¿Qué es, Para que sirven los UPS, que tipos de UPS hay? , ¿Qué son huecos de tensión y cortes?

Lo primero de todo, se debe comenzar explicando que las siglas UPS hacen referencia al término “Uninterruptible Power Supply”, también llamado en español SAI o “Sistema de Alimentación Ininterrumpido”.

En palabras sencillas, una UPS o SAI es un dispositivo que, gracias a sus baterías, permite mantener constante el suministro de alimentación eléctrica cuando hay un fallo por alguna anomalía en la red. Sirve, por tanto, para proteger los dispositivos que estén conectados a la red eléctrica y mantenerlos en funcionamiento. Las UPS también pueden servir como filtro, corrigiendo y mejorando la calidad de la energía eléctrica que llega a las cargas. Este servicio lo hace filtrando las subidas y bajadas de tensión y la frecuencia, incluso determinado tipo de UPS elimina armónicos. En pocas palabras, proporciona a los equipos energía limpia y estable además de un seguro contra “apagones”.

En resumen, se puede decir que una de las principales funciones que tiene una UPS es la de suministrar energía eléctrica acumulada en sus baterías cuando se producen cortes de suministro eléctrico, impidiendo así posibles averías de los equipos conectados al evitar que se apaguen repentinamente. Aunque esta no es la única función, ya que la mayoría de los sistemas de alimentación ininterrumpida disponen además de un regulador de tensión lo que garantiza una estabilidad en la corriente de salida para lograr una alimentación más constante y esto ayuda a extender la vida útil de los dispositivos conectados al UPS.

¿Para qué se necesita una UPS?

Lo ideal sería disponer de un suministro eléctrico de máxima calidad y que asegurase disponibilidad permanente y una forma de onda perfectamente senoidal. Pero, en la realidad son muchos los factores que hacen que esto no sea posible; desde fenómenos externos, como averías en las compañías suministradoras, fenómenos meteorológicos (rayos, tormentas, viento, etc.), hasta fenómenos internos provocados por los propios usuarios, como conexión y desconexión de cargas, accidentes, fallos en equipos, armónicos, ruidos u otras perturbaciones producidas por equipos conectados en nuestra propia instalación que distorsionan la calidad de la red. Estos factores hacen que la electricidad que fluye por las instalaciones no sea constante, pues la corriente puede tener valores por debajo y por encima de los ideales o establecidos que hacen disminuir la calidad del suministro eléctrico o incluso pueden llegar a provocar un corte o apagón, lo que puede llegar a ocasionar daños en los aparatos eléctricos o equipos electrónicos conectados a la corriente.

Para evitar esto, la única protección que garantiza la máxima seguridad ante los cortes de electricidad sin interrupciones o protección frente alteraciones del suministro eléctrico es disponer de un UPS, el cual asegurará un suministro constante y de calidad, filtrando y regulando picos o ruido y protegiendo y asegurando la continuidad del servicio en caso de que se produjera algún apagón eléctrico.

Hoy en día, al ritmo que vivimos y lo dependientes que somos de los procesos industrializados e informatizados, cualquier corte de suministro eléctrico, por pequeño que este sea, puede provocar grandes trastornos o incluso perdidas en una empresa.

Por ejemplo, en una fábrica donde se produjera un simple micro corte o una perturbación de la red provocaría la parada del proceso de producción; pero el problema no solo radicaría en esa parada, sino que además también podría verse afectada y dañada la electrónica de muchas máquinas, no pudiendo reanudar su trabajo una vez restablecido el suministro eléctrico hasta que se hayan reparado. Esto supondría un gran problema económico para la empresa debido al posible aumento de merma de la materia prima, retraso en las entregas al cliente, etc.

Estos mismos problemas pueden extrapolarse a cualquier empresa o negocio hoy en día, ya que todas las gestiones, programas, maquinarias, sistemas de cobro, producción, etc, están informatizados.

Los equipos electrónicos e informáticos necesitan una corriente continua y estable para poder funcionar, por lo que resultan los más afectados por la pérdida del suministro eléctrico repentino o las perturbaciones en la red. Esto se debe a que los sistemas operativos informáticos son complejos y deben pasar por una «secuencia de apagado» para asegurarse de que finalizan todos los procesos en ejecución antes de poder apagar el equipo, una pérdida repentina de electricidad interrumpirá esta secuencia y puede dejar procesos «a medio terminar», por lo que existe la posibilidad de corrupción de archivos dañando así el sistema operativo. Incluso si se tiene suerte y durante el corte eléctrico no se ha dañado ningún archivo de sistema y el equipo arranca con normalidad, puede que se hayan perdido otros archivos que se estuvieran utilizando en ese momento.

De este modo, una UPS ofrece un margen de maniobra para poder realizar el apagado controlado de los equipos informáticos y evitar que se dañe o que se queden procesos a medias, además puede otorgar el tiempo necesario para reparar el automático que ha saltado en el cuadro de luz.

Como se puede observar, los cortes de suministro eléctrico en empresas pueden ser fatídicos, y no sólo en la producción o en el desarrollo de los productos o servicios, sino también en averías de equipos informáticos o maquinaria que luego tienen un alto coste de reparación o sustitución.

Las UPS o SAI son los únicos elementos que pueden garantizar la continuidad de servicio ininterrumpido cuando se produce un fallo del suministro eléctrico, pero, lamentablemente, estos equipos tienen un tiempo de funcionamiento limitado.

¿Qué equipos se benefician de una UPS?

Las UPS pueden ser utilizadas sobre todo para aquellos equipos o sistemas críticos en los que un apagado repentino suponga una pérdida de información y continuidad de un proceso industrializado o de producción. Aunque principalmente se asocian y utilizan para dar continuidad a Centros de Proceso de Datos ya sean convencionales, microdatacenters o containers, y en equipos informáticos en general. También son necesarios en otras muchas actividades, como en los sistemas de seguridad y vigilancia, por ejemplo, para los sistemas de CCTV donde si se produce un apagón las cámaras y equipos de grabación dejarían de funcionar dejando totalmente vulnerables las instalaciones a las que supuestamente están protegiendo.

Como ya se ha indicado, las UPS son dispositivos que se utilizan para proporcionar protección contra problemas eléctricos y cortes de corriente, por lo que cualquier elemento eléctrico o electrónico, puede verse beneficiado por una UPS.

¿Cuánto tiempo puedo mantener mis equipos sin servicio de red con una UPS?

Como se ha comentado anteriormente, las UPS disponen de baterías encargadas de suministrar la energía que se ha ido almacenando en ellas a los dispositivos conectados al UPS cuando se produce el corte del suministro de la red. El tiempo que las baterías de la UPS son capaces de mantener el suministro eléctrico se denomina “Tiempo de autonomía de la UPS” y es variable dependiendo del modelo, capacidad de suministro, carga conectada, etc.

Durante ese tiempo se debe aprovechar para grabar, ordenar y apagar adecuadamente los dispositivos conectados. Es recomendable no apurar el tiempo de autonomía del UPS al máximo cuando se lleva a cabo estas tareas, ya que si se termina por agotar la energía de las baterías el UPS también sufriría un apagón.

Si fuera necesario aumentar el tiempo de autonomía del UPS se deberá aumentar el número de baterías, aunque este siempre tendrá una limitación. Por lo que para aquellos casos en los que bajo ningún concepto la instalación puede quedarse sin suministro eléctrico, será recomendable disponer, además del UPS, de una segunda fuente de alimentación eléctrica auxiliar, como por ejemplo un grupo electrógeno, y utilizar el UPS para evitar un paso por cero durante las transferencias Red/Grupo y viceversa.

¿Cuántos tipos de UPS existen según su tecnología?

Existen 3 tipos de UPS según su tecnología Off Line, Línea interactiva y On Line y se diferencian según el nivel de protección que ofrecen.

Según la norma EN 62040-3 las UPS se clasifican en 3 categorías:

VFD (Voltage and Frequency Dependent): se trata de la UPS en el cual la salida depende de la variación de la tensión de alimentación (red) y de las variaciones de frecuencia.

VI (Voltage Independent): se trata de la UPS en la cual las variaciones de la tensión de alimentación son estabilizadas por dispositivos de regulación electrónicos/pasivos dentro de los límites del funcionamiento normal.

VFI (Voltage and Frequency Independent): se trata de la UPS en el cual la salida es independiente de las variaciones de la tensión de alimentación (red) y las variaciones de frecuencia son controladas dentro de los límites prescritos por la norma IEC EN 61000-2-2.

Características y clasificaciones de las UPS:

UPS off line

Las UPS Off line, también conocidas como Standby, son UPS de tecnología VFD y se caracterizan por presentar en modo red la tensión y frecuencia en la salida igual a la de la red eléctrica, es decir que alimentan a los equipos conectados a ellas directamente de la red, por lo que la potencia es transferida directamente de la red de entrada a la salida. Y solo a falta de red eléctrica o de una variación de la tensión o frecuencia fuera de los niveles seguros especificados, el inversor entra en operación alimentando a través de las baterías internas los equipos conectados en la salida.

Cuando esto sucede el interruptor de trasferencia conmuta la carga hacia el inversor fuente de batería. Esta conmutación tiene un tiempo de trasferencia en torno a los 5 milisegundo, lo que lo hace imperceptible para la mayoría de los equipos electrónicos. En estos equipos el inversor solo se activa cuando se produce un fallo en la alimentación, de ahí su nombre de Standby (espera).

Este tipo de equipos no mantienen en su salida constante ni la tensión ni la frecuencia. Éstas serán la de la red de entrada. Por lo que son las más económicas, de baja potencia para cargas normalmente por debajo de los 750 VA y se suelen utilizar para proteger elementos individuales como PCs, por lo que son Ideales para uso doméstico.

UPS Línea Interactiva

Las UPS de Línea Interactiva son UPS de tecnología VI, las cuales también alimentan a los equipos conectados a ellas directamente de la red, pero incorporan un estabilizador automático de tensión que regula las fluctuaciones de la red donde la tensión de salida es corregida a un valor seguro si la tensión de entrada varía con valores que puedan perjudicar a los equipos conectados es decir que entre la entrada y la salida del UPS hay un estabilizador de tensión basado en un transformador responsable de corregir la tensión de salida.

Esta regulación del voltaje es una característica importante cuando existen condiciones de bajo voltaje en la instalación, ya que al disponer de esta regulación la UPS evita el uso frecuente de las baterías, lo que podría causar un deterioro prematuro de estas y por lo tanto un fallo del sistema. Aunque hay que indicar que en esta tecnología la frecuencia en la salida es igual a la de la red eléctrica, dependiendo de la frecuencia de entrada, por lo que estos equipos no corrigen la frecuencia.

Las UPS de línea interactiva son equipos mejorados con respecto las UPS Standby y se suelen utilizar en pequeñas oficinas o pequeños negocios para potencias no superiores a los 3kVA.

UPS On Line doble conversión

Este tipo de UPS son de tecnología VFI y son las que mejores prestaciones tienen según la clasificación de la norma EN 62040-3, por lo que son las más seguras y profesionales, además de que se caracterizan por ser capaces de mantener la tensión y la frecuencia constantes en su salida, independientemente de la entrada (siempre dentro de un rango de variabilidad límite).

Una UPS on line doble conversión toma la onda de tensión de la entrada, mediante el inversor la pasa a corriente continua y, posteriormente, mediante un rectificador vuelve a generar una onda de tensión adecuada en valor y frecuencia a la carga crítica. Además, dispone de un sistema de baterías que en caso de fallo de Red alimentarán el rectificador, pudiendo así mantener la carga durante el tiempo de autonomía de las mismas.

Los UPS On Line disponen de un by-pass estático que entra en funcionamiento cuando se produce algún problema interno en el equipo y no es capaz de mantener la salida estable, manteniendo de esta foma la continuidad de servicio de las cargas conectadas a ella, aunque con el suministro directo de red sin ningún tipo de filtro o regulación de esta. Por otro lado, hay que indicar que también pasará a by-pass en caso de sobrecarga del SAI, derivación o cortocircuito en la salida.

Las UPS On Line doble conversión son equipos de alta fiabilidad, por lo que son requeridos en grandes empresas e instalaciones del sector profesional y están generalmente destinadas a proteger servidores, equipos informáticos, industriales o cualquier instalación que por su importancia o criticidad necesite la seguridad de no verse afectada por problemas derivados de la red eléctrica, en general instalaciones informáticas críticas o imprescindibles, principalmente se utilizan para la protección de Centro de Procesos de Datos.

¿Qué es la arquitectura centralizada o distribuida en una instalación de una UPS?

El diseño a la hora de proteger las cargas críticas de una instalación mediante un sistema de UPS se basa principalmente en dos arquitecturas: la arquitectura distribuida y la arquitectura centralizada. Aunque ambas sirven para cumplir el mismo propósito, lo llevan a cabo de diferente manera.

Arquitectura distribuida

La arquitectura distribuida está compuesta principalmente por varias UPS pequeñas monofásicas para proteger diferentes cargas puntuales y se usa generalmente en los casos que la aplicación que se debe proteger no es especialmente crítica, en aquellos lugares donde se encuentran con problemas logísticos o cuando la distribución de las cargas dificulta implementar esquemas más complejos y menos costosos.

Arquitectura centralizada

La arquitectura centralizada utiliza principalmente un UPS trifásico de gran potencia que permite proteger todo el sistema de cargas de forma simultánea con un único equipo, consiguiendo una mayor eficiencia.

Este sistema centralizado presenta muchas más ventajas que el sistema distribuido, principalmente en grandes instalaciones, aunque, ciertamente, al utilizar un único UPS puede constituir un único punto de fallo, por lo que en estos casos se hace recomendable la utilización de otro sistema de UPS de respaldo o redundante.

La implementación de un sistema de redundancia, principalmente en UPS de gran potencia, supone un coste elevado además de una gran superficie de ocupación, por lo que para estos casos una de las soluciones posibles es la utilización de UPS Modulares. Se trata principalmente de un sistema hibrido, ya que son UPS que disponen de varias UPS independientes o módulos de potencia en un mismo chasis.

En este artículo puedes adquirir más información para conocer cuáles son las diferencias entre una UPS Fija y una UPS Modular. En muchas instalaciones, principalmente en grandes empresas donde cuentan con una gran cantidad y variedad de cargas a proteger se emplean ambos tipos de arquitecturas, tanto distribuidas para pequeños equipos o cargas menos críticas, como centralizadas para la protección de datos informáticos dentro del Data Center.

¿Cuáles son los problemas de suministro eléctrico?

La baja calidad del suministro eléctrico es uno de los principales problemas que tienen como consecuencia la pérdida de datos. Cuando se habla de problemas de esta índole se debe abarcar entre los más significativos huecos de tensión y cortes, sobretensiones, variaciones de frecuencia, armónicos y desequilibrio de tensión.

Todos estos sucesos en la red provocan daños y reducen la vida útil de los equipos y componentes informáticos, así como pérdidas de datos.

¿Qué son huecos de tensión y cortes?

La tensión nominal debe tener un valor eficaz de 230 V entre fase y neutro y 400 V entre fases. Se admiten variaciones de un ±10% durante el 95% del tiempo y hasta +10/-15% durante el 100%.

Un hueco de tensión es una bajada súbita de la tensión en un punto de una red de energía eléctrica, hasta un valor comprendido (por convenio) entre el 90% y el 1% (CENELEC EN 50160), seguida de un restablecimiento de la tensión de red después de un corto lapso de tiempo comprendido entre 100 y 1000 ms.

¿Qué problemas puede provocar? Pérdidas de datos, daños en archivos, errores de funcionamiento en periféricos de los equipos, daños también en sus componentes y reducir su vida útil.

¿Qué es una sobretensión?

La sobretensión es un valor anormal de la tensión, siendo los más habituales por exceso, pero también pueden ser por defecto (subtensión) aunque no suelan ser tan habituales. Las sobretensiones se producen de forma esporádica pudiendo alcanzar hasta varios kV de valor de cresta en tiempos de milisegundos o incluso microsegundos.

Una instalación puede encontrarse con tres tipos de sobretensiones:

• Temporales, a frecuencia industrial
• De maniobra
• De origen atmosférico (rayo)

Y estas a su vez, pueden presentarse de dos modos:

• En modo diferencial: entre conductores activos fase/fase o fase/neutro
• En modo común: entre conductores activos y la masa o la tierra

Las sobretensiones pueden provocar daños en el hardware de los equipos informáticos, lo que conllevaría provocar la pérdida de datos. Las UPS en conjunto con soluciones como descargadores de sobretensiones podrán ayudar a los centros de datos que las tengan a controlar estos defectos.

¿Variación de frecuencia?

Para que la UPS funcione correctamente y con normalidad, la frecuencia ha de ser de 50 Hz con variaciones inferiores al ±2% durante el 95% del tiempo y hasta ±15% durante el 100%.

Aunque existen diferentes tecnologías de UPS, las de tipo online doble conversión mantienen la frecuencia constante en condiciones adecuadas para el consumo de los equipos, evitando así los problemas que ocasionan las variaciones de frecuencia.

¿Qué son los armónicos?

Toda función periódica (de frecuencia f) se puede descomponer en una suma de senoides de frecuencia h x f (h: entero); h se llama orden o rango del armónico (h > 1). La componente de primer orden es la componente fundamental.

La tasa de distorsión armónica (THD: Total Harmonic Distortion) da una medida de la deformación de la señal.

Los armónicos proceden principalmente de cargas no lineales cuya característica es absorber una corriente que no tiene la misma forma que la tensión que los alimenta. Estas corrientes armónicas de altas frecuencias pueden generar graves problemas en el funcionamiento habitual de las instalaciones, calentamientos, disparos intempestivos, errores en equipos informáticos.

En este sentido, las UPS han evolucionado bastante generando TDHi < 3% en los equipos online doble conversión de alta gama.

Las corrientes armónicas pueden transmitirse por las redes de tierras, reinyectarse por bajas impedancias y generar problemas en partes de la instalación que, a priori, no tienen nada que ver con la zona de generación de armónicos.

¿Qué es un desequilibrio de tensión?

El desequilibrio de tensión se produce, bien cuando los valores eficaces de las fases no son los mismos o bien cuando existe un desfase excesivo entre ellas. Establece como límite que el 95% de los valores eficaces calculados en 10 minutos de la componente inversa de la tensión debe situarse entre el 0 y el 2% de la componente directa.

El objeto de esta norma es definir y describir los valores que caracterizan la tensión de alimentación suministrada:

• Frecuencia
• Amplitud
• Forma de onda
• Simetría

Estas características están sujetas a variaciones debidas a:

• Modificación de carga de la red
• Perturbaciones emitidas por ciertos equipos
• Defectos debidos a causas externas

La elección del mejor sistema de UPS para implementar en el Data Center de la empresa o entidad estará motivada por diversas circunstancias, pero es imprescindible contar con ingenieros y técnicos especializados que puedan valorar la actual situación del CPD y sus posibles necesidades en el futuro.

Para paliar en gran medida los problemas de suministro de energía comentados en el texto superior, no solo debe seleccionarse la UPS más adecuada sino que se deberá contemplar un conjunto de soluciones técnicas asociadas a la misma que aseguren el correcto funcionamiento del centro de datos.

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Autor: Ing. Daniel Mármol

Bibliografia