potencia (UPS) de CA para proteger contra apagones de la fuente de potencia y dar potencia acondicionada cuando las caracter í sticas de potencia de la carga no son compatibles con las variaciones del voltaje y frecuencia de la l í nea, presentes inherentemente en los sistemas convencionales de distribuci ó n de potencia y para cambiar la frecuencia cuando la frecuencia de la carga cr í tica es diferente de la frecuencia de la fuente de la l í nea.

5 Basados en las caracter í sticas del tiempo de transferencia. Hay dos tipos de sistemas “ standby ” : En el Tipo 1 se puede permitir un intervalo de tiempo entre la falla de la fuente primaria de potencia y la transferencia a la fuente “ standby ” secundaria (4 – 12 ciclos ó m á s) En el Tipo 2 no se tolera interrupciones grandes de voltaje o transitorios de frecuencia para transferir la carga de la fuente primaria a la fuente “ standby ” secundaria

6 El Tipo 2 se usa extensivamente para cargas cr í ticas como: detectores de llama de calderas, computadoras, instrumentaci ó n de control electr ó nico y complejos cr í ticos de comunicaci ó n. En esas cargas cr í ticas no se puede tolerar un apag ó n, ni siquiera de una fracci ó n peque ñ a de ciclo. Desde el punto de vista de confiabilidad, se puede clasificar las diferentes configuraciones posibles del sistema en: no redundantes o redundantes en paralelo.

7 El sistema b á sico no redundante que consiste de un rectificador, una bater í a y un inversor, tiene poca confiabilidad y costo m í nimo. La confiabilidad se mejora mucho usando un sistema redundante paralelo. El sistema redundante paralelo protege contra fallas en el sistema UPS y as í da la confiabilidad m á xima. Los inversores y rectificadores operan en paralelo y la falla de una de las unidades no botar á el sistema completo.

8 Los principales sistemas UPS no redundantes Tipo 2 son los sistemas continuos con o sin conjunto motor generador y sin “ switch ” est á tico; el sistema hacia delante con “ switch ” est á tico y con o sin conjunto motor generador “standby”; y el sistema en reversa con “ switch ” est á tico y con o sin conjunto motor generador “ standby ”. El Ingeniero debe seguir 6 etapas para determinar el mejor sistema UPS para cualquier aplicaci ó n.

9 Etapa 1: Determine el tiempo de transferencia permisible El tiempo de transferencia es el intervalo de tiempo en que el voltaje en la carga es menor que el valor aceptable para operaci ó n apropiada de la carga. Si el sistema se necesita para proteger contra apagones de la l í nea de potencia, el m á s apropiado es el sistema hacia adelante. Sus variaciones dependen del tiempo de transferencia que se puede tolerar si falla (vea Figura 1)

10 Figura 1 Aplicaciones del sistema UPS hacia delante para protecci ó n contra apagones de la l í nea de potencia SISTEMA DE TRANSFERENCIA UPS HACIA DELANTE (LA CARGA SE ALIMENTA CON LA LINEA DE C.A. EN OPERACIÓN NORMAL) “SWITCH” ESTATICO (TIEMPO DE TRANSFERENCIA = ¼ CICLO MÁXIMO) “SWITCH” ELECTROMECÁNICO CON STANDBY CALIENTE (TIEMPO DE TRANSFERENCIA = 4 A 12 CICLOS) “SWITCH” ELECTROMECÁNICO CON “STANDBY” FRIO (TIEMPO DE TRANSFERENCIA = 100 CICLOS MAXIMO)

11 Si el sistema se necesita para proteger contra apagones de potencia y tambi é n para acondicionamiento de la potencia conviene un sistema UPS continuo o de transferencia en reversa como se muestra en las Figuras 2 y 3

12 Figura 2 Aplicaci ó n de un sistema UPS continuo para protecci ó n contra apag ó n de la l í nea de potencia y acondicionamiento de la potencia para satisfacer las caracter í sticas de la carga SISTEMA UPS CONTINUO (CARGADOR DE BATERIA – BATERIA – INVERSOR – CARGA) SIN “SWITCH” ESTATICO (TIEMPO DE TRANSFERENCIA = 0) REGULACION DE VOLTAJE Y DE FRECUENCIA

13 Figura 3 Aplicaci ó n del sistema UPS en reversa para protecci ó n contra apag ó n de la l í nea de potencia y acondicionamiento de la potencia para satisfacer las caracter í sticas de la carga SISTEMA DE TRANSFERENCIA UPS EN REVERSA (LA CARGA SE ALIMENTA CON EL INVERSOR A TRAVÉS DEL “SWITCH” ESTATICO O ELECTROMECÁNICO EN OPERACIÓN NORMAL) SWITCH ESTATICO (TIEMPO DE TRANSFERENCIA = ¼ CICLO MÁXIMO) SWITCH ELECTROMECANICO (TIEMPO DE TRANSFERENCIA = 4 A 12 CICLOS

14 En el sistema de transferencia en reversa, el acondicionamiento de la potencia se logra s ó lo cuando la carga se alimenta desde el inversor. Si el sistema UPS se necesita para dar todas las condiciones (protecci ó n contra apagones de potencia, regulaci ó n del voltaje y frecuencia y cambios de frecuencia) se recomienda un sistema UPS continuo, como se muestra en la Figura 4.

15 Figura 4 Aplicaci ó n del sistema UPS continuo para protecci ó n contra apagones de potencia, regulaci ó n del voltaje y frecuencia y cambios de frecuencia SISTEMA UPS CONTINUO TIEMPO DE TRANSFERENCIA = 0 REGULACIÓN DE VOLTAJE Y FRECUENCIA Y HABILIDAD PARA CAMBIAR LA FRECUENCIA

16 El tipo de carga crítica determina el tiempo de transferencia y el acondicionamiento de la fuente de potencia así: Tipos de cargas que pueden soportar más de ¼ de ciclo de pérdida de voltaje: - Motores - Sistemas de alumbrado de emergencia (incandescente o fluorescente) en que la continuidad no es importante - Elementos calentadores

17 Tipos de cargas que pueden soportar más de ¼ de ciclo de pérdida de voltaje sin efectos apreciables: - Instrumentos de control de procesos electrónicos - Sistemas de control de llama - Muchos relés y contactores - Computadores de proceso de datos y procesos - Equipo de comunicación (incluyendo sistemas digitales de datos) - Sistemas de alumbrado en que la continuidad de la luz es importante (fluorescentes y vapor de mercurio) - Transformadores de voltaje constante

18 Tipos de cargas que no pueden soportar interrupciones: - Redes de comunicación de alta velocidad en que la pérdida de potencia implica pérdida de comprensibilidad - Sistemas de proceso de datos electrónicos en que microsegundos perdidos significa pérdida de dígitos o pérdida de memoria - Sistemas de control de reactores nucleares - Sistemas de seguimiento y lanzamiento de misiles - Sistemas de control de tráfico aéreo para dirigir aeronaves de velocidad alta - Sistemas repetidores de microondas

19 Tipos de cargas que no pueden soportar fluctuaciones de frecuencia: - Computadores digitales - Circuitos críticos de tiempo - Circuitos sintonizados - Discriminadores de frecuencia

20 Etapa 2: Determine la carga de CA tabulando todas las cargas críticas con sus factores de potencia respectivo y sus corrientes entrantes máximas (de arranque “inrush”)

21 Esta información determinará el tamaño del inversor que se necesita, usualmente especificado en KVA a un factor de potencia determinado El factor de potencia de una carga es la relación de la salida de vatios (potencia útil) a la salida de voltamperios (potencia aparente) Las relaciones entre factor de potencia, vatios, voltamperios y sus fórmulas para este etapa se muestran gráficamente en la Figura 5.

22 Figura 5 Relaciones numéricas y vectoriales entre factor de potencia, KW, KVA y KVAR en circuitos de potencia de CA WATTS (W)  VOLTAMPERIOS REACTIVOS (VAR) VOLTAMPERIOS (VA) FORMULAS KVA = (VOLTIOS)(AMPERIOS) / (1,000) (1) KW = (KVA) (F.P.) (2) f.p. = (KW) / KVA) = (W) / (VA) = Cos  (3) KVA = (KW) / F.P.) (4) KVA = [ (KW) 2 + (KVAR) 2 ] ½ (5) KVAR = (KVA) [ 1 – F.P 2 ] ½ (6) Cos  = factor de potencia (F.P.)

23 El factor de potencia es unitario para cargas resistivas puras y menor de la unidad para las demás cargas. Para determinar los KVA y el F:P: de una carga crítica mida el voltaje de CA con un voltímetro, la corriente de CA con un amperímetro y la potencia de CA con un vatímetro. Calcule los KVA usando la fórmula (1); calcule el F.P. con la fórmula (3)

24 Cuando las cargas críticas tienen F.P. diferentes, haga esto: a) Determine los KVA para cada una de las cargas usando las fórmulas (1) ó (4) ó ambas b) Determine los KW con la fórmula (2) c) Determine los KVAR con la fórmula (6) d) Sume todos los KVAR de todos los F.P. atrasados (inductivos) poniéndoles signo (-) e) Sume todos los KVAR de todos los F.P. adelantados (capacitivos) poniéndoles signo (+) f) Sume (d) y (e) para obtener los KVAR netos g) Determine los KVA totales usando la fórmula (3)

25 En la Tabla siguiente se muestra un ejemplo de este procedimiento. TABULACION DE CARGAS CRÍTICAS CARGATAMAÑOF.P.KVA (fórmula 4) KW (fórmula 2) KVAR (fórmula 6) MOTOR2 KW 0.8ATRÁS2/0.8 = 2.52.0(-2.5)(1-0.8 2 ) 1/2 =-1.5 ALUMBRADO1 KW 1.01/1 = 1.01.0(1)(1-1 2 ) 1/2 = 0.0 INSTRUMENTOS5 KVA 0.9ATRÁS5.0(5)(0.9) = 4.5(-5)(1-0.9 2 ) 1/2 = -2.17 CONTROLES3 KVA 0.8ATRÁS3.0(3)(0.8) = 2.4(3)(1-0.8 2 ) 1/2 = +1.80 TOTALES9.9 KW-1.87 KVAR

26 KVA TOTALES = [(9.9) 2 + (-1.87) 2 ] ½ = 10.08 F.P. TOTAL = 9.9 / 10.08 = 0.98 ATRAS Si la carga no está disponible o no se puede medir, se puede encontrar los KVA totales en las placas de los equipos, con el F.P. y la corriente Cuando las necesidades de voltaje para cargas diferentes son distintas se puede usar transformadores elevadores o reductores.

27 Otro factor importante que se debe considerar para determinar la capacidad del inversor es la corriente pico de entrada de los motores. La corriente pico de entrada se puede medir con un amperímetro en el instante que se energiza el equipo crítico. Conociendo el tipo de carga, generalmente se puede determinar cuál es la corriente pico de entrada para una carga estable determinada.

28 Donde se considera corrientes pico de entrada grandes (más del 125% del valor nominal del inversor) se puede necesitar protección limitadora de corriente. El tamaño del inversor se puede determinar en los catálogos de los fabricantes, basados en los KVA totales calculados, F.P. total y corriente pico de entrada. Otros factores importantes que se deben considerar son: monofásico o trifásico, onda de salida senoidal o cuadrada, y, temperatura ambiente máxima donde se instala el inversor.

29 Etapa 3: Seleccione el sistema UPS La selección del sistema UPS más apropiado, continuo, hacia delante, o en reversa se basa en el tiempo de transferencia (Etapa 1), características de la carga (Etapa 2) y confiabilidad (sistemas no redundantes o redundante paralelo)

30 Etapa 4: Dimensione y seleccione la batería para la carga del inversor y otras cargas eventuales de CD para el período de la falla de potencia posible El inversor se alimenta con CD desde la batería durante un apagón de potencia; lo mismo que cualesquiera otras cargas críticas de CD.

31 El tiempo que un sistema UPS operará durante un apagón de potencia esta determinado por la capacidad de amperios hora de la batería que alimenta el inversor y cualesquiera otras cargas eventuales de CD. Los tiempos de soporte de batería más comunes van de 5 a 60 minutos. Dependiendo de la magnitud de la carga crítica que se alimentará puede haber un punto de recuperación en que se puede poner un conjunto motor generador “standby” con una batería de tiempo corto.

32 Esto puede tener costo menor que una batería de tiempo largo. Un análisis de la magnitud de la carga y de las necesidades específicas puede mostrar dónde está el punto de recuperación. Las baterías de plomo calcio se usan extensivamente en sistemas UPS, ocupan placas de aleación Pb-Ca y ofrecen vida larga a un costo del 10 a 15% sobre las baterías del tipo antimonio plomo ácido.

33 Las baterías de Pb-Ca no necesitan carga de ecualización, son libres de gases (lo cual es importante donde las baterías están en unidades autocontenidas con los cargadores de batería e inversores) Muchos fabricantes garantizan las baterías de Pb-Ca para 20 años. La batería de Níquel Cadmio no se recomienda para aplicación de UPS por su costo alto.

34 Además, necesitan carga de ecualización y se deben descargar y recargar periódicamente para permanecer a capacidad plena. Las principales desventajas de estas baterías son: no pierden capacidad a temperaturas bajas y pueden desarrollar corrientes de descarga altas por períodos cortos (medidos en segundos) El voltaje de las baterías de plomo ácido durante las descargas varía entre 2 y 1.75 Voltios/celda.

35 La entrada de CD al inversor varía con el voltaje de la batería. Se puede calcular el voltaje promedio y la corriente de descarga de una batería de plomo ácido usando las curvas de la Figura 6

36 Figura 6 Parámetros de descarga de una batería que almacena vatios constantes VOLTIOS INICIALES VOLTIOS PROMEDIO VOLTIOS FINALES AMPERIOS FINALES AMPERIOS PROMEDIO AMPERIOS INICIALES VOLTIOS Y AMPERIOS INICIALES Y PROMEDIO PARA BATERÍAS ÁCIDO PLOMO (EXIDE) V/CELDA PORCENTAJE DE CORRIENTE A 1.75 V/CELDA FINALES HORAS

37 Para determinar el tamaño de la batería y seleccionarla, proceda así: a) Determine la entrada de CD al inversor con el voltaje de la batería en la condición de descarga de 1.75 V/celda b) Seleccione el tiempo de protección para un apagón de potencia entre 30 y 60 minutos

38 c) La corriente de descarga es el valor máximo para 1 hora o menos. Para períodos de descarga más largos use las curvas de la Figura 6 d) Multiplique la corriente de (a) por un factor determinado en (c) y obtenga la corriente promedio

39 La entrada de CD a un inversor cargado plenamente en condición de batería descargada de 1.75 V/celda se puede obtener en cualquier catálogo de fabricantes de UPS. La batería se debe seleccionar para una tasa horaria específica (tiempo de protección) de amperios promedio al final de 1.75 V/celda a 77° F.

40 El ejemplo siguiente se aplica para una batería de 120 V que debe operar durante un apagón de potencia de 2 horas. Suponga que el inversor seleccionado de un catálogo de fabricante muestra entrada de CD de 172 A para operación a plena carga del inversor en condiciones de batería descargada.

41 (105 V corresponden a una batería de 60 celdas a 1.75 V/celda) De la Figura 6, para 2 horas de operación, el factor de corriente promedio es 0.95 El amperaje promedio se encuentra multiplicando 172 A por 0.95 = 161.7 A

42 Esto sugiere una batería de plomo ácido de 60 celdas que tenga una tasa de 162 A para 2 horas ó, 324 amperios.hora para un voltaje final de 1.75 V/celda a 77° F Con esto se puede escoger en el catálogo de cualquier fabricante (la temperatura normal de aplicación es 77° F ó más; para temperaturas apreciablemente debajo de 77° F se necesitan baterías más grandes)

43 Etapa 5: Dimensione y seleccione el cargador de batería El cargador de batería se debe dimensionar y seleccionar apropiadamente para alimentar el inversor y todas las necesidades de cargas críticas de CD adicionales eventuales y para satisfacer el tiempo de recarga de la batería que se desea (usualmente 8 horas)

44 Etapa 6: Seleccione los accesorios según necesite Hay que considerar otras cosas como: provisiones de limitación de corriente, filtros de audio, circuitos de sincronización del inversor y “switch” de transferencia. Lo que se necesitará depende de la carga crítica y del grado de protección que se necesite.

45 Circuitos Limitadores de Corriente. Protegen el inversor contra sobrecargas y cortocircuitos a la salida. Los solenoides grandes o los motores toman corrientes pico de entrada grandes cuando se energizan. La corriente pico de entrada se puede limitar a un valor seguro sin desconectar el inversor de la carga, si el valor nominal del inversor se determina con la corriente pico de entrada en vez de con la corriente normal de operación.

46 Filtros de Audio. Donde el equipo de comunicación de voz, que es sensible al rizado de la batería, se conecta a la barra con el inversor, se necesitan filtros de audio en la entrada. Aíslan los ruidos de audio del inversor desde la barra.

47 Circuitos de sincronización del inversor. Se usan para lograr que la fase y la frecuencia de la salida del inversor sean la misma que la frecuencia de la señal de potencia aplicada en los terminales de sincronización del inversor. El circuito se usa, normalmente, para sincronizar el inversor con la línea o con cualquier fuente de potencia de cualquier frecuencia. También se usa con el arreglo del “switch bypass” de sincronización.

48 “Switches” de transferencia. No todos los inversores son apropiados para usarlos con “switches” estáticos de transferencia por la necesidad de operar a f.p. unitario o adelantado en los terminales de la carga del “switch” estático. El inversor que se necesita se debería seleccionar junto con el “switch” de transferencia, del catálogo de los fabricantes.

49 “Switches” Manuales de Bypass. Se usan para aislar el “switch” estático o el inversor y sacarlos de servicio sin interrumpir la carga. Usualmente, el switch es “hecho antes de operar” y se monta en el encerramiento del inversor. Regulador de Línea de CA. Es un regulador de voltaje magnético automático con distorsión armónica total de +/- 3%, la unidad regula el voltaje de línea de CA dentro del +/- 2%

50 Disparo por Voltaje Bajo. Este dispositivo saca el inversor si el voltaje de la batería cae por debajo del valor descargado. Siguiendo cuidadosamente las 6 etapas, cualquier sistema UPS se puede ajustar a la medida para satisfacer las necesidades específicas de las cargas críticas. El Ingeniero de diseño debe analizar su sistema y determinar la extensión del daño que puede ocurrir por una falla de potencia.

51 Luego debe seleccionar el sistema UPS más barato que dará potencia apropiada a la carga crítica dentro del tiempo mínimo permitido. Después de seleccionar los tres elementos principales y sus accesorios adicionales necesarios, se debe llenar el formulario de especificaciones.

52 “Switch” automático de transferencia de estado sólido de la barra de CA; especificaciones para sistemas UPS. Un “switch” automático de transferencia, transfiere las cargas de potencia desde una fuente preferida a una fuente “standby” de emergencia, casi instantáneamente, cuando se pierde la fuente preferida. La interrupción total máxima de ¼ de ciclo, por el uso de componentes de estado sólido, permite aplicar los “switches” de transferencia a cargas críticas en que la operación rápida es imperativa.

53 Además, los “switches” son libres de mantenimiento porque son completamente estáticos. Durante la operación normal, la carga se alimenta desde la fuente de potencia de CA preferida a través de unidades SCR, como se muestra en la Figura 1.

54 Figura 1 Diagrama de bloques para “switch” automático de transferencia de estado sólido desde la fuente preferida normal a la fuente “standby” y retransferencia a la fuente preferida FUENTE PREFERIDA CA-SCR LÓGICA DE CONTROL FUENTE ALTERNA CA-SCR RETARDO DE TIEMPO DE ESTADO SÓLIDO (2 S) MONITOR DE VOLTAJE CARGA FUENTE PREFERIDAFUENTE ALTERNA AJUSTE DE VOLTAJE DE RETRANSFERENCIA AJUSTE DE TRANSFERENCIA DE VOLTAJE BAJO

55 La fuente preferida de CA puede ser a través de un inversor directamente desde una línea de potencia de CA. Cada uno de los polos tiene dos rectificadores controlados de silicio (tiristores) conectados respaldándose (back to back) para que la corriente pueda fluir. El “switch” estático monitorea el voltaje de la línea de CA. Si el voltaje de la fuente preferida cae por debajo de un punto de bajo voltaje preajustado, que se ajusta desde el 60% hasta el 100% del voltaje normal de la fuente, los SCR conduciendo se encienden y automáticamente transfieren la carga a la fuente “standby”.

56 Tiempo de transferencia: dos segundos Cuando el voltaje de la fuente preferida se restablece por encima de un valor ajustable preestablecido para retornar a la fuente normal y después de transcurridos dos segundos, la carga se retransfiere automáticamente. El intervalo de 2 segundos asegura estabilidad para permitir que el equipo automático de sincronización de cualquier fuente pueda operar antes de la retransferencia. Se necesita dos ajustes en el módulo de control: el ajuste del punto de bajo voltaje deseado para transferir a la fuente de emergencia y el ajuste para retransferir a la fuente normal.

57 Los componentes se pueden remover del gabinete con facilidad. También se suministran terminales para la transferencia manual a cualquier fuente para las pruebas. Se fabrica los “switches” de transferencia en muchos tamaños y formas, monofásicos o trifásicos, en rangos de 100 VA hasta 400 KVA. Su capacidad de sobrecarga es cerca del 125% para 2 minutos y los rangos de tolerancia de transitorios del voltaje de línea desde 120% para fuentes sincronizadas hasta 200% para fuentes no sincronizadas.

58 Para cargas que pueden soportar interrupciones de más de 4 ciclos hasta 12 ciclos, se puede usar el switch electromecánico de transferencia que es más barato. Pero, para cargas críticas que no pueden soportar más de ¼ de ciclo de pérdida de potencia, tales como: control de llama de calderas, computadoras, controles de procesos electrónicos y equipo de microondas, sólo funcionan con “switches” automáticos de transferencia de estado sólido.

59 Escribiendo las especificaciones: Las especificaciones para UPS son extremadamente importantes. Aquí tenemos los puntos principales que se debe incluir cuando se especifica componentes de sistemas UPS:

60 A. CARGADOR DE BATERIA Los datos de entrada deberían indicar lo siguiente: 1. Voltaje de la fuente. (El voltaje de entrada define el equipo que se necesita. El rango de variación de voltaje de entrada se debe indicar si se puede. También se debe mostrar los transitorios de la fuente no incluidos en las variaciones del voltaje de línea debidos al arranque de motores. El “switcheo” de otras cargas en la fuente de suministro del equipo UPS puede ser peligroso. El equipo se debe diseñar para suprimir transitorios y debe tener capacidad de conducir 20% de transitorios con seguridad hasta por 6 ciclos sin dañar la fuente de potencia)

61 2. Fase y frecuencia de la línea de la fuente de potencia. (Monofásica o trifásica, 60 ó 50 HZ) 3. Protección de la línea de suministro. (Disyuntores o fusibles) 4. Relé de alarma de falla de potencia. (Opcional)

62 Los datos de salida deberían indicar: 1. Voltaje de CD. (125,48,24, etc., voltios) 2. Regulación de voltaje. (0.5% cuando la variación de voltaje de CA de la entrada está dentro de +/- 10% y la variación de la frecuencia de entrada está dentro del +/- 5%) 3. Tasa de capacidad de recarga de la batería. (Usualmente 8 horas, junto con la fuente del inversor)

63 4. Protección. (Disyuntores o fusibles) 5. Detector de tierra con luz o alarma de indicación. (Opcional) 6. Instrumentos. (Amperímetro y/o voltímetro, switch de ecualización flotante si se necesita, relé de voltaje bajo de CD para detectar pérdida de potencia al cargador, opcional) 7. Montaje. (Pared o piso)

64 B. BATERIA Y ESTANTE (“RACK”) 1. Tipo de batería. (Plomo calcio, níquel cadmio o placas de plomo; es preferible la batería de plomo calcio sin producción de gases) 2. Voltaje. (125, 48 24, etc., voltios de CD) 3. Capacidad en amperios-hora de la batería a una tasa de descarga de 8 horas. (Se debe garantizar operación satisfactoria del inversor para el período de tiempo del apagón especificado sin caída del voltaje en los terminales de la batería)

65 4. Estante de acero para las baterías (“rack”). (Debe ser tan compacto como sea posible y consiste de uno o dos niveles, una o dos filas, según el espacio y las normas de los fabricantes) 5. Conexiones entre celdas y entre filas, cables, electrolito y accesorios estándar 6. Duración de la capacidad de suministro de potencia desde la batería en una falla de potencia. (Este tiempo varía entre 15 y 60 minutos, dependiendo de la disponibilidad de una fuente “standby” después que el tiempo de soporte de la batería ha transcurrido; se usa 60 minutos) 7. Temporizador de control. (Para controlar la carga de ecualización de la batería, si se necesita)

66 C. INVERSOR Los datos de entrada deben indicar: 1. Voltaje. (120, 48, 24, etc., voltios de CD 2. Amperios. (Al voltaje seleccionado y a plena carga) 3. Protección. (Disyuntores o fusibles)

67 Los datos de salida deben indicar: 1. Voltaje. (480, 240, 120, voltios de CA) 2. Fases. (Monofásico o trifásico) 3. Ciclos. (25, 50, 60 HZ a +/- 1%) 4. Formas de onda. (Seno o cuadrada) 5. Distorsión armónica. (Máximo +/- 5%)

68 6. Regulación del voltaje de salida. (Usualmente dentro del +/- 3% a F.P. 1.0) 7. Regulación de frecuencia. (Sincronización automática para controlar la fase de salida dentro del +/- 10% de la línea de potencia de CA normal, siempre que la frecuencia de la línea de potencia se mantenga dentro del +/- 2% de la frecuencia nominal. Al tener una falla en la línea de potencia, el inversor debe mantener la frecuencia de salida dentro del +/- 1% de la nominal, hasta que regresa la potencia normal. Entonces, el inversor se debe resincronizar automáticamente a la línea de potencia)

69 8. Limitador de corriente. (El límite automático de corriente se da para proteger el inversor contra sobrecargas o cortocircuitos [opcional]. Esto permite al inversor a continuar operando normalmente después que se remueve el cortocircuito. Mientras existe la sobrecarga, el limitador de corriente mantiene la corriente de salida al 150%, un valor que no dañará al inversor) 9. “Switch” sincronizador “bypass”. (Opcional, pero si se especifica debería tener contactos “hecho antes de operar” para mantenimiento o inspección del inversor)

70 10. Protección. (Fusibles o disyuntores, el tipo apropiado para cumplir con las condiciones de la carga crítica) 11. Instrumentos. (Amperímetro y/o voltímetro de CA y de CD, medidor de frecuencia [opcional]) 12. Temperatura ambiente. (0 a 100° F; se puede especificar enfriamiento con aire forzado para operación continua a 120° F)

71 D. DATOS DE CARGA CRÍTICA Debe indicar: 1. Carga de estado estable. (En voltamperios) 2. Factor de potencia total de las cargas críticas 3. Carga pico de entrada. (Carga de arranque en VA) 4. Tiempo para el que la carga se debe alimentar sin que opere el cargador. (usualmente 30 minutos, dependiendo de la disponibilidad de una fuente “standby” giratoria)

72 5. Voltaje. (% de variación permisible) 6. Naturaleza de las cargas críticas. (Computadora, dispositivo de falla de llama en calderas, instrumentos electrónicos, etc.) 7. Condiciones especiales de operación de la carga crítica.

73 E. ESPECIFICACIONES GENERALES Debe incluir: 1. Unidad UPS autocontenida o componentes individuales separados 2. Provisión para calentadores de espacio 3. Unidad tropicalizada o a prueba de hongos

74 4. El fabricante debe indicar necesidades de tipos, bosquejos, pesos, claros y debe dar diagramas de conexión e interconexión con instrucciones de operación y mantenimiento. 5. Lista de partes de repuestos que se necesita.

75 Los fabricantes pueden ayudar Un procedimiento valioso es pedirle al suministrante que envíe un Ingeniero del fabricante para tenerlo disponible para la puesta en marcha del inversor. La especificación debería definir el alcance de la instalación y la naturaleza de la protección del circuito. Donde se espera capacidad grande o apagones largos, el equipo rotativo de generación debería respaldar al inversor, para que pueda dar la fuente ininterrumpida de potencia para un cierto tiempo, digamos 30 a 60 minutos y la fuente “standby” puede suministrar potencia indefinidamente.

76 Como el uso de cargas críticas aumenta continuamente los sistemas UPS estáticos son más importantes. Las computadoras y la instrumentación de control electrónico necesitan sistemas expertos confiables que aíslen las cargas críticas sensibles al voltaje de los disturbios inherentes a los sistemas de potencia. Los sistemas UPS ofrecen la solución ideal al problema por su respuesta transitoria rápida, frecuencia estable, mantenimiento bajo y eficiencia alta. La tecnología de los dispositivos de estado sólido mejora continuamente y los costos de los sistemas UPS disminuyen.

77 La tarea del ingeniero de aplicación es analizar cuidadosamente todos los aspectos del problema, determinar la extensión del daño que pueda ocurrir por falla de potencia y, consecuentemente, seleccionar el sistema UPS mejor y más barato que pueda asegurar potencia en emergencia dentro del tiempo mínimo permisible.

78 fvillalta@ieee.org