Factores clave en instalaciones de SAI

Índice Introducción .................................................................... 2 Uso de esta guía.............................................................. 3 Información general sobre soluciones de protección . 4 Soluciones de protección .....................................................................4 Software y servicios complementarios .................................................5

SAI en instalaciones eléctricas ...................................... 6 Función de cada componente de la instalación....................................6 Parámetros clave de instalación...........................................................7 Fuentes de información para especificaciones de instalación ..............8

Ideas básicas en instalaciones con SAI ........................ 9 Necesidad de alimentación de alta calidad y disponibilidad .................9 Sistemas de alimentación con SAI .......................................................11 Calidad de alimentación con SAI..........................................................12 Disponibilidad de alimentación con SAI ...............................................14 Selección de la configuración ...............................................................18

Cálculos de potencia ...................................................... 19 Elementos necesarios para efectuar cálculos de potencia ...................19 Valores nominales en configuraciones con SAI unitario .......................21 Valores nominales en configuraciones de SAI en paralelo ..................25

Control de armónicos aguas arriba ............................... 27 SAI y corrientes de armónicos aguas arriba para distintos rectificadores de entrada ......................................................................27 Filtrado de armónicos aguas arriba para rectificadores de puente de Graetz ..................................................................................................27 Selección de un filtro ............................................................................30

Disposiciones de conexión a tierra del sistema........... 33 Información básica sobre las disposiciones de conexión a tierra del sistema .................................................................................................33 Aplicaciones en instalaciones de SAI ...................................................36

Protección........................................................................ 40 Protección mediante disyuntores .........................................................40 Selección de disyuntores .....................................................................43

Cables ............................................................................. 48 Selección de dimensiones de los cables ..............................................48 Ejemplo de instalación .........................................................................49

Almacenamiento de energía .......................................... 50 Tecnologías de almacenamiento..........................................................50 Selección de baterías ...........................................................................51 Supervisión de baterías ........................................................................53

Interfaz y comunicación hombre-máquina .................. 55 Interfaz hombre-máquina (HMI, human-machine interface) .................55 Comunicación.......................................................................................55

Trabajos preliminares .................................................... 57 Consideraciones sobre la instalación ...................................................57 Sala de baterías ...................................................................................58

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Introducción

Necesidades crecientes de alimentación de alta calidad y disponibilidad Los problemas relacionados con la calidad y la disponibilidad de la alimentación eléctrica se han convertido en un factor esencial debido al papel clave de los ordenadores y los dispositivos electrónicos en el desarrollo de numerosas aplicaciones de importancia crítica. Las perturbaciones en sistemas de distribución (microcortes, interrupciones, bajadas de tensión, etc.) pueden tener como consecuencia grandes pérdidas o peligros para la seguridad en numerosas actividades, tales como: • Industrias de proceso delicadas, en las que un problema de funcionamiento en los sistemas de control o supervisión puede suponer un descenso en la producción. • Aeropuertos y hospitales en los que un fallo en el funcionamiento del equipo puede representar un peligro grave para la vida de las personas. • Tecnologías de información y comunicación en las que el nivel de confiabilidad y seguridad de funcionamiento necesario es aún superior. Centros de datos que exigen alimentación de alta calidad sin cortes 24 horas al día, 365 días al año, año tras año, sin paradas de mantenimiento. Los sistemas de protección SAI son actualmente una parte integral de la cadena de valor de muchas empresas. Su nivel de disponibilidad y la calidad de la alimentación que suministran afectan directamente a la continuidad del servicio. La productividad, la calidad de los productos y servicios, la competitividad de la empresa y la seguridad de las instalaciones dependen del funcionamiento correcto de los SAI. El funcionamiento incorrecto no es una opción.

Schneider Electric: una solución completa para todas las necesidades Schneider Electric ofrece una amplia gama de soluciones de protección de la alimentación que cubren las necesidades de cualquier aplicación sensible. Estas soluciones implementan software y productos de comunicación que incorporan las últimas tecnologías y ofrecen el máximo de confiabilidad. Además, tienen el respaldo de servicios basados en un nivel de experiencia único, presencia en todo el mundo y el uso de las tecnologías y técnicas más avanzadas. Global TM Services , con 40 años de experiencia, acompaña su instalación a lo largo de todo su ciclo de vida, desde el diseño y la puesta en marcha hasta el funcionamiento y las actualizaciones, sea donde sea. Los sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) son, claro está, parte esencial de estas soluciones. Estos sistemas suministran alimentación de alta calidad y disponibilidad e incorporan avanzadas interfaces de comunicación compatibles con entornos eléctricos e informáticos. Se suelen utilizar conjuntamente con otros productos de comunicación, como acondicionadores de armónicos activos, interruptores de transferencia, cuadros de conexión de distribución, sistemas de supervisión de baterías y software de supervisión. En su conjunto, esta oferta proporciona una respuesta completa y eficaz a los problemas de protección habituales en instalaciones sensibles. Para centros de datos, las soluciones a petición integran la infraestructura física, que incluye bastidores de servidores, SAI, distribución eléctrica, refrigeración y seguridad junto con el software asociado.

Una guía para los profesionales que tratan con instalaciones eléctricas para aplicaciones críticas Schneider Electric ha incluido en esta guía de diseño buena parte de su experiencia. Su finalidad consiste en servir de ayuda para el diseño y la instalación de soluciones de protección de la alimentación completas y optimizadas, desde la línea de red eléctrica hasta la carga final, adaptadas a las necesidades de calidad y disponibilidad de sus aplicaciones críticas. Está dirigido a los profesionales que tratan con este tipo de instalaciones: • Oficinas de diseño y empresas de ingeniería independientes • Departamentos de diseño de usuarios finales • Instaladores • Jefes de proyecto • Directores de instalaciones • Directores de informática • Directores financieros o de compras Schneider Electric

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Uso de esta guía

Estructura de este documento ) Buscar información Hay diversas formas de buscar información: • El índice general al principio de la guía. • El resumen de las páginas 4 y 5 del capítulo "Factores clave en la instalación del SAI", que presenta los productos, sistemas de comunicación, software y servicios que constituyen las soluciones de protección.

) Capítulos • El capítulo "Factores clave en la instalación del SAI" presenta en las páginas 6 y 7 la función de los SAI en las instalaciones eléctricas e indica los principales parámetros que se deben tener en cuenta. El resto del capítulo actúa como guía durante el proceso de selección de una solución al determinar los principales elementos de una instalación con SAI. • El capítulo "Selección de la configuración de SAI" presenta diversos ejemplos prácticos con vistas a la selección de una configuración, desde un SAI unitario, hasta instalaciones que ofrecen niveles excepcionales de disponibilidad. • El capítulo "Eliminar corrientes armónicas" presenta soluciones para eliminar las corrientes armónicas en las instalaciones. • El capítulo "Revisión técnica" ofrece información técnica básica sobre dispositivos e ideas mencionadas en otros lugares de la guía. Finalmente, para facilitar la elaboración de proyectos:

) Referencias cruzadas Los diversos capítulos contienen referencias cruzadas (indicadas mediante el símbolo Î) a otras partes de la guía de diseño que contienen información más detallada sobre temas específicos. Las referencias a documentos técnicos (Documentos Técnicos o WP) están indicadas mediante el símbolo siguiente, junto con el número de documento técnico en cuestión.

Consultar WP nº Î

Cap. 1: Factores clave en la instalación del SAI Cap. 2: Selección de la configuración de SAI Cap. 3: Eliminar corrientes armónicas Cap. 5: Revisión técnica

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Información general sobre soluciones de protección Soluciones de protección de alimentación

Fig. 1.1. Productos Schneider Electric.

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Información general sobre soluciones de protección Software y servicios complementarios

Fig. 1.2. Software y servicios Schneider Electric.

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SAI en instalaciones eléctricas

Función de cada componente de la instalación

Fig. 1.3. Funciones de los componentes en instalaciones con SAI.

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SAI en instalaciones eléctricas(cont.)

Parámetros clave de instalación

Fig. 1.4. Principales parámetros de los componentes en instalaciones con SAI.

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SAI en instalaciones eléctricas(cont.)

Fuentes de información para especificaciones de instalación Los diagramas de las páginas anteriores ofrecen una visión general de los componentes y de diversos parámetros de instalaciones con SAI. Ahora entraremos en detalle. La siguiente tabla indica: ● El orden de presentación de los temas en este capítulo. ● Las decisiones que deben llevarse a cabo. ● La finalidad de cada decisión, con indicación de las páginas de este capítulo que contienen los elementos relevantes. ● Dónde hallar información adicional sobre cada tema en los otros capítulos de esta guía de diseño. Decisiones Arquitectura y configuración de SAI de una sola fuente o de varias fuentes

Finalidad Consultar Determinar la arquitectura de la instalación Selección de la y la configuración de SAI más adecuada configuración de SAI para sus necesidades, en cuanto a disponibilidad energética, actualizaciones, funcionamiento y presupuesto.

Potencia nominal del SAI

Determinar la potencia nominal de la unidad o unidades en paralelo (por redundancia o capacidad) de SAI, teniendo en cuenta el sistema de distribución y las características de la carga. Reducir la distorsión de tensión en las barras colectoras aguas arriba hasta niveles aceptables, en función de las probables fuentes de alimentación del sistema SAI.

Control de armónicos aguas arriba

Disposiciones de conexión a tierra del sistema

Protección aguas arriba y aguas abajo mediante disyuntores Conexiones

Batería

Comunicación

Trabajos preliminares (si procede) Normas

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Información adicional Consultar Selección de Ejemplos y comparación de 13 la instalaciones típicas, desde unidades SAI unitarias hasta arquitecturas de alta configuración de SAI pág. 5 disponibilidad. Alimentación de cargas sensibles. Revisión técnica pág. 2 Configuraciones de SAI. Revisión técnica pág. 23 Grupos electrógenos de motor. Revisión técnica pág. 35 Revisión Factores clave Composición y funcionamiento del SAI. técnica en instalaciones pág. 14 de SAI pág. 17 Factores clave Eliminación de armónicos en en instalaciones instalaciones. de SAI pág. 24 Armónicos

Garantizar la conformidad de la instalación con las normas aplicables para la protección personal y material, y para el correcto funcionamiento de los dispositivos. ¿Qué tipo de disposiciones de conexión a tierra requiere cada aplicación? Determinar la capacidad de desconexión y los valores nominales de los disyuntores aguas arriba y aguas abajo del SAI, resolver los posibles problemas de discriminación. Limitar las caídas de tensión y los aumentos de temperatura en los cables, así como la distorsión armónica en las entradas de carga. El funcionamiento con alimentación por batería (tiempo de autonomía) debe durar lo suficiente para cubrir las necesidades del usuario. Definir la comunicación del SAI con el entorno eléctrico e informático.

Eliminar corrientes armónicas Revisión técnica pág. 38

Factores clave en instalaciones de SAI pág. 30

Factores clave en instalaciones de SAI pág. 35 Factores clave en instalaciones de SAI pág. 43 Factores clave Soluciones de almacenamiento de en instalaciones energía y baterías. de SAI pág. 45 Factores clave en instalaciones de SAI pág. 49 Revisión técnica pág. 51

Deben planificarse los trabajos de construcción y ventilación, sobre todo si hay una sala de baterías especial. Tener en cuenta las principales normas de Revisión técnica Compatibilidad electromagnética SAI aplicables. pág. 33

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Revisión técnica pág. 31

Revisión técnica pág. 26

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Ideas básicas en instalaciones con SAI

Necesidad de alimentación de alta calidad y disponibilidad

Perturbaciones en la alimentación en sistemas de distribución La calidad de la electricidad que suministran las redes públicas y privadas puede verse reducida a causa de diversas perturbaciones, inevitables debido a las largas distancias y a la amplia variedad de cargas conectadas. Entre los orígenes de las perturbaciones se encuentran: • El propio sistema de distribución (condiciones atmosféricas, accidentes, cambio de dispositivos de protección o de control, etc.) • Equipos de usuario (motores, dispositivos susceptibles de producir perturbaciones como hornos de arco, soldadoras, sistemas que incorporan electrónica de potencia, etc.) Entre las perturbaciones hay microcortes, bajadas de tensión, sobretensiones, variaciones de frecuencia, armónicos, ruido de alta frecuencia, parpadeos, hasta llegar a las interrupciones de larga duración. ÎPerturbaciones en la alimentación en sistemas de distribución, ver cap. 5 pág. 3.

Requisitos de las cargas sensibles Los equipos digitales (ordenadores, sistemas de telecomunicaciones, instrumentos, etc.) utilizan microprocesadores que funcionan a frecuencias del orden de los megahercios o incluso gigahercios, esto es, realizan millones o miles de millones de operaciones por segundo. Una perturbación en la alimentación eléctrica que no dure más que unos milisegundos puede afectar a miles o millones de operaciones básicas, y puede tener como resultado errores de funcionamiento y pérdida de datos con consecuencias peligrosas (caso, por ejemplo, en el caso de aeropuertos u hospitales) o costosas (en forma de pérdidas de producción, por ejemplo). Por eso, muchas cargas, denominadas cargas sensibles o críticas, exigen un suministro protegido contra perturbaciones del sistema de distribución. Ejemplos: • Procesos industriales y sus sistemas de control/supervisión: riesgo de pérdidas de producción. • Aeropuertos y hospitales: riesgo para la seguridad de las personas. • Tecnologías de información y comunicación: riesgo de interrupciones de operación, con un alto coste por hora. Muchos fabricantes de equipos sensibles especifican tolerancias muy estrictas (mucho más que las del sistema de distribución) para el suministro de sus equipos; por ejemplo, la norma CBEMA (Computer Business Equipment Manufacturer’s Association, Asociación de fabricantes de equipos informáticos profesionales) para equipos informáticos. Î Cargas sensibles, ver Revisión técnica pág. 2 "Suministro de cargas sensibles".

Costes provocados por la calidad de la alimentación eléctrica Más del 50% de los fallos en cargas críticas se deben a la alimentación eléctrica, y el coste por hora del tiempo de inactividad de las aplicaciones correspondientes suele ser muy alto (Fig. 1.5). Por tanto, es esencial para la economía moderna, cada vez más dependiente de las tecnologías digitales, resolver los problemas que afectan a la calidad y disponibilidad de la electricidad suministrada por el sistema de distribución, en el caso de cargas sensibles.

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Ideas básicas en instalaciones con SAI

15 %

45 %

Human error

20 %

Supply problems

Equipment failure

20 %

Nuisance tripping (circuit breaker, etc.)

Ejemplos de costes por hora de los fallos ● Teléfonos móviles: 40.000 euros. ● Sistemas de reserva de líneas aéreas: 90.000 euros. ● Transacciones de tarjetas de crédito: 2,5 millones de euros. ● Línea de montaje de automóviles: 6 millones de euros. ● Transacciones del mercado de valores: 6,5 millones de euros.

Fig. 1.5. Origen y coste de fallos averías en sistemas debidos al suministro eléctrico.

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Sistemas de suministro con SAI

Finalidad de los SAI Los SAI (sistemas de alimentación ininterrumpida) están pensados para cubrir las necesidades presentadas. Presentados por vez primera en la década de los 70, su importancia ha aumentado al ritmo del desarrollo de las tecnologías digitales. Los SAI son dispositivos eléctricos que se sitúan entre el sistema de distribución y las cargas sensibles. Su función es proporcionar una alimentación mucho más fiable que la del sistema de distribución, adaptada a las necesidades de las cargas sensibles en cuanto a calidad y disponibilidad. Î SAI, ver Revisión técnica pág. 4 "La solución SAI".

Tipos de SAI El término SAI abarca productos con potencias nominales aparentes desde unos cientos de VA hasta varios MVA, que implementan diversas tecnologías. La norma IEC 62040-3 y su equivalente europeo EN 62040-3 definen tres tipos estándar (topologías) de SAI. Las tecnologías SAI incluyen: • Espera pasiva • Interacción con el sistema de distribución • Doble conversión Para las potencias nominales bajas (< 2 kVA) coexisten las tres tecnologías. Para potencias más altas, casi todos los SAI estáticos (esto es, que implementan componentes semiconductores, como módulos IGBT) implementan la tecnología de doble conversión. Los SAI rotativos (con piezas mecánicas giratorias, como volantes de inercia) no se incluyen en las normas y constituyen una parte marginal del mercado. Î Tipos de SAI, ver Revisión técnica pág. 9, "Tipos de SAI estáticos".

SAI estáticos de doble conversión Este es prácticamente el único tipo de SAI que se utiliza en las instalaciones de alta potencia, debido a sus ventajas únicas sobre los demás tipos: • Regeneración total de la alimentación suministrada a la salida. • Aislamiento total de la carga del sistema de distribución y sus perturbaciones. • Transferencia sin cortes (si procede) a un conducto de derivación. • El principio de funcionamiento (Fig. 1.6) se presenta más adelante. • Durante el funcionamiento normal, un rectificador/cargador convierte la potencia de entrada en CA en potencia en CC para alimentar un inversor y proporcionar carga de flotación a una batería. • El inversor regenera por completo una señal sinusoidal y convierte la potencia en CC de nuevo en potencia en CA, pero libre de todas las perturbaciones y dentro de unas tolerancias de amplitud y frecuencia rigurosas. • En caso de fallo de la potencia de entrada en CA, la batería proporciona la alimentación necesaria para el inversor durante un tiempo de autonomía especificado. • Una derivación estática puede transferir la carga sin cortes en el suministro de alimentación a un conducto de derivación para mantener la alimentación de la carga en caso necesario (fallo interno, cortocircuito aguas abajo, mantenimiento). Este diseño "con tolerancia a fallos" permite seguir suministrando alimentación a la carga en "modo degradado" (la alimentación no pasa por el inversor) durante el tiempo necesario para restablecer las condiciones normales. Î SAI de doble conversión, ver Revisión técnica pág. 14 "Componentes y funcionamiento".

Fig. 1.6. SAI estáticos de doble conversión Schneider Electric

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Calidad de la alimentación en los SAI

Calidad de la alimentación en los SAI de doble conversión Por diseño, los SAI de estado sólido de doble conversión suministran a las cargas conectadas una señal sinusoidal: • De alta calidad porque se regenera y regula de forma continua (amplitud ±1%, frecuencia ±0,5%). • Libre de perturbaciones del sistema de distribución (gracias a la doble conversión) y, en particular, de microcortes e interrupciones (gracias a la batería). Este nivel de calidad debe garantizarse, sea cual sea el tipo de carga.

Calidad de tensión para cargas lineales ¿Qué es una carga lineal? Una carga lineal suministrada con una tensión sinusoidal consume una corriente sinusoidal con la misma frecuencia que la tensión. Esta corriente puede estar desplazada (ángulo ϕ) con respecto a la tensión (Fig. 1.7).

Ejemplos de cargas lineales Muchas cargas son lineales, como las bombillas estándar, los calefactores, las cargas resistivas, los motores, los transformadores, etc. No contienen componentes electrónicos activos, sino únicamente resistencias (R), inductores (L) y condensadores (C).

SAI y cargas lineales Para este tipo de cargas, la señal de salida del SAI es de una calidad muy alta, esto es, la tensión y la corriente son perfectamente sinusoidales, de 50 o 60 Hz.

Carga con inductor y/o condensador Carga resistiva pura Fig. 1.7. Tensión y corriente para cargas lineales.

Calidad de la tensión para cargas no lineales ¿Qué es una carga no lineal? Una carga no lineal (o con distorsión) suministrada con una tensión sinusoidal consume una corriente periódica con la misma frecuencia que la tensión, pero no sinusoidal. La corriente consumida por la carga es, de hecho, la combinación (Fig. 1.8) de: • Una corriente sinusoidal denominada fundamental, a una frecuencia de 50 o 60 Hz • Armónicos, que son corrientes sinusoidales de una amplitud inferior a la de la fundamental, pero cuya frecuencia es un múltiplo de la fundamental que define el orden del armónico [por ejemplo, el armónico de tercer orden tiene una frecuencia de 3 x 50 Hz (o 60 Hz), y el de quinto orden, de 5 x 50 (o 60) Hz]. Las corrientes armónicas son causadas por la presencia de componentes de electrónica de potencia [como diodos, rectificadores controlados de silicio (SCR) o módulos IGBT] que conmutan la corriente de entrada.

Ejemplos de cargas no lineales Entre las cargas no lineales se encuentran las que utilizan en su entrada fuentes de alimentación conmutadas para alimentar la electrónica (por ejemplo, ordenadores, unidades de velocidad variable, etc.)

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Tensión y corriente consumidas por una fuente de alimentación conmutada monofásica (ordenadores). Fig. 1.8. La corriente consumida por cargas no lineales queda distorsionada debido a los armónicos. Efecto de los armónicos (H3 y H5 en este ejemplo).

Espectro armónico de la corriente consumida por una carga no lineal El análisis armónico de una corriente no lineal consiste en determinar (Fig. 1.9): • Los órdenes de armónicos presentes en la corriente • La importancia relativa de cada orden, medida como porcentaje del orden rms value of harmonic k rms value of the fundamental Hk% = distorsión del armónico k =

Distorsión armónica de tensión y corriente Las cargas no lineales generan armónicos tanto de tensión como de corriente, debido a que, para cada armónico de corriente, hay un armónico de tensión con la misma frecuencia. La tensión de 50 Hz (o 60 Hz) sinusoidal del SAI queda, por tanto, distorsionada por los armónicos. La distorsión de una onda sinusoidal se presenta en forma de porcentaje: rms value of all the harmonic k THD* % = distorsión total = rms value of the fundamental * Distorsión armónica total (THD) Se definen los siguientes valores: • THDU % para la tensión, basada en los armónicos de tensión. • THDI % para la corriente, basada en los armónicos de corriente (Fig. 1.9). Cuanto mayor sea el contenido de armónicos, mayor será la distorsión. A efectos prácticos, la distorsión de la corriente consumida por la carga es muy superior (THDI de aproximadamente el 30%) que la de la tensión en la entrada (THDU de aproximadamente el 5%). Niveles de distorsión armónica H5 = 33% H7 = 2,7% H11 = 7,3% H13 = 1,6% H17 = 2,6% H19 = 1,1% H23 = 1,5% H25 = 1,3% THDI = 35% (ver cálculo en cap. 5, pág. 41) Corriente de entrada de un rectificador Espectro armónico y THDI correspondiente. trifásico. Fig. 1.9. Ejemplo del espectro armónico de la corriente consumida por una carga no lineal.

Î Cargas no lineales, ver "Eliminación de armónicos en instalaciones" y Revisión técnica pág. 38 "Armónicos".

SAI y cargas no lineales Los armónicos afectan la tensión sinusoidal en la salida del SAI. Un exceso de distorsión puede perturbar las cargas lineales conectadas en paralelo en la salida, sobre todo por el aumento de la corriente que consumen (incremento de temperatura). Schneider Electric

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Para mantener la calidad de la tensión de salida del SAI, es necesario limitar su distorsión (THDU), esto es, limitar los armónicos de corriente que producen distorsión de tensión. En particular, es necesario que la impedancia (en la salida del SAI y en los cables que suministran alimentación a la carga) se mantenga baja.

Limitación de la distorsión de la tensión de salida Debido a la técnica de recorte de frecuencia libre empleada, la impedancia en la salida de los SAI de Schneider Electric es muy baja, sea cual sea la frecuencia (esto es, el orden del armónico). Esta técnica prácticamente elimina toda la distorsión de la tensión de salida al alimentar cargas no lineales. La calidad de la tensión de salida es, por tanto, constante, incluso para cargas no lineales. A efectos prácticos, los diseñadores de la instalación deben: • Comprobar las tensiones de salida del SAI para cargas no lineales y, sobre todo, asegurarse de que el nivel declarado de distorsión, medido para cargas no lineales estandarizadas según la norma IEC 62040-3, sea muy bajo (THDU < 2 a 3%). • Limitar la longitud (impedancia) de los cables de salida que alimentan las cargas. Î Rendimiento de SAI para cargas no lineales, ver Revisión técnica pág. 43.

Disponibilidad de alimentación con SAI

¿Qué significa disponibilidad? Disponibilidad de una instalación eléctrica Disponibilidad es la probabilidad de que la instalación pueda suministrar energía con el nivel de calidad exigido por las cargas alimentadas. Se expresa en forma de porcentaje. MTTR (1− ) × 100 MTBF Disponibilidad (%) = MTTR es el tiempo medio de reparación ("mean time to repair") de un sistema de suministro después de un fallo (incluye el tiempo empleado para detectar la causa del fallo, repararlo y volver a poner en marcha el sistema). MTBF es el tiempo medio entre fallos ("mean time between failures"), esto es, el tiempo durante el que el sistema de suministro es capaz de garantizar el funcionamiento correcto de las cargas. • Ejemplo: Una disponibilidad del 99,9% (denominada "tres nueves") corresponde a una probabilidad del 99,9% de que el sistema lleve efectivamente a cabo las funciones requeridas en un momento determinado. La diferencia entre esta probabilidad y 1 (esto es, 1 - 0,999 = 0,001) indica el nivel de no disponibilidad (esto es, una posibilidad entre mil de que el sistema no lleve a cabo las funciones requeridas en un momento determinado).

Fig. 1.10. MTTR y MTBF.

¿Cuál es el significado de la disponibilidad a efectos prácticos? Los costes de inactividad, en el caso de aplicaciones críticas, son muy altos (ver Fig. 1.5). Estas aplicaciones deben, claro está, permanecer funcionales el máximo tiempo posible. Lo mismo rige también para su alimentación eléctrica. La disponibilidad de la energía suministrada por una instalación eléctrica corresponda a una medida estadística (en forma de porcentaje) de su tiempo de funcionamiento. Schneider Electric

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Los valores de MTBF y MTTR se calculan o miden (a partir de observaciones suficientemente prolongadas en el tiempo) para los componentes, y se pueden utilizar para determinar la disponibilidad de la instalación a lo largo del periodo.

¿Qué factores influyen en la disponibilidad? La disponibilidad depende de los valores de MTBF y MTTR. • La disponibilidad sería igual a 100% si MTTR fuese igual a cero (reparación instantánea) o si MTBF fuese infinito (funcionamiento sin averías). Esto es una imposibilidad estadística. • A efectos prácticos, cuanto menor sea MTTR y más alto MTBF, mayor será la disponibilidad.

De "3 nueves" a "6 nueves" La naturaleza crítica de muchas aplicaciones ha creado la necesidad de niveles mucho más altos de disponibilidad para la alimentación eléctrica. • La economía "tradicional" emplea la electricidad de la red eléctrica pública. Un sistema de distribución de calidad media con reserva de alta tensión ofrece una disponibilidad del 99,9% (3 nueves), que corresponde a ocho horas sin disponibilidad al año. • Las cargas sensibles requieren una alimentación eléctrica capaz de ofrecer una disponibilidad del 99,99% (4 nueves), que corresponde a 50 minutos sin disponibilidad al año. • Los ordenadores y equipos de comunicación de centros de datos exigen una disponibilidad del 99,9999% (6 nueves), que corresponde a 30 segundos sin disponibilidad al año. Este nivel permite garantizar, sin peligro de pérdidas financieras importantes, el funcionamiento de las infraestructuras 24 horas al día, 365 días al año, sin desconexiones por mantenimiento. Es un paso de cara al suministro continuo.

) La economía "tradicional" utiliza redes eléctricas públicas que ofrecen una disponibilidad del 99,9%, esto es, 3 nueves. ) Las cargas sensibles exigen un nivel de disponibilidad del 99,99%, esto es, 4 nueves. ) Los centros de datos precisan un 99,9999%, esto es, 6 nueves.

Fig. 1.11. Evolución del nivel de disponibilidad requerido por las aplicaciones.

¿Cómo se puede mejorar la disponibilidad? Para mejorar la disponibilidad es necesario reducir el MTTR y aumentar el MTBF.

Reducir el MTTR La detección de fallos en tiempo real y el análisis por parte de expertos para garantizar un diagnóstico preciso y una reparación rápida contribuyen a reducir el MTTR. Estos puntos dependen de factores clave, que se enumeran a continuación. Calidad del servicio • Presencia internacional del fabricante. • Disponibilidad internacional de los servicios. • Número, cualificación y experiencia de los equipos de mantenimiento. • Número de productos instalados y experiencia obtenida. • SAI modulares, fáciles de mantener. • Recursos y proximidad de la asistencia técnica. • Disponibilidad local de piezas de repuesto originales. • Métodos y herramientas de alto rendimiento del fabricante. • Diagnóstico remoto. • Formación en cursos adaptados a las necesidades del cliente. • Calidad y disponibilidad de documentación en el idioma local. Schneider Electric

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TM Global Services ofrece una completa gama de servicios de consultoría, formación y auditoría para proporcionar a los usuarios los conocimientos exigidos para el funcionamiento, diagnóstico y primer nivel de mantenimiento del sistema.

Global ServicesTM Reducir el MTTR Aumentar la disponibilidad

Fig. 1.12. La calidad del servicio es un factor esencial para la alta disponibilidad.

Funciones de comunicación de los SAI • Interfaz fácil de usar que ofrece sencillos diagnósticos de funcionamiento. • Comunicación con el entorno eléctrico e informático. Î Comunicación y supervisión de los SAI de Schneider Electric, ver Comunicación de SAI.

Aumentar el MTBF Este objetivo depende principalmente de los factores que se enumeran a continuación. Selección de componentes de confiabilidad probada • Productos con diseño, desarrollo y procesos de fabricación certificados. • Niveles de rendimiento certificados por organizaciones independientes reconocidas. • Conformidad con las normas internacionales de seguridad eléctrica, EMC (compatibilidad electromagnética) y medida del rendimiento. Con una experiencia de 40 años protegiendo 350 GVA de potencia crítica, las soluciones de Schneider Electric han demostrado su valor en las principales empresas industriales. Todos sus productos cumplen las principales normas internacionales y su nivel de rendimiento está certificado por organizaciones reconocidas. Calidad y confiabilidad certificadas Aumentar el MTBF Aumentar la disponibilidad Fig. 1.13. La fiabilidad probada de los productos incrementa el MTBF y la disponibilidad.

Tolerancia a fallos integrada La tolerancia a fallos permite el funcionamiento en modo degradado en caso de fallos que pueden ocurrir en distintos niveles de la instalación (ver Fig. 1.14). Durante el tiempo necesario para efectuar la reparación, la carga sigue recibiendo alimentación y generando ingresos.

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Desconexión inmediata: - Detección y alarmas - Identificación de causas - Acción correctiva

Fig. 1.14. La tolerancia a fallos aumenta la disponibilidad.

Facilidad de mantenimiento de la instalación Se trata de la capacidad de aislar (interrumpir la alimentación) de partes de la instalación para efectuar las tareas de mantenimiento en condiciones de seguridad, mientras se sigue suministrando alimentación a la carga. Debería ser posible: • En el SAI, gracias a la derivación estática y a la derivación de mantenimiento • En otras partes de la instalación, en función de la arquitectura

Suministro directo de la carga durante el mantenimiento. Transferencia automática sin cortes de la carga al conducto de derivación después de un fallo interno o una sobrecarga aguas abajo.

Fig. 1.15. Derivación estática y derivación de mantenimiento manual.

Las soluciones Schneider Electric garantizan la tolerancia a fallos y la facilidad de mantenimiento gracias a la implementación de: • SAI de doble conversión capaces de transferir la carga a la entrada de CA de derivación mediante la derivación automática, y equipados con una derivación de mantenimiento. • Configuraciones de SAI redundantes y de varias fuentes con unidades STS.

Factores clave en la disponibilidad de las instalaciones con SAI Hace algunos años, la mayor parte de las instalaciones se componían de SAI unitarios, y el número de sistemas en paralelo era reducido. Las aplicaciones que requieren este tipo de instalación siguen existiendo. Sin embargo, el cambio a la alta disponibilidad requiere el uso de configuraciones que ofrezcan redundancia a diversos niveles de la instalación (ver Fig. 1.16).

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Redundancia de fuentes: disponibilidad incluso durante interrupciones prolongadas de la red eléctrica. Redundancia de SAI: confiabilidad, mantenimiento más fácil y seguro. Distribución redundante con unidades STS: máxima disponibilidad. Fig. 1.16. Los niveles requeridos de disponibilidad han dado como resultado el uso de redundancia en diversos niveles de la instalación.

Esta tendencia ha hecho que los diseñadores, en función de la importancia de las cargas y de los requisitos de funcionamiento, tengan en cuenta algunos o todos los factores clave enumerados a continuación. Fiabilidad y disponibilidad Proponer una configuración adaptada al nivel de disponibilidad exigido por la carga, que incluya componentes con niveles de confiabilidad probados y respaldados por el nivel adecuado de calidad de servicio. Facilidad de mantenimiento Garantizar un mantenimiento sencillo del equipo en condiciones seguras para el personal y sin interrupción de la operación. Posibilidad de actualización Debe ser posible actualizar la instalación a lo largo del tiempo, teniendo en cuenta tanto la necesidad de ampliarla gradualmente como los requisitos de funcionamiento. Discriminación y no propagación de fallos Debe ser posible limitar los fallos a una parte de la instalación lo más reducida posible y permitir el mantenimiento sin interrupciones de funcionamiento. Funcionamiento y administración de la instalación Facilitar el funcionamiento permitiendo la anticipación de sucesos a través de sistemas de supervisión y administración de la instalación.

