Los centros de datos garantizan un tiempo de actividad y disponibilidad continuos al garantizar que la energía nunca se corte. Pero, ¿cómo mantiene una instalación la carga de TI si hay un corte de red o una falla en su tren de potencia?
La mayoría de los centros de datos en todo el mundo utilizan un suministro de energía ininterrumpida junto con un generador diésel de reserva que se activa cuando se detecta un corte de red. Profundicemos en la tecnología de suministro de energía ininterrumpida y cómo esto garantiza la disponibilidad de la carga.
Los sistemas de energía ininterrumpida (UPS) se ubican entre la red pública y el centro de datos y suministran energía a la instalación, ya sea desde la propia red o, en caso de una interrupción de la red, desde un almacén de energía local que puede alimentar la instalación por un corto periodo de tiempo.
Los UPS se dividen en dos categorías: estáticos y rotativos, según su fuente de energía. Como su nombre indica, los sistemas UPS rotativos almacenan energía en un volante giratorio, que actúa como una dinamo para devolver energía al centro de datos cuando sea necesario. Los sistemas UPS estáticos utilizan baterías. Dejaremos las propiedades comparativas de los sistemas UPS estáticos y rotativos para otro artículo.
Por ahora, es importante comprender cómo los fabricantes de sistemas UPS representan y denominan sus productos.
El estándar IEC UPS
IEC 62040-3: UPS: método para especificar los requisitos de prueba y rendimiento es un estándar que garantiza que los proveedores utilicen las mismas convenciones de nomenclatura, ayudando a los usuarios a elegir el mejor producto para sus requisitos, además de proporcionar requisitos de prueba para la validación del rendimiento.
Dado que los UPS proporcionan energía a la instalación, su rendimiento de salida se mide de tres maneras:
Dependencia de entrada (AAA): el voltaje de salida depende de la calidad del voltaje de entrada. Hay tres clasificaciones en términos de dependencia de insumos.
Forma de onda del voltaje de salida (BB): expresada en dos caracteres. El primero representa la forma de onda del voltaje de salida cuando se opera en modo normal (usando energía de la red pública) y el segundo representa la forma de onda del voltaje de salida cuando se opera en modo de energía almacenada (de las baterías):
- Onda sinusoidal de baja distorsión armónica total (THD), denotada por S
- Onda sinusoidal de distorsión armónica total (THD) media, indicada por X
- Onda no sinusoidal denotada por Y.
Hay 9 combinaciones posibles de formas de onda de voltaje de salida, pero los dos tipos más comunes son sinusoidales (S) y no sinusoidales (Y). Casi todos los UPS con una capacidad nominal superior a 2 kVA se denominarán SS, mientras que aquellos con una capacidad nominal inferior a 2 kVA normalmente se denominarán SY.
Rendimiento dinámico de salida (CC): el rendimiento dinámico de salida representa las variaciones de voltaje de salida que ocurren cuando cambia el modo de funcionamiento, es decir, al cambiar de la red a las baterías (primer carácter) y cuando la carga aumenta o disminuye del sistema (segundo carácter). Estas fluctuaciones de tensión se dividen en tres categorías:
Modos de operación
Muchas fuentes de alimentación ininterrumpida pueden funcionar en varios modos normales que tienen diferentes características de rendimiento de salida según el estándar IEC.
Un UPS en línea de doble conversión tendrá un rendimiento de salida VFI cuando funcione en modo normal y una salida VFD cuando funcione en modo normal de alta eficiencia. Básicamente, se ha llegado a un equilibrio entre la independencia de la producción y el consumo de energía del UPS.
Hay tres modos principales de operación:
- Modo normal: el UPS envía energía a la carga utilizando la fuente de alimentación de entrada de CA (servicio público) Y el dispositivo de almacenamiento de energía (baterías/volantes, etc.) está conectado y cargándose o ya está completamente cargado.
- Modo normal de alta eficiencia: el UPS envía la energía directamente a la carga desde la fuente de alimentación de entrada de CA con el objetivo de aumentar la eficiencia.
- Modo de energía almacenada: el UPS alimenta la carga con corriente CC utilizando su dispositivo de almacenamiento de energía (batería/volante) porque la fuente de alimentación de entrada de CA está experimentando un corte o está fuera de los rangos de voltaje o frecuencia permitidos.
La doble acción del UPS
La función del UPS en la instalación no es solo mantener la carga de TI en funcionamiento en caso de un corte de energía, sino también proporcionar energía CC limpia y de alta calidad desde su dispositivo de almacenamiento de energía. La red y la empresa de servicios públicos están sujetas a múltiples problemas de calidad de la energía derivados de la combinación de combustible, la antigüedad y la ubicación geográfica. El UPS puede “limpiar” la fuente de energía para eliminar esos problemas.
El estándar IEEE 1100-2005 proporciona una nomenclatura común para la comunidad empresarial y la industria eléctrica cuando se refiere a problemas de calidad de energía y los ha categorizado en siete categorías que se basan en la forma de la onda sinusoidal:
- Transitorio
- Interrupciones
- Sag / subtensión
- Hinchazón / Sobretensión
- Distorsión de forma de onda
- Fluctuaciones de voltaje
- Variaciones de frecuencia
Transitorios
Los transitorios son el tipo de problema de calidad de la energía más dañino y, dependiendo de cómo ocurren, se dividen en dos categorías: impulsivos y oscilatorios.
Un transitorio impulsivo es un evento repentino de pico alto que aumenta el voltaje y/o la corriente. Ejemplos de transitorios impulsivos son los rayos (y los campos electromagnéticos que los siguen), ESD (descarga electrostática) y una mala conexión a tierra.
Un transitorio oscilatorio es, en términos simples, un transitorio que hace que la señal de potencia aumente y luego disminuya muy rápidamente. Esto suele ocurrir cuando se apaga una carga inductiva o capacitiva (piense en un motor giratorio que acaba de apagarse). A medida que el giro del motor se desacelera, actúa como un generador que produce y empuja corriente a través del circuito más amplio hasta que se detiene.
Interrupciones
Una interