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INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE ENERGIA DC EN TELECOMUNICACIONES
Conceptos Básicos.
Claudio Muñoz V.IEEE Costa Rica
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Agenda• PRESENTACION
• INTRODUCCION:• DEFINICION DE SISTEMA DE ENERGIA, COMPONENTES.
• MODOS DE OPERACION DE UN SISTEMA DE ENERGIA.
• COMPONENTES DE UN SISTEMA DE ENERGIA•INTRODUCCION A LOS EQUIPOS DE ENERGIA• OTRAS CONSIDERACIONES DE INGENIERIA• Cableado• Sistemas de Puesta a Tierra• Barra MGB
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INTRODUCCION
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DEFINICION DE SISTEMA
¿ Qué es un Sistema ?
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DEFINICION DE SISTEMA
ENTRADA PROCESO SALIDA
Retroalimentación
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SISTEMA DE ENERGIA DC CON RESPALDO DE AC
Red AC
Motogenerador
Baterías
RectificadoresDistribución
Convertidor DC/DC
Inversor DC/AC
-48 VDC
-48 VDC
+24 VDC
120 VAC
Switch-48 VDC
Sistema de Energía DCSistema de Energía DC conRespaldo AC
STATE
Cargas
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DIAGRAMA SISTEMA DE ENERGIA DC
MEDICION
ALARMA
Y
CONTROL
RECTIFICADORES
BATERIAS
SHUNT
PDB
A OTRAS
CARGAS
INVERSOR
N+1
LVD
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COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC
+
-Filtrado Carga
Entrada
AC
Salida DC
Salida del Rectificador en Voltios y Amperios Potencia Salida = V x A = P <watts>
RECTIFICADOR
Equaliz-56.0V
-54.48V
Flotación
-53.52V
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•Un ignitrón es un tipo de rectificador controlado que data de la década de 1930.
•Fue inventado por Joseph Slepianmientras trabajaba para Westinghouse.
•Westinghouse fue el fabricante original y posee los derechos de la marca "Ignitron".
Primer rectificador: El Ignitrón
1) Anodo, (2) Cátodo, (3) Ignitor, (4) Mercurio,
(5) Aislante cerámico, (6) Fluido refrigerante.
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COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCTECNOLOGIAS DE RECTIFICADORESSCR –TIRISTOR CONTROLADO
• Ventajas: •Económico, •Alta eficiencia.
• Desventajas: • Alto nivel de ruido audible < 60 dBrn medidos a 1.5 metros• introduce armónicos a la red AC.• Gran tamaño y sumamente pesados.
400 A / 48 DC
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COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCTECNOLOGIAS DE RECTIFICADORESSCR –TIRISTOR CONTROLADO
100 A / -48 VDC
![Page 13: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/13.jpg)
COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCTECNOLOGIAS DE RECTIFICADORESSCR –TIRISTOR CONTROLADO
200A / 48VDC
![Page 14: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/14.jpg)
COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCTECNOLOGIAS DE RECTIFICADORESCONTROL FERRORESONANTE
•Banco de Capacitores (tanque Ferroresonante)•Ventajas: Alta eficiencia, muy robusto.•Desventajas: Alto Ruido , tamaño y peso
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COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCTECNOLOGIAS DE RECTIFICADORESCONTROL FERRORESONANTE
•Soporta variaciones de voltaje desde 185 VAC hasta 275 VAC, 3Ø, 50/60 Hz•Aplicaciones rurales o con poco mantenimiento.•Descontinuados de fabricación o muy pocos fabricantes.•Difícil obtención de repuestos.
![Page 16: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/16.jpg)
COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCTECNOLOGIAS DE RECTIFICADORESALTA FRECUENCIA:
Alta Frecuencia• Ventajas: Tamaño, peso, alta eficiencia (93% y los nuevos 97%), buen filtrado, ruido muy bajo.• Desventajas: alta susceptibilidad a transientes.
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COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCTECNOLOGIAS DE RECTIFICADORESALTA FRECUENCIA:
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NuevasEficiencias:
Rectifier Efficiency @ Nominal Vin, 25C
80.0%
82.0%
84.0%
86.0%
88.0%
90.0%
92.0%
94.0%
96.0%
98.0%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Load (%)
Eff
icie
ncy
(%
)
1Ph HE
NE050AC48
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COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCTECNOLOGIAS DE RECTIFICADORESALTA FRECUENCIA:
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COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCTECNOLOGIAS DE RECTIFICADORES
![Page 21: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/21.jpg)
COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCINVERSORES
INVERSOR-48VDC 120VAC
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COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCINVERSORES
INVERSOR-48VDC 120VAC
![Page 23: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/23.jpg)
COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCINVERSORES
INVERSOR-48VDC 120VAC
![Page 24: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/24.jpg)
Arquitectura convencial conStatic Transfer Switch
![Page 25: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/25.jpg)
Nueva arquitectura
AC comercial
240 Vca
N
120 Vca
L 1
L 2
L 3
![Page 26: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/26.jpg)
COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCCONVERTIDORES
CONVERTIDOR DC/DC-48VDC +24VDC
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COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCCONVERTIDORES
![Page 28: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/28.jpg)
COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC
Resistencia de precisión de bajo valor utilizada para m edircorriente. Es diseñada para tener una caída de tensión de 50mV en sus terminales cuando circule a través de ella el valor de corriente máximo permisible.
Por ejemplo, si una caída de tensión de 12mV es medida en los terminales de un shunt de 150Amp, ¿Qué valor de corriente está circulando a través del shunt?
50mV 150 Amp12mV i Amp
i = 12 x 150 = 36 Amp50
SHUNT DE MEDICIÓN
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COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCSHUNT
![Page 30: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/30.jpg)
COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DC
LVD = Low Voltage Disconnect
Contacto electro-mecánico que se abre cuando el val or de la tensión es muy bajo para la operación de la carg a. Protege a la batería de una descarga profunda duran te una falla del AC, conservando la vida útil de la baterí a.
BarraCarga
Barradescarga
Shunt LVLD
LVBD
A las cargas
Dispositivo de desconexión por bajo voltaje LVD
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COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCDISTRIBUCION SECUNDARIA
Se utiliza para llevar a otra habitación o piso un cuadro de distribución.
Todas envían alarmas a la planta principal por medio de contactos secos, lo que permite tener monitero y reporte de alarmas. .
![Page 32: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/32.jpg)
BATERIAS
• DEFINICION:
Unidad funcional para almacenamiento de energía a través de cambios electroquímicos.
• FUNCION:
Ofrecer respaldo de energía DC confiablemente por un número determinado de horas o minutos.
![Page 33: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/33.jpg)
CONFIGURACION DE BATERIAS
Se requiere:
• Consumo carga (Amps)
• Tiempo respaldo de Baterías (hrs).
• Tensión final de corte (Vdc)
• Tablas o curvas de• descarga de las Baterías
dadas por el fabricante.
![Page 34: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/34.jpg)
CONFIGURACION DE BATERIAS
Capacidad Nominalen AH @ 8 hr @ 1,75 Vfpc@ 25ºC
![Page 35: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/35.jpg)
CURVA TIPICA DE DESCARGA DE BATERIA
Autonomía
Voltaje
-54V
-42V LVD
![Page 36: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/36.jpg)
CONSIDERACIONES DE APLICACIONTEMPERATURA vs VIDA DE LA BATERIA
0
20
40
60
80
100
120
25 25.8 27.5 29.2 30.6 33.3 36 39.4 43.8
Temperatura (ºC)
% V
ida
dise
ño
![Page 37: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/37.jpg)
DISPOSITIVO DE COMPENSACION DE TEMPERATURA
• Ajuste proporcional del voltaje de flotación en función de la temperatura ambiente de batería.
• Prolongación de la vida útil de la batería en aquellos sitios donde la temperatura es variable.
• Es una opción ideal para sitios remotos y/o no monitoreados.
![Page 38: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/38.jpg)
CALCULO PARACAPACIDAD DE RECTIFICACION
+= Amp Consumox
Bat recarga Hrs
Bat respaldo Hrs x 1.15 Amp Consumo CR
Rectif. Nominal Cap.
CR N =
RECORDAR EL CRITERIO DE REDUNDANCIAN+1
CR: Capacidad de RectificaciónN: Número de rectificadoresHrs: HorasAmp: Amperios
![Page 39: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/39.jpg)
Modos de Operación de un Sistema de Energía DC
• Flotación
• Descarga
• Recarga o Igualación
• Redundancia– N+1
– Batería
![Page 40: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/40.jpg)
Modo de Flotación
CARGA
Red comercial AC
RectificadoresBastidor de Distribución
Bancos de Baterías
Vf
![Page 41: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/41.jpg)
Modo de Descarga
CARGA
Red comercial AC
RectificadoresBastidor de Distribución
Bancos de Baterías
![Page 42: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/42.jpg)
Modo de Recarga
CARGA
Red comercial AC
RectificadoresBastidor de Distribución
Bancos de Baterías
![Page 43: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/43.jpg)
Redundancia N+1
CARGA75 Amp
Red comercial AC
Rectificadores50 Amp
Bastidor de Distribución
Bancos de Baterías
25 Amp
25 Amp
25 Amp
![Page 44: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/44.jpg)
Redundancia N+1
CARGA75 Amp
Red comercial AC
Rectificadores50 Amp
Bastidor de Distribución
Bancos de Baterías
37,5 Amp
37,5 Amp
![Page 45: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/45.jpg)
Redundancia de Batería
CARGA75 Amp
Red comercial AC
Rectificadores50 Amp
Bastidor de Distribución
Bancos de Baterías
50 Amp
![Page 46: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/46.jpg)
OTRAS CONSIDERACIONESA LA HORA DE DIMENSIONARSISTEMAS DE ENERGIA DC
Tablero de Transferencia
![Page 47: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/47.jpg)
CABLEADO
¿Cuál de los conductores tiene la resistencia mas a lta?
A
B
Repuesta:
El conductor del cable identificado como “B”
La resistencia será igual a:Ro = ρρρρ(L / Area) = ohms
![Page 48: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/48.jpg)
CABLEADO
¿Cuál de los conductores tiene la resistencia mas a lta?
A
B
Repuesta:El conductor del cable Identificado como “A”
La resistencia será igual a:Ro = ρρρρ(L / Area) = ohms
![Page 49: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/49.jpg)
CAIDA DE TENSION
Banco de Baterías
Sistema de Energía con Distribución
Carga
0.25V 0.75V
1.0V
Caída de tensión del lazo
- 42.0Vmin1.75V/Celda - 41.0Vmin
Norma GTE E-SW -POWER 795-000-074
![Page 50: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/50.jpg)
CAIDA DE TENSION
Banco de Baterías
Sistema de Energía con Distribución
Carga
Caída de tensión del lazo
- 42.0Vmin1.75V/Celda - 41.0Vmin
0.25V 0.50V 0.25V
1.0V
DistribuciónRemota
Norma GTE E-SW -POWER 795-000-074
![Page 51: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/51.jpg)
CAIDA DE TENSION
Banco de Baterías
Sistema de Energía con Distribución
Carga
Caída de tensión del lazo
- 42.0Vmin1.75V/Celda - 41.0Vmin
0.25V 0.50V 0.25V
1.0V
DistribuciónRemota
Norma GTE E-SW -POWER 795-000-074
![Page 52: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/52.jpg)
¿ Dónde se encuentra instalado un Sistema de Energía DC ?
En el exterior en un Gabinete tipo shelter
En el interior de unaCentral Telefónica
![Page 53: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/53.jpg)
¿ Dónde se encuentra ubicado el Edificio de la CT ?
EdificioCentral Telefónica
Expuesto al medio que lo rodea PERTURBACIONES
![Page 54: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/54.jpg)
Perturbaciones externas al Sistema de Energía DC
• Sobretensiones Transitorias: Descargas Eléctricas (Rayo)
Supresores desobretensiones Transitorias
Sistema de Puesta a Tierra
![Page 55: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/55.jpg)
TIPOS DE SOBRETENSIONES
• Sobretensiones atmosféricas (externas):
Incidencia de rayos en líneas de transmisión
• Sobretensiones internas: Fallas a tierra, maniobras imprecisas, corrientes parásitas o inducidas (Sneak currents) etc.
![Page 56: Power d centelecomunicacionesconceptosbasicos](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022021502/5877fe8a1a28ab91178b6563/html5/thumbnails/56.jpg)
SUPRESORES DE SOBRETENSIONES TRANSITORIASANSI/IEEE C62.41 (1991)
CATEGORIA
EJEMPLO
CARACTERISTICASOBRETENSION
CATEGORIA C CATEGORIA B CATEGORIA A
ACOMETIDA
• Acometida• Sub -Tableros• Barras y alimentadores• Equipos alimentados desde sub -tableros
• Tomacorrientes
• Cicuitos ramales largos
• 20.000 Volts• 10.000 Amp por aprox. 20 µs.(Impulso de forma onda 10kA, 8/20 µs, Z= 2 ohm)
• 6.000 Volts• 3.000 Amp por aprox. 20 µs.
(Forma onda 3kA, 8/20 µs,Z=2 ohm)
• 6.000 Volts• 200 Amp por aprox. 20 µs.
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Barra Maestra de Aterrizamientos.MGB .
•Productores de sobrevoltajes. Zona P.•Compensadores de sobrevoltajes. Zona A.•Zona de tierras no aislada. Zona N.•Zona de tierras aislada. Zona I.
•Barras auxiliares de tierra.
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P A N I
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MUCHAS GRACIAS !!