Selección de la configuración

Paso previo necesario para establecer las especificaciones de la instalación La selección de una configuración determina el nivel de disponibilidad que se creará para la carga, así como las posibles soluciones para la mayor parte de los factores enumerados arriba. La configuración puede ser de una o varias fuentes, con un SAI unitario o varias unidades en paralelo, y con o sin redundancia. La selección de la configuración es el paso previo necesario para establecer las especificaciones de la instalación. El capítulo 2 está íntegramente dedicado a este tema y será de gran ayuda para la toma de decisiones correctas. En él se comparan las diversas configuraciones en cuanto a disponibilidad, protección de las cargas, facilidad de mantenimiento, posibilidad de actualización y coste. Î Selección de configuraciones a partir de instalaciones típicas correspondientes a diversos niveles de disponibilidad, consultar Selección de la configuración de los

SAI.

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Control de armónicos aguas arriba(cont.)

Elementos necesarios para efectuar cálculos de potencia

Consideraciones sobre la instalación Tipo de carga suministrada

Cargas lineales (cos ϕ) o no lineales (factor de potencia). Estas características determinan el factor de potencia en la salida del SAI.

La potencia máxima consumida por la carga en condiciones de estado estable Para una carga, esto es el valor nominal de la potencia. Si hay varias cargas conectadas en paralelo a la salida del SAI, es necesario calcular la carga total cuando todas ellas están funcionando al mismo tiempo. En caso contrario, será necesario emplear diversidad para calcular el peor de los casos en cuanto a potencia consumida.

Corrientes de energización en condiciones transitorias o para un cortocircuito aguas abajo La capacidad de sobrecarga de un sistema SAI depende del tiempo de duración de la sobrecarga. Si se supera este límite temporal, el SAI transfiere la carga a la entrada de CA de derivación si sus características de tensión están dentro de los valores de tolerancia. En este caso, la carga deja de estar protegida contra perturbaciones en el sistema de distribución. Según la calidad de la potencia en CA de derivación, es posible: • Utilizar la entrada de CA de derivación para encargarse de los picos de corriente debidos a la conmutación de dispositivos o a cortocircuitos aguas abajo. De esta forma, se evita sobredimensionar el sistema. • Desactivar la transferencia automática (salvo en el caso de fallos internos) y mantener la posibilidad de transferencia manual (para mantenimiento, por ejemplo). Los SAI de Schneider Electric funcionan en modo de limitación de corriente. Mediante el espaciado en el tiempo de la conmutación de dispositivos, generalmente es posible administrar las corrientes de energización sin necesidad de transferir a la potencia en CA de derivación. Si la corriente de energización supera el umbral de limitación (por ejemplo, 2,33 In (corriente nominal) para los SAI Galaxy 9000, durante unos cuantos periodos (pero menos de un segundo), la corriente del SAI queda limitada durante el tiempo necesario. Este modo de funcionamiento degradado puede ser aceptable, por ejemplo, en el caso de un arranque en frío (con alimentación de batería, en ausencia de red eléctrica).

Potencia de un SAI Potencia nominal de un SAI Este valor nominal, indicado en los catálogos, es la potencia de salida. Se indica como potencia aparente Sn en kVA, con la correspondiente potencia activa Pn en kW, para una: • Carga lineal • Carga con cos ϕ = 0,8 Sin embargo, los SAI de última generación de Schneider Electric pueden alimentar cargas con un cos ϕ = 0,9 en adelanto.

Cálculo de la potencia nominal Pn (kW) = 0,8 Sn (kVA): potencia activa nominal Este cálculo depende de la tensión de salida del SAI y de la corriente consumida por la carga, donde:

3 en sistemas trifásicos Sn (kVA) = UnIn Sn (kVA) = VnIn en sistemas monofásicos Para un SAI trifásico, U e I son valores eficaces de línea; para un SAI monofásico, V es una tensión de fase a neutro, donde: Un = tensión de fase a fase Vn = tensión de fase a neutro 3 Un = Vn Por ejemplo, si Un = 400 voltios, Vn = 230 voltios.

Potencia y tipo de carga Schneider Electric

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Las dos tablas siguientes presentan las ecuaciones que relacionan potencia, tensión y corriente en función del tipo de carga (lineal o no lineal). Se utilizan los símbolos siguientes: • Valores de tensión instantánea u(t) y corriente instantánea i(t) • Los valores eficaces correspondientes U e I • ω = frecuencia angular = 2 π f, donde f es la frecuencia (50 o 60 Hz) • ϕ = desplazamiento entre la tensión y la corriente en condiciones sinusoidales

Cargas lineales Trifásicas Tensión sinusoidal

u(t) = U

2

Monofásicas sin ωt

v(t) = V

entre fases

U=V Corriente sinusoidal desplazada

Potencia aparente Potencia activa Potencia reactiva

2

i(t) = I

S (kVA) = UI

3 3

P (kW) = UI Q (kvar) = UI

cos ϕ

sin ωt

corriente de fase

Factor de cresta de corriente S (kVA) = VI

2

P (kW) = VI cos ϕ = S (kVA) cos ϕ Q (kvar) = VI sin ϕ = S (kVA) sin ϕ

sin ϕ = S (kVA) sin ϕ S=

fase a neutro

3

sin (ωt - ϕ)

cos ϕ = S (kVA) cos ϕ

3

2

P 2 +Q

2

Cargas no lineales Tensión sinusoidal

u(t) = U La tensión de SAI regulada sigue siendo sinusoidal (THDU baja) para cualquier tipo de carga.

2

sin ωt

v(t) = V

entre fases

2

sin ωt

fase a neutro

3

U=V i(t) = i1(t) + Σihk(t) corriente de fase total

Corriente con armónicos

2

i1(t) = I1 ik(t) = Ihk

I12

2

sin (ωt - ϕ1)

2

2

corriente fundamental

sin (kωt - ϕk)

k-orden armónico

2

+ I2 + I3 + I4 + .... I= valor eficaz de la corriente total C = valor de corriente de pico / valor eficaz Factor de cresta de la corriente I12 + I22 + I3 2 + I4 2 + .... I1

THDI = Potencia aparente Potencia activa

S (kVA) = UI P (kW) = λ UI

Distorsión armónica total de la corriente

S (kVA) = VI

3 3

P (kW) = λ VI = λ S (kVA)

= λ S (kVA)

Factor de potencia

P(kW ) S λ = (kVA)

Porcentaje de carga del SAI Es el porcentaje de la carga nominal que efectivamente consume la carga. Sload (kVA ) Carga (%) =

Sn (kVA )

) Recomendación: tener en cuenta el crecimiento de las cargas Se aconseja dejar un margen (exceso de potencia) al establecer la potencia nominal, en especial si se tiene prevista una ampliación de la instalación. En tal caso, asegúrese de que el porcentaje de carga en el SAI sigue siendo aceptable tras la ampliación.

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Eficacia del SAI Este factor determina la potencia consumida por el SAI en el sistema de distribución aguas arriba, esto es, el consumo. Se puede calcular como: PUPSoutput (kW ) P (kW ) η (%) = UPSinput Para una potencia nominal determinada, un alto nivel de eficacia: • Reduce las facturas eléctricas • Reduce las pérdidas térmicas y, en consecuencia, los requisitos de ventilación Es posible calcular la eficacia a carga nominal completa, esto es, con un 100% de carga. Pn (kW ) ηn (%) = PUPSinput (kW ) La potencia activa nominal del SAI se obtiene multiplicando la potencia aparente nominal Sn (kVA) por 0,8 (si λ > 0,8) o por λ (si λ< 0,8). La eficacia puede variar de forma significativa en función del porcentaje de carga y del tipo de carga. El diseñador de la instalación debe, pues, prestar atención a dos aspectos de la eficacia.

) Recomendación 1: comprobar la eficacia para cargas no lineales La presencia de cargas no lineales tiende a reducir el factor de potencia a valores por debajo de 0,8. Es, por tanto, necesario comprobar el valor de eficacia para cargas no lineales estandarizadas. Esta comprobación la recomiendan las normas IEC 62040-3 / EN 62040-3.

) Recomendación 2: comprobar la eficacia para el porcentaje de carga planificado Los fabricantes suelen indicar la eficacia para la carga nominal completa. Sin embargo, este valor puede reducirse si el porcentaje de carga es inferior (1). Se debe, por tanto, prestar atención a los SAI que operan en una configuración de redundancia activa, donde las unidades comparten la carga total y suelen operar al 50% de su carga nominal completa, o incluso menos. (1) Un SAI está optimizado para funcionar a su carga nominal completa. A pesar de que, a la carga nominal completa, las pérdidas son máximas, también lo es la eficacia. En un SAI estándar, las pérdidas no son proporcionales al porcentaje de carga, y la eficacia se reduce drásticamente al disminuir el porcentaje de carga. Esto se debe a que una parte de las pérdidas es constante y el porcentaje relativo de esta parte aumenta al disminuir la carga. Para obtener una alta eficacia con niveles bajos de carga, las pérdidas constantes deben ser muy reducidas. Debido a su diseño, los SAI de Schneider Electric tienen perdidas constantes muy pequeñas y, en consecuencia, su eficacia es prácticamente estable para cargas del 30% al 100%. Î Eficacia de SAI, ver Revisión técnica pág. 20.

Valores nominales en configuraciones con SAI unitario

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Configuraciones con SAI unitario Estas configuraciones contienen un SAI unitario de doble conversión (ver Fig. 1.17). La capacidad de sobrecarga en la salida del SAI viene indicada por un diagrama (el ejemplo siguiente corresponde a la gama Galaxy 9000). En caso de fallo interno o de sobrecarga que supere la capacidad del SAI, el sistema transfiere automáticamente a la entrada de CA de derivación. Si la transferencia no se puede llevar a cabo, los SAI de Schneider Electric limitan la corriente para sobrecargas superiores al valor máximo (por ejemplo, un pico de 2,33 In durante un segundo para el Galaxy 9000, que corresponde a una onda sinusoidal máxima con un valor eficaz de 2,33 / 2 = 1,65 In). Para más de un segundo, el SAI se apaga. Está disponible un juego de interruptores de desconexión para aislar el SAI para efectuar tareas de mantenimiento con total seguridad.

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Fig. 1.17. Unidad SAI individual estática de doble conversión y ejemplo de curva de sobrecarga.

Niveles de potencia en condiciones de estado estable Un SAI se dimensiona empleando la potencia de salida nominal aparente Sn (kVA) y un factor de potencia de salida de 0,8. Estas condiciones corresponden a una potencia activa nominal de Pn (kW) = 0,8 Sn (kVA). En situaciones reales, un SAI alimenta diversas cargas con un factor de potencia global λ que con frecuencia no es 0,8 debido a la presencia de cargas no lineales y de recursos para mejorar el factor de potencia. • Si λ ≥ 0,8, el SAI sigue estando limitado a Pn (kW). • Si λ < 0,8, el SAI está limitado a λ Sn (kW) < Pn (kW). En consecuencia, la selección de la potencia nominal en kVA debe tener en cuenta la potencia activa suministrada a las cargas. La potencia activa se determina mediante los cuatro pasos siguientes.

1 - Potencia aparente y activa consumida por las cargas El primer paso consiste en evaluar los requisitos de potencia de la carga. La tabla siguiente se debe completar para las cargas k que deben alimentarse. Carga

Potencia nominal aparente (kVA)

Potencia nominal activa (kW)

S1 S2

Factor de potencia de entrada λ (o cos ϕ) λ1 λ2

Carga 1 Carga 2 … Carga i … Carga k Total

Si

λi

Pi = λ i S i

Sk S (1) S no es la suma de Si.

λk λ (2) λ debe medirse o calcularse.

P k = λk S k P = λS (3) P = λ S = Σ λi S i

P1 = λ 1 S1 P2 = λ 2 S2

(1) S no es la suma de Si porque: - Sería necesario calcular la suma vectorial si todas las cargas fuesen lineales, utilizando los ángulos de los diferentes cos ϕ. - Algunas de las cargas son no lineales. (2) λ Se debe medir in situ o evaluar a partir de la experiencia. (3) P = λ S = Σ λi S i porque la potencia activa se suma (sin desplazamiento).

2 - Potencia aparente nominal del SAI (Sn) El segundo paso es seleccionar un SAI con una potencia aparente nominal suficiente para cubrir los requisitos de la carga (en kVA). Con las condiciones dadas, la potencia aparente nominal adecuada para el SAI es: Sn(kVA) > S. donde S = P / λ. En la gama de SAI, seleccione el modelo con una potencia nominal Sn (kVA) justo por encima de S. Si se necesita potencia de reserva y el valor nominal seleccionado está demasiado próximo a S, seleccione el inmediatamente superior.

3 - Comprobar la potencia activa El tercer paso es una comprobación para asegurarse de que la potencia nominal seleccionada pueda cubrir los requisitos de la carga en kW en las condiciones de funcionamiento estipuladas. Schneider Electric

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Para el valor seleccionado, el SAI suministrará la potencia activa nominal Pn (kW) = 0,8 Sn (kVA) • Si λ ≥ 0,8, asegúrese de que Pn (kW) > P, es decir, que el SAI pueda suministrar la potencia adicional requerida; si no es así, seleccione el valor nominal inmediatamente superior. • Si λ < 0,8, la potencia suministrada por el SAI es suficiente porque Pn (kW) > λ Sn (kVA), es decir, la selección es correcta.

4. - Porcentaje de carga El cuarto paso es comprobar que el porcentaje de carga es aceptable ahora y en un futuro, según las condiciones de funcionamiento deseadas. El porcentaje de carga es: Carga = S / Sn(kVA) . Debe bastar para cubrir posibles incrementos de la carga o previsiones de ampliación del sistema para hacerlo redundante.

Niveles de potencia en condiciones transitorias Corrientes de energización de la carga Es necesario conocer la corriente de energización de cada carga y la duración de las condiciones transitorias. Si existe el riesgo de que varias cargas se pongan en marcha al mismo tiempo, es necesario sumar las corrientes de energización.

Comprobaciones necesarias A continuación es necesario comprobar que la potencia nominal planificada del SAI puede soportar las corrientes de energización. Tenga en cuenta que el SAI puede funcionar durante unos pocos periodos en modo de limitación de corriente (por ejemplo, 2,33 In durante un segundo para un Galaxy 9000). Si el SAI no puede hacerse cargo de las corrientes de energización, se deberá decidir si es aceptable transferir a la entrada de CA de derivación en el momento en que se presentan las condiciones transitorias. Si la transferencia no es aceptable, será necesario incrementar la potencia nominal. Î Revisión de corrientes de energización, ver Revisión técnica pág. 37.

Ejemplo La finalidad del ejemplo siguiente es simplemente ilustrar la cuestión; no corresponde a una situación real. Su propósito es indicar los pasos necesarios. La instalación se compone de tres cargas trifásicas de 400 V conectadas en paralelo: • Sistema informático: S1 = 4 x 10 kVA (4 cargas idénticas de 10 kVA), λ = 0,6 para todas las cargas, corriente de energización de 8 In a lo largo de cuatro periodos de 50 Hz (80 ms) para cada carga • Unidad de velocidad variable: S2 = 20 kVA, λ = 0,7, corriente de energización de 4 In a lo largo de cinco periodos (100 ms) • Transformador de aislamiento: S3 = 20 kVA, λ = cos ϕ = 0,8, corriente de energización de 10 In a lo largo de seis periodos (120 ms)

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Potencia aparente nominal de salida Sn(kVA) Potencia activa Pn(kW) = 0,8 Sn(kVA) Factor de potencia λ en la salida del SAI para todas las cargas

Potencia total consumida por las cargas P (kW) = 54 kW

4 x 10 kVA λ1 = 0,6

20 kVA λ2 = 0,7

20 kVA cos ϕ = 0,8

Potencia activa máxima de salida (que el SAI puede suministrar a las cargas) λ Sn (kVA)

Fig. 1.18. Ejemplo de instalación.

Niveles de potencia en condiciones de estado estable 1 - Potencia aparente y activa consumida por las cargas A continuación se muestra la tabla que se debe completar. Carga Sistema informático Unidad de velocidad variable Transformador baja tensión/baja tensión Total

Potencia aparente nominal (kVA) 40 20

Factor de potencia de entrada 0,8* 0,7

Potencia activa nominal (kW) 32* 14

20

0,8

16

S

λ = 0,68 medida o estimada

P = 54 kW

* Promedio de sistemas nuevos de gama alta con factor de potencia 0,9 y equipos antiguos con factor de potencia entre 0,7 y 0,8. 2 - Potencia aparente nominal del SAI S = 54 / 0,68 = 79,4 kVA Se debe seleccionar un SAI de la gama Galaxy PW con unos valores nominales suficientes. Un valor nominal de 80 kVA no sería suficiente, esto es, se debería seleccionar un valor de 100 kVA o superior si se tiene prevista una ampliación. 3 - Comprobar la potencia activa • El SAI puede suministrar a las cargas 100 x 0,68 = 68 kW > 54 kW. 4 - Comprobar el porcentaje de carga y la corriente nominal • El porcentaje de carga es, por tanto, 79,4 / 100 = 79,4%. 3 , es decir, I = 100 / (400 x 1,732) = • Corriente nominal del SAI: Sn (kVA) = UI 144 A.

Corrientes de energización en condiciones transitorias Las cargas deben ponerse en marcha en sucesión para evitar que las corrientes de energización se combinen. A continuación es necesario comprobar que el SAI pueda soportar las corrientes de energización. 3 , es decir: Las corrientes nominales se calculan como S (kVA) = UI • Sistema informático: In = 10 / (400 x 1,732) = 14,4 A, esto es, 8 In ≈ 115 A durante 80 ms • Unidad de velocidad variable: In = 20/(400 x 1,732) = 28,8 A, esto es, 4 In ≈ 115 A durante 100 ms • Transformador: In = 20 / (400 x 1,732) = 28,8 A, esto es, 10 In = 288 A durante 120 ms • Un SAI Galaxy PW de 100 kVA tiene una capacidad de sobrecarga del 120%, esto es, 151 A x 1,2 = 173 A durante 10 minutos, y 150%, esto es, 151 A x 1,5 = 216 A durante 10 minutos • Funcionamiento en modo de limitación de corriente a 2,33 In, esto es, 335 A durante un segundo.

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Si las cargas de los cuatro ordenadores (10 kVA cada uno) se ponen en marcha una detrás de otra, la capacidad de sobrecarga del 20% del SAI es suficiente (173 A 1min > 115 A - 80 ms). Si las cuatro cargas se ponen en marcha simultáneamente, la corriente de energización sería 4 x 115 = 460 A > 335 A. El sistema limitaría la corriente durante 80 ms. Para la unidad de velocidad variable, la capacidad de sobrecarga es suficiente. Para el transformador de aislamiento (288 A durante 120 ms), la capacidad de sobrecarga es también suficiente.

Valores nominales en configuraciones de SAI en paralelo

Configuraciones de SAI en paralelo Finalidad de la conexión en paralelo La conexión en paralelo de varias unidades idénticas sirve para: • Aumentar la potencia nominal. • Establecer redundancia para aumentar el valor de MTBF y la disponibilidad.

Tipos de conexiones en paralelo Pueden conectarse en paralelo dos tipos de unidades SAI: • Unidades SAI integradas en paralelo: cada unidad SAI incluye una derivación automática y una derivación de mantenimiento manual. La derivación manual puede ser común a todo el sistema y situarse en un armario externo. • Unidades SAI en paralelo con un armario con interruptor estático: el armario con interruptor estático consta de una derivación automática y una derivación de mantenimiento que son comunes en diversas unidades SAI sin derivación (ver Fig. 1.19). También existen sistemas en paralelo realmente modulares, que constan de módulos dedicados y redundantes (alimentación, inteligencia, batería y derivación), en un diseño que facilita un mantenimiento eficaz. Es posible añadir fácilmente módulos de potencia cuando sea preciso o cuando se necesiten mayores niveles de disponibilidad. Existen dos tipos de configuraciones en paralelo: • Sin redundancia: se requieren todas las unidades SAI para alimentar la carga. El fallo de una unidad implica el apagado de todo el sistema (no se recomienda). • Con redundancia N+1, N+2, etc.: el número de unidades SAI que la carga requiere es igual a N. Todas las unidades SAI (N+1, N+2, etc.) comparten la carga. Si se apaga una unidad SAI, el resto de ellas (un número, como mínimo, igual a N) siguen compartiendo la carga. Î Configuraciones típicas y características, ver cap. 2.

Fig. 1.19. Sistema SAI con unidades conectadas en paralelo y un armario con interruptor estático.

Niveles de potencia en configuraciones en paralelo redundantes En una configuración en paralelo redundante compuesta de unidades idénticas, las unidades comparten la carga. La potencia nominal de cada unidad no depende del nivel de redundancia, sino que se debe calcular para seguir alimentando la carga aunque la redundancia se pierda por completo. Redundancia activa: • Mejora la disponibilidad. Schneider Electric

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• Incrementa la capacidad de sobrecarga • Reduce el porcentaje de carga en cada unidad SAI El nivel de potencia se determina siguiendo los mismos cuatro pasos que en el caso de una configuración con un SAI unitario.

1 - Potencia aparente y activa consumida por las cargas Se utiliza el mismo tipo de tabla que para un SAI unitario (ver cap. 1, pág. 20). El resultado es la potencia aparente S que se debe suministrar a la carga.

2 - Potencia aparente nominal de las unidades SAI (Sn) de la configuración Consideremos un nivel de redundancia N + K (por ejemplo, 2 + 1), lo que significa: - Se requieren N unidades (por ejemplo, 2) para alimentar la carga. - K unidades (por ejemplo, 1 unidad adicional) garantizan la redundancia. Cada unidad SAI se debe dimensionar de forma que el sistema en su conjunto pueda funcionar sin redundancia, esto es, con N unidades operativas y K unidades apagadas. En este caso, cada una de las N unidades debe tener una potencia aparente nominal Sn (kVA) tal que: Sn(kVA) > S / N. En la gama de SAI, seleccione la potencia nominal Sn (kVA) justo por encima de S/N. Si se necesita potencia de reserva y la nominal está demasiado próxima a S, seleccione la inmediatamente superior.

3 - Comprobar la potencia activa Para el valor nominal seleccionado, el SAI suministrará la potencia activa nominal Pn (kW) = 0,8 Sn (kVA). • Si λ ≥ 0,8, asegúrese de que Pn (kW) > P, es decir, que el SAI puede suministrar la potencia adicional requerida; si no es así, seleccione el valor nominal inmediatamente superior. • Si λ < 0,8, la potencia suministrada por el SAI es suficiente, porque Pn (kW) > λ Sn (kVA), es decir, la selección es correcta.

4 - Porcentaje de carga Con redundancia, las unidades SAI comparten la carga según la ecuación: S / (N+K). El porcentaje de carga para cada unidad en caso de redundancia es, por tanto: TL = S / (N + k) Sn(kVA). En un sistema no redundante, se calcula como: TL = S / N Sn(kVA). Debe bastar para cubrir posibles incrementos de la carga.

Ejemplo En este ejemplo se emplearán los resultados del último ejemplo, y supondremos que las cargas son críticas, esto es, que es necesaria redundancia. • La carga total es de 54 kW , con un factor de potencia global para todas las cargas de 0,68, es decir, S = 54 / 0,68 = 79,4 kVA. • Si se utiliza redundancia 2+1, dos unidades SAI deben ser capaces de alimentar la carga. Cada una de ellas deberá suministrar S / 2 = 79,4 / 2 = 39,7 kVA. • Se debe seleccionar un SAI de la gama Galaxy PW con un valor nominal suficiente. Un valor nominal de 40 kVA no sería suficiente, esto es, se debería seleccionar un valor de 50 kVA o superior si se tiene prevista una ampliación. • Si no se dispone de redundancia, las dos unidades SAI deben ser capaces de alimentar la carga. • Este es el caso, porque 2 x 50 x 0,68 = 68 kW > 54 kW. • Durante el funcionamiento, el porcentaje de carga será: - Con redundancia, es decir, con 3 unidades SAI compartiendo la carga: 79,4 / 3 x 50 = 52,9%, - Sin redundancia, es decir, con solo 2 unidades SAI compartiendo la carga: 79,4 / 2 x 50 = 79,4%.

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SAI y armónicos aguas arriba

Función del rectificador de entrada Las unidades SAI reciben potencia del sistema de distribución de CA a través de un rectificador/cargador. En lo que respecta al sistema aguas arriba, el rectificador es una carga no lineal que provoca armónicos. En términos de armónicos, hay dos tipos de rectificadores:

Rectificadores estándar Se trata de rectificadores trifásicos que incorporan rectificadores controlados de silicio (SCR) y que utilizan un puente de seis fases (puente de Graetz) con recorte estándar de la corriente. Este tipo de puente provoca corrientes armónicas de órdenes n = 6 k ± 1 (siendo k un número entero), principalmente H5 y H7, y, en menor cuantía, H11 y H13. Los armónicos se controlan mediante un filtro (ver Fig. 1.20).

Rectificadores activos controlados basados en transistores, de tipo PFC Estos rectificadores activos basados en transistores disponen de un sistema de regulación que ajusta la tensión y la corriente de entrada a una onda sinusoidal de referencia. Esta técnica garantiza que la tensión y la corriente de entrada: • Sean perfectamente sinusoidales, es decir, libres de armónicos. • Estén en fase, esto es, con un factor de potencia de entrada próximo a 1. Con este tipo de rectificadores no son necesarios filtros. Î Rectificadores limpios basados en transistores, ver cap. 4. Todas las gamas de SAI de alta potencia de Schneider Electric (salvo Galaxy PW y Galaxy 9000) utilizan tecnologías de rectificador activo controlado de tipo PFC; por consiguiente, no generan armónicos.

Fig. 1.20. Rectificador de entrada y armónicos.

Filtrado de armónicos aguas arriba para SAI con rectificadores de puente de Graetz

Objetivos del filtrado de armónicos Esta sección hace referencia únicamente a las gamas Galaxy PW y Galaxy 9000, y los SAI con rectificadores convencionales de puente de Graetz.

Un sistema aguas arriba "limpio" El objetivo es garantizar un nivel de distorsión armónica total de tensión (THDU) en las barras colectoras que alimentan al SAI que sea compatible con las otras cargas conectadas. La norma UTE recomienda limitar la THDU a: • 5% cuando la fuente es un generador.

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• 3% cuando la fuente es un transformador, para tener en cuenta de un 1% a 2% de THDU que puede estar ya presente en el sistema de distribución de alta tensión. Esta recomendación puede diferir de un país a otro. A efectos prácticos, las soluciones para distorsión armónica total de tensión (THDU) se deben implementar de forma específica al país en el que se halla la instalación.

Fácil combinación con un grupo electrógeno de motor El objetivo es combinar un SAI con un grupo electrógeno de motor sin peligro de aumentar el nivel de armónicos al transferir la carga al generador. Este riesgo se debe a que el generador tiene una impedancia de fuente inferior a la de un transformador, lo que incrementa los efectos de los armónicos.

Alto factor de potencia en la entrada del rectificador El objetivo es incrementar el factor de potencia de entrada (generalmente a un nivel superior a 0,94). De esta forma, se reduce el consumo de kVA y se evita el sobredimensionado de las fuentes.

Instalación conforme a normas El objetivo es cumplir las normas relacionadas con perturbaciones armónicas y las recomendaciones indicadas por las compañías de suministro de red eléctrica. • Normas sobre perturbaciones armónicas (ver Tabla 1.2) - IEC 61000-3-2 / EN 61000-3-2 para dispositivos con una corriente de entrada ≤ 16 A por fase. - IEC 61000-3-4 / EN 61000-3-4 para dispositivos con una corriente de entrada > 16 A por fase. • Normas y recomendaciones sobre la calidad de los sistemas de distribución; en especial: - IEC 61000-3-5 / EN 61000-3-5 - EN 50160 (Europa) - IEEE 519-2 (Estados Unidos) - ASE 3600 (Suiza) - G5/3 (Reino Unido), etc. Î Normas sobre armónicos, ver "Normas de SAI", en Revisión técnica, pág. 29. Tabla 1.2. Ejemplo de limitaciones de corriente de armónicos según la directriz IEC 61000-34 / EN 61000-3-4 para dispositivos con una corriente de entrada > 16 A por fase (etapa 1, conexión simplificada). Armónico % de H1 (fundamental) H3 21,6% H5 10,7% H7 7,2% H9 3,8% H11 3,1% H13 2,0% H15 0,7% H17 1,2% H19 1,1% H21 ≤ 0,6% H23 0,9% H25 0,8% H27 ≤ 0,6% H29 0,7% H31 0,7% ≥ H33 ≤ 0,6% Órdenes pares ≤ 0,6% o ≤ 8/n (orden par n)

Tipos de filtros de armónicos Los filtros de armónicos eliminan algunos órdenes o todos ellos, en función de la tecnología que empleen. Están disponibles los siguientes tipos: Filtros LC pasivos • No compensados • Compensados • No compensados con contactor Rectificador de doble puente Filtro de desplazamiento de fase Filtro activo THM (tecnología de 12 impulsos activa).

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Filtrado y conexión en paralelo Cuando se conectan varias unidades SAI en paralelo, y en función del tipo de filtro utilizado, se puede instalar: • Un filtro individual en cada unidad SAI • Un filtro común para toda la configuración en paralelo El objetivo consiste en lograr un equilibrio entre coste y eficacia, teniendo en cuenta los niveles aceptables de distorsión armónica. Las tablas comparativas para las diversas soluciones (cap. 1, pág. 28) resultan útiles para llevar a cabo una selección.

Combinación de filtros LC y generador El generador solamente puede suministrar corrientes capacitivas relativamente bajas (del 10% al 30% de In). Cuando se instala un filtro LC, la principal dificultad reside en el arranque gradual del rectificador con la alimentación del generador, cuando la potencia activa es igual a cero y el generador suministra únicamente la corriente capacitiva para el filtro. Por consiguiente, el uso de filtros LC se debe analizar correctamente para garantizar que la operación cumpla con las especificaciones del fabricante. A continuación se indica un método de selección de filtros LC, utilizando como ejemplo una curva de desclasificación del generador, similar a la que proporcionan los fabricantes.

Fig. 1.21. Curva de descenso de un generador, en función del factor de potencia de la instalación.

La curva de la figura superior, que se indica como un ejemplo posible, muestra la desclasificación de la potencia en función del punto operativo para un generador determinado. Para una carga puramente capacitiva (λ = 0), la potencia disponible es igual a únicamente el 30% de la potencia nominal (punto A). Si suponemos una potencia aparente nominal tal que Pn del generador = Pn del rectificador, el significado de los puntos A, B, C, D, E y F es el siguiente: A: potencia reactiva correspondiente a la corriente capacitiva de un filtro no compensado B: potencia reactiva correspondiente a la corriente capacitiva de un filtro compensado C: punto operativo inicial con un filtro no compensado con contactor D: punto operativo en la carga nominal con un filtro no compensado E: punto operativo en la carga nominal con un filtro compensado F: punto operativo en la carga nominal sin filtro o con un filtro de desplazamiento de fase

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Ejemplo Imagine un filtro no compensado con un generador de 300 kVA y un SAI Galaxy PW de 200 kVA. La potencia nominal del rectificador, si se toma como valor de eficacia el 87% (1 / 0,87 = 1,15), es 1,15 veces el del inversor, es decir, 200 x 1,15 = 230 kVA. La corriente capacitiva del filtro no compensado es 230 x 30% (1) = 69 kVA. La potencia reactiva que puede manejar el generador (punto A) es 300 x 0,3 = 90 kVA. El filtro es, por tanto, compatible con el generador. (1) El valor de 30% se ha determinado experimentalmente.

Selección de un filtro

Parámetros de selección de un filtro Eficacia global: reducción en distorsión (THDI y THDU) La eficacia depende de los órdenes armónicos filtrados y de hasta qué punto quedan atenuados o eliminados. Se mide a partir de la distorsión armónica total de corriente (THDI) en la entrada del rectificador. El impacto en la THDI determina el nivel de la distorsión armónica total de tensión (THDU). Es necesario comprobar el rendimiento al porcentaje de carga previsto, ya que muchos sistemas SAI funcionan en porcentajes de carga de entre el 50 y el 75%.

Mejora del factor de potencia λ El filtro mejora el factor de potencia (generalmente a un nivel superior a 0,92).

Compatibilidad con un grupo electrógeno de motor Es también necesario comprobar el rendimiento con las fuentes previstas, ya sea un transformador o un grupo electrógeno de motor, ya que el generador tiene una impedancia de salida inferior a la de un transformador, lo que incrementa los efectos de los armónicos.

Adecuado para configuraciones de SAI en paralelo En función del tipo de filtro, será posible instalar uno en cada unidad SAI o configurar un único filtro para la eliminación global de los armónicos.

Eficacia El consumo de los filtros puede modificar ligeramente la eficacia de la instalación en su conjunto.

Flexibilidad de configuración y actualizaciones Los filtros suelen ser específicos de un SAI, y pueden venir montados de fábrica o montarse después de la instalación. El acondicionador SineWave ofrece eliminación global de armónicos y una gran flexibilidad en la configuración.

Dimensiones Se debe comprobar si el filtro se puede instalar en el armario del SAI o si se requiere un segundo armario.

Coste Afecta a la eficacia del filtro y se debe evaluar en función de las ventajas obtenidas.

Cumplimiento normativo Es necesario determinar la conformidad con las normas, en particular IEC 61000-34, en cuanto a los niveles armónicos individuales indicados en los textos.

Tabla comparativa de soluciones En las tablas siguientes se enumeran los elementos para poderlos comparar, y se incluye un comentario general sobre el uso de cada tipo de solución. La Tabla 1.3 presenta soluciones individuales para configuraciones con SAI unitarios. Estas soluciones se pueden usar también en configuraciones en paralelo. La Tabla 1.4 presenta soluciones globales para configuraciones completas.

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Control de armónicos aguas arriba(cont.)

Tabla 1.3. Comparación de soluciones individuales de filtrado de armónicos. Tipo de filtro LC no compensado

LC compensado

LC con contactor

Doble puente

THM integrado

Fig. 1.22a

Fig. 1.22b

Fig. 1.22c

Fig. 1.22d

Fig. 1.22e

7 a 8% 10% H5, H7

7 a 8% 10% H5, H7

7 a 8% 10% H5, H7

10% 15% H5, H7, H17, H19

4% 5% H2 a H25

0,95 1

0,95 1

0,95 1

0,85 0,8

0,94 0,94

*

**

**

**

***

*** *

*** *

*** *

* *

** ***

*** ***

*** ***

*** ***

* *

** ***

*

*

*

*

**

Fig. 1.22f

Fig. 1.22g

Fig. 1.22h

Fig. 1.22i

Fig. 1.22j

No

No

No

No

Sí

Solución adecuada para instalaciones sin grupo electrógeno de motor.

Solución adecuada para instalaciones con grupo electrógeno de motor. La carga inductiva añadida reduce la potencia capacitiva que debe suministrar el grupo electrógeno de motor.

Solución adecuada para instalaciones con grupo electrógeno de motor con potencia nominal inferior a la del SAI. La línea LC es conmutada por el contactor a un valor preestablecido correspondiente a un porcentaje de carga del inversor aceptable para el grupo electrógeno de motor.

Criterio Diagrama

Reducción de distorsión THDI al 100% de carga THDI al 50% de carga Armónicos eliminados Factor de potencia λ al 100% de carga λ al 50% de carga Compatibilidad con generador Eficacia del filtro Flexibilidad, posibilidad de actualización Coste Dimensiones Conexión en paralelo con SAI

Conformidad con directriz IEC 61000-3-4 Comentario general

*** Excelente

Schneider Electric

** Buena

Solución adecuada para instalaciones con grupos electrógenos.

Solución adecuada para instalaciones sensibles o con niveles de carga variables. La solución más eficaz y flexible. No depende del porcentaje de carga ni del tipo de fuente aguas arriba.

* Suficiente

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Control de armónicos aguas arriba(cont.)

Tabla 1.4 comparativa de soluciones globales. Tipo de filtro

SineWave

Criterio Diagrama

Filtro de desplazamiento de fase

AC input SW

UPS

UPS

UPS

Load

Reducción de distorsión THDI al 100% de carga THDI al 50% de carga Armónicos eliminados

Fig. 1.23a

Fig. 1.23b

Fig. 1.23c

Fig. 1.23d

4% 5%

< 10% 35% con 1 SAI apagado

< 5% 19% con 1 SAI apagado

< 4% 12% con 1 SAI apagado

H2 a H25

Factor de potencia λ al 100% de carga λ al 50% de carga Compatibilidad con generador Eficacia del filtro Flexibilidad, posibilidad de actualización Coste Dimensiones Conformidad con directriz IEC 61000-3-4 Comentario general

*** Excelente

Schneider Electric

** Buena

0,95 1

0,8 0,8

***

**

*** ***

** *

*** ***

*** *

Sí

Sí

Solución adecuada para instalaciones sensibles o con niveles de carga variables. La solución más eficaz y flexible. No depende del porcentaje de carga ni del tipo de fuente aguas arriba.

La solución no se puede modificar. Adecuada para instalaciones con más de dos unidades SAI conectadas en paralelo.

* Suficiente

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Disposiciones de conexión a tierra del sistema(cont.) Información básica sobre disposiciones de conexión a tierra del sistema

Protección de personas contra contacto eléctrico Las normas internacionales exigen que las instalaciones eléctricas implementen dos tipos de protección para las personas contra los peligros de la corriente eléctrica.

Protección contra contactos directos La finalidad de esta forma de protección es evitar el contacto "directo" entre personas y partes intencionadamente con tensión (ver Fig. 1.24). Incluye las siguientes cuestiones: • Aislamiento de partes con tensión mediante barreras o cerramientos que ofrezcan un grado de protección igual, como mínimo, a IP2X o IPXXB. • La apertura del cerramiento (puertas, bastidores, etc.) solo debe ser posible mediante el uso de una llave o herramienta, o después de la desconexión de las partes con tensión o de la colocación automática de una pantalla. • Conexión del cerramiento metálico a un conductor de protección.

Protección contra contactos indirectos y disposiciones de conexión a tierra del sistema La finalidad de esta forma de protección es evitar el contacto "indirecto" entre personas y partes conductoras expuestas que tienen tensión de forma accidental debido a un fallo de aislamiento. El fallo crea en las partes conductoras expuestas un potencial que puede bastar para hacer que una corriente peligrosa fluya a través del cuerpo de una persona en contacto con las partes conductoras expuestas (ver Fig. 1.24). Esta protección incluye las siguientes cuestiones: • Conexión a tierra obligatoria de todas las partes conductoras expuestas a las que pueda acceder el usuario. El conductor de protección se utiliza para la conexión a tierra. No debe interrumpirse en ninguna circunstancia (no debe haber dispositivos disyuntores en el conductor de protección). Las técnicas de interconexión y conexión a tierra de las partes conductoras expuestas determinan disposiciones de conexión a tierra del sistema para la instalación. • Desconexión del suministro cuando el potencial de las partes conductoras expuestas corre el riesgo de alcanzar niveles peligrosos. La interrupción se lleva a cabo mediante un dispositivo de protección que depende de la disposición de conexión a tierra del sistema seleccionada. Con frecuencia precisa de dispositivos de corriente residual, porque las corrientes debidas a fallos de aislamiento suelen ser demasiado bajas para que las detecten los dispositivos de protección por sobrecorriente estándar.

Fig. 1.24. Contactos directos e indirectos.

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Disposiciones de conexión a tierra del sistema(cont.) Tipos de disposiciones de conexión a tierra del sistema Hay tres tipos de disposiciones de conexión a tierra del sistema. • Neutro aislado (IT). • Neutro conectado a tierra (TT). • Partes conductoras expuestas conectadas a neutro (TN con TN-C y TN-S). Las dos primeras letras indican cómo se conectan el neutro y las partes conductoras expuestas de las cargas. Primera letra Conexión del neutro T = conectado a tierra neutro

Segunda letra Conexión de las partes conductoras expuestas T = partes conductoras

Tercera letra (para TN) Tipo de conductor de protección C = Común neutro y

expuestas conectadas a tierra conductor de protección (PEN) N = partes conductoras expuestas conectadas a neutro S = Neutro separado (N) y conductor de protección (PE) Sistemas IT, TT o TN TN-C o TN-S

I = neutro aislado

Disposiciones de conexión a tierra del sistema Neutro aislado (IT) ● El neutro fuente está: - Bien aislado de tierra (neutro aislado) - O bien conectado a tierra a través de una alta impedancia res (impedante neutro) ● Las partes conductoras expuestas, protegidas todas ellas por el mismo dispositivo disyuntor, están conectadas a tierra (resistencia de electrodo de tierra RA). L1 L2 L3 N PE

Zres Id

RA

Ud

Por ejemplo: fallo fase-parte conductora expuesta en una carga. Uo es la tensión de fase a neutro en el sistema de distribución (230 V).

● Corriente del primer fallo RA= 10 Ω y Zres= 3.500 Ω (aproximadamente), Id = Uo / (RA + Zres) = 66 mA ● Tensión del primer fallo Ud = Uo x RA / (RA + Zres) = 0,66 V Este potencial no es peligroso. El fallo debe detectarlo un dispositivo de supervisión de aislamiento (IMD), localizado por un dispositivo de localización de fallos y repararlo. ● Corriente del segundo fallo Un segundo fallo que tiene lugar después de reparar el primero tiene como consecuencia un cortocircuito de fase a fase o de fase a neutro. Los dispositivos de protección contra sobrecorriente deben solucionarlo dentro de los límites temporales marcados por las normas.

Fig. 1.25.Sistema IT

Neutro conectado a tierra (TT) Por ejemplo: fallo fase-parte conductora expuesta en una carga. protegidas todas ellas por el mismo dispositivo Uo es la tensión de fase a neutro en el sistema de distribución (230 V). disyuntor, están conectadas a tierra (resistencia de electrodo de tierra RA). ● Corriente de fallo Por ejemplo: RA = 10 Ω y RB = 5 Ω Id = Uo / (RA + RB) = 15,3 A L1

● El neutro fuente está conectado a tierra. ● Las partes conductoras expuestas,

L2 L3 N

PE

RB

Id

RA

Ud

● Tensión de fallo

Ud = Uo x RA / (RA + RB) = 153 V Este potencial es peligroso (> 50 V). Los dispositivos de protección deben solucionar el fallo dentro de los límites temporales marcados por las normas. La corriente de fallo es baja y debe, por tanto, ser detectada por un dispositivo de protección de corriente residual (RCD) que active el dispositivo de protección inmediatamente aguas arriba. La corriente de funcionamiento del RCD y el tiempo requerido para resolver el fallo están establecidos en las normas.

Fig. 1.26. Sistema TT.

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Disposiciones de conexión a tierra del sistema(cont.) Partes conductoras expuestas conectadas a neutro (TN) ● Impedancia del bucle del fallo ● El neutro fuente está conectado a tierra

Zb = ZABCDEF (parte del circuito ABCDEF) Zb ≈ ZBCDE ≈ 2 ZDE porque ZBC = ZDE (BC y DE instalación están conectadas al neutro y, por son idénticas, la impedancia del fallo es insignificante) tanto, a tierra a través del conductor de protección (PEN). Esta disposición convierte Por ejemplo: una carga alimentada mediante un cable de cobre de 50 mm² de 50 metros de todos los fallos de aislamiento en longitud (fase y PE). cortocircuitos de fase a neutro. 2 ρ = 22,5 Ω. mm /m ● El potencial del conductor de protección se Zb = 2 ρ L / S, donde -3 x 50 / 50 = 45 mΩ. Zb = 2 x 22,5 10 mantiene próximo al de tierra mediante ● Tensión de fallo numerosos puntos de conexión. Una caída de tensión del 20% es permisible para la tensión de fase a neutro Uo, es decir, UBE = 0,8 Uo. Como ZBC = ZDE, el potencial de las partes L1 expuestas conductoras sube a Ud = UBE / 2 = L2 0,8.Uo / 2 = 92 V L3 B A Id E ● Corriente de fallo PEN -3 F Id = 0,8 Uo / Zb = 0,8 x 230 / 45 10 = 4.089 A La interrupción la llevan a cabo los D dispositivos de protección contra C sobrecorriente dentro de los límites temporales marcados por las normas. La corriente de fallo depende de la impedancia Ud del bucle de fallo. Se debe tener cuidado de asegurarse de que en todos los puntos del sistema, la corriente de fallo sea mayor que el umbral operativo de los dispositivos de protección. Fig. 1.27. Sistema TN-S (el principio básico es idéntico para el sistema TN-C). directamente.

● Las partes expuestas conductoras de la

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Disposiciones de conexión a tierra del sistema(cont.) Comparación de las disposiciones de conexión a tierra del sistema Tipos de disposiciones de conexión a tierra del sistema

IT (neutro aislado)

Funcionamiento

TT (neutro conectado a tierra)

● Detección del primer fallo de aislamiento. ●Localización y eliminación del primer fallo. ● Desconexión para el segundo fallo. Protección de las ● Interconexión y conexión a personas tierra de las partes conductoras expuestas. ●Primer fallo: - Corriente muy baja - Supervisión/indicación por un IMD ●Segundo fallo: - Corriente potencialmente peligrosa - Interrupción por dispositivos de protección contra sobrecorriente (por ejemplo, disyuntor) Equipos específicos Dispositivo de supervisión de aislamiento (IMD) y dispositivo de localización de fallos. Ventajas e ● Esta solución ofrece la inconvenientes mejor continuidad de EMC servicio (se señala el primer fallo). ● Requiere personal de vigilancia competente (localización del primer fallo). ● Alto rendimiento de EMC, corrientes muy bajas en el cable de tierra. Uso ● Instalaciones que exigen continuidad de servicio, como hospitales, aeropuertos, procesos industriales o barcos. ● Instalaciones en las que exista riesgo de incendio o explosión, como minas, etc. ECP = partes conductoras expuestas.

Aplicaciones en instalaciones de SAI

● Desconexión para el

TN-S (parte conductora expuesta a neutro) ● Tiene lugar la

primer fallo de aislamiento.

desconexión para el primer fallo de aislamiento. ● Neutro separado (N) y conductor de protección (PE). ● Conexión a tierra de las ● La interconexión y partes conductoras conexión a tierra de las expuestas combinada con el partes conductoras uso de dispositivos de expuestas y el neutro es corriente residual (RCD). imprescindible. ●Primer fallo: ●Primer fallo: - La pérdida de corriente es - Corriente de fallo peligrosa, pero demasiado - Interrupción por débil para ser detectada por dispositivos de protección los dispositivos de contra sobrecorriente (por protección contra ejemplo, disyuntor) sobrecorriente. - Detección mediante RCD combinada con disyuntores. Dispositivos de corriente Para largas distancias se residual (RCD). deben utilizar RCD.

TN-C (parte conductora expuesta a neutro) ● Desconexión para el primer fallo de aislamiento. ● Neutro común y conductor de protección (PEN).

● La interconexión y conexión a tierra de las partes conductoras expuestas y el neutro es imprescindible. ●Primer fallo: - Corriente de fallo - Interrupción por dispositivos de protección contra sobrecorriente (por ejemplo, disyuntor)

● La solución más fácil de

● Costes de instalación altos ● Costes de instalación

diseñar e instalar. ● Uso obligatorio de RCD. ● Electrodos de tierra diferentes (fuentes distantes). ● Muy sensible a rayos.

para potencias nominales altas. ● Difícil de diseñar (cálculo de las impedancias de bucle). ● Corrientes de fallo altas. ● Alto rendimiento de EMC, corriente muy baja en PE durante funcionamiento normal. ● Grandes instalaciones comerciales, edificios altos, etc. ● Industrias sin procesos continuos (sistema IT). ● Alimentación de sistemas informáticos.

● Instalaciones comerciales y residenciales, iluminado público, escuelas, etc.

reducidos (un conductor menos). ● Difícil de diseñar (cálculo de las impedancias de bucle). ● Corrientes de fallo altas. ● Bajo rendimiento de EMC, corrientes altas en el conductor de protección (conexiones entre ECP). ● Grandes instalaciones comerciales, edificios altos, etc. ● Industrias sin procesos continuos (sistema IT). ● Alimentación de sistemas informáticos.

Aspectos específicos en sistemas con SAI La implementación de los sistemas de protección indicados en instalaciones que incluyen un SAI exige ciertas precauciones por diversas razones: • El SAI tiene dos funciones: - Una carga para el sistema aguas arriba - Una fuente de alimentación para el sistema aguas abajo • Cuando la batería no está instalada en un armario, un fallo de aislamiento del sistema de CC puede provocar el flujo de un componente de CC residual. Este componente puede afectar al funcionamiento de determinados dispositivos de protección, en concreto los RCD que se utilizan para la protección de personas.

Protección contra contacto directo Todas las instalaciones de SAI de Schneider Electric cumplen los requisitos aplicables, porque los equipos se instalan en armarios que ofrecen un grado de Schneider Electric

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Disposiciones de conexión a tierra del sistema(cont.) protección IP 20. Esto es así incluso para la batería cuando está alojada dentro de un armario. Cuando la batería no está instalada en un armario (generalmente eso significa que está en una sala especial), se deben implementar las medidas presentadas al final de este capítulo.

Protección contra contacto indirecto Selección de una disposición de conexión a tierra del sistema Una medida de protección básica exigida por las normas es crear una disposición estándar de conexión a tierra del sistema tanto aguas arriba del SAI como aguas abajo. Ambos sistemas pueden ser el mismo o distintos si se tienen en cuenta ciertas precauciones. En una instalación existente a la que se añade el SAI, el sistema aguas arriba ya está determinado. La selección del sistema aguas abajo, ya sea el mismo o uno distinto, depende de su compatibilidad con cargas sensibles. La tabla de la página anterior incorpora los elementos necesarios para compara las diversas disposiciones estándar de conexión a tierra del sistema. ) Hay que tener en cuenta que algunas regulaciones locales pueden prohibir determinadas disposiciones de conexión a tierra del sistema.

Selección de los disyuntores Más allá de la interconexión y la conexión a tierra de las partes conductoras expuestas, a fin de cumplir con una disposición estándar de conexión a tierra del sistema, la protección de las personas debe garantizarse mediante disyuntores seleccionados de acuerdo con la disposición de conexión a tierra del sistema. Estos dispositivos deben desconectar los dispositivos de protección por sobrecorriente en caso de fallo de aislamiento. La desconexión puede: • Ser directamente provocada por una configuración adecuada de los dispositivos de sobreprotección (disyuntores, fusibles). • Requerir (obligatorio en el caso del sistema IT) el uso de dispositivos de corriente residual (RCD) que pueden o no estar incorporados en el disyuntor. Los RCD son necesarios para detectar las corrientes generadas por el fallo del aislamiento, que con frecuencia son demasiado débiles para disparar los dispositivos de protección contra sobrecorriente convencionales. ) Compruebe los requisitos locales relativos a la seguridad de las instalaciones eléctricas.

Tipos de sistemas para SAI Los sistemas posibles dependen de: • El sistema existente o seleccionado situado aguas arriba del SAI. • El sistema situado aguas abajo del SAI para el cual la selección puede determinarse mediante: - La reutilización del mismo sistema que aguas arriba - La presencia de transformadores de aislamiento aguas arriba o aguas abajo, que permiten cambiar la disposición de conexión a tierra del sistema - Las cargas (por ejemplo, los sistemas informáticos requieren un sistema TN-C o TN-S) - La organización del sistema de distribución aguas abajo, con interruptores de transferencia estática (STS) • Ciertos requisitos impuestos por las normas; por ejemplo, que el conductor de protección PE o PEN no debe interrumpirse nunca para garantizar el flujo de la corriente de fallo. Un sistema TN-C (PEN no interrumpido) se puede instalar aguas arriba de un sistema TN-S (conductores N y PE separados), pero no a la inversa.

Consultar WP 98 Î Schneider Electric

Cada vez más, el diseño de los SAI no incluye transformadores, lo que ofrece ventajas en cuanto a peso, tamaño y eficacia. La tecnología sin transformador permite asimismo modular la tensión para una mejor adaptación a cargas de todo tipo, en especial cargas no lineales con armónicos. La tecnología sin transformador afecta al uso de disposiciones de conexión a tierra del sistema. Para obtener más información, consulte el Documento Técnico WP 98: "The Elimination of Isolation Transformers in Data Center Power Systems" ("La Edición de 09/2015

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Disposiciones de conexión a tierra del sistema(cont.) eliminación de los transformadores de aislamiento en sistemas de alimentación de centros de datos"). Pueden presentarse muchos casos distintos en función de las disposiciones de conexión a tierra aguas arriba y aguas abajo, y del tipo de SAI. Su representante de Schneider Electric dispone de un completo conjunto de diagramas para todas las disposiciones de conexión a tierra y gamas de SAI. Las gamas Galaxy PW y Galaxy 9000 se han diseñado con transformadores de aislamiento. El resto de gamas utilizan tecnología sin transformadores, con una recreación electrónica del neutro. En las páginas siguientes se muestran algunos ejemplos para los SAI Galaxy PW y Galaxy 5000, 7000 y 9000. Para otros casos, póngase en contacto con su representante de Schneider Electric para obtener el diagrama pertinente. Transformador de salida (Galaxy PW y 9000)

Sin transformador de salida (Galaxy 5000 y 7000))

Entradas de CA normal y de derivación independientes

Entradas de CA normal y de derivación comunes

Fig. 1.28. Diagramas estándar.

Sistemas idénticos en aguas arriba y aguas abajo

Mismo sistema aguas arriba y aguas abajo IT o TT o TN-S. Neutro distribuido en las dos líneas.

Mismo sistema aguas arriba y aguas abajo IT o TT o TN-S. Neutro distribuido solo en el conducto de derivación.

Mismo sistema aguas arriba y aguas abajo TN-C

Mismo sistema aguas arriba y aguas abajo IT o TT o TN-S. Neutro distribuido.

Galaxy PW y 9000

Galaxy 5000 y 7000

Fig. 1.29. Algunos ejemplos con el mismo sistema aguas arriba y aguas abajo.

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Disposiciones de conexión a tierra del sistema(cont.) Sistemas distintos aguas arriba y aguas abajo

Cambio en conexión a tierra de sistemas a IT o TT o TN-S aguas abajo. Neutro distribuido en las dos líneas.

Cambio en conexión a tierra de sistemas a IT o TT o TN-S aguas abajo. Neutro distribuido en las dos líneas.

Cambio en conexión a tierra de sistemas a TN-C aguas abajo.

Cambio en conexión a tierra de sistemas a TN-C aguas abajo.

Galaxy PW y 9000

Galaxy 5000 y 7000

Fig. 1.30. Algunos ejemplos con sistemas distintos aguas arriba y aguas abajo.

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Protección

Protección mediante disyuntores

El sistema de protección para instalaciones con unidades SAI que se presenta aquí implementará disyuntores. A continuación se indican las características principales de los disyuntores y sus unidades de disparo. Las referencias mencionadas corresponden a disyuntores de Schneider Electric. Otras características, como el límite de tensión térmica y de corriente, son algunos de los puntos fuertes de la gama de disyuntores Compact NSX, pero no se comentarán aquí. Î Para más información, consulte el catálogo de Schneider Electric para distribución de baja y media tensión, y la "Guía de instalación eléctrica".

Unidades de disparo Tecnología Hay dos tipos de unidades de disparo: • Magnetotérmicas • Electrónicas

Construcción

• Incorporadas (solo magnetotérmicas) • Intercambiables

Comparación Las unidades de disparo magnetotérmicas son simples y asequibles. Las unidades de disparo electrónicas ofrecen posibilidades de configuración más precisas y exhaustivas para una mejor adaptación a los requisitos de las instalaciones. En la siguiente tabla se resumen las características de ambos tipos de unidades de disparo para disyuntores de 1 a 630 A, y debe bastar para resolver los problemas más habituales (de 1 a 400 kVA). En la Figura 1.31 se presentan las curvas características de las unidades de disparo. Protección

Símb. Definición

Ir Protección contra sobrecarga (térmica o de largo retardo) (1) Largo retardo (2) tr

Protección contra cortocircuitos (magnética o de corto retardo) (3)

Im o Isd

Corto retardo (4)

tm o tsd

Protección contra cortocircuitos, disparo instantáneo (5)

Ii

Disponibilidad

Configuración de corriente de sobrecarga.

Todas las unidades de disparo.

Aplica un retardo de disparo largo (por ejemplo, para arrancar un motor).

Unidades de disparo electrónicas (por ejemplo, Micrologic 2, 5, 6). Todas las unidades de disparo.

Configuración de corriente de cortocircuito En unidades de disparo electrónicas, Isd es una función de Ir (generalmente de 2 a 10 Ir). Aplica un breve retardo de disparo (por ejemplo, para discriminación temporal con disyuntor aguas abajo). Configuración de cortocircuito instantánea Depende exclusivamente de la unidad de disparo (por ejemplo, protección de interruptores estáticos).

Unidades de disparo electrónicas (por ejemplo, Micrologic 5, 6). Unidades de disparo electrónicas (por ejemplo, Micrologic 5, 6).

(1) Ir es el umbral de protección térmica (que a veces se indica como Ith) de las unidades de disparo magnetotérmicas, o el umbral de protección de retardo largo de las unidades de disparo electrónicas. Estos umbrales se definen mediante una curva temporal inversa que depende de la configuración seleccionada. (2) tr es el retardo temporal en el caso de la protección térmica de retardo largo, para un valor concreto de Ir. (3) Im es el umbral magnético de las unidades de disparo magnetotérmicas , e Isd es el umbral de retardo corto de las unidades de disparo electrónicas. (4) tm es el retardo temporal (fijo o ajustable) de la protección magnética de las unidades de disparo magnetotérmicas; tsd es el retardo temporal (generalmente ajustable) de la protección de retardo corto de las unidades de disparo electrónicas. (5) Es el umbral de disparo instantáneo. Schneider Electric

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Protección (cont.)

Fig. 1.31. Curvas tiempo/corriente de los disyuntores (Icu es la capacidad de desconexión final).

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Protección (cont.)

Discriminación, cascada, limitación de corriente Discriminación La discriminación es el resultado de la selección correcta de disyuntor, y de una configuración tal que, en caso de fallo, se dispare únicamente el primer disyuntor aguas arriba. Así, la discriminación limita la parte de la instalación afectada por el fallo estrictamente al mínimo. Hay diversos tipos de discriminación, que se resumen en la tabla siguiente y se ilustran en la página anterior.

Limitación de corriente Cuando una corriente alta provocada por un fallo llega al disyuntor, los contactos de este se separan debido a las fuerzas electrodinámicas, se crea un arco y su resistencia limita la energía del cortocircuito.

Cascada Cuando hay un cortocircuito aguas abajo de la instalación (ver Fig. 1.32), la corriente de fallo fluye también a través del disyuntor aguas arriba que limita la corriente, atenuando así la corriente aplicada al disyuntor aguas abajo. Esto refuerza, pues, la capacidad de desconexión de este último. Discriminación Discriminación de corriente

Afecta a Todos los tipos de unidades de disparo

Discriminación temporal

Solo unidades de disparo electrónicas (por ejemplo, Micrologic) Compact NSX y La presión de arco aguas arriba no basta NS para disparar el disyuntor aguas arriba, pero sí para disparar el disyuntor aguas abajo. Compact Retrasa el disparo aguas arriba si el NSX 100 a cortocircuito se detecta también aguas Masterpact con abajo. unidades de Un cable piloto conecta las unidades de disparo disparo aguas arriba y aguas abajo. Micrologic

Discriminación de energía Interbloqueo selectivo de zona

Principio La corriente de fallo es inferior al valor del umbral aguas arriba. Ir aguas arriba > Ir aguas abajo e Im o Isd aguas arriba > Im o Isd aguas abajo Retrasa el disparo en sentido aguas arriba según la duración del retardo largo (Ir) y corto (Im o Isd).

Fig. 1.32. Discriminación y cascada aguas arriba/aguas abajo.

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Protección (cont.)

Selección de disyuntores

Valor nominal El valor nominal seleccionado (corriente nominal) para el disyuntor debe ser el inmediatamente superior a la corriente nominal del cable aguas abajo protegido.

Capacidad de desconexión La capacidad de desconexión que se debe seleccionar debe estar justo por encima de la corriente de cortocircuito que puede aparecer en el punto de instalación.

Umbrales de Ir e Im En la tabla siguiente se indica la forma de determinar los umbrales de Ir e Im para garantizar la discriminación, en función de las unidades de disparo aguas arriba y aguas abajo. Nota: La discriminación temporal la debe implementar personal cualificado, ya que los 2 retardos temporales antes del disparo incrementan la tensión térmica (I t) aguas abajo (cables, semiconductores, etc.) Es necesario tomar precauciones si se retarda el disparo de CB2 mediante el retardo temporal del umbral de Im. La discriminación de energía no depende de la unidad de disparo, sino únicamente del disyuntor. Umbrales de Ir e Im en función de las unidades de disparo aguas arriba y aguas abajo

Tipo de circuito aguas abajo Unidad de disparo aguas abajo Distribución Motor asíncrono

Relación Ir aguas arriba / Ir aguas abajo Todos los tipos

Relación Im aguas arriba/ Im aguas abajo Magnética

Relación Im aguas arriba/ Im aguas abajo Electrónica

> 1,6 >3

>2 >2

> 1,5 > 1,5

Caso especial de cortocircuitos en generador En la Figura 1.33 se muestra la reacción de un generador a un cortocircuito. Para evitar dudas acerca del tipo de excitación, dispararemos en el primer pico (de 3 a 5 In según X"d) utilizando el valor de protección Im sin retardo temporal.

Fig. 1.33. Generador durante un cortocircuito.

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Protección (cont.)

Ejemplo Imaginemos el ejemplo utilizado para determinar la potencia nominal del SAI (cap. 1 pág. 21) con varias cargas trifásicas de 400 V conectadas en paralelo, a saber: • Sistema informático- S1 = 4 x 10 kVA, λ = 0,6, corriente de energización de 8 In a lo largo de cuatro periodos (80 ms) • Unidad de velocidad variable: S2 = 20 kVA, λ = 0,7, corriente de energización de 4 In a lo largo de cinco periodos (100 ms) • Transformador de aislamiento: S3 = 20 kVA, λ = = 0,8, corriente de energización de 10 In a lo largo de seis periodos (120 ms) Las tres cargas representan 54 kW con un factor de potencia de 0,68. En el capítulo 1, pág. 21, se seleccionó un SAI Galaxy PW, con una potencia 3 ) = 144 A. nominal de 100 kVA, I = 100 / (400 x Transformador de 630 kVA

Generador de 400 kVA

Determinar CB1 y CB2 Potencia aparente nominal de salida 100 kVA In = 144 A

Factor de potencia en la salida del SAI para todas las cargas λ = 0,68

Determinar el CB3 más potente para discriminación Potencia total consumida por las cargas P (kW) = 54 kW

40 kVA λ = 0,6

20 kVA λ = 0,7

20 kVA cos ϕ = 0,8

Potencia activa máxima de salida (que el SAI puede suministrar a las cargas) λ Sn (kVA) = 68 kW

Fig. 1.34. Ejemplo de instalación.

El objetivo es seleccionar los disyuntores CB1 y CB2, y el disyuntor más potente CB3 compatible con los requisitos de discriminación, sabiendo que la instalación aguas arriba incluye lo siguiente: • Transformador de 20 kV / 400 V con una potencia nominal de 630 kVA • Grupo electrógeno de motor de 400 V con una potencia nominal de 400 kVA • Conexión de transformador con cuadro principal de baja tensión, cinco metros de 2 cable de aluminio de 4 x 240 mm por fase • Conexión de barras colectoras con disyuntor, cuatro metros con tres barra de cobre de 400 mm² por fase

Cálculo de valores nominales y capacidades de desconexión de CB1 y CB2 La capacidad de desconexión depende de las corrientes aguas abajo de cortocircuito de CB1 y CB2 en el nivel del cuadro principal de conexión de baja tensión (MLVS). Con frecuencia, este valor de cortocircuito aguas arriba lo proporciona la propia red eléctrica. También se puede calcular. Es necesario determinar la suma R de las resistencias aguas arriba y la suma X de las reactancias aguas arriba del punto considerado. La corriente de cortocircuito trifásico se calcula como: U

3 R2 + X 2 Isc trifásica = U es la tensión de fase a fase sin carga (tensión de carga + 3 a 5%). R = Σ Raguas arriba y X = Σ Xaguas arriba En este ejemplo nos limitamos a indicar el método general con diversas simplificaciones para abreviar los cálculos. Î Para una información más detallada, consulte el Cahier Technique documento nº 158, "Calculation of short-circuit currents" ("Cálculo de corrientes de cortocircuito") de Schneider Electric. Schneider Electric

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Sistema aguas arriba Ra, Xa Fuentes Rtr, Xtr Cable de conexión de salida de fuente a MLVS Rc, Xc Disyuntor general Rd, Xd Barras colectoras del MLVS Rb, Xb

Fig. 1.35. Cálculo de corriente de cortocircuito para CB1 y CB2.

Es necesario calcular las resistencias y reactancias aguas arriba de CB1 y CB2 en la Figura 1.34.

Sistema de distribución aguas arriba del transformador

• Psc = potencia de cortocircuito aguas arriba = 500 MVA = 500 x 106 VA • U20 = tensión de fase a fase sin carga en el bobinado secundario del transformador = 400 V, + 3%, esto es, 410 V • Rup = resistencia aguas arriba ≈ 15% Xup, insignificante respecto a Xup • Xup = reactancia aguas arriba con respecto al bobinado secundario del transformador 2

410 U20 2 6 Xup = Psc = 500 x 10 = 0,288 mΩ Rup ≈ 0 y Xup = 0,33 mΩ.

Transformador • • • •

Sn = potencia aparente nominal 630 kVA 3 3 = 630 103 / (400 x ) = 909 A In = corriente nominal = 630 / U Usc = tensión de cortocircuito del transformador = 4% Pcu = Pérdidas en el cobre del transformador en VA Pcu

Rtr = resistencia del transformador = Ztr

3 In2

≈ 20% Xtr, insignificante con respecto a

U20 2 x Usc Xtr ≈ Ztr = impedancia del transformador = Sn = 4102 x 0,04 / 630 103 = 10,7 mΩ Rtr ≈ 0 y Xtr = 10,7 mΩ.

Cables de conexión del transformador al MLVS

• Longitud: 5 metros • Sección transversal: 240 mm² • ρ = resistividad a la temperatura normal de los conductores 2 2 cobre: ρ = 22,5 mΩ.mm /m, aluminio: ρ = 36 mΩ.mm /m • Xc = reactancia del conductor (generalmente 0,08 mΩ/m) = 0,08 x 5 = 0,4 mΩ L Rc = resistencia del cable (cobre) = ρ S = 22,5 x 5 / (4 x 240) = 0,12 mΩ Rc = 0,12 mΩ

y

Xc = 0,4 mΩ.

Disyuntor general Valores típicos Rd ≈ 0 y Xd = 0,15 mΩ.

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Barras colectoras

• Xb = reactancia de la barra colectora (generalmente 0,15 mΩ/m) = 0,15 x 4 = 0,6 mΩ • Rb = resistencia de la barra colectora (cobre) = ρ = 22,5 x 4 / (3 x 400) = 0,075 mΩ (insignificante) Rb ≈ 0

y

Xb = 0,6 mΩ.

Isc del transformador en el nivel de CB1 y CB2

• R = Resistencia total aguas arriba = 0,12 mΩ • X = Reactancia total aguas arriba = 0,33 + 10,7 + 0,4 + 0,15 + 0,6 =12,18 mΩ R es insignificante con respecto a X. U U 410 2

2

−3 3 R +X ≈ 3 X = 3 x 12.18 x 10 = 19,4 kA Isc trifásica = Nota: Una estimación aproximada la ofrece la corriente de cortocircuito en los terminales del transformador, suponiendo que la potencia de cortocircuito aguas arriba sea infinita. ISCT = en terminales del transformador = In / Usc = 20 In = 20 x 909 = 18,2 kA

Isc del generador en el nivel de CB1 y CB2

• Potencia aparente nominal del generador = 400 kVA 3 3 • Corriente nominal del generador = 400 / U = 400 103 / (400 x ) = 577 A • X"d = tensión de cortocircuito del generador = 10% Se decide efectuar el disparo a 5 In (ver Fig. 1.33). ISCG = en los terminales del generador = 5 In = 5 x 577 = 2,9 kA

Corriente continua de CB1 Es la corriente en la entrada del SAI. Se debe multiplicar el valor nominal del SAI por 1,2 para tener en cuenta la eficacia, esto es, 120 kVA. Ientrada = 120 / U

3

= 120 103 / (400 x

3

) = 173 A

Corriente continua de CB2 Es la corriente continua de las cargas alimentadas a través de la derivación, es decir, 54 kW con un factor de potencia de 0,68 para una potencia aparente S = 54 / 0,68 = 67,5 kVA. Icarga = 67,5 / U

3

= 120 103 / (400 x

3

) = 97 A

Corriente de alimentación de la mayor de las cargas Las cargas se deben alimentar en instantes distintos. La corriente de energización más elevada es la del transformador de 20 kVA, esto es, In = 28,8 A y 10 In = 288 A - 120 ms.

Cálculo de la corriente máxima de interruptor estático Es la corriente de cortocircuito en el nivel de CB3, que es prácticamente la de CB2.

Parámetros de selección En la tabla siguiente se resumen los diversos valores calculados. Parámetro Valor Corriente de cortocircuito de transformador 19,4 kA Corriente de cortocircuito de generador 2,9 kA Corriente de rectificador (entrada de SAI) 173 A Corriente de carga continua aguas abajo del SAI 97 A Corriente de alimentación de la mayor de las cargas 288 A - 120 ms Corriente máxima de interruptor estático 19,4 kA

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Protección (cont.)

Características de CB1 y CB2 Característica Capacidad de desconexión

D1 D2 > 19,4 kA, esto es, 25 kA > 19,4 kA, esto es, 25 kA Corriente continua > 173 A, esto es, 200 A > 97 A, esto es, 125 A Umbral de Ir > 173 A +20% > 97 A + 20% Umbral de Im > 173 A + 20% y > 288 A + 20% y < 2,9 kA - 20% < 2,9 kA - 20% Aquí, este 20% representa el intervalo de tolerancia típico de la configuración de los disyuntores.

Características del disyuntor CB3 con mayor potencia posible Fuentes

Disyuntores de circuito entrante (entrada)

Derivación estática Impedancia insignificante

Disyuntores de circuito saliente (salida) Isc en CB3 ≈ Isc en CB2 Fig. 1.36. Cálculo de la corriente de cortocircuito en CB3.

Funcionamiento con potencia de derivación

• Capacidad de desconexión La máxima corriente de cortocircuito aguas abajo de CB3 es prácticamente la de CB2, porque se da por supuesto que los circuitos salientes están cerca del SAI. En consecuencia, la capacidad de desconexión de CB3 es también de 25 kA. • El valor nominal lo determina la carga máxima, esto es, los 4 x 10 kVA del sistema informático con una corriente continua de:

3 3 = 40 103 / (400 x ) = 57 A Icarga = 40 / U Se debe seleccionar un dispositivo de 60 A. • Ajustes La mayoría de las cargas son del tipo de distribución, esto es, el umbral Ir de CB3 debe ser inferior a 97 A / 1,6, es decir, < 61 A. El umbral de Im debe ser inferior 1847 / 2, es decir, < 900 A.

Funcionamiento sin potencia de derivación En este caso, el SAI cortocircuitado limita su corriente a 2,33 In durante un segundo. Para los SAI Schneider Electric de la gama Galaxy, los resultados experimentales han determinado que el valor nominal máximo de CB3 debe ser inferior a 0,5 In para garantizar la discriminación. Este es el caso para el disyuntor de las cargas informáticas. 60 A < 0,5 x 144= 72 A

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Cables

Selección de dimensiones de los cables

Aumento de temperatura y caídas de tensión en los cables La sección transversal del cable depende de: • El aumento de la temperatura admisible • La caída de tensión admisible Para una determinada carga, cada uno de estos parámetros tiene como resultado una sección transversal mínima admisible. Se debe utilizar la mayor de las dos. Al encaminar los cables, se debe prestar atención en mantener las distancias necesarias entre los circuitos de control y de potencia, para evitar perturbaciones provocadas por corrientes de alta frecuencia.

Aumento de la temperatura El aumento de temperatura admisible en cables queda limitado por la capacidad de resistencia del aislamiento de los cables. El aumento de la temperatura de los cables depende de: • El tipo de núcleo (Cu o Al) • El método de instalación • El número de cables que se tocan Las normas estipulan, para cada tipo de cable, la corriente máxima admisible.

Caídas de tensión Valores máximos

Las caídas de tensión máximas admisibles son: • 3% para circuitos de CA (50 o 60 Hz) • 1% para circuitos de CC

Tablas de selección En las tablas siguientes se indica la caída de tensión porcentual para un circuito compuesto de 100 metros de cable de cobre. Para calcular la caída de tensión en un circuito de longitud L se debe multiplicar el valor de la tabla por L/100. Si la caída de tensión supera el 3% en un circuito trifásico o el 1% en un circuito de CC, se deberá aumentar la sección transversal de los conductores hasta que el valor entre dentro de las tolerancias.

Caída de tensión para cables de 100 metros

• Sph: sección transversal de los conductores • In: corriente nominal de los dispositivos de protección del circuito Circuito trifásico (conductores de cobre) Sistema trifásico + N equilibrado de 50-60 Hz, 400 V, cos ϕ = 0,8 2 Sph (mm ) 10 16 25 35 50 70 95 120 150 In (A) 10 0,9 16 1,2 20 1,6 1,1 25 2,0 1,3 0,9 32 2,6 1,7 1,1 40 3,3 2,1 1,4 1,0 50 4,1 2,6 1,7 1,3 1,0 63 5,1 3,3 2,2 1,6 1,2 0,9 70 5,7 3,7 2,4 1,7 1,3 1,0 0,8 80 6,5 4,2 2,7 2,1 1,5 1,2 0,9 0,7 100 8,2 5,3 3,4 2,6 2,0 2,0 1,1 0,9 0,8 125 6,6 4,3 3,2 2,4 2,4 1,4 1,1 1,0 160 5,5 4,3 3,2 3,2 1,8 1,5 1,2 200 5,3 3,9 3,9 2,2 1,8 1,6 250 4,9 4,9 2,8 2,3 1,9 320 3,5 2,9 2,5 400 4,4 3,6 3,1 500 4,5 3,9 600 4,9 800 1.000 3 . Para un circuito trifásico de 230 V, multiplique el resultado por Para un circuito monofásico de 208/230 V, multiplique el resultado por 2.

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185

0,8 1,1 1,3 1,7 2,1 2,7 3,4 4,2 5,3

240

300

0,9 1,2 1,4 1,9 2,3 2,9 3,6 4,4 6,5

0,9 1,2 1,5 1,9 2,4 3,0 3,8 4,7

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Cables (cont.)

Circuito de CC (conductores de cobre) 2

Sph (mm ) 25 In (A) 100 5,1 125 160 200 250 320 400 500 600 800 1.000 1.250

35 3,6 4,5

50 2,6 3,2 4,0

70 1,9 2,3 2,9 3,6

95 1,3 1,6 2,2 2,7 3,3

120 1,0 1,3 1,6 2,2 2,7 3,4

150 0,8 1,0 1,2 1,6 2,2 2,7 3,4

185 0,7 0,8 1,1 1,3 1,7 2,1 2,8 3,4 4,3

240 0,5 0,6 0,6 1,0 1,3 1,6 2,1 2,6 3,3 4,2 5,3

300 0,4 0,5 0,7 0,8 1,0 1,3 1,6 2,1 2,7 3,4 4,2 5,3

Caso especial para conductores neutros En sistemas trifásicos, los armónicos de tercer orden (y sus múltiplos) de cargas monofásicas se suman al conductor neutro (suma de las corrientes de las tres fases). Por ello, se aplica la regla siguiente: sección transversal de neutro = 1,5 x sección transversal de fase.

Ejemplo de cálculo: Considérese un circuito trifásico de 70 metros de 400 V, con conductores de cobre y corriente nominal de 600 A. La norma IEC 60364 indica una sección transversal mínima en función del método 2 de instalación y de la carga. Supondremos que la sección mínima es de 95 mm . En primer lugar se debe comprobar que la caída de tensión no supera el 3%. La tabla para circuitos trifásicos de la página siguiente indica, para una corriente de 2 600 A que pasa por un cable de 300 mm , una caída de tensión del 3% para 100 metros de cable; es decir, para 70 metros: 3 x 70/100 = 2,1%, menos que el límite del 3%. Se puede efectuar un cálculo idéntico para una corriente de CC de 1.000 A en un cable de 10 metros con una sección transversal de 240 mm². La caída de tensión para 100 metros es del 5,3%, es decir, para diez metros: 5,3 x 10/100 = 0,53%, menos que el límite del 1%.

Ejemplo de instalación

Fig. 1.37. Conexión de cables.

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Almacenamiento de energía (cont.)

Tecnologías de almacenamiento

Almacenamiento de energía en los SAI Los SAI requieren un sistema de almacenamiento de energía para alimentar el inversor en caso de fallo de la red eléctrica o en caso de que esta se salga de los valores de tolerancia. La energía almacenada debe cumplir las características siguientes: • Electricidad disponible inmediatamente para solucionar microcortes, caídas de tensión breves e interrupciones de la red eléctrica. • Nivel de potencia suficiente para alimentar toda la carga, es decir, potencia nominal equivalente a la del propio SAI. • Tiempo de autonomía, generalmente de unos diez minutos, adecuada a las necesidades de las cargas y a otras fuentes disponibles (por ejemplo, un grupo electrógeno de motor para tiempos de autonomía prolongados).

Fig. 1.38. Diagrama simplificado de un SAI con almacenamiento de energía de reserva.

Tecnologías disponibles Las diversas tecnologías actualmente disponibles son las siguientes: • Baterías: - De plomo ácido selladas - De plomo ácido ventiladas - De níquel-cadmio • Ultracondensadores • Volantes de inercia: - Unidades tradicionales que giran a velocidades bajas (1.500 rpm) combinadas con grupos electrógenos de motor. - Unidades de velocidad media (7.000 rpm) o alta (de 30.000 a 100.000 rpm).

Comparación de tecnologías

Consultar WP 65 Î

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Las baterías son, con diferencia, la solución más habitual hoy en día debido a su bajo coste, eficacia probada y capacidad de almacenamiento, pero también tienen numerosos inconvenientes en cuanto a tamaño, mantenimiento e impacto medioambiental. Loa ultracondensadores aún no ofrecen los niveles de rendimiento necesarios. Los volantes de inercia que operan a altas velocidades representan una posible tecnología en cuanto a su potencia nominal (de 40 a 500 kW), para tiempos de autonomía breves (entre 12 segundos y 1 minuto). En la Figura 1.39 se muestran los campos de aplicación para las distintas tecnologías. Î Para obtener más información, consulte el Documento Técnico WP 65: "Comparing Data Center Batteries, Flywheels, and ultracapacitors" ("Comparación de ultracondensadores, volantes de inercia y baterías de centros de datos").

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Almacenamiento de energía (cont.)

Fig. 1.39. Características en cuanto a potencia nominal y tiempos de autonomía.

En la tabla siguiente se comparan las distintas soluciones en cuanto a su capacidad para cumplir los requisitos de almacenamiento de energía de los SAI estáticos. Criterios para la comparación

Tecnología Baterías de plomo ácido selladas

Baterías de plomo ácido ventiladas

Baterías de Ni/Cd

Ultracondensad Volantes de ores inercia

Potencia

****

****

****

*

***

Tiempo de autonomía

***

****

*

*

**

Entre 5 minutos y varias horas

Entre 5 minutos y varias horas

Entre 5 minutos y varias docenas de minutos

Unos pocos segundos

Varias docenas de segundos

****

***

**

*

*

Bajo

Bajo a medio

Alto

Coste multiplicado por 2 o 3 comparado con baterías, para 10 segundos de tiempo de autonomía

Coste multiplicado por 8 o comparado con baterías, para 10 segundos de tiempo de autonomía

Implementación/instalación/inicio Requiere una sala especial Temperatura Vida útil Tamaño Mantenimiento Frecuencia/tiempo requerido

***

**

*

****

**

No

Sí

Sí

No

Sí

* ** ** ***

* ** ** **

** *** ** *

**** **** **** ****

*** *** *** *

Bajo

Medio

Alto

Ninguno

Tiempos de mantenimiento prolongados

Madurez de la tecnología para SAI

****

****

****

**

***

Precio de compra

**** Excelente *** Buena ** Justa * Deficiente

Volantes de inercia A petición, Schneider Electric ofrece sistemas de almacenamiento de energía en volantes de inercia. Esta solución es adecuada como complemento a las baterías, ya que se puede utilizar para hacer frente a perturbaciones breves sin recurrir a baterías, conservando así dicho recurso. Es posible su uso sin batería, pero el tiempo de autonomía es de solo unos cuantos segundos. Para determinadas aplicaciones, un tiempo de autonomía así de breve no es suficiente para poner en marcha un grupo electrógeno de motor.

Selección de batería

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Tipos de baterías Las baterías utilizadas con más frecuencia en SAI son: • De plomo ácido selladas, llamadas también de recombinación de gases • De plomo ácido ventiladas • De níquel-cadmio Actualmente se están estudiando las baterías de polímero de litio para su uso en SAI. En dos o tres años es posible que ya haya soluciones basadas en esta tecnología. Edición de 09/2015

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Almacenamiento de energía (cont.)

Î Tipos de baterías, ver cap. 5 pág. 32 "Almacenamiento de energía: tipos de baterías". Para el uso con sus gamas de SAI, Schneider Electric recomienda baterías de plomo ácido selladas. La selección de una batería depende de los factores siguientes: • Condiciones y requisitos de funcionamiento (sala especial, armario para baterías, bastidores, etc.) • Tiempo de autonomía requerido • Consideraciones de coste

Tiempo de autonomía Schneider Electric ofrece: • Tiempos de autonomía estándar de 5, 10, 15 o 30 minutos. • Tiempos de autonomía personalizados hasta varias horas. La selección depende de: • La duración media de los fallos del sistema de alimentación. • Las fuentes disponibles que ofrecen tiempos de autonomía prolongados (grupos electrógenos de motor, etc.). • El tipo de aplicación.

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Almacenamiento de energía (cont.)

Son de aplicación las normas siguientes. • Sistemas informáticos El tiempo de autonomía de la batería debe bastar para los procedimientos de guardado de archivos y apagado del sistema necesarios para garantizar un apagado controlado del sistema informático. En general, el departamento de informática determina el tiempo de autonomía necesario en función de sus requisitos específicos. • Procesos industriales El cálculo del tiempo de autonomía deberá tener en cuenta el coste económico de una interrupción en el proceso, así como el tiempo necesario para reiniciarlo. • Aplicaciones que exigen tiempos de autonomía prolongados Un grupo electrógeno de motor puede servir de respaldo a una batería en caso de interrupciones prolongadas, por lo que se evita la necesidad de baterías muy grandes. En general, el uso de un grupo electrógeno de motor es viable para tiempos de autonomía por encima de 30 minutos a una hora. Se debe estudiar con cuidado el caso para optimizar los valores nominales del generador y garantizar un funcionamiento correcto. Î Combinación con un grupo electrógeno de motor, ver cap. 5 pág. 35, "Grupo electrógeno de motor".

Vida útil Schneider Electric ofrece baterías con vidas útiles de 5 o 10 años, o incluso más. Î Vida útil de las baterías, ver cap. 5 pág. 33.

Comparación entre los distintos tipos de baterías Baterías de plomo ácido selladas (recombinación de gases) Son las baterías más habituales, por los motivos siguientes: • Sin mantenimiento • Fáciles de implementar • Instalación en todo tipo de salas (salas de equipos informáticos, salas técnicas no especialmente diseñadas para baterías, etc.)

Baterías ventiladas Este tipo de batería (plomo ácido o Ni/Cd) ofrece algunas ventajas: • Vida útil prolongada • Tiempos de autonomía prolongados • Alta potencia nominal Las baterías ventiladas se deben instalar en salas especiales que se ajusten a normativas precisas (ver cap. 1 pág. 51 "Trabajos preliminares") y exigen un mantenimiento adecuado.

Supervisión de baterías

Los SAI de Schneider Electric incluyen sistemas avanzados de supervisión de baterías.

Supervisión de la batería en los SAI Galaxy DigiBatTM

El sistema de supervisión de baterías DigiBatTM es una combinación de hardware y software que se instala de forma estándar en los SAI de la gama Galaxy de Schneider Electric y que ofrece las funciones siguientes: • Entrada automática de parámetros de batería • Vida útil de batería optimizada • Protección contra descargas excesivas • Regulación de la tensión flotante de la batería en función de la temperatura • Limitación de la corriente en la batería • Evaluación continua de la potencia disponible, teniendo en cuenta la antigüedad de la batería, la temperatura y el porcentaje de carga • Previsión de la vida útil de la batería • Pruebas periódicas automáticas de la batería, que incluyen una comprobación del circuito de batería, una prueba de circuito abierto, una prueba de descarga parcial, etc. Î DigiBat, ver cap. 5 pág. 34 "Administración de baterías". Schneider Electric

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Almacenamiento de energía (cont.)

Unidad de sensor de entorno Los parámetros de funcionamiento de la batería, en especial la temperatura, afectan a su duración. El sensor de entorno, fácil de instalar y combinado con una tarjeta de Administración de red (SNMP/Web), permite supervisar la temperatura/humedad y el estado de dos contactos a través de SNMP o de la web. Además, en caso necesario, inicia el apagado del equipo.

Detección y prevención de fallos de batería en los SAI Galaxy A pesar de las ventajas de las baterías de plomo ácido selladas, todas las baterías acaban fallando con el tiempo debido simplemente a la antigüedad. Sin una supervisión rigurosa, la verdadera integridad y capacidad de una batería permanece desconocida. Las técnicas de supervisión de baterías influyen profundamente en la confiabilidad, y se pueden utilizar para definir la mejor estrategia de sustitución, lo que tiene como consecuencia un mayor nivel de protección. Schneider Electric ofrece también sistemas de supervisión continua de baterías celda a celda, con software y capacidad de comunicación. Estos sistemas puede implementarlos el usuario o integrarse en la oferta de teleservicios.

Sistema de supervisión de baterías B2000 El sistema B2000 ofrece supervisión continua global de los principales parámetros de las baterías; esto es, tensión, corriente, temperatura y posibles desviaciones detectadas durante los ciclos de carga y descarga. Cuando se superan los niveles de tolerancia, el sistema emite una alarma. También está disponible el registro automático de las descargas, ya sean planificadas o no, para el análisis de los datos. El sistema de supervisión puede ayudar a detectar posibles problemas antes de que la batería falle, por lo que se mejora la disponibilidad de energía del SAI.

Sistema de supervisión de baterías Cellwatch Es posible que un mantenimiento general de las baterías no baste para garantizar su funcionamiento correcto, sobre todo en el caso de aplicaciones de importancia crítica en las que no hay margen de error. Es posible que una celda falle de pronto entre pruebas periódicas (generalmente cada tres meses). Una celda de plomo ácido sellada regulada por válvula puede fallar unos pocos días después de una prueba periódica. La causa son las reacciones químicas que tienen lugar en la celda tras los ciclos de carga y descarga. Estos ciclos tienen lugar aunque el sistema de protección no esté en funcionamiento. Es más, la corrosión puede afectar a todo el sistema de conexión de la fila de baterías, tanto dentro como fuera de la celda. Por tanto, ha sido necesario ir más allá de una simple comprobación de la tensión. En la investigación efectuada se ha averiguado que la resistencia interna o la impedancia de la celda es un buen indicador de su estado, ya que pone de manifiesto tanto su deterioro como posibles problemas físicos. El sistema de supervisión Cellwatch utiliza este método basado en la impedancia para supervisar cada una de las celdas. El método ofrece una supervisión fiable de la vida útil de cada celda.

Sistema de administración de baterías Schneider Electric para SAI SymmetraTM El sistema de administración de baterías Schneider Electric, disponible para SAI de la gama Symmetra de Schneider Electric, garantiza que las baterías queden óptimamente cargadas y listas para su uso. Este sistema de montaje en bastidor (1U), accesible mediante un explorador web, combina la supervisión y comprobación de la batería con el aumento individual de la carga para obtener el máximo rendimiento de esta. La integración en su sistema de administración de edificio preferido o el uso de un explorador web ofrece visibilidad del estado de las baterías. Este sistema permite resolver los problemas de las baterías antes de que afecten a la disponibilidad.

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Interfaz y comunicación hombre-máquina

Interfaz hombre-máquina (HMI)

Características generales La interfaz hombre-máquina del SAI debe ser fácil de usar y multilingüe (adaptable al idioma del usuario). Normalmente se compone de un panel esquemático, un panel de estado y uno control, y una pantalla alfanumérica. Puede que haya un menú de personalización protegido por contraseña para la entrada de parámetros de instalación y el acceso a información detallada.

Ejemplo La HMI suele ofrecer las funciones siguientes. Botones de encendido y apagado • Con retardo para evitar accionarlos por error • Con opción de apagado remoto de emergencia (EPO) • Independiente del resto de la pantalla Indicadores LED de estado que identifican con claridad: • Funcionamiento normal (carga protegida) • Modo de funcionamiento degradado (funcionamiento inadecuado) • Situaciones de peligro para la carga (carga no protegida) • Funcionamiento con alimentación por batería Alarmas • Zumbador de alarma y botón de restablecimiento del zumbador • Advertencia de apagado de la batería • Alarma general • Fallo de la batería Una pantalla que ofrece: • Acceso a mediciones - Alimentación de entrada (tensión, corriente, frecuencia) - Batería (tensión, corrientes de carga y descarga, tiempo de autonomía restante, temperatura) - Salida del inversor (tensión de fase a neutro, corriente, frecuencia, potencia activa y aparente, factor de cresta) • Acceso a registros históricos - Registro que contiene eventos con fecha y hora - Curvas y gráficos de barras de los valores medidos

Comunicación

La alta disponibilidad para aplicaciones críticas exige un equipo de protección con capacidades de comunicación El sistema SAI, esencial en los equipos críticos, debe incluir funciones de comunicación que mantengan a los operadores informados de forma continua, estén donde estén, de los posibles eventos que pongan en peligro la seguridad operativa del sistema, de modo que puedan llevar a cabo acciones inmediatas. Para garantizar la disponibilidad de la alimentación, las funciones de comunicación del SAI ofrecen las cuatro características esenciales siguientes: ) Supervisión de todos los SAI instalados a través de software ) Notificación por red y por Internet ) Apagado controlado (local o remoto, automático o manual) de las aplicaciones protegidas ) Teleservicio a través de módem y línea telefónica con un centro de asistencia

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Interfaz y comunicación hombre-máquina (cont.)

Soluciones de Schneider Electric Tarjetas de comunicación • Tarjeta de administración de red (Ethernet) - Supervisión por web - Notificación por correo electrónico - SNMP MIB y capturas - Protección del servidor mediante módulo de apagado de red - Supervisión con Enterprise Power Manager o ISX Central - Supervisión del entorno mediante sensor de entorno (T°, H%, entradas) • Tarjeta Modbus - Jbus (RS232 y RS485) - Supervisión • Tarjeta de teleservicio (módem) - Alertas - Supervisión - Diagnóstico - Informes • Tarjeta de relés (contactos) - Indicaciones

Software de administración • Enterprise Power Manager e ISX Central (software y servidor) Soluciones de software para administrar todos los SAI instalados a través de redes IP, compatibles con web y accesibles desde cualquier explorador web. • Kits de integración NMS (sistema de administración de red) Integración en NMS como HP OpenView, IBM Tivoli, CA Unicenter, etc. • Módulo de apagado de red - Módulo de software para el apagado seguro del sistema.

Fig. 1.40. Las tarjetas de comunicaciones con software de supervisión ofrecen una amplia gama de funciones.

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Trabajos preliminares

Consideraciones sobre la instalación

Estos son los principales elementos que hay que tener en cuenta para la instalación de SAI: • Planes para modificaciones de la instalación, trabajos preliminares (sobre todo para una sala de baterías), teniendo en cuenta: - Las dimensiones del equipo - Las condiciones de funcionamiento y mantenimiento (accesibilidad, espacios libres, etc.) - Condiciones de temperatura que deben respetarse - Consideraciones de seguridad - Normas y regulaciones aplicables • - Ventilación o acondicionamiento de aire de las salas • Creación de una sala da baterías

Dimensiones La distribución de los armarios de SAI debe seguir planes precisos. Las características físicas de los SAI de Schneider Electric que se pueden utilizar para preparar tales planes se presentan en el capítulo 4. Para cada gama, se indican: • El peso y las dimensiones de: - SAI y armarios centralizados-de derivación - Armarios de baterías - Posibles armarios auxiliares (autotransformadores, transformadores, filtros, etc.) • Espacios libres mínimos necesarios para garantizar una ventilación óptima de los armarios y un acceso suficiente.

Ventilación, aire acondicionado Requisitos de ventilación Los SAI están diseñados para funcionar en un intervalo de temperaturas determinado (de 0 a 40 °C para los SAI de Schneider Electric ), suficiente para la mayor parte de condiciones de funcionamiento sin necesidad de modificaciones. Sin embargo, los SAI y su equipo auxiliar producen pérdidas de calor que, si no se toman medidas, pueden incrementar la temperatura de las salas mal ventiladas. Asimismo, la vida útil de una batería depende en gran medida de la temperatura ambiente. La vida útil es óptima para temperaturas de entre 15 ° C y 25 ° C. Este factor se debe tener en cuenta si la batería se instala en la misma sala que el SAI. Otro factor que se debe tener en cuenta es el hecho de que los SAI pueden estar instalados en la misma sala que el equipo informático, que suele tener requisitos más estrictos en lo que respecta a los intervalos de temperatura de funcionamiento.

Selección del tipo de ventilación Por las razones expuestas, se requiere una mínima ventilación, y aire acondicionado si procede, para evitar cualquier riesgo de exceso de temperatura en la sala debido a pérdidas de calor. El método de ventilación puede ser: • Convección natural • Intercambio forzado mediante un sistema de ventilación • Instalación de una unidad de aire acondicionado La selección depende de: • Las pérdidas de calor que deben evacuarse • El tamaño de la sala Las características térmicas de los SAI de Schneider Electric se indican en el capítulo 4 y se pueden utilizar para el cálculo de las necesidades de ventilación. Para cada gama, se indican: • Las pérdidas de calor de los armarios y de los posibles filtros instalados • El volumen de salida de aire de un sistema de ventilación

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Nivel de protección IP y nivel de ruido Nivel de protección (IP)

Los SAI deben operar en un entorno compatible con su nivel de protección (IP 20 para los SAI de Schneider Electric), definido por la norma IEC 60529/EN 60529. Se debe evitar la presencia de polvo, agua y sustancias corrosivas.

Nivel de ruido Los SAI deben generar un nivel bajo de ruido, adecuado a la sala en la que están instalados. Las condiciones de medida para el nivel de ruido indicado por el fabricante deben cumplir la norma ISO 3746 (medición de ruido).

Sala de baterías

Si es posible y si se desea, las baterías deben instalarse en un armario. Las dimensiones del armario de batería se indican para cada gama de SAI, y dependen de la potencia nominal. Sin embargo, para los SAI de muy alta potencia, las baterías se suelen instalar en salas especiales (sala eléctrica). Las baterías deben instalarse conforme a las normas internacionales, a las regulaciones locales y a la norma IEC 60364.

Método de instalación de baterías Los criterios que determinan el método de instalación de las baterías son los siguientes: • Espacio disponible • Peso que puede soportar el suelo (kg/m2) • Facilidad de acceso y mantenimiento Se utilizan los tres métodos siguientes:

Batería instalada directamente en el suelo Esta es la disposición más simple. Sin embargo, requiere de una sala de baterías grande, debido a: • El gran espacio ocupado por una batería • El pavimento aislado (flotante), obligatorio si la tensión supera los 150 voltios

Batería en bastidor Las celdas de la batería se instalan separadas del suelo, en varios niveles. Para determinar la altura entre bastidores, se debe tener en cuenta el espacio necesario para comprobar los niveles de las baterías y rellenar las celdas con facilidad. Se recomienda una altura mínima de 450 mm.

Batería en pisos Este método de instalación es similar al anterior, y es el más cómodo para comprobar los niveles de las baterías.

Características de las salas de baterías Sea cual sea el método seleccionado, la instalación de la batería debe cumplir los requisitos siguientes (los números indican los elementos que se muestran en la Figura 1.40).

Suelo y paredes (1)

• El suelo debe estar inclinado hacia un sumidero de evacuación conectado con un depósito. • El suelo y las paredes deben tener una capa de protección antiácido, hasta una altura mínima de 0,5 metros. Por ejemplo, puede ser asfalto para baterías de plomo ácido, y PVC o pintura con base de cloro para baterías alcalinas.

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Ventilación (2)

• Cálculo del flujo de aire El volumen de aire que se debe evacuar depende de la máxima corriente de carga y del tipo de batería. En instalaciones con más de una batería, la cantidad de aire que se debe evacuar es acumulativa. - Baterías ventiladas d = 0,05 x N x Im, donde d: caudal en metros cúbicos por hora N: número de celdas de batería Im: corriente de carga máxima en amperios - Batería sellada Las condiciones de ventilación en una sala de uso general son suficientes. • Seguridad En caso de fallo del sistema de ventilación, un dispositivo automático debe detener la carga de las baterías. • Ubicación Se debe extraer el aire de la parte superior de la sala de baterías.

Disposición de las celdas (3) La disposición debe impedir el contacto simultáneo con dos partes descubiertas que presenten una tensión mayor o igual a 150 V. Si no se puede cumplir esta condición, se deben instalar protectores de terminales y las conexiones se deben efectuar mediante cables aislados.

Suelo técnico (4) Si la tensión supera los 150 V, se requiere un suelo especial. Debe ofrecer seguridad, estar aislado del suelo propiamente dicho y ofrecer una pasarela de al menos un metro alrededor de la batería.

Conexión de la batería (5) Las conexiones deben ser lo más cortas posible.

Disyuntor de protección de la batería (6) El disyuntor se suele instalar en un armario de montaje en pared.

Equipo antiincendios (7) Los extintores autorizados son los de fuegos eléctricos, CO2 o arena.

Equipo de seguridad (8) El equipo de seguridad debe incluir gafas protectoras, guantes y una fuente de agua.

Equipo de inspección (9) • Higrómetro • Dispositivo de llenado • Termómetro

Sensores (10)

• Detector de hidrógeno • Sensor de temperatura

Fig. 1.41. Disposición de la sala de baterías Schneider Electric

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