Dispositivos de proteccion de informacion contenida en aparatos alimentados con corriente alterna

1. FUSIBLES: 
Protegen el equipo, se calculan al 80% de la capacidad del cable.

2. DISYUNTORES: 
Protegen el cable y el equipo, se calculan al 80% de la capacidad del cable, son de disparo automático. Al ocurrir un corto circuito o cuando la carga sobrepase su capacidad, automáticamente interrumpe el paso de corriente en el circuito.

3. TOMA CORRIENTES: 
Normalmente son de 15 amperios. Los hay:

1. El que tiene únicamente dos contactos una más grande (-) y otra más pequeña (+).
2. Los que tienen además un tercer contacto semicircular en donde se conecta la tierra, que hace contacto con el chasis de la máquina, existen de dos tipos:

2.1 TIpo Hospital
2.2.De falla a tierra, en estos la tierra está totalmente aislada del neutro y del chasis del tomacorriente.

4. REGLETAS:  
Son simples extensiones con tomacorrientes, prácticamente no protegen ni el cable ni el equipo.

5. REGULADORES: 
Los hay:

1. De voltaje para sobretensión y bajovoltaje y
2. Los de frecuencia.

6. SUPRESORES DE PICOS Y TRANSIENTES: 
Los hay para instalar en tomacorrientes y en las acometidas de los tableros de distribución eléctrica, protegen el equipo instalado de armónicos. Su funcionamiento se basa en que cuentan con varistores que se activan al notar una súbita subida de tensión, con filtros y transistores de avalancha para evacuar la sobrecarga, lo que permite un rastreo de toda la onda en todo momento. 

7. U.P.S. UNIDADES ININTERRUMPIBLES DE ENERGÍA: 
Son dispositivos compuestos por una alimentación de corriente AC, una batería, un cargador de batería, un inversor de corriente, un regulador de corriente, un estabilizador y otros elementos. Existen tres tipos fundamentales:
1. Las fuera dé línea (off line),
2. Las de línea interactiva (interactiv line),
3. Las que funcionan en línea (on line).

8. VARILLAS: 
Electrodos de cobre, normalmente tienen una longitud de 1,5 m y un diámetro de 15 mm2, la calidad de la tierra esta regulada en 25 ohmios, no obstante para equipo de computo debe estar en cero ohmios.

9. BANCOS DE TIERRA:
Son un conjunto de tierras instalas en triángulo equilátero de 3m de lado unidas por cable bien sujeto por gasas, cuando una varilla no funciona bien se le puede instalar un sifón de MEJORAMIENTO DE TIERRA.

10. PARARRAYOS:
Artificio metálico de uno o más. Varillas de hierro unidas entre si por un conductor metálico y con una tierra húmeda y profunda (puede ser el agua), que se coloca sobre los edificios y los buques. Los más comunes son las Puntas Franklin que consiste en una serie de varillas de aproximadamente 25 cm que se instalan a manera de corona en la parte superior de los edificios unidos por un cable especial trenzado desnuda de cobre, la corona resultante se aterriza en varios puntos de la estructura a proteger usando ese mismo tipo de cable y varillas de tierra especiales para pararrayos, las mismas son de 3m y de cobre puro.
Los pararrayos ionizantes son de fabricación francesa se está popularizando mucho actualmente, su principio básico de funcionamiento consiste en que genera un radio de acción alrededor de una única punta a manera de sombrilla invisible, los iones libres en el ambiente funciona a manera de conductor por donde el rayo es dirigido a la punta de pararrayos, su efectividad está probada y su única desventaja es su alto costo. 

  


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Estabilizadores de voltaje

INTRODUCCION 
La red de distribución de baja tensión presentaría, en ausencia de usuarios (carga), una onda de tensión de calidad que solo se vería perturbada ocasionalmente, por fallas en las líneas y centros de transformación, maniobras y descargas eléctricas atmosféricas principalmente. 

Los usuarios al conectar cargas de diversos tipos y magnitudes someten  a la red a la influencia de éstas que puedan alterar la onda de tensión con caídas permanentes o transitorias excesivas, sobrecorrientes en las partidas y sobretensiones en las paradas e inyección de armónicas, entre otras perturbaciones.

Si bien puede que los equipos particulares de una instalación operen correctamente, las alteraciones o anomalías que estos producen pueden afectar o dañar los consumos y cargas de una instalación vecina conectada al mismo alimentador o empalme. Por lo cual cada usuario debería evaluar las características de la energía de alimentación requerida para sus consumos, protegiéndose de acuerdo con los requerimientos particulares de su carga crítica.

Además las cargas pueden averiarse por consumos anómalos cortocircuitos externos que deben ser aislados de su sistema de alimentación.

Las perturbaciones de red de corriente eléctrica pueden clasificarse por la permanencia de su origen en dos categorías:

• Perturbaciones aleatorias

Son "fenómenos aleatorios pasajeros que tienen su origen en los elementos que constituyen la red, líneas, transformadores, cables, etc. o en la propia instalación del abonado. La consecuencia típica de estas perturbaciones es la de provocar una caída de tensión transitoria y en ocasiones un corte más o menos prolongado en determinadas zonas de la red".

• Perturbaciones estacionarias

Son "fenómenos de carácter permanente, o que se extiende a lapsos de tiempo bien definido. Estas perturbaciones tienen, en su mayoría, origen en el funcionamiento de ciertos equipos localizados normalmente en la instalación del abonado".

La calidad es decir, la constancia de sus características y aproximación a los valores nominales de la red y su seguridad de funcionamiento son muy variables de un país a otro y aún dentro de un mismo país o región, por lo cual una adecuada protección diferirá de un punto a otro.

 
ESTABILlZADORES DE VOLTAJE Y ACONDICIONADORES DE LINEA
Los estabilizadores de tensión son equipos cuya función es mantener un voltaje de salida estable mientras la tensión de entrada este dentro del rango de trabajo de la unidad, generalmente V. nominal +/- 15%. Para aumentar el nivel de protección hacia la carga, algunos equipos incorporan elementos adicionales tales como, protección de sobre/bajo voltaje de salida, filtro de línea o Supresor de transientes (transitorios), los cuales permiten reducir o eliminar otras anomalías o interferencias de las redes eléctricas comerciales.

En situaciones donde el potencial entre Neutro y Tierra es elevado o existe un nivel muy alto de interferencias (ruido o transitorios), se les incorpora un transformador de Aislamiento de relación 1:1 con blindaje conectado a tierra (pantalla), transformándose el equipo en un Acondicionador de Línea, asegurando una alimentación limpia y estable necesaria en cualquier proceso sensible.

 
TIPOS DE ESTABILIZADORES.
De acuerdo con la tecnología empleada para la regulación de la tensión, existen distintos tipos de Estabilizadores:

• Servo Electrónico: Son equipos clásicos y robustos formados por un autotransformador variable (tipo variac) con una toma de salida deslizable sobre el devanado mediante un carbón motorizado y controlado por un circuito electrónico que mantiene constante la tensión de salida. Por sus características de construcción ofrecen gran precisión en la tensión de salida, típico +/- 1% además de soportar sobrecargas y corrientes de partidas elevadas en la carga.
• Electrónicos: Son equipos que basan su principio de operación en un autotransformador con tomas múltiples conectadas cada una a un SCR o Triac, los cuales operan como conmutador estático controlados por una electrónica que selecciona el semiconductor adecuado para mantener la regulación deseada. Por ser equipos 100% de estado sólido presentan excelente tiempo de respuesta frente a variaciones de bruscas de tensión en la entrada o cambios de carga.
• Ferroresonante: Llamados así porque establecen una resonancia entre un condensador y una bobina en paralelo obtenida por saturación del entre hierro de un transformador. La capacidad del condensador permite además a estos equipos eliminar microcortes y ruido eléctrico. Por su construcción la salida está galvánicamente aislada de la entrada, lo que otorga excelente prestaciones para atenuar interferencias de la línea de alimentación.
• Estabilizador a Relé: Su principio de operación es similar a los equipos electrónicos pero en los cuales la conmutación (regulación) se efectúa por medio de un Relé con lo cual se producen microcortes de hasta 10 ms. en cada paso de regulación. Se emplean para aplicaciones donde no se requiere mucha precisión ni velocidad de respuesta. 

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DISTURBIOS ELECTRICOS, CAUSAS, SINTOMAS y SOLUCIONES

1. BAJOVOLTAJE (sags). Es un problema de REGULACION, tiempo de duración mayor a 0.15 seg.

• CAUSAS: Se originan en cortocircuito, voltajes, insuficiente y racionamiento eléctrico (brown-outs), también al momento de conectar una carga muy grande en un circuito tales como motores y elevadores, cambios en la fuente de abastecimiento de energía.
• SINTOMAS: Daños en los equipos, pérdida de datos e información.
• SOLUCION: Reguladores de voltaje, U.P.S.

2. SOBREVOLTAJE (Surges and swells). Es un problema de REGULACION, tiempo de duración mayor a 0.15 seg.

• CAUSAS: se origina en, cortocircuito, voltajes permanentemente altos y como resultado de una rápida reducción en la carga asociada a un circuito tales como el encendido de motores y elevadores, cambios de abastecimiento de energía.
• SINTOMAS: Equipo dañado, pérdida de datos e información.
• SOLUCION: Reguladores de voltaje, D.P.S.

3. TRANSITORIOS (transient) y Picos (spike). Son subidas de tensión breves y fuertes, generalmente con una duración no mayor de uno o dos ciclos, < 0.016 seg. Los transitorios son más peligrosos que los picos porque llevan más energía y duran más tiempo.

• CAUSAS: Descargas atmosféricas, cambios de abastecimiento de energía, funcionamiento de motores y elevadores.
• SINTOMAS: Corrupción en los datos, errores de procesamiento, errores en la transferencia de datos, pérdidas de datos e información. Ocasiona daños en los equipos, afecta teclados, ratones, monitores y en general la electrónica de la máquina.
• SOLUCION: supresores de picos.

4. APAGONES (outage or blackout). Falta de electricidad, técnicamente se describe como la ausencia de electricidad por un tiempo de medio ciclo o más.
 

• CAUSAS: Falta de generación o transformación de energía, sobrecarga en la línea (fusibles y disyuntores), accidentes, fallas en los equipos.
• SINTOMAS: Fusibles quemados, disyuntores disparados, desconexión de equipo, pérdida de información, caídas abruptas de redes, daños en las bases de datos y en las aplicaciones.    
• SOLUCION: Generadores, UPS, plantas eléctricas.

5. RUIDO (noise). Los de RFI (radio frecuency interferency) y EMI (electro magnetic interference) transmitidos por la línea AC, también el que se da entre neutro y tierra.

• CAUSAS: La operación normal de las computadoras, señales de radio "RFI" , televisión y microonda. Campos electromagnéticos "EMI", equipo de soldadura, acondicionadores de aire, calentadores.
• SINTOMAS: Transmisión incorrecta de los datos, nieve en monitores, errores de monitor e impresora, bloqueo de teclados, caída de programas y aplicaciones, corrupción de los datos en discos duros, daños en la fuente de poder de las computadoras.
• SOLUCIONES: transformadores aisladores, filtros de línea, pantallas de protección aterrizadas.

6. DISTORCION DE LA ONDA (waveform distortion). La más común son LAS ARMONICAS, que es una distorsión de voltaje y son múltiplos naturales de la onda fundamental (60 Hz), la quinta y la sétima son las más comunes.

• CAUSAS: Cargas lineales, generadores de respaldo, cambios de abastecimiento de energía, Motores de varias velocidades, balastros.
• SINTOMAS: Errores en la transmisión de datos, equipo dañado, alta corriente en el neutro.
• SOLUCION: Aumentar el tamaño del transformador, usar transformadores de aislamiento (de factor "K") que tienen mayor contenido de cobre, los hay factor 1, 4, 9,13,19 etc., filtros (capacitores) de línea.

7. VARIACION DE FRECUENCIA (frecuency variations). Desviación de la onda senoidal.

• CAUSAS: Se originan en generadores de respaldo (plantas); raramente en el suministro normal de energía, muchas UPS no pueden manejar problemas de frecuencia.
• SINTOMAS: Puede causar caídas y daños severos en los equipos.
• SOLUCION: Uso de UPS de doble conversión.

8. TIERRA FISICA ( grounding conductor). Aunque en si no constituye un disturbio eléctrico es decir propio de la calidad de energía, si es un elemento de gran importancia de análisis independiente, los objetos de la misma son la PROTECCION y el RENDIMIENTO de los equipos.

• CAUSAS: Diferencia de potencial de tierras, tierra defectuosa, tierra insuficiente, falta de tierra. La instalación de varias tierras en un circuito ocasiona diferencias de potencial en esos puntos y lasos de corriente a través de los mismos y de los equipos. La ausencia total de la misma pone en peligro la integridad de la vida de los usuarios, de los equipos lineales, la infraestructura y los equipos no lineales así como la información en ellos contenida.
• SINTOMAS: Errores de lectura/escritura en discos, errores en el funcionamiento general de los equipos computacionales.
• SOLUCION: Tierra de seguridad y mejoradores de tierra.

Nota: Al neutro se le conoce en inglés como (grounding circuit conductor).

PORCENTAJES DE OCURRENCIA DE LOS DISTURBIOS ELECTRICOS EN LAS INSTALACIONES DE EDIFICIOS.


BAJOVOLTAJE (SAGS) ----- 66%     ,,-
SOBREVOLTAJE (SURGES) ----- 11%    
PICOS Y TRANSCIENTES ----- 8,5%    
APAGON (OUTAGES) ----- 6,3%    
RUIDO (NOISE) ----- 4,2%    
DISTORCION DE LA ONDA ----- 2,1%    
VARIACION DE FRECUENCIA  ----- 1,9%      


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El UPS híbrido standby/on-line y UPS con onda de salida cuadrada

A) EL UPS HÍBRIDO STANDBY/ON-LINE

El conversor standby desde baterías es encendido cuando se detecta una falla en la potencia AC, al igual que en un UPS stand by. El cargador de baterías es pequeño, como en un UPS tipo stand by. Este UPS no presenta tiempo de transferencia durante una falla AC. Sin embargo, como en el UPS tipo "on-line sin bypass", tiene un inversor que es un punto de falla para el que no hay trayectoria de respaldo. La parte malentendida acerca de esta topología es la creencia de que la trayectoria primaria está siempre "on-line", cuando en realidad la trayectoria de potencia desde las baterías hasta la salida es solo medio "on-line" (el inversor), mientras que la otra mitad (el conversor DC/DC) es operado en el modo standby. Note que en este diseño, al contrario de los diseños standby clásico y on-line, no hay trayectoria de potencia de respaldo para un caso de falla de la trayectoria primaria. Esta topología es usada en sistemas UPS tales como el Unipower de Unison y el Personal Powerware de Exide.

• Topología standby-ferro

El UPS tipo standby-ferro

Este diseño depende de un transformador especial que tiene tres bobinados (conexiones de potencia). La trayectoria primaria es desde una entrada AC, a través de un switch de transferencia, pasando por el transformador para llegar a la salida. En el caso de falla de potencia se abre el switch de transferencia y el inversor soporta la carga de salida.

En el diseño standby-ferro el inversor está en el modo standby  y es energizado cuando la potencia de entrada falla y el switch de transferencia se abre. El transformador tiene una capacidad "ferro-resonante" que brinda regulación limitada y "conformación" de la onda de salida. El aislamiento de los transientes AC dado por el transformador ferro es tan bueno o mejor que el de cualquier filtro disponible, pero el transformador ferro por sí mismo crea severa distorsión del voltaje de salida y transientes que pueden ser peores que una conexión AC mala. Aunque es un UPS standby, el standby-ferro genera una gran cantidad de calor ya que el transformador ferro-resonante es inherentemente ineficiente. El ejemplo mejor conocido de este tipo de UPS es el Ferrups de BEST.

Los sistemas UPS Stand by-ferro son representados frecuentemente como unidades on-line, aunque tienen un switch de transferencia, el inversor opera en modo standby y exhiben una característica de transferencia durante una falla de la potencia AC.

• Topología línea-interactiva

En este diseño híbrido, el conversar de baterías a AC (inversor) está siempre conectado a la salida del UPS:

El UPS línea-interactivo

En el diseño línea-interactivo la recarga de las baterías se logra operando el inversor en reversa durante los momentos en que la potencia AC de entrada es normal. Cuando la entrada falla, el switch de transferencia se abre y el flujo de potencia es desde baterías hacia la salida del UPS. El hecho de que el inversor esté siempre conectado a la salida brinda filtrado adicional y unos transientes de conmutación reducidos cuando se compara con el UPS standby.
El inversor también da regulación, operando para corregir condiciones de bajo voltaje que de otra forzarían al UPS a conmutarse a baterías. Esto permite que el UPS funcione en lugares con energía de mala calidad. El inversor puede ser diseñado de tal forma que su falla permita aún el flujo de potencia desde la entrada AC a la salida, lo cual elimina la posibilidad de falla puntual y provee efectivamente dos trayectorias de potencia. Está topología es inherenternente muy eficiente, lo cual conduce a una alta confiabilidad y al mismo tiempo brinda una protección superior de potencia. El Smart-UPS de APC y el Fortress de BEST son UPS de este tipo.

• Otras características importantes de los UPS

Los transformadores de aislamiento pueden ser incorporados en cualquier tipo de UPS. Pueden usarse para eliminar completamente un cierto tipo de ruido de la red AC llamado "ruido de modo común". Existe mucha confusión respecto a este ruido de modo común y el ruido de tierra inter-sistemas no aparece claramente en la literatura relacionada con el tema. Las redes de computadores son susceptibles al ruido Inter-sistema pero relativamente inmunes al ruido de modo común.

Desafortunadamente muchos usuarios especifican transformadores de aislamiento para resolver los problemas de ruido inter-sisterna, aunque no tengan ningún efecto sobre este problema. La mayoría de UPS actuales, ya sean on-line o de diseño híbrido, usan filtros electrónicos para lograr aislamiento en modo común. (Para una discusión detalla sobre el ruido de tierra inter-sistemas).

El desempeño en supresión de sobre voltaje y la configuración de las baterías son importantes características de cualquier UPS. 

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B) UPS CON ONDA DE SALIDA CUADRADA
La potencia de CA suministrada por la compañía eléctrica local es entregada en la forma de un voltaje de onda seno que presenta un valor RMS nominal y un valor pico que es un 40% mayor que el valor RMS. El valor RMS (un tipo de valor promedio) determina la intensidad de las bombillas eléctricas y tiene efecto sobre los transformadores, mientras que el valor pico es usado por los computadores. El diseño de la UPS debe tener en cuenta el hecho de que el equipo a ser protegido contiene una mezcla de cargas sensibles al valor RMS y cargas sensibles al valor pico.

Algunos UPS le suministran una onda cuadrada a la carga que se está protegiendo. Este tipo de forma de onda no puede cumplir los requisitos de entregar simultáneamente los voltajes RMS y pico correctos para el computador.

Por su misma forma, la onda cuadrada tiene voltaje RMS igual al voltaje pico. El hecho de que los valores RMS y pico sean iguales, significa que los voltajes de onda cuadrada no puede satisfacer simultáneamente los requisitos de voltaje pico y RMS de las cargas típicas.
Un UPS típico de onda cuadrada genera un voltaje nominal de salida igual a 140 voltios, en un intento por "llenar la diferencia" entre los 120 Voltios RMS y los 170 voltios pico requerido (este ejemplo es válido para Norte-América). Un diseño de este tipo someterá algunas cargas a un severo esfuerzo mientras que "desenergizara" otras.

El valor RMS/Pico de una onda cuadrada está fuertemente influenciado por la cantidad de energía que resta en la batería del UPS y por el porcentaje de carga del UPS. Esto significa porque el voltaje producido por un UPS de onda cuadrada no está regulado y experimentará dramáticas subidas de voltaje de hasta el 40% durante condiciones de operación normal. Esta situación no es aceptable en una aplicación con UPS ya que se espera que el UPS entregue un voltaje regulado hacia la carga protegida. 

Otra forma de onda usada para el voltaje de salida es la aproximación por pasos a una onda seno. En este caso se produce una onda con pasos de voltaje, la cual tiene valores RMS y pico similares a los de una onda seno.
Otra característica interesante de esta forma de onda es que la distorsión de tercer armónico es inherentemente más baja.

Los sistemas UPS de fabricantes como American Power Conversión no generan voltajes de onda cuadrada. Todos los modelos brindan voltaje regulado, con los valores pico y RMS correctos para el estándar de distribución local (100, 120,230 Y 240 VAC). Muchos modelos producen una onda seno pura mientras que otros entregan una aproximación escalonada de una onda seno. 


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Tipos de sistemas de UPS

Es una creencia muy difundida que sólo existe dos tipos de sistemas UPS, llamados UPS tipo Standby y UPS tipo On-line. Estos dos términos, como se entienden comúnmente, son aplicados incorrectamente a muchos sistemas UPS en el mercado actual. Muchos malentendidos sobre los sistemas UPS se aclaran cuando se identifican adecuadamente las diferentes topologías de UPS.

• Definiciones clásicas de UPS

Los sistemas UPS están destinados a mejorar la calidad de la potencia AC con el fin de brindar operación ininterrumpida de los equipos alimentados con corriente alterna. Para cumplir esta función, un UPS toma la potencia de la red de CA externa, de calidad normal, y proporciona dos mejoras:

- Aumento de la calidad de la energía
- Una fuente de potencia redundante (de respaldo)

Entre los defectos de calidad de la energía que puede ser mejoradas por el UPS están las sobretenciones, el ruido eléctrico o las caídas bruscas del voltaje. Un sistema UPS provee redundancia dándole a la carga una fuente de potencia primaria y luego entregándole una fuente de potencia de respaldo en el caso de falla de la fuente primaria. A continuación se muestra el diagrama en bloques del UPS general:

El UPS general puede ser operado tanto como un UPS tipo standby o como un tipo On-line. La diferencia principal está en cuál trayectoria de potencia se escoge como la primaria. En los diagramas, la trayectoria en línea continua es la primaria y aquella en línea discontinua es la de respaldo.
Para operación en standby y el conmutador de transferencia se pone de tal modo que la entrada AC filtrada es la fuente de potencia primaria, y se cambia a batería/inversor como fuente de respaldo en caso de falla de la fuente primaria (AC).

Para operación On-line, el switch de transferencia selecciona el grupo baterías/inversor como la fuente primaria, y se conmuta a la entrada AC como fuente de respaldo en caso de falla de la fuente primaria (batería/inversor). Esta distinción entre operación On-line y standby es muy simple, pero da lugar a algunas diferencias importantes en operación.

Una diferencia interesante entre los modos de operación stand by y On-line para el UPS general es el funcionamiento durante una falla de energía de entrada. En el caso de la operación Stand by, el switch de transferencia debe operar para cambiarse a la fuente de energía batería/inversor. Sin embargo, en el caso de la operación on-line, la falla de la entrada AC no es la fuente primaria, sino la fuente de respaldo. Por lo tanto, durante una falla de la energía de entrada, la operación on-line no genera tiempo de transferencia.

El modo de operación On-line presenta un tiempo de transferencia cuando falla la energía de la trayectoria primaria compuesta por el cargador de baterías, las baterías y el inversor. Esto puede ocurrir si falla uno cualquiera de los bloques en esta trayectoria de energía.

La energía puede también caerse brevemente, causando una transferencia, si el inversor se somete a cambios súbitos en la carga, o si este experimenta una "perturbación" de cohtrol interno. Los UPS on-line reales exhiben un tiempo de transferencia, y en instalaciones reales puede transferirse a baterías tan frecuentemente como los sistemas UPS tipo standby; sin embargo las transferencias de los UPS On-line no están relacionadas con las fallas de potencia de la entrada AC, lo que si ocurre en los UPS standby.

El tamaño del cargador de baterías es afectado grandemente por la escogencia de la operación (On-line o standby) del UPS general. Cuando se usa en el modo On-line, el cargador debe ser lo suficientemente grande para manejar toda la potencia de salida a fin de evitar que las baterías se descarguen. Cuando se usa en el modo standby, el cargador solo necesita entregar la potencia para recargar las baterías, la cual es comparativamente baja.

El calor generado por el UPS es mucho más grande cuando el UPS general es operado en el modo On-line, El flujo de potencia hacia el cargador y hacia el inversor genera una pérdida de potencia del 25 al 30 por ciento.

Esta pérdida genera calor que acorta la vida de los componentes eléctricos en el UPS y reduce drásticamente la vida de las baterías (el efecto negativo sobre la vida de las baterías se elimina si las mismas están en un gabinete separado). Cuando se opera en el modo standby, la pérdida de potencia del filtro y el supresor de sobre voltaje es un insignificante 1 a 2 por ciento. A lo largo de la vida útil del UPS, el costo de la electricidad extra desperdiciada cuando el UPS es operado en el modo On-Iine será una fracción significativa del costo original del UPS mismo.

Los sistemas UPS que exhiben la topología clásica on-line incluyen algunos modelos de SOLA, TOSHIBA y APC. Entre los que siguen la topología standby están los Black-UPS de APC, el Accupower de Emerson y el Sidekik de SOLA.

• Las otras topologías de UPS

Algunos sistemas UPS disponibles en la actualidad no son de los tipos clásicos on-line o standby. Estos sistemas usan una variedad de tendencias diferentes, las cuales incluyen:

- On-line sin bypass
- Hídrido satndby/on-line
- Standby-ferro
- Línea-interactiva

Muchos de estos tipos de UPS son clasificados inadecuadamente como diseños on-line o Standby. Esta clasificación no apropiada conduce a creencias erróneas de parte de los usuarios interesados en los niveles de protección que brinda el UPS.

• Topologías on-line sin bypass

En esta topología, el UPS general se pone a funcionar en el modo on-line pero se remueve la trayectoria completa de potencia de respaldo; el resultado es como se muestra: 

El UPS tipo on-line sin bypass

Cuando un UPS tipo on-line no tiene bypass, este no brinda una fuente de potencia de respaldo en caso de falla o trastorno momentáneo de la fuente primaria (inversor). Por lo tanto, este tipo de UPS no cumple una característica importante de un UPS, conocida como redundancia. Este UPS no presenta un tiempo de transferencia durante una falla de potencia y por esta razón se le identifica frecuentemente como un UPS on-line. Los sistemas UPS grandes para Minicomputadoras y mainframes nunca son de este tipo, pero la ausencia de la trayectoria de potencia de respaldo (mencionada a menudo como "bypass") frecuentemente no es reconocida en el mercado menos experimentado de PCs, y por lo tanto algunas veces se vende este tipo de UPS. El diseño híbrido standby/on-line es una derivación de este diseño.

• Topología hídrida standby on-line

Es una modificación del diseño "on-Iine sin bypass". En este caso se modifican el cargador de baterías y las conexiones de batería y se agrega un conversor DC/DC en standby: 

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UPS

• Introducción

Las UPS o fuentes ininterrumpidas de poder son equipos electrónicos especiales que, mediante un sistema de baterías, pueden seguir suministrando corriente alterna de alta calidad después de haber ocurrido un apagón sin que lo detecten los equipos conectados a ellos. La autonomía o tiempo durante el cual puede un UPS seguir suministrando energía eléctrica, generalmente es del orden de 5 a 10 minutos a plena carga o 15 a 30 minutos a media carga. Sin embargo, depende de la capacidad de las baterías utilizadas (recargables y libres de mantenimiento en casi todos los nuevos modelos) y de la potencia consumida por los equipos conectados. 

 

• Tipos de UPS

En la actualidad existen muchos diseños diferentes de UPS: los modelos mas económicos se conocen como UPS off-line ya que sólo se activan en el instante en que ocurre un apagón. De Io contrario entregan el mismo voltaje de entrada. La mayoría de los UPS off-line generan una onda escalonada o cuadrada en algunos casos. Sin embargo, la mayoría de los computadores actuales pueden trabajar con dichas ondas, siempre y cuando el tiempo de transferencia (después del apagón) sea de pocos milisegundos. Algunos modelos de UPS, conocidos como de UPS de línea interactiva, regulan el voltaje de salida y se activan sólo cuando el voltaje de entrada está por fuera del rango aceptado.

Los UPS on-line se caracterizan porque generan durante todo el tiempo un voltaje senoidal de 220 VAC 60 Hz, utilizando el voltaje de entrada sólo para alimentarse y mantener cargadas sus baterías. Sin embargo, cuando la amplitud o la frecuencia del voltaje de entrada se sale de ciertos rangos, el UPS lo rechaza y comienza a consumir la energía almacenada en sus baterías.
Por esta razón, muy pocos modelos de UPS están en condiciones de trabajar alimentados por una planta eléctrica de emergencia de mala calidad.

1. TIPO FUERA DE UNEA (OFF-LINE). Consta de: Alimentación principal, Cargador de baterías, Batería, Inversor de DC/AC, Relé de transferencia (transferencia), Filtros y Salida hacia la carga.
 

NO TIENE: Tiempo de transferencia cero, Filtros de entrada, Regulador de voltaje, Corrector de factor de potencia, opción de bypass para mantenimiento.

FUNCIONAMIENTO: La energía de la calle llega simultáneamente a la transferencia y al cargador que a su vez carga la batería.

1. En condiciones normales la corriente de entrada pasa de la transferencia al filtro y finalmente a la salida.
2. Al fallar el suministro de energía la corriente de entrada desaparece, la batería entrega DC que es invertida a AC y es pasada a la transferencia posteriormente al filtro y finalmente a la carga.

RENDIMIENTO: Protege el 50% de los bajovoltajes, el 50% de lo sobrevoltajes, el 90% de los ruidos, el 80% de los picos, el 80% de los apagones y no protege contra variaciones de frecuencia y distorsiones de onda. PORCENTAJE DE EFICIENCIA TOTAL = 55%.

2. TIPO EN LINEA INTERACTIVA (INTERACTIV LINE). Consta de Alimentación principal, Filtros, Regulador de voltaje, Convertidor (rectificador e inversor), Batería, Filtros y Salida hacía la carga.

NO TIENE: Relé de transferencia, Corrector de factor de potencia, Opción de bypass para mantenimiento.

FUNCIONAMIENTO: La energía de la calle llega a los filtros de entrada, luego al regulador de voltaje, al convertidor y a la batería.

1. En condiciones normales la corriente de entrada pasa del regulador también al filtro de salida y finalmente a la carga.
2. Al fallar el suministro de energía la corriente de entrada desaparece, la batería entrega Dc que es invertida a AC y es pasada al regulador de voltaje, posteriormente al filtro de salida y finalmente a la carga.

RENDIMIENTO: Protege el 100% de los bajo voltajes, el 50% de los sobrevoltajes, el 95% de los ruidos, el 95% de los picos, el 90% de los apagones y no protege contra variaciones de frecuencia y distorsiones de onda.
PORCENTAJE DE EFICIENCIA TOTAL = 85%

3. TIPO EN LINEA (ON-LINE). Consta de: Alimentación principal, Supresor de bajo voltaje, Corrector de factor de potencia, Rectificador, Cargador, Batería, Inversor de DC a AC y Salida hacia la carga. Además de un conmutador dinámico de bypass muy usado para brindarle servicio de mantenimiento a la ups sin desconectarla.

NO TIENE: Relé de transferencia.

FUNCIONAMIENTO: La energía de la calle llega al supresor, luego al corrector de factor de potencia, pasa por el rectificador, por el cargador y posteriormente a la batería; de la batería pasa al inversor de DC a AC y finalmente a la carga. Tanto en condiciones normales como de emergencia la corriente de entrada pasa por los procesos de rectificación e inversor antes de llegar a la carga.

RENDIMIENTO: Protege el 100% de los bajo voltajes, el 100% de los sobrevoltajes, el 100% de los ruidos, el 100% de los picos, el 100% de los apagones y no protege contra variaciones de frecuencia y distorsiones de onda. PORCENTAJE DE EFICIENCIA TOTAL = 100%.

• Características

La mayoría de los UPS tienen indicadores visuales y acústicos de falla de energía (con botón de reposición) y de bajo voltaje de la batería (alarma previa a la desconexión final). Muchos modelos tienen forma de simular un apagón para chequear el funcionamiento del UPS y sólo unos pocos tienen la opción de "arranque en frío" cuando el UPS se encuentra apagado al ocurrir el apagón.

La mayoría de los UPS actuales poseen "puertos de comunicaciones" para comunicarse con los computadores y avisarles cuando están trabajando con la energía de la red o de sus baterías, cuál es el voltaje de entrada o de salida, cuál es el consumo total de los equipos conectados, qué tan cargadas se encuentran las baterías, etc. Y con base en esta información, existen sofisticados programas estadísticos y de control (por ejemplo, OnliSafe y OnliNet de EXIDE o FailSafe y LanSafe de DELTEC) que permiten monitorear continuamente el UPS y en caso necesario, proceder a apagar automáticamente y en forma ordenada los diferentes computadores de la red cuyo servidor esté conectado al UPS.

• Opcionales adicionales

Incluso dentro de los UPS más costosos es difícil encontrar modelos que incorporen el transformador de aislamiento ya que sus fabricantes asumen que todas las instalaciones deben cumplir con los códigos eléctricos internacionales (NEC). Por lo tanto, sino es así, se debe instalar el UPS a la salida de un buen acondicionador con transformador de aislamiento:

Si el UPS entrega el mismo voltaje que recibe de la red, excepto cuando ocurre el apagón, como es el caso de la mayoría de los UPS off-line de onda cuadrada o escalonada (por ejemplo de la serie OneUPS de EXIDE o PowerRite Plus de DELTEC), el Acondicionador IPLO debe ser del mismo modelo que se utilizaría si no existiera el UPS.

Si el UPS incorpora el regulador (como en las series NetUPS y NetUPS SE de EXIDE o PowerRite Max, PowerRite Pro y PowerRite Pro II de DELEC) o si durante todo el tiempo entrega un voltaje generado internamente (como lo hacen los UPS On-line (por ejemplo de las series Powerware de EXIDE o PowerWorks ET de DELTEC) lo ideal es un Acondicionador IPLO Basico con capacidad ligeramente mayor que el UPS.

Si el UPS posee transformador de aislamiento (CHLORIDE y TOSHIBA) no se requiere acondicionador. Sin embargo, se recomienda instalar un supresor de picos de alta capacidad a la entrada del UPS (HULK o PolyPhaser).

• Precauciones

A menos que el UPS esté sobredimencionado, se debe evitar encender nuevos equipos durante el apagón ya que el consumo de energía durante el arranque inicial de algunos computadores puede ser hasta 20 veces mayor que en estado estable.

Si requiere instalar conjuntamente un UPS con un acondicionador o un regulador de voltaje, debe conectar en primer lugar el acondicionador, luego el regulador y finalmente el UPS. Sólo si la salida de voltaje del UPS es 100% senoidal se pueden conectar en diferente orden teniendo en cuenta que el primer equipo debe tener la potencia suficiente para soportar a todos los demás.

Cuando conecte un UPS a la salida de un acondicionador o de un regulador de voltaje, éste debe ser de mayor potencia que el UPS, especialmente cuando el UPS es On-line, pues no sólo deberá soportar el consumo de los equipos finales y del UPS sino también la carga de las baterías después de un apagón.


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Fallas mas comunes de la fuente de alimentación

Cuando se habla de que la fuente de alimentación esta deteriorada muchos de las personas encargadas de soporte técnico tienden a desecharla por no tener el minimo conocimiento de su reparación ni del funcionamiento por etapas que ejerse la fuente de alimentación o fuente Switching, por que son personas que solamente se dedican a sacar e introducir tarjetas en otras palabras son personal mecanizado que limitan sus funciones como técnicos por ejemplo en esta etapa una de las principales fallas cuando la salida no es la correcta puede tener unos puntos mas o menos en relación al voltaje normal de salida, por que este integrado cumple la función de regular la etapa de salida. 

Como puede ver no son demasiado complejas, simplemente se componen de un transformador para convertir los 125/220 Voltios de la energía eléctrica de la casa al voltaje necesario para el funcionamiento del ordenador. 

En la siguiente imagen puede ver la diferencia en los conectores de corriente que llevan, fíjese bien en la diferencia entre ellos:

Como puede observar la de la izquierda presenta un conector de placa para el modelo ATX, es un solo conector ancho con dos hileras de conectores de corriente mientras el modelo de la derecha, esta compuesto por dos conectores sueltos que deben encajarse en su conector de forma que los cables de color negro de ambos conectores deben estar juntos y conectados en el centro de la clavija hembra de la placa base, ambos modelos encajan en los conectores de la placa base como este:

El conector superior, es el modelo ATX y el conector inferior es el modelo AT, como se puede observar el modelo superior tiene dos hileras de conectores y el inferior una sola hilera de conectores.

Lo primero que debemos hacer es desmontar el ordenador para poder extraer la fuente de alimentación para su posterior cambio. 

Lo primero es situar la fuente de alimentación desde el exterior del ordenador, para saber por donde comenzar a desmontar. 

En la siguiente imagen puede observar claramente la fuente de alimentación desde el exterior:

Como puede observar, el conector de corriente de la casa, de color negro y grande, en la fotografía lo puede situar junto a la etiqueta que pone AC 230V, justo debajo puede ver la rejilla de ventilación de la fuente de alimentación para evitar que se sobrecaliente. 

Lo primero es desmontar la caja del ordenador, lo que comúnmente se le llama TORRE, para ello le quitaremos los tornillos de las tapas, debe tener en cuenta que esto dependerá del modelo de caja que usted tenga, busque los tornillos que soportan las tapas de la caja y quítelos, fíjese en la siguiente imagen para hacerse una idea aproximada:

Al quitar los tomillos, podrá abrir la tapa y quedara al descubierto todo el interior de la caja y verá la fuente de alimentación.

Ahora puede ver la fuente de alimentación y tendrá que quitar los tomillos que sostienen la fuente de alimentación a la caja, fíjese en que casi todas las fuentes de alimentación de sostienen de la misma forma:

Podrá ver los tomillos de la fuente de alimentación en las esquinas de la fuente y para ello use un destornillador y quítelos:

Una vez quitados los tomillos, podrá desencajar la fuente de alimentación y retirarla de la caja como muestra la siguiente imagen:

Antes de retitar la fuente de alimentación, deberá quitar los conectores de corriente de la Unidad de CDROM, del disco duro, 'de la disquetera y de la placa base. 

Fíjese en las siguientes figuras imagenes:

Debe retirar todos los conectores de la fuente de alimentación, para poder así sacarla de la caja y cambiarla por otra. 

Una vez realizado todo el proceso quitar la fuente de alimentación, comprobaremos que la que tenemos para sustituir es exactamente igual que la que hemos desmontado, recuerde que si no son iguales, no se podrán cambiar. 

Una vez comprobado que son iguales, primero procederemos a encajar el conector de corriente de la placa base, esto es debido a que normalmente estos conectores están justo debajo de la fuente de alimentación una vez puesta, por lo que antes de poner la fuente en su sitio y ponerle los tomillos, primero pondremos dicha clavija. 

En esta imagen puede ver el conector de la placa base.

Sitúe la fuente de alimentación de forma que no le moleste y pueda poner todos los conectores:

De esta forma podrá poner todos los conectores, tenga en cuenta que los cables de la fuente de alimentación son cortos y no podrá poner la fuente de alimentación demasiado lejos.

Conecte los discos duros, lectores de CD ROM, disketeras, etc..

Una vez puesto todos los conectores de la fuente de alimentación, proceda a encajar la fuente en su sitio y póngale los tomillos correctamente.

Encaje todo con mucho cuidado, si no encaja fácilmente no la fuerce, intente encontrar la postura correcta de la fuente de alimentación. 

Después encaje las tapas del case y ciérrelo todo, una vez hecho esto, encienda la computadora y si este no enciende, apáguelo rápidamente y revíselo todo, quizás haya conectado algo de manera incorrecta, si esto se produce, la mejor manera de no averiar ninguna pieza del ordenador es apagarlo rápidamente y revisarlo todo.

Una vez encajado todo, en la siguiente imagen puede observar claramente la fuente de alimentación desde el exterior ya montada en su sitio:

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Las fuentes conmutadas

Las ventajas de las fuentes de alimentación conmutadas, reguladas, son tan importantes que no pueden ignorarse. Estas versátiles fuentes de alimentación, son suficientemente conocidas por su alta eficacia, funcionamiento frío, pequeño tamaño y por la posibilidad de trabajar con un rango de tensiones de entrada más grande que sus componentes lineales.
En ocasiones fueron limitadas a las aplicaciones de alta potencia o alta eficacia pero, en la actualidad, han encontrado su camino en la electrónica de consumo de baja potencia y de bajo costo. 

Como los elementos de control utilizados en los reguladores conmutados están siempre completamente en el estado encendido, o en el estado apagado, tienen un bajo consumo y necesitan de un pequeño, o ningún, radiador de calor. Se pueden utilizar pequeños transformadores de alta frecuencia, y como la eficiencia de la regulación no era muy afectada por la diferencia de tensión entre la entrada y la salida, es posible utilizar varias tensiones de entrada, como 115/230 voltios.

Los reguladores conmutados cuentan, sin embargo, con algunas desventajas. El primer problema es su complejidad y, por lo tanto, el costo del circuito. También muestran determinados fallos que no se ven en los reguladores lineales simples, y pueden radiar una cantidad sustancial de interferencia electromagnética, IEM, si no se diseñan de una forma adecuada. Afortunadamente se han desarrollado un cierto número de circuitos integrados que no solamente incluyen la mayor parte de la circuitería compleja, sino que también solucionan algunos de los fallos más comunes y que se revisarán al final. Explicaremos a continuación, las bases de las fuentes conmutadas.

• Fundamentos de los reguladores conmutados

Comenzaremos por revisar los reguladores lineales, no conmutados, como se pueden ver en la siguiente imagen. El amplificador operacional, IC1, compara la tensión de realimentación, Vfb, con la tensión de referencia Vref. Si Vfb es demasiado alto, se disminuye la tensión de base de Q1 o, si es demasiado bajo, se aumenta la tensión de la base hasta que Vfb es igual a Vref. En el punto de equilibrio la tensión emisor-colector de Q1 pasa a ser igual a V sin  rec - Vreg. La disipación de potencia del transistor, W, es igual a (V sin reg- Vreg) x1.

Un regulador lineal bien diseñado puede proporcionar una excelente disposición y respuesta a los transistores, un bajo ruido y rizado, y una completa ausencia de IEM. Pero, en contraste, disipa una elevada potencia en el transistor de regulación, especialmente con elevadas corrientes de carga.
La regulación de tensiones de entrada con variaciones muy amplias es un problema debido a que, según se eleva V sin reg, aumenta también la disipación de potencia.

Ahora pasaremos a describir todas la etapas a partir de un diagrama en bloques. 

Diagrama en bloques de una fuente

Ahora se prosedera a describir cada una de las etapas con su respectivo funcionamiento y para poder ingresar mas a la práctica veremos algunos circuitos de los mas importantes bloques de la fuente de conmutación, es necesario para esto saber el manejo total de los dispositivos electrónicos y el manejo de un instrumento de medida tal como el Multitester. 

• Funcionamiento

-Filtro de Linea
El filtro de linea recibe el voltaje alterno eliminando las perturbaciones y señales de alta frecuencia no deseadas para entregar al rectificador de alto voltaje que convierte el Voltaje alterno (Vca) a Voltaje continuo (Vcc) pulsante,que luego el filtro de alto voltaje la convierte en voltaje continuo mas estable; si tiene alguna duda con repecto al vltaje que entrega los diodos rectificadores revise el capitulo VIII el tema de diodos rectificadores.

-Oscilador por Ancho de pulso
Produce pulsos de frecuencia constante y ancho variable, lo que le permite regular el voltaje a la salida de la fuente deacuerdo a la información que le entrega el circuito comparador. estos pulsos se aplican al circuito excitador que los amplifica y los aplica a las bases de los transistoresde conmutación.

-Transistores de Conmutación
Al conducir en forma alternada producen sobre el transformador de pulsos un voltaje variable en su bobinado primario e induce hacia su secundario voltaje alterno no senusoidal que va hacer rectificado y filtrado para entregar los diferentes valores de votajes a la salida.

Los valores de salida que entrega la fuente son tambien llevados al cicuito comparador que permite evaluar si estan dentro de los limites previstos de salida, si existen diferencias se generara un nivel de voltaje que obligará al oscilador por ancho de pulsos a variar el ancho de pulso para corregir la normalidad.

Si se produce un corto circuito en la tarjeta principal el circuito comparador hará que el oscilador deje de oscilar. 

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Analisis de los bloques mas importantes

• Filtro de Linea

El fusible es un elemento de protección contra exceso de corriente, un fusible se especifican la corriente y el voltaje.

El voltaje según corriente en fusibles.

La función de los condensadores es dejar pasar las altas frecuencias y dejar pasar las frecuencias bajas y las bobinas permiten el paso a travez de ellas de las bajas frecuencias e impiden el paso de las altas frecuencias, para mejor entendimiento recordemos las formulas de la reactancia. 

Las letras TH en el circuito esta referido al termistor cuyo valor varia con la temperatura.

Un termistor (NTC) con coeficiente negativo de temperatura dismuniye su resistencia cuando existe un aumento de temperatura. un termistor (PTC) con coeficiente positivo de temperatura aumenta su valor resistivo cuando la temperatura aumenta.

En caso que un termistor se dañe y no se encuentre en el mercado uno del mismo valor se puede optar por reemplazar por una resistencia de 2.7 a 10 ohmios y una portencia de 3W a 5W. las bobinas que se utilizan son de aproximadamente 300 y 800uh (micro henrios).

• Rectificador y Filtro de Alto Voltaje 

Las resistencias R2 Y R3 se denomina de sangria o drenaje, llamadas asi por que se encargan de la descarga de del condensador una ves que estan apagados y son de 100kΩ a 330kΩ con 1/2 o 1/4 de W.

T = C.R

T = tiempo de descarga de un condensador.

• Circuito Excitador y Transistores de Conmutación

Q3 Y Q4: Son los transistores osciladores.

T1: Transformador excitador.

D: Diodos de acoplo de base.

C30 y C31: Condensador de acoplo de base.

R101 y R102: Resistencias fusibles para la proteccion de los transistores Q1 y Q2.

R103, R104, R7 y R4 : Resistencias de polarización de Base.

Nota: los transistores de conmutación suelen ser de

• Oscilador por ancho de pulsos 

El oscilador por ancho de pulsos dentro de una fuentes de alimentación de una computadora generalmente esta formado por un circuito integrado de 16 pines los cuales cumplen las siguientes funciones.

12, 15 Y 16 son entradas de comparadores internos.
3 "Feed Back" Realimentación
4 "Dead Time" Controla el ancho de pulso
5 "CT" Para condensador que define la frecuencia.
6 "RT" Para resistencia que define frecuencia.
7 "GND" Conexión a tierra.
8 "C1" Colector de transistor interno 1
9 "E1" Emisor de transistor interno 1
10 "E2" Emisor de transistor interno 2
11 "C2" Colector de transistor interno 2
12 "Vcc" Alimentacion de voltaje entre 14 y 40 voltios tipico 24V.
13 "V control" Voltaje para control de carga en la oscilación.
14 "V ref" Voltaje de referencia para comparaciones.

Nota: las unicas formas de poder saber si el circuito integrado que forma la etapa de oscilador por ancho de pulsos es, medir las señales de entrada y de salida del circuito integrado con un osciloscopio detectando la señal que entrega o ingresa al integrado en relacion al tipo de señalo medir con un muititester la cantidad de voltaje en cada uno de los pines del integrado y en caso que no tengamos un instrumento de medida y estemos seguros que en esa etapa esta la falla podremos hacerla por comparación que es basicamente hacer el intercambio del circuito integrado probablemente deteriorado por otro nuevo; y estas formas se puede aplicar con todos los distintos tipos de dispositivos electronicos existentes. 

Espero haber ayudado en algo. Hasta la próxima oportunidad!