Fundamentos de ups

Curso

Fundamentos de UPS

Objetivo general

Al término del curso, el participante realizará mantenimientopreventivo y actividades básicas de mantenimiento correctivo deUPS, de acuerdo a las recomendaciones del fabricante.

Tabla de contenido

PáginaCapítulo 1 Operación

Descripción general…………………………………………….. 1-2Formas de Operación…………………………………………… 1-5Características..…………………………………………………. 1-8UPS Toshiba…………..………………………………………… 1-11UPS Best Power…...……...…………………………………….. 1-16UPS Powerware………………………………………………… 1-21

Capítulo 2 Teoría de funcionamientoRectificador…………………………………….……………….... 2-2Inversor…………………………………………………………… 2-5Sistemas monofásicos y trifásicos……………………………….. 2-10Baterías…………………………………………………………… 2-15Comunicaciones y alarmas……………………………………….. 2-18

Capítulo 3 MantenimientoVerificación de cargas…..........................…................................... 3-2Inspección y operación.............................…................................... 3-4Detección de fallas........................................................................... 3-7Prueba de componentes…...........…................................................ 3-10Prueba de baterías…....................................................................... 3-13

Bibliografía ……………………………………………………………. B-1

Capítulo 1Operación

Panorama general

Introducción En este capítulo se presenta información sobre las funciones básicas de losUPS, formas de operación y funciones de las principales marcas utilizadas

Debido a que las diferentes marcas cuentan con opciones similares, no sepresenta la información completa de cada marca para evitar repetición en lainformación.

Objetivo Al término del capítulo, el participante identificará las características y formasde operación de las principales marcas de UPS

Temas Este capítulo contiene los siguientes temas:

Tema Ver PáginaDescripción general 1-1Formas de operación 1-4Características 1-7UPS Toshiba 1-10UPS Best Power 1-15.UPS Powerware 1-20

Descripción General

¿Qué es un UPS?

UPS es un equipo de alimentación de corriente alterna, su nombre proviene delas siglas en inglés de Uninterrupted Power Supply, que en español significafuente de alimentación ininterrumpida.

Este equipo está formado por un elemento rectificador, un sistema de bateríaspara almacenamiento de energía y un inversor, funcionando como reguladorde voltaje de corriente alterna ininterrumpida.

¿Cuándo se utiliza?

Un UPS se utiliza para proporcionar corriente alterna ininterrumpida a cargascríticas, en algunos casos, cuando se utiliza como regulador, proporcionatambién aislamiento entré el circuito de alimentación a la carga crítica y losdemás sistemas conectados a la distribución de corriente alterna.

Usos los UPS se han utilizado principalmente en las siguientes cargas:

Terminales de computadora asociadas a los centros de supervisión.

Terminales de computadora en centros de atención a clientes.

Computadoras personales en oficinas administrativas.

Servidores y equipo auxiliar de redes de computadoras.

Salas de videoenlace.

Continúa en la siguiente página

Descripción General, continuación

Tiempo de respaldo

Los UPS son equipos compactos y esto nos hace muy prácticos, sin embargoel tiempo de respaldo es corto, la mayoría de los sistemas se diseñan para unrespaldo de 20 minutos, que es el tiempo suficiente para respaldarinformación en un equipo de cómputo.

El tiempo respaldo limita los equipos que pueden ser conectados a un UPS,los fabricantes recomiendan no conectar impresoras láser, fotocopiadoras,proyectores, aspiradoras, resistencias, calefactores, ventiladores, radios,grabadoras, televisores, cargadores, y otras cargas que no sean prioritarias.

Crecimiento Por lo general, los UPS se colocan cerca de la carga que alimentan, por lo queal aumentar la carga, se instala otro UPS para la nueva carga.

Algunos equipos tienen la facilidad de crecer modularmente y conectarse enparalelo, de manera que se requiere circuitos de sincronización, control ybalance.

Para incrementar el tiempo de respaldo, algunos UPS cuentan con laposibilidad de conectar módulos adicionales de batería.

Dimensiona-miento

La capacidad de un UPS está determinada por la cantidad de carga quealimenta y el tiempo de respaldo requerido.

Es recomendable no sobrepasar el 90 % de la capacidad del equipo para evitarpérdidas por calentamiento, también al aumentar la carga disminuyeconsiderablemente el tiempo de respaldo.

Si la carga es variante, se da una diminución en los tiempos de respaldodebida a la energía adicional consumida al aumentar la carga.


Descripción General, continuación

Dimensiona-miento (continuación)

La capacidad de los UPS se especifica en KW o en KVA y es comúnconsiderar el factor de potencia como 0.8.

Para el dimensionamiento es necesario determinar la corriente total asuministrar por el equipo y calcular la capacidad de la siguiente forma:

Para UPS monofásico. 1000

VIKVA

Para UPS trifásico. 1000

3 VIKVA

El cálculo de tiempo de respaldo dependerá de la especificación del fabricantey cantidad de módulos de ampliación con que cuente el sistema.

Formas de Operación

Conexión al sistema

Los fabricantes de UPS recomiendan contar con un grupo electrógeno derespaldo en caso de requerir tiempos de respaldo largos.

En Telmex, los UPS se conectan siempre a un tablero de distribuciónconectado a la carga esencial, como se muestra en el siguiente diagrama abloques.

Diagrama a bloques

El funcionamiento de un UPS puede describirse mediante el siguientediagrama a bloques:

El rectificador proporciona la corriente de alimentación para el inversor, labatería y los circuitos de control, por lo que su capacidad es ligeramentemayor que la capacidad de salida del equipo. Uno de los puntos quedeterminan la calidad de la protección de un UPS es el aislamiento entre susetapas de entrada y salida, esto se da en la etapa de entrada.

La batería se conecta en paralelo con el inversor solo cuando falla el voltajede entrada, mientras éste está bien, está conectada a un cargador de baterías.

El inversor es el regulador de voltaje del sistema, otro punto que determina lacalidad de los UPS es la regulación y forma de onda del voltaje de salida.

La transferencia determina si la carga se alimenta por el UPS o directamentede la red, para ello se tiene varias configuraciones o formas de operación, lasprincipales son ON LINE y OFF LINE.


Formas de Operación, continuación

Sistemas ON LINE

En los sistemas ON LINE, el UPS siempre está alimentando a la carga, conesto se consigue el aislamiento de las etapas de entrada y salida, se logra elmayor nivel de protección, aunque se tiene el mayor consumo de energía.

Al fallar el equipo, la transferencia desconecta al UPS y conecta el By pass dealimentación desde la distribución de corriente alterna hacia la carga.

Como se muestra en la siguiente figura, el control de transferencia supervisala salida del rectificador y la operación del inversor para realizar el cambiopor cualquier falla en el sistema.


Formas de Operación, continuación

SistemasOFF LINE

En los sistemas OFF LINE, la carga normalmente se alimenta de ladistribución de corriente alterna a través del By pass, el control de trasferenciaes un supervisor de red, al fallar ésta, enciende el inversor y conecta laalimentación del UPS hacia la carga.

En este tipo de sistemas se sacrifica un poco la protección por el aumentoconsiderable del ahorro de energía.

Sistemas de Línea Interactiva

Los llamados sistemas de Línea Interactiva son sistemas OFF LINE, con lacaracterística de que el inversor está trabajando continuamente y se coloca unsistema de transferencia estática para acelerar el cambio de alimentación ycon ello evitar interrupciones de alimentación.

Otros sistemas Con base en el sistema OFF LINE, han surgido modificaciones que pretendenobtener los beneficios de eficiencia y ahorro de energía con las característicasde protección de los sistemas ON LINE, algunas de estas combinaciones son:

BOOST: Es un sistema Off line con transformador de compensación(estabilizador de voltaje), permite mayor rango de voltaje de red (en bajo), elinversor compensa el voltaje de salida, el transformador de entradaproporciona el aislamiento de entrada y salida.

In Line: Cuenta con ondulador reversible (ondulador-rectificador), de formatal que se utiliza el mismo circuito para carga de baterías e inversor,incrementando la eficiencia al no tener transferencia de corriente directa.

Características

Introducción Debido a la gran cantidad de marcas de UPS se mencionan a continuación lascaracterísticas generales de la mayoría de los equipos, con informaciónobtenida de diversos manuales de usuario.

Conexiones de entrada

La alimentación de un UPS requiere de instalación especial, de acuerdo con losiguiente:

Para los equipos de baja capacidad (aproximadamente hasta 2 KVA) se puedeconectar en un contacto de pared alimentado de los circuitos derivados depiso.

Los equipos de mediana capacidad se alimentan mediante un circuitoconstruido específicamente para ellos, tomados de un interruptor de cargaesencial, terminados en un contacto monofásico o trifásico.

Los equipos de alta capacidad (aproximadamente de 30 KVA en adelante)requieren un circuito específico terminado en un centro de carga en el sitio deinstalación de los UPS.

En todos los casos es indispensable la conexión a tierra de los UPS (delgabinete y de protección eléctrica).

Conexiones de salida

Los UPS de alta capacidad cuentan con tablillas terminales de salida para laconexión de los circuitos derivados de corriente ininterrumpida, en caso decontar con mas de una terminal de salida por fase, es necesario consultar elmanual del proveedor para determinar la corriente máxima a utilizar porcircuito o calcularlo de acuerdo a la capacidad y numero de salidasdisponibles.

Los UPS de mediana y baja capacidad generalmente cuentan con contactoseléctricos de salida, en este caso también se debe verificar la capacidad de loscontactos de acuerdo con la capacidad del equipo para determinar la máximacorriente disponible por punto de conexión.


Características, continuación

Indicadores de operación y alarmas

Todos los UPS tienen elementos de indicación de operación y alarmas con lasprincipales funciones descritas a continuación:

Alimentación. Indicación por led de alimentación disponible, generalmentede entrada, en ocasiones tiene para entrada y salida.

Operación normal. Generalmente se enciende un led verde para indicar quela batería se está cargando y la carga se alimenta con la fuente normal.

Carga de batería. En algunos equipos se tiene indicación especial por mediode uno o varios leds cuando la batería está en proceso de carga y el UPS operanormalmente.

Porcentaje de carga. Algunos UPS tienen circuitos de medición de corrientede salida que indican por medio de leds o amperímetros el porcentaje de cargarespecto a la capacidad del equipo.

Sobrecarga. Señal de alarma que aparece por medio de leds y señal acústicapara indicar que se ha conectado una carga que rebasa la capacidad delequipo.

Operación por batería. Indicación por leds y acústica cuando falla la red y lacarga se alimenta con batería.

Nivel de batería. En operación por batería se puede estimar el tiempo derespaldo de acuerdo a su nivel de carga indicado por leds y generalmente porel tiempo de los intervalos de una señal acústica intermitente.

Falla UPS. Las fallas de los diferentes sistemas del UPS aparecen por una ovarias señales visuales y acústicas.

Señalización remota. Los UPS cuentan con salidas de alarma por contactosde relevador y/o por un sistema de comunicaciones hacia un centro de controlde equipo de cómputo.


Características, continuación

Interruptores Todos los UPS cuentan con un interruptor de control de encendido, la cargano será alimentada mientras este interruptor esté apagado. En algunossistemas el equipo no inicia su funcionamiento al oprimir el botón deencendido si no está presente la alimentación de entrada aunque la batería estébien cargada.

Algunos UPS cuentan con uno o mas de los siguientes elementos:

Un interruptor de conexión de baterías externas.

Interruptor de alimentación de corriente alterna de entrada.

Interruptor de By pass manual.

Módulos adicionales

Los equipos diseñados para crecimiento modular se montan sobre un bastidorsimilar al de las plantas rectificadoras y se interconectan al sistema medianteconectores especiales para las señales de control y comunicaciones, ademásde las conexiones de potencia.

Los equipos diseñados para crecer en el respaldo de batería, generalmentecuentan con terminales o conectores especiales para ello.

Control Algunos UPS cuentan con módulos de control por microprocesador, el accesoa la programación de las funciones del equipo puede realizarse localmente pormedio de un conjunto de botones indicadores montados en el equipo o pormedio de terminal conectada directamente al puerto del equipo.

El acceso local a la mayor parte de los equipos puede realizarse por laconexión de un sistema de comunicaciones por módem a una terminal remotao por conexión directa a una red de comunicaciones.

UPS Toshiba

Introducción A continuación se presentan algunas características particulares de UPSToshiba de las series 1400 (monofásico de 600 a 2400 VA) y 4100 (trifásicode 10 a 50 KVA).

Diagrama a bloques

En el siguiente diagrama a bloques se muestra las partes principales de unUPS Toshiba de la serie 1400 ó 4100, que operan en configuración ON LINE.

La protección de entrada consiste en un interruptor termomagnético parasobrecorriente y corto circuito, un supresor de picos de voltaje y un filtro delínea que evita que las señales de radiofrecuencia de conmutación seintroduzcan a la línea de alimentación

El rectificador proporciona la corriente directa para la alimentación de loscircuitos del inversor y el cargador de baterías.

El prerregulador mantiene un nivel de voltaje de corriente directa para elinversor.

Al cerrar el interruptor principal con alimentación a la entrada, el equipo noalimenta la carga por medio del by pass, a menos que se aplique una señalexterna al switch estático o se encienda el UPS.


UPS Toshiba, continuación

Conexiones de potencia de entrada y salida

Las conexiones de entrada y salida de corriente alterna se realizan por mediode una tablilla de conexiones como la que se muestra en la siguiente figura,donde las terminales marcadas con "H" son las de entrada y las marcadas con"L" son salidas.

Como puede observarse, esta tablilla corresponde a un equipo trifásico conconexión en estrella.



Panel de control

En la parte frontal del equipo de la serie 4100, se puede observar un panel decontrol como el que se muestra a continuación:

Los leds indican el estado del equipo y sus partes:

AC IN (verde). Enciende cuando la red está normal.

INV (verde). Enciende cuando el inversor está operando correctamente.

BYP (verde). Enciende cuando está operado el By pass (la red alimenta lacarga).

BATT (verde). Indica cuando la carga está siendo alimentada por la batería.

FAULT (rojo). Enciende al ocurrir una falla en el UPS.

En caso de oprimir el botón de interrupción de emergencia, se deja dealimentar a la carga y todos los leds se apagan.

Si ocurre una falla de comunicación, todos los leds se encienden.

Los botones se utilizan para realizar ajustes y programación del UPS (controltemporizado de encendido y apagado, despacho de carga, etcétera), además deconsultar el estado de la alimentación y cada uno de los módulos del equipo.

El interruptor de llave es el interruptor de encendido del equipo.



Comunicaciones El equipo cuenta con una interfaces de comunicaciones a través de otroconector tipo DB9 hembra para consulta remota del estado y corte remotodel equipo mediante un software especial de Toshiba.

Contactos de alarma

Las series 1400 y 4100 cuentan con un conector db9 macho para señalizaciónremota, el equipo envía una señal de tierra o potencial común. Para la señal defalla de UPS, cuenta con un contacto seco, todo esto de acuerdo a la siguientefigura:



Batería En la siguiente tabla se muestran los valores de voltaje y corriente de bateríaespecificados por Toshiba para los UPS serie 1400 y 4100, en todos los casosse utiliza baterías selladas plomo ácido.

Series 1400

Capacidad Vmax Vnom Vminalarma

Vmin(corte)

IcdCargabatería

Respaldoa plenacarga

600VA 41.4 36 31.7 28.8 0.4 A 10 min800 VA 55.2 48 42.3 38.4 0.4 A 10 min1 KVA 55.2 48 42.3 38.4 0.4 A 10 min

1.2 KVA 69.0 60 52.8 48.0 0.4 A 10 min1.5 KVA 82.8 72 63.4 57.6 0.4 A 10 min2 KVA 110.4 96 84.5 76.8 0.4 A 10 min

2.4 KVA 110.4 96 84.5 76.8 0.4 A 10 min

Series 4100

Capacidad Vflot Vmin(corte)

IcdCargabatería

Respaldoa plenacarga

10 KVA 245.7 175.0 3.8 A 20 min20 KVA 245.7 175.0 3.8 A 10 min25 KVA 270.0 192.0 3.8 A 7 min50 KVA 270.0 192.0 3.8 A 5 min

UPS Best Power

Indicación y control

Los UPS Best Power operan generalmente en el modo ON LINE en losmodelos antiguos y en modo Línea Interactiva para los nuevos modelos. En lasiguiente figura se muestra la parte frontal del modelo 610 con sus controles eindicadores.

El botón de encendido conecta los circuitos del inversor y el botón de by passactiva la transferencia (conecta la carga).


UPS Best Power, continuación

Medición de corriente de salida

Algunos UPS utilizan un grupo de leds para indicar la cantidad de corrientede salida, en el caso del Best Power modelo 610, la medición se realiza deacuerdo con la siguiente figura, basándose en la capacidad del equipo, los ledsque aparecen sombreados están encendidos.

El equipo puede trabajar al 105 % de carga durante un periodo máximo de 10minutos, si se rebasa ese nivel de corriente, se produce la alarma desobrecarga y el equipo cambia al modo de operación en By Pass

Los leds que se encuentran sobre las partes del diagrama a bloques de lacarátula indican el modo de operación, la figura anterior muestra que lamedición se realiza si el UPS está en modo de By Pass o en modo ON LINE.

Indicación del nivel de carga de batería

En el modelo 610, cuando el equipo se encuentra alimentando con la batería,los leds no indican la corriente de salida, sino el nivel de carga de la batería,como se muestra en la siguiente figura:



Alarma acústica y señalización

La mayoría de los UPS cuentan con señalización acústica para indicar alarmadel UPS y falla de corriente alterna, en la siguiente tabla se muestra lascombinaciones de indicación sonora y por leds del UPS 610.

LEDsencendidos

Alarma Audible Descripción de Alarma

Dos bipspor segundo

El UPS está sobrecargado yse ha cambiado al modo deoperación en By pass.

Dos bipspor segundo

UPS sobrecargado operandoen el modo de batería.

No hay bip audibleLos cuatro leds de operaciónparpadean cuando se estárealizando un a prueba debatería.

Cinco bipsinicialmente y

luego sin sonido

Con el led de bateríaencendido(en el cuadro deleds sobre el diagrama),significa que debenreemplazarse las baterías.



Alarma acústica permanente

Si la alarma acústica es constante, el problema es grave, en general mientrasmás corto sea el intervalo de descanso para señales intermitentes, la situaciónes mas crítica en el UPS, en la siguiente tabla se muestra la señalización debip constante en el modelo 610:

LEDsencendidos

Alarma Audible Descripción de Alarma

Bip constanteSi el led de batería estáapagado, esta es una alarmade alta temperaturaambiente.

Bip constante Voltaje de salida alto o cortocircuito del inversor.

Bip constanteVoltaje alto de la barracolectora de C.D.

Bip constante Corto circuito en interruptorde By pass.

Bip constanteCorto circuito en interruptorde transferencia estática delinversor.



Ajuste del voltaje de salida

El ajuste de voltaje regulado de salida del UPS 610 se realiza en un par deinterruptores localizados en la parte posterior del equipo, las opciones semuestran a continuación.

Comunicación y alarmas remotas

Los UPS Best Power tienen opciones de comunicación y alarmas remotassimilares a las descritas para la marca Toshiba, en un puerto decomunicaciones RS232 o un DB9 se tiene dichas señales.

Algunos equipos cuentan con un módem y tienen un conector RJ11 paraconexión de línea telefónica para reporte a terminal remota y acceso paraverificación y pruebas.

UPS Powerware

Operación de equipos de bajacapacidad

Los UPS Powerware de baja capacidad (aproximadamente hasta 4000 VA)operan en modo ON LINE, y la carga de baterías se realiza alimentando elcargador de baterías en paralelo con el rectificador, al fallar la red, elrectificador transfiere la alimentación a la batería, como se muestra en lasiguiente figura. El control se realiza por medio de un micro procesador.


UPS Powerware, continuación

Operación de equipos de alta capacidad

En los UPS Powerware de 6000 VA en adelante se puede encontrar modelosen los que la alimentación al cargador de baterías se realiza desde el inversor,de manera que se elimina cualquier ruido de entrada en la alimentación, elcontrol se realiza mediante un microprocesador que desconecta el cargador alfallar la red.



Panel de operación frontal

Los UPS Powerware son similares a los Bestpower en su operación, en lasiguiente figura se muestra el panel frontal de un modelo Prestige.



Unidad de distribución

Algunos modelos de mediana y alta capacidad cuentan con la posibilidad deinstalar un módulo de distribución que permite aislar la carga del equipo parareparaciones y actualización o sustitución. En la siguiente figura se puedeobservar el diagrama a bloques de conexión de la unidad de distribución, coninterruptor de by pass y transformador de aislamiento, en el lado de conexiónde la carga se montan contactos para la conexión directa de las cargas.

Capítulo 2Teoría de Funcionamiento

Panorama general

Introducción En este capítulo se describen los circuitos que componen un UPS, debido aque los fabricantes se reservan la información de los equipos, la descripciónes general y puede ser utilizada para realizar algunos diagnósticos en caso defalla de los equipos.

Objetivo Al término del capítulo, el participante interpretará el funcionamiento de unUPS, de acuerdo a la teoría de operación de cada uno de sus bloques.


Tema Ver PáginaRectificador 2-1.Inversor 2-4Sistemas monofásicos y trifásicos 2-10Baterías 2-14Comunicaciones y alarmas 2-17

Rectificador

Etapa de entrada del UPS La etapa de entrada del UPS está formada por un filtro de radiofrecuencia,

circuitos de protección, y un rectificador regulado. Algunas veces, como semencionó en el capítulo anterior, se utiliza un transformador de entrada. en lasiguiente figura se muestra el diagrama a bloques de las etapas de entrada:

Puente rectificador

Los circuitos rectificadores utilizados son del tipo de onda completa, por logeneral se utilizan rectificadores tipo puente, en la siguiente figura se muestrael diagrama básico del rectificador de entrada monofásico con el circuito deregulación, el transistor opera como interruptor utilizando la técnica deregulación por modulación de ancho de pulso (PWM)


Rectificador, continuación

Circuito regulador relevador (chopper)

El regulador mostrado anteriormente se conoce como chopper o reguladorelevador controlado, conmutando en alta frecuencia, por lo que generalmentese utiliza como interruptor un transistor bipolar de compuerta (IGBT) o untransistor de efecto de campo (FET). A continuación se describe gráficamentesu funcionamiento, el rectificador se ha sustituido por una fuente de corrientecontinua con voltaje Vp (es el valor de voltaje pico de C.A.) y el transistor seha sustituido por un interruptor.

1Al momento de encender, el interruptor seencuentra abierto y el capacitor se carga alvoltaje de la fuente, la corriente sesuspende al cargarse el capacitor.

2

Al cerrar el interruptor, la corriente por labobina permanece y se almacena en ellaenergía en forma de campo magnético. Eldiodo impide la descarga del capacitor.

3

Al abrir nuevamente el interruptor, elcampo magnético de la bobina proporcionaun voltaje adicional al de la fuente hacia elcapacitor, la regulación se lleva a cabocontrolando la cantidad de energía en labobina, ajustando el tiempo de cerrado delinterruptor, conmutando en alta frecuenciase mejora la eficiencia y sincronizando laconmutación con la línea de entrada selogra un factor de potencia cercano a uno.


Rectificador, continuación

Regulador reductor (buck)

En la etapa de carga de batería de muchos UPS y en la etapa de potencia deequipos de baja capacidad se utiliza reguladores en serie del tipo buck, queconsiste en un circuito de regulación tipo serie pero utilizando un interruptorde alta frecuencia, con lo que se consigue mayor eficiencia y con ello unfactor de potencia cercano a la unidad.en la siguiente figura se muestra un rectificador buck trifásico:

Cargadores de baterías

La carga de baterías puede utilizar la salida del rectificador principal o tenerun rectificador independiente, generalmente se regula para que la corriente decarga no sea mayor del 10 % de la capacidad del equipo.

En algunos equipos se utiliza circuitos bidireccionales o reversibles, queconsisten en un rectificador que se convierte en inversor al fallar la energía dela fuente, el principio de funcionamiento se describe mas adelante.

Inversor

Regulación de Voltaje de salida del UPS

La regulación de voltaje de salida y control de límite de corriente del UPS serealiza en la etapa inversora. Como se muestra en la siguiente figura, elcircuito de control cuenta con un oscilador de disparo del inversor, que esafectado por circuitos de retroalimentación de voltaje y corriente desde lasalida del equipo.

DC Input = Entrada de corriente directa (salida de la etapa rectificadora).

Power Switching Stage = Etapa de ondulador de potencia, corresponde acircuitos de potencia con interruptores a base de transistores, tiristores, IGBTo FET.

Oscilator = oscilador, incluye los circuitos de control, los pulsos de switcheopara la etapa de potencia.

Voltage Feedback = Retroalimentación de voltaje para regulación.

Current Feedback = Retroalimentación de corriente para limitación de lapotencia de salida.


Inversor, continuación

Formador de onda

La forma de onda de salida del UPS es senoidal, debido a que se utiliza untransformador ferrorresonante con un circuito tanque en el secundario,ajustado a 60 Hz.

Transformador de Fuentes bidireccionales

En los UPS donde se utiliza fuentes bidireccionales, la operación deltransformador es como se ilustra a continuación:

En condiciones normales, la carga se alimenta desde la red y la fuentebidireccional funciona como rectificador para cargar a la batería. Al fallar lared, el control de la fuente bidireccional detecta la falla y activa la fuentebidireccional como inversor, tomando la carga de la batería, un circuito detransferencia bloquea la entrada para evitar presencia de voltaje a la entrada.



Fuente bidireccional

Una fuente bidireccional para operación con el circuito anterior debe operar a60 Hz, por lo que muchas veces se utilizan transistores de potenciaconvencionales o incluso tiristores en el oscilador, a continuación se muestrael circuito básico de fuentes bidireccionales:

Cuando opera como rectificador, los transistores se comportan comointerruptores abiertos, por lo que los diodos forman un puente de ondacompleta.

Al fallar la alimentación, los transistores realizan la conmutación cerrando enpares alternativos, por lo que se tiene un oscilador.



Inversor trifásico

En UPS trifásicos se pueden utilizar 3 circuitos monofásicos de inversor o uninversor trifásico como el que se muestra a continuación, la gráfica detiempos se muestra en la siguiente página

El circuito de control utiliza circuitos de sincronía con la señal de entrada yreferencias de la salida del UPS.



Gráfica de tiempos del inversor trifásico

En la siguiente gráfica se muestran los tiempos de conducción de losinterruptores electrónicos del inversor trifásico y las señales de corrienteresultantes, recuerda que en el secundario se coloca un circuito formador deonda para obtener salida senoidal.



Transformador con conexión Scott

Otra forma de obtener salida trifásica del UPS, es utilizar un transformador enconexión T Scott, en este caso se utilizan solo dos circuitos inversores en elprimario y en el secundario las terminales se conectan dé tal forma que setiene 3 corrientes resultantes con defasamiento de 120 grados entre sí, en lasiguiente figura se muestra la conexión de este transformador.

Sistemas monofásicos y trifásicos

Introducción La mayoría de los fabricantes de UPS ofrecen sistemas de salida monofásicahasta 50 KVA y algunos hasta 100 KVA. Por lo general los equipos trifásicosson de 15 KVA en adelante.

La razón principal de la existencia de equipos monofásicos de alta capacidades que los trifásicos requieren sistemas de control más complejos y sonsusceptibles a desbalance de carga.

Los sistemas trifásicos presentan mayores problemas que los monofásicos porla presencia de armónicas debidas a la carga, aunque este problema puederesolverse efectivamente mediante el uso de un transformador en conexiónScott.

A continuación se describen algunas configuraciones de conexión modular delos equipos y los circuitos de transferencia con interruptores estáticos.

Configuración redundante

La configuración redundante consiste en duplicar los circuitos del UPS, unonormal y otro de reserva, la batería es compartida, como se muestra en lasiguiente figura, el equipo requiere doble transferencia y como se puede ver,es posible encontrar un interruptor de by pass manual.


Sistemas monofásicos y trifásicos, continuación

UPS con múltiples interruptores

En sistemas automatizados y edificios inteligentes se utilizan sistemas de UPSque conectan o desconectan diferentes circuitos de la fuente, esto permitetambién contar con cargas alimentadas como ON LINE, mientras otras querequieran menor regulación operan como OFF LINE; también permiten lautilización de UPS de baja capacidad en circuitos de reserva de prioridad. Enla siguiente figura se muestra un circuito de transferencia múltiple:



Transferencia estática

Los sistemas de transferencia estática permiten tener tiempos de interrupciónmucho más cortos que los antiguos equipos con contactores, en un sistemamonofásico como el que se muestra en la siguiente figura, se tiene un tiempomáximo de interrupción de 8.3 milisegundos, ya que se envía un pulso cadamedio ciclo, es común utilizar tiristores, aunque algunos UPS usan Triacscomo interruptores de transferencia.

Interruptor trifásico

Para obtener un interruptor trifásico se utilizan tres interruptores monofásicoscomo los de la figura anterior, conectados de la siguiente forma:



Bloqueo en Transferencia de corriente directa

La transferencia en corriente directa puede realizarse utilizando interruptoresestáticos como los mostrados anteriormente o a base de transistor o FET, enalgunos casos, solo se utiliza un diodo de bloqueo como se puede ver en lasiguiente figura.

Baterías

Ciclo de descarga

Se llama ciclo de descarga al proceso de descarga de la batería seguido de unproceso de carga, cundo se lleva durante la descarga hasta el límite de sucapacidad (valor mínimo permitido sin daño) y posteriormente se somete a unproceso de carga hasta el 100% de su capacidad, se dice que se realizó unciclo completo.

Tipos de baterías

En los UPS se utilizan principalmente baterías selladas, aunque existenalgunos equipos antiguos que usan baterías abiertas, en la siguiente tabla semuestran los principales tipos de baterías para UPS, los datos especificadospor el fabricante se refieren a operación a 25 °C, las mas utilizadas por losfabricantes de UPS son las de plomo ácido con aleación de calcio selladas,debido a su costo.

Tipo de Batería Vida Útil (según fabricante)Ciclos Completos Años

Plomo ácido 1000 a1200 25

Plomo ácido/Antimonio 1000 a 1200 15

Plomo ácido/Calcio 100 20

Plomo ácido/Calcio selladas electrolito líquido 100 3 a 5

Plomo ácido/Calcio selladas electrolito en gel 100 20

Plomo ácido sellada electrolito en suspensión(material poroso)

1000 a1200 10 a 14

Níquel cadmio 800 20


Baterías, continuación

Vida útil De acuerdo con el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE), lavida útil de una batería de aplicación para UPS se termina cuando sucapacidad ha disminuido 20 %, es decir, está al 80 % del valor especificadoen Ampers-hora.

De acuerdo a datos estadísticos, la mayoría de las baterías de los UPS lleganal final de su vida útil entre 5 y 8 años.

Los ciclos de descarga son la principal causa de disminución de la vida útil,ya que con cada ciclo se pierde parte de su capacidad e un porcentaje quedepende de la duración de la descarga y la temperatura ambiente, en Telmexcontamos con bancos de baterías que tienen periodos de vida útilprolongados, sin embargo no debemos esperar que las baterías de los UPSduren lo mismo debido a que la pérdida de capacidad es mayor debido a ladiferencia de capacidad.

Eficiencia La eficiencia de una batería es la relación de la cantidad de energía queproporciona durante una descarga dividida entre la energía requerida paralevarla al nivel de carga que tenía, las baterías usadas en UPS tiene eficienciasentre 80 y 85%, dependiendo de la temperatura y el nivel de vida en que seencuentra.

Sustitución Los UPS, como se vio en el capítulo anterior, detectan el nivel de carga de labatería y la desconectan cuando llega a su valor bajo, los circuitos quecontrolan esta operación están diseñados para el tipo de batería utilizada porel fabricante, por lo que al sustituir las baterías es importante conseguirbaterías no solo de las mismas dimensiones, sino también de las mismascaracterísticas operativas.


Baterías, continuación

Tiempo de respaldo

El tiempo de respaldo de un UPS está en función de la capacidad de la bateríay de la cantidad de carga conectada.

La relación de la carga conectada con el tiempo de respaldo no es lineal, esdecir, que el doble de carga no tendrá la mitad de tiempo de respaldo sino queun poco menos; así mismo, la mitad de la carga tendrá un poco mas del doblede tiempo de respaldo, por eso es que en situaciones críticas, la desconexiónde algunas cargas de menor prioridad podría incrementar el tiempo derespaldo a las cargas críticas.

En la siguiente gráfica se muestra el comportamiento de una batería para unUPS cuando se aplica una carga que está en relación con su capacidad (C).

Comunicaciones y alarmas

Puerto de comunicaciones

Los UPS se han desarrollado a la par con los sistemas de cómputo, de maneraque se han desarrollado sistemas de comunicación con estos sistemas, por estarazón, casi todos los UPS actualmente cuentan con dispositivos decomunicación, enviando información sobre las condiciones de operación yalarmas hacia los centros de control, a continuación se presenta un recorte delmanual de UPS Best Power 610 con un puerto de comunicaciones y alarmas.


Comunicaciones y alarmas, continuación

Modos de comunicación

Los modos de comunicación de los UPS con los sistemas de comunicacionesdependen de las características de los sistemas de supervisión, por ejemploPowerware promueve para sus equipos de alta capacidad sistemas con lassiguientes opciones:

Conexión con Impresora. El UPS se conecta directamente a una impresorapara registrar los eventos de funcionamiento y falla de la red o el equipo.

Conexión a terminal. Se puede conectar a una terminal utilizada parasupervisar uno o mas UPS.

Conexión a computadora. El sistema se conecta vía módem, utiliza unpaquete de supervisión y control que puede manejarse desde una computadorao bien en una red y asignado una computadora para el control (Host).

Administraciónde energía de redes

La administración de energía de redes consiste en un sistema de supervisiónen redes de computadoras alimentadas por uno o más UPS, en este caso unacomputadora de la red se asigna como Host para el sistema de administracióny recibe la información de todos los UPS, en caso de falla de algúnalimentador, la computadora envía la señal de alarma y el historial delcomportamiento del sistema.

Si ocurre una falla prolongada de la corriente alterna de uno o más UPS, lacomputadora puede enviar una señal de shutdown, que consiste en enviar unaseñal de respaldar información y apagar los equipos antes de que el UPS quelos alimenta llegue a su valor de corte.

Operación remota

Los sistemas de comunicaciones permiten la operación remota de los UPS,como encendido y apagado del equipo, transferencia de carga y prueba dedescarga de baterías.

Capítulo 3Mantenimiento

Panorama general

Introducción En el presente capítulo se presentan algunas recomendaciones de losfabricantes de UPS para el mantenimiento de sus equipos, la informaciónsobre mantenimiento correctivo es muy general debido a la generalidad deeste manual y a que los fabricantes se reservan gran parte de la información alrespecto.

Objetivo Al término del capítulo, el participante realizará actividades básicas demantenimiento en UPS de acuerdo a las recomendaciones del fabricante.


Tema Ver PáginaVerificación de Cargas 3-1Inspección y Operación 3-3Detección de fallas 3-6Prueba de componentes 3-9Prueba de baterías 3-12

Verificación de Cargas

Introducción La verificación de cargas consiste en observar las cargas que se conectan alUPS y sus puntos de conexión, Los principales fabricantes recomiendanrealizar esta actividad en periodo entre 6 meses y un año, además cada vezque se realicen cambios en la instalación.

Identificación de contactos

Los contactos de corriente alterna ininterrumpida deben estar bienidentificados, de manera que los usuarios los utilicen en los equipos decómputo para los que se han colocado, en lugares donde se tiene mas de unUPS, los contactos deben tener también la identificación del equipo que lecorresponde.

Cargas no permitidas

Las cargas no permitidas deben desconectarse, el UPS solo debe utilizarsepara cargas críticas, por lo que aunque se conecten cargas pequeñas comoradios o teléfonos pueden afectar el funcionamiento del equipo, recuerda quela vida de la batería está en relación con los ciclos de descarga.

Balance de cargas

En sistemas trifásicos debe verificarse el balance de cargas, siguiendo elmismo criterio que para los tableros de distribución de corriente alterna, nopermitiendo desbalance superior al 5%.


Verificación de Cargas, continuación

Tiempo de respaldo

Los fabricantes elaboran gráficas de tiempo de respaldo en función de lacarga conectada.

La potencia consumida puede calcularse como se vio en el capítulo 1,utilizando el voltaje nominal y la corriente de salida, sin embargo es necesarioconsiderar otros aspectos mencionados a continuación:

La temperatura ambiente puede afectar en la capacidad del equipo, porejemplo, si la temperatura puede llegar a 40 °C, hasta una altitud de 1500msnm, no se requiere hacer ajustes, sin embargo al aumentar la altura debeconsiderarse disminución en la capacidad del equipo hasta de un 36 % a 3000msnm.

Si hay equipos que se conectan y desconectan, el tiempo de respaldo puededisminuir considerablemente por los transitorios.

Algunos equipos tienen sistemas de ahorro de energía que disminuyen elconsumo cuando no se utilizan durante determinado tiempo, esto puedeaumentar el tiempo de respaldo.

La mejor forma de estimar el tiempo de respaldo es realizar una prueba dedescarga de baterías, la forma de realizarla se describe mas adelante.

Inspección y operación

Introducción A continuación se presenta en forma gráfica algunas recomendaciones para elmantenimiento y los periodos recomendados para las actividades, recuerdasiempre utilizar la herramienta y equipo adecuado a cada actividad, evitatrabajar con el equipo energizado y no realices maniobras si no conoces lasfunciones de la parte a operar.

Inspección visual y limpieza

Se recomienda cada 6 meses realizar lo siguiente:

Limpieza exterior del equipo utilizando aspiradora y un trapo seco que nodeje residuos como pelusa o hilo.

Limpieza interior con aspiradora y trapo seco para baterías.

Verificar que no estén obstruidas las rejillas y canales de ventilación

Inspección visual para detectar partes rotas, desgastadas o con deteriorofísico

Inspección para detectar partes calientes.

Pruebas operativas

Se recomienda cada 6 meses realizar las siguientes pruebas operativas.

Operación de dispositivos y botones de encendido y conexión.

Prueba de transferencia.

Prueba de instrumentos o dispositivos de medición.

Prueba de señalización en todas las formas de operación.

Prueba de alarmas.

Pruebas de operación remota (en caso de contar con la conexión al centrode supervisión y equipo de comunicaciones).


Inspección y operación, continuación

Voltaje y corriente de circuitos de potencia

Cada 6 meses se recomienda realizar las siguientes mediciones, en corrientealterna deben medirse todos los voltajes de línea y de fase y corrientes delínea.

Voltaje de alimentación de entrada.

Voltaje de salida en todas las formas de operación.

Corrientes de entrada.

Corrientes de salida.

Frecuencia de salida.

Limitación de corriente de salida.

Voltaje de batería.

Corriente de flotación de batería.

Limitación de corriente de batería.

NOTA: algunos equipos antiguos tienen todavía baterías que soportan cargade igualación, en esos casos debe checarse el voltaje de carga y el cambioentre flotación e igualación y viceversa.

Medición de señales

Algunos equipos cuentan con puntos de medición para prueba rápida defuncionamiento, generalmente son valores de corriente directa de polarizaciónde circuitos o son señales de control y establecen las fabricantes rutinas demantenimiento para tomar las lecturas en estos puntos anualmente.


Inspección y operación, continuación

Ajustes Como se mencionó antes, algunos parámetros deben ajustarse o realizarcambios en la carga, anualmente debe verificarse y ajustarse si es posible:

Balance de cargas.

Selectores de voltaje de entrada.

Regulación de voltaje de salida.

Voltajes de cambio de carga (transferencia).

Limitación de corriente.

Carga de baterías (voltaje y corriente)

Voltaje de corte por bajo voltaje en batería.

Prueba de voltaje de baterías

Encendido del UPS

Cada fabricante indica en el manual del operario la forma de realizarmaniobras en sus equipos. en general la maniobra que requiere mas cuidadoes el encendido, para lo cual se recomienda lo siguiente:

Siempre que se va a utilizar por primera vez o después de haber estadodesconectado por 3 mese o más, debe conectarse el equipo sin carga parapermitir que se cargue la batería por lo menos durante 6 horas.

Procedimiento de encendido:

1. Asegurarse de tener todos los interruptores abiertos.

2. Verificar la presencia de alimentación de entrada.

3. Conectar la alimentación de entrada.

4. Esperar al menos 10 segundos con el equipo funcionando antes deconectar la carga.

Detección de fallas

Introducción Debido a la falta de información, particularmente diagramas de los equipos, ladetección de fallas puede ser complicada, sin embargo, en los UPS la mayorparte de las fallas ocurren en los circuitos de potencia. A continuación sepresentan algunas situaciones de falla y sus posibles causas, derivadas dereportes de alarma de los mismos equipos.

Alarma de alta temperatura

La mayor parte de los UPS están equipados con uno o mas sensores detemperatura, que pueden indicar alta temperatura ambiente, falla en lossistemas de ventilación del equipo o sobrecarga en un circuito.algunas alarmas de temperatura pueden ser:

Alta temperatura en bobina de choke, debida principalmente a falla deventilación.

Alta temperatura de batería, generalmente cuando la temperatura en elmódulo de baterías es superior a 27 °C.

Alta temperatura en transformador principal, debida por lo general asobrecarga, esta alarma puede activar el bloqueo de pulsos y latransferencia de carga hacia la red.

Sobretemperatura en interruptores de transferencia. En algunos UPS setiene esta opción, que activa la fuente en reposo cuando se detecta altatemperatura en la transferencia, si la falla continúa, el equipo sedesconecta y la carga deja de ser alimentada.

Alta temperatura ambiente, se detecta por dispositivos electrónicos en loscircuitos de control par desactivar los pulsos al inversor al subir latemperatura.


Detección de fallas, continuación

Sobrecarga Cuando se aplica carga excesiva a un UPS, el equipo se protegerá de acuerdoa su diseño en alguna de las siguientes formas.

Si no tiene detección de sobrecarga en la red, el equipo le transfiere lacarga a ésta al disminuir el voltaje a un valor determinado (la corrienteestá limitada y la protección depende de los interruptores del circuito,

Si cuenta con detector de sobrecarga para la red, el equipo envía una señalde alarma y desconecta la carga.

El circuito de limitación de corriente, cuando tiene opción de ajuste, sepuede ajustar entre 90 y 110 % por lo general.

Alarmas de batería

Los elementos con mayor incidencia de fallas en los UPS son las baterías, poreso los fabricantes han desarrollado cada vez mas detectores de operación dela batería, principalmente:

Bajo voltaje de batería. Cuando se presenta esta situación, el equipodesconecta la alimentación hacia la carga, en caso de haber red, setransfiere la carga a ésta, en caso contrario la carga queda sinalimentación.

Sobrevoltaje de batería.

Sobrecorriente de batería

Disminución de capacidad de batería. Un circuito detector de voltajedetermina la capacidad de batería en función del potencial de celdadefinido en una memoria, se envía una señal de advertencia para indicarque la batería está en un nivel menor del 80%.

Fallas de alimentación

Las fallas de alimentación debidas a daños en alguna fuente y fusibles ointerruptores abiertos provocan señales de alarma y desconexión de losequipos.


Detección de fallas, continuación

Falla de sincronía

En equipos con transferencia estática es importante la sincronía de las señalespara evitar interrupciones por el cambio de fuente, cuando hay una falla desincronía o se daña el circuito detector de esta señal, se activa el interruptor dered y el UPS no conecta la corriente regulada.

Medición de señales

Aunque se tienen muchas limitaciones por la falta de información, loscircuitos de potencia presentan menor dificultad que los de control para seridentificados, de manera que es posible medir las siguientes señales:

Corriente alterna de alimentación a la entrada y salida del filtro deentrada.

Señal de corriente continua en la etapa previa al inversor, el circuitoregulador puede ser elevador (chopper) o reductor (buck), reguladogeneralmente en alta frecuencia (entre 20 y 100 KHz generalmente).

Corriente alterna a 60 Hz en forma de onda cuadrada a la salida delinversor en el primario del transformador.

Corriente alterna a 60 Hz regulada senoidal a la salida del transformador.

En las tarjetas de control generalmente podemos verificar la alimentacióny salidas de disparo a los dispositivos de potencia.

Prueba de componentes

Introducción Cuando no se tiene presente una señal, de acuerdo a lo mencionado en lapágina anterior, podemos recurrir a realizar una evaluación de loscomponentes utilizando el ohmetro, no es una prueba definitiva pero funcionaen la mayoría de los casos, a continuación se presentan algunos criteriostomados de un manual de UPS Toshiba de baja capacidad, los valorespresentados solo son referencias, pueden cambiar mucho para otras marcas,sin embargo siempre presentarán valores altos o bajos en donde así se señala.

En UPS se utilizan componentes sensibles a cargas electrostáticas, por lo quese recomienda el uso de pulsera antiestática para maniobras y bolsasantiestáticas para transportar los componentes.

Leds Para los Leds indicadores, se realiza una prueba de diodo normal, lareferencia que se presenta es de 100 a 150 en polarización directa y mayora 5 M en inversa, (para la referencia se utilizó un medidor analógico).

Puente rectificador

En puentes rectificadores, la resistencia entre "+" "-" es de aproximadamente30 en polarización directa y mayor a 5 M en inversa, entre terminales1,3 y 3 (corriente alterna), la resistencia es mayor a 5 M.


Prueba de componentes, continuación

Optoacoplador En etapas de disparo a compuertas de tiristores o transistores se utilizanoptoacopladores, para dispositivo led-fototriac. Toshiba presenta la siguientereferencia: Entre las terminales del led 300 a 1000 en polarización directay mayor a 5 M en inversa, entre terminales del Triac mayor a 5 M, entreuna terminal del led a una terminal del triac debe dar infinito (la referencia sehizo utilizando un instrumento analógico).

Bobinas y capacitores

En bobinas y capacitores se debe hacer inspección visual, las bobinas dañadaspresentan aspecto de quemado o desgaste en el aislamiento, su resistencia encorriente directa es muy baja, por lo que en el ohmetro dará casi cero entreterminales e infinito de terminales al núcleo y encapsulado. Los capacitoresdañados pueden presentar abombamiento y su resistencia baja al inicio de lamedición y se va incrementando hacia infinito lentamente.

Transistores Los transistores bipolares casi no se utilizan en etapas de potencia de UPS, encaso de encontrarlos, la prueba es igual que para cualquier transistor,normalmente con valores de resistencia baja cercanos a 300 y resistenciaalta superiores a 2 M.


Prueba de componentes, continuación

FET Los transistores de efecto de campo (FET) son muy sensibles, por lo que serecomienda tomar todas las precauciones para circuitos sensibles a cargaselectrostáticas. Al checar con un Ohmetro, los valores de resistencia son muyelevados, considerándose casi como circuito abierto. En UPS es comúnutilizar estos dispositivos encapsulados, construidos especialmente paraoperar como osciladores o fuentes reguladas (choppers), como el que semuestra en la siguiente figura:

Para este circuito, Toshiba nos da los siguientes valores de resistencia, usandoun instrumento analógico:

Medición Valoresde C1 a E1 o C2E1 y De E1 o C2E1 a E2.

Resistencia baja menor a 15 .Resistencia alta mayor a 5 M.

de C1 a E2 Resistencia baja menor a 50 .Resistencia alta mayor a 5 M.

de B1 o B2 a cualquier otra terminal Infinito.de E1 a C2E1 0 .entre terminales E2 0 .

Prueba de baterías

Introducción Los fabricantes de UPS recomiendan dar mantenimiento completo a bateríascada año, uno de los puntos más importantes es la determinación de lacapacidad de la batería para determinar si se requiere cambiar por estar en unnivel inferior al 80 % (de acuerdo al IEEE).

A continuación se dan algunas recomendaciones para determinar la capacidadactual de la batería y otras mas para prolongar su vida útil.

Baterías libres de mantenimiento

Las baterías etiquetadas como libres de mantenimiento no lo son realmente,ya que lo único que no requieren respecto a las baterías abiertas es lareposición del nivel de electrolito, las verificaciones de voltaje, ventilación,limpieza y nivel de carga deben realizarse normalmente. Los fabricantes deUPS recomiendan verificar limpieza y apriete cada 6 meses y una prueba dedescarga cada año.

Almacenamientodel UPS

Algunas veces se desconectan los UPS temporalmente, en estos casos es necesario considerar el deterioro de las baterías por autodescarga, los fabricantes de baterías recomiendan recargarlas en estos casos antes de que alcancen el 60 % de su capacidad.

La autodescarga de una batería depende de la temperatura de almacenamiento, por ejemplo, se considera que a 20 °C pierde 3 % mensual, mientras que a 30 °C la pérdida es de 14 % mensual.

Por lo anterior, es importante cargar las baterías antes del almacenamiento y efectuar cargas periódicas para evitar daño.

De cualquier forma no es recomendable almacenar las baterías por periodosmayores a un mes porque se produce deterioro por cristalización del materialactivo.


Prueba de baterías, continuación

Capacidad de una batería

Recuerda que la capacidad de una batería se especifica en Ampers - Hora,normalmente a 8 ó 10 horas, en el caso de UPS, las baterías por lo generaltienen solo el dato en A-H, es decir, que una batería de 30 A-H puedeutilizarse durante una hora proporcionando una corriente de 30 A o mediahora con una corriente de 60 A (aunque esto no es real debido alcomportamiento no lineal).

La eficiencia de una batería está entre el 80 y 90 %, por lo que una batería querecibió una descarga de 20 A-H, requerirá una carga de 25 A-H para recuperarsu nivel de carga si su eficiencia es de 80 %.

Potencial de batería a circuito abierto

Una de las formas recomendadas para determinar el nivel de carga de unabatería es medir el potencial a circuito abierto, para una batería plomo - ácido,la medición se hace de la siguiente forma:

De acuerdo al criterio de la empresa Northern Arizona Wind & Sun, si labatería ha recibido carga sin interrupciones durante las últimas 4 horas, sedebe desconectar y esperar 10 minutos para hacer la medición, el nivel decarga puede determinarse de acuerdo a la siguiente tabla, para baterías deelectrolito en gel, debe considerarse de 0.1 a 0.2 Volts menos.

Volts por celda Nivel de Carga Gravedad específica2.125 100 % 1.2802.067 75 % 1.2402.033 50 % 1.2002.005 25 % 11601.966 0 % 1120



Prueba de descarga

A continuación se presentan los resultados de una prueba de descargarealizada para evaluar el estado de la batería de un UPS de 350 VA con unabatería sellada de plomo ácido a 12V, la prueba tuvo las siguientescaracterísticas:

La batería se encontraba totalmente cargada al inicio de la prueba y sedescargó hasta que el equipo inició la alarma audible con un "bip"continuo (unos 20 segundos antes del corte por desconexión de bateríabaja)

El equipo estaba alimentando una computadora (CPU y monitor)

Durante toda la prueba se verificó la regulación de voltaje de salida y seregistraron el voltaje y la corriente total de batería.

Se tomaron lecturas cada 30 segundos los primeros 5 minutos y cadaminuto el tiempo restante

La prueba duró 20 minutos, que es el tiempo de respaldo de este equipo enlas condiciones actuales de la batería y carga.

Con estos resultados se estimó el nivel de vida de la batería y el tiemporequerido para cargarla dependiendo de la corriente de carga.



Gráfica de la prueba

En la siguiente gráfica se muestran los resultados de la prueba de descarga,como puede verse, la línea gruesa en la curva voltaje-tiempo y la líneadelgada es la curva corriente- tiempo, la descarga termina a los 20 minutos yse inicia la carga.

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Vcd

Acd



Cálculo de capacidad

Potencia entregada por la batería:

Considerando un valor de voltaje promedio de 11.5 V y una corrientepromedio de 12 A, la potencia entregada por la batería es de V*I = 138 W

Si la eficiencia del UPS es de 80 % y el factor de potencia de la carga es de0.85, tenemos:

P = (138 W)(0.8) = 110.4 WS = (110.4)/(0.85) = 129.88 VA

que equivale al 37.1 % de la capacidad del UPS

Capacidad útil:

Sin la corriente promedio es de 12 A y el tiempo de descarga fue de 20minutos (un tercio de hora), la batería entregó:

Cutil = I*t = (12 A)(0.333 H) = 4 A H

Si la capacidad de la batería es de 7 A H, entonces se utilizó el 57 %.

Para una carga del 37 % de la capacidad del equipo tenemos una capacidadútil en batería de 57 %, que es un valor muy bajo, normalmente se espera unacapacidad útil superior al 80% para una carga del 50 % de la capacidad delUPS, por lo tanto la batería debe cambiarse.

Tiempo de carga

El cargador de baterías proporciona una corriente de carga de 800 mA yconsiderando una eficiencia de batería del 80% tenemos un tiempo de cargade:

Horas 6.25 A)(0.8) (0.8

HA 4 t



Prueba con incremento de carga

Se realizó otra prueba al equipo similar a la descrita anteriormente pero seagregó otro CPU y otro monitor como carga, con los siguientes resultados:

Voltaje promedio = 11.5 V

Corriente promedio = 22 A

P = 202.4 WS = 238.12 VA (68 % de la capacidad del equipo)

Tiempo de respaldo = 6 minutos.

Capacidad útil = 2.2 A H (31.4 %).

Tiempo esperado de carga = 3.44 horas.

Bibliografía

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FE or QFE 500 VA to 18 KVA 50/60 Hz UserManual

Best Power 1999

High-frequency Quasi-single-stage (QSS)Isolated AC-DC and DC-AC Power Conversion

Kunrong Wang Nov. 1998

Powerware Plus Family Communicatios Manual Exide Electronics 1995Powerware Prestige 6000 Operator's Manual Exide Electronics 1996Sistemas Ininterrumpidos de Potencia Informática Profesional

Ltda.Julio 1997

Libro La información básica sobre algunos circuitos del UPS puede encontrarse enel siguiente libro:

Título Autor Editorial FechaElectrónica de PotenciaCircuitos, Dispositivos y Aplicacionessegunda edición

Muhammad H. RashidPrenticeHall

Primeraedición1995

Engineering

Fundamentos de ups