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UADE - Primer Simposio de Empresas de Telecomunicaciones SimTel 2004 sobre Tendencias y

Nuevas Tecnologas

Marisa Mlekuz

SISTEMAS DE ALIMENTACION CONFIABLES DE CC

Causas de caidas de las redes

Fallas de energa20%

Fallas de Cableado3%Temperatura

8%

Falla de hardware39%

Fallas Operador9% Falla de software

21%

Energa Confiable

Seis nueves (99.9999%) es el punto de partidapara los sistemas de redes

Confiabilidad Interrupciones/ao Solucin99% 88 Horas

99.9% 8.8 Horas Red Comercial99.99% 0.88 Horas Energa de back up

99.999% 5.3 Minutos99.9999% 32 Segundos UPS, Redundancia,

Servicios99.99999%+ 3.2 Segundos

Costo Promedio = USD 80.000 / hora

Confiabilidad Ausencia de interrupciones

- Doble Sistema de energa primaria.- Reserva de energa: Grupo electrgeno.- Redundancia : en rectificador, en convertidor, en

inversor, en UPS- Modularidad : en rectificador, en convertidor, en

inversor, en UPS- Bateras : Back up / autonoma- Control de temperatura : aire acondicionado - Mantenimiento preventivo

Energa de Red Pblica

GrupoGenerador

CC

Bateras

UPS

Rectificadores

Inversores

CC-CC

Distribucin CA

-48VCC

+24/+48VCC

Sistemas de Alimentacin

TTA-TableroTransf.Autom.

CC-CA

ConvertidoresCA

CA

-48VCC

CACC

CCCA

Auto Bypass

Carga

CA

CCCarga

ConfiabilidadSistema InInterrumpible de CC

Sistema InInterrumpible de CA (UPS)

+48VCC / +24 VCC

+48VCC / +24 VCC

Tensiones CC en las Telecomunicaciones - 48VCC - Telefona bsica, GSM, otros. + 24VCC - Telefona inalmbrica & Misc. - 24VCC - Transmisores de micro ondas + 12VCC - RepetidorasLa polaridad de - 48VCC El Positivo de la Batera se conecta a tierra La Polaridad negativa reduce problemas de corrosin en cables

subterrneosEl valor de - 48VCC Baja Tensin (

+-

Filtro CargaEntrada

AC

Salida CC

Rectificador : de CA a CC

X Amp Carga

X Amp Carga

CargaX Amp

3X Amp

Rectificador : Modularidad

Tecnologas de rectificadores Maquinas rotativas:

Motores de alterna con generadores de continua. Ferroresonantes:

Transformadores para controlar la tensin y corriente.Ventajas: alta correccin de factor de potencia, alta eficiencia, Desventajas: Tamao y peso

SCR- TiristoresDiodo controlado.Ventajas: Alta Eficiencia, economicoDesventajas: Alta Distorsin, gran tamao y peso.

MAP- Switching de baja frecuenciaUtilizando transistores de potencia, llega a frecuencias de conmutacin de hasta 40 KHz .Ventajas: Bajo Peso, alta correccin de factor de potencia, salida bien filtrada. Desventajas: preci ms alto

Switching de alta frecuencia - SWICHMODEFrecuencias de conmutacin mayores a 50 KHz .

Tecnologas de rectificadores

SWITCH MODE

Tcnica de alta frecuencia > 50 kHz.Conformado por los siguientes bloques: FILTRO RFI: reduce la interferencia de alta frecuencia. CONVERTIDOR BOOSTER: los 220 VCA rectificados son procesados y

cargan los capacitores de entrada a mas de 400 VCA manteniendo la senoidal y en fase con la entrada, resultando en un FP UNITARIO.

SWITCH MOSFET: etapa de transistores que conmuta a alta frecuencia , generando una seal cuadrada de alta frecuencia.

FILTRO PASA BAJOS: recibe la seal cuadrada, la filtra y la inyecta al TRANSFORMADOR DE AISLACION: la seal de su secundario es

rectificada en PUENTE RECTIFICADOR-FULL BRIDGE: responsable de la alta

regulacion y el bajo ruido de salida.

Ventajas Swichmode

Eficiencia de la conversin. > 90 %

Correccin del factor de potencia.> 93 %, elimina los capacitores de correccin

Regulacin. 0,1%, 0,5% de vacio a plena carga.

Alta confiabilidad:MTBF 120.000 horas

ModularSimplifica la ampliacion y la instalacin

CompactoAlta eficiencia volumtrica debido al reducido tamao de los componentes magnticos y disipadores.

Bajo RuidoMenor a 0,5 mV psofomtrico

Beneficios Swichmode

Requerimiento de espacios reducidos. Bajos costos de operacin. Bajos costos de instalacin. Reducidos costos de mantenimiento. Fuente de CC de alta calidad. Ampliacin del sistema sin corte. Reducidos costos iniciales. Prorrateo de los

costos durante el crecimiento de la planta.

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Barra retornode bateria

Distribucion CC

Shunt

RectificadorAC

Carga

Sistema de Tierra

Banco de Baterias

Extensin de Alarmas

Controlador

Rectificador

N+1

(+)( - )

Barra de carga

Barra dedescarga

Fusibles o Termomagn.

Sistema Alimentacin CC

LVD - Desconexin por baja Tensin de bateraLVBD - Desconexin de batera por baja Tensin de bateraLVLD - Desconexin de la carga por baja Tensin de batera

OBJETIVO: Evitar daos en las baterias mediante la desconexion de la misma antes de su descarga completa.

LVBD or LVLD

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Distribucion CC

Shunt

Rectificador

AC

Carga

Sistema de Tierra

Banco de Baterias

Extensin de Alarmas

Controlador

Rectificador

N+1

(+)( - )

Barra de carga

Barra dedescarga


Sistema Alimentacin CC con LVBD

LVBD

17


Distribucion CC

Shunt

Rectificador

AC

Carga

Sistema de Tierra

Banco de Baterias

Extensin de Alarmas

Controlador

Rectificador

N+1

(+)( - )

Barra de carga

Barra dedescarga


Sistema Alimentacin CC con LVLD

LVLD

18


Distribucion CC

Shunt

Rectificador

AC

Carga

Sistema de Tierra

Banco de Baterias

Extensin de Alarmas

Controlador

Rectificador

N+1

(+)( - )

Barra de carga

Barra dedescarga


Sistema Alimentacin CC MODO NORMAL

19


Distribucion CC

Shunt

Rectificador

AC

Carga

Sistema de Tierra

Banco de Baterias

Extensin de Alarmas

Controlador

Rectificador

N+1

(+)( - )

Barra de carga

Barra dedescarga


Sistema Alimentacin CC FALLA RED COMERCIAL

20


Distribucion CC

Shunt

Rectificador

AC

Carga

Sistema de Tierra

Banco de Baterias

Extensin de Alarmas

Controlador

Rectificador

N+1

(+)( - )

Barra de carga

Barra dedescarga


Sistema Alimentacin CC RETORNO RED COMERCIAL

21


Distribucion CC

Shunt

Rectificador

AC

Carga

Sistema de Tierra

Banco de Baterias

Extensin de Alarmas

Controlador

Rectificador

N+1

(+)( - )

Barra de carga

Barra dedescarga


LVLD

Sistema Alimentacin CC RETORNO RED COMERCIAL CON LVLD

22


Distribucion CC

Shunt

Rectificador

AC

Carga

Sistema de Tierra

Banco de Baterias

Extensin de Alarmas

Controlador

Rectificador

N+1

(+)( - )

Barra de carga

Barra dedescarga


Sistema Alimentacin CCFALLA DE RECTIFICADOR

LVBD

Datos para configurar un sistema

Consumo inicial = Ci [Amp]

Consumo final = Cf [Amp]

Autonomia = Back up = Bu [hs] considerando peor condicin, WCC (Worse Case

Current)

Tiempo de recarga de la batera = trec [hs]

Redundancia = R

Tension minima de la celda de bateria = VPCmin (funcion de la temp y las horas

de descarga)

Tensin minima admisible de funcionamiento = Vmin

Recomendacion Tipica Bellcore de tiempos de autonomia

9 Oficina Central c/ Grupo Generador = 3 horas.9 Oficina Central s/ Grupo Generador = 8 horas.9 Sitio remoto o transporte c/ G. Generador = 8 Horas9 Sitio remoto o transporte c/ G. Generador = 16 to 24 Horas.

Autonoma de Bateras

Calculo de la autonomia de la batera

Autonomia

Voltage

-54V

-43.5V

Asumimos Corriente Constante en la carga

Carga

Amps

Voltage

-54V

-43.5V

WCC

Amps

Autonomia


Realmente es Potencia Constante en la carga

Potencia en la carga [Watt]

Tensin minima en la carga [V]=Max Corriente (WCC)

50KW

43V= 1163A

50KW

54V= 926A

20% de incremento de Corriente en el WCC


Tiempo de autonomia minimo

Tensin

-54V

-43.5VCoup de Fouet

Curva tipica de descarga de batera

Efecto Coup de FouetDefine el tiempo de autonoma mnimo

LVD

Autonomia

Calculando la batera Capacidad batera inicial = Cbat i Cbat i = Ci * Bu [Ah] Capacidad batera final = Cbat f Cbat f = Cf * Bu [Ah] PARAMETROS TIPICOS SEGUN FABRICANTE :9descarga en 10 horas91.80 VPC / 25 C

Ejemplo :Ci = 100 Amp

Cf = 150 Amp

Bu = 8 horas

1.80 VPC / 25 C / 10 hs

Cbati = 100 Amp * 8 = 800 Ah

Cbatf = 150 Amp * 8 = 1.200 Ah

1.80 VPC / 25 C / 10 hs

Seleccionando la batera

2111151814211229105289260312OPZS1500

193014001301112796583253811OPZS1375

17091220112798082866642412OPZS1200

15681120103290076260638911OPZS1100

1427101294081869055035410OPZS1000

12869128457386235003199OPZS900

11568107536535534422828OPZS800

100h10h8h5h3h2h1h

CURVA DE DESCARGA Tensin final: 1.75 V - Densidad 1240 Kg/l - Temperatura: 20 CModelo

Utilizamos la Curva de descarga, considerando:9 Tension final minima por celda9 Temperatura de funcionamiento9 Autonomia9 Densidad del electrolito, para bateras abiertas.

Calculando el rectificador Capacidad inicial sistema = Cap i = Ci + Cbat/trec Numero Modulos Rectif In = Ni = Capi / C modulo Capacidad final sistema = Cap f = Cf + Cbat/trec Numero Modulos Rectif Fin = N f = Capf / C modulo Redundancia = confiabilidad del sistema = N + 1 Verificar que el sistema elegido pueda llegar a Cap f . En el caso de que el cociente Cap/Cap.Mod. no fuera un nmero entero exacto, la cantidad de mdulos a proveer se incrementar en 1. TIEMPOS DE RECARGA TIPICOS RECOMENDADOS:9Con Grupo electrgeno = 24 horas9Sin Grupo electrgeno = 10 horasEjemplo :Ci = 100 Amp

Cf = 150 Amp

Cbati = 800 Ah

Cbatf = 1.200 Ah

trec = 12 horas

Cap i = 100 Amp + 800/12 = 166,66 Amp

Capf = 150 Amp +1.200/12 = 250 Amp

Ni = 166,66 / 25 = 6,66 7 + 1 = 8Nf = 250 / 25 = 10 10+ 1 = 12

Seleccionando el rectificador SWICHMODE MODULAR Y COMPACTO . ALTA DESIDAD DE POTENCIA PROTECCION DE LA BATERIA. Prueba de capacidad de batera manual y programada.Desconexin automatica de batera por bata tensin-LVD.Compensacin de tension de flote en funcin de la Temp de

batera. Limitacin de corriente de recarga de batera.Ajuste de la tension de flote y de carga.

CUADROS DE DISTRIBUCION CC Y CA :segn requerimientos MTBF>100.000 horas GESTION Y MONITOREO TELEGESTION

12 / 24 / 48 Volt

6 a 25 Amp

Stand Alone

Con LVD, Alarmas, Monitor

Minisistemas 24 / 48 Volt

Hasta 200 Amp

Supervisin

Distribucion CC y CA

Media y Alta Capacidad 24 / 48 Volt

Hasta 2400 Amp

Supervisin

Distribucion CC y CA

Minima Seccin calculada en funcin de:9 Corriente CC total [Amp]9 Caida de tensin CC mxima permitida [Volt]9 Longitud del cable = 2 x Distancia del recorrido del cable [m]9 Resistividad del cobre = = 0,0172 *mm2/m

Seccin [mm2] = x Corriente x Longitud cable

Caida de tensin max permitida

Calculo de Conductores CC

Verificacion de la Caida de tensin CC mxima permitida [Volt]

Seleccin del conductor del manual del fabricante

Banco de Baterias

Rectificador

Carga

Gabinete de

Distribucin

0.4V 0,5V 0,5V

1,4V

- 43.2 V Min.1.80 V/Celd (24

Celdas)

Calculo de Conductores CCMAXIMA CAIDA DE TENSION PERMITIDA

- 41.8 V Min.

Minima Seccin calculada en funcin de:9 Tensin CC mxima ( condicion carga )[Volt] = VCCmax9 Factor de potencia = FP9 Tensin CA minima (segun especificacion cliente Vnom-15%)9 Rendimiento = 9 Longitud del cable (solo para distancias mayores a 50 metros)

ICAmax[Amp] =Pccmax x FP

x VCA min

Calculo de Conductores CA

Calculo de Conductores TIERRA9 Chassis a tierra SECCION=*Long*Resistencia admisible (5 m)

9 (+) a tierra SECCION=*Long*Resistencia admisible (10 m)

Dar suficiente Autonoma para hacer un shutdown ordenado de Computadoras

Mantener la red funcionando.

Objetivo de un sistema Interrumpible de CC

Porque CC y no CA ???

Objetivo de un sistema Interrumpible de CA

CC9 Bateria conectada directamente a la carga9 Mas simple y confiable9 Tensin de salida CC regulada9 Limite de la minima tensin (1.80 VPC Typ.)9 Altas autonomias para bajas tensiones9 Mayor rendimiento

CA9 Autonomias tipicas de 15 minutos.9 Altas autonomias para altas tensiones(120 to 240 Celdas)9 Regulated AC Output Voltage9 Limite de la minima tensin (1.67 VPC Typ.)9 Mayor complejidad

CC o CA, LA RESPUESTA DEPENDE DE:9 Requerimientos de carga9 Entrada CA o CC9 Porcentaje de cargas de CA o CC9 Preferencias del cliente9 Precio

CC o CA para aplicaciones criticas

CA

Grupo Electrgeno

Banco de Bateria

Rectificadores Distribucin CC

Convertidor CC/CC

Inversor CC/CA

-48 VDC

Cargas CC

Cargas CA

Cargas

- 48VCC

Otras cargas CA iluminacin

SISTEMA CC

TTA

Configuracin CC para aplicaciones criticas

UPS Distribucin CA

Rectificador

120/208VAC

TTA

Cargas CA

Configuracin CA para aplicaciones criticas


Banco de BateriaGrupo Electrgeno

CA

Convertidor CC/CC

Cargas CC

Cargas - 48VCC

AC UPS

Distribution

TTA

Configuracin CC-CA para aplicaciones criticas

CA

Grupo Electrgeno

Banco de Bateria

Rectificadores

-48 VDC

SISTEMA CC


Cargas CA

Banco de Bateria

Cargas - 48VCC

Convertidor CC/CC

Cargas CC

-48 VDCCargas

CC

TTA

TTA

CA

CA



SISTEMA CCRectificadores Distribucin CC

Banco de Bateria

Configuracin CC con doble alimentacin para aplicaciones criticas

MUCHAS GRACIAS

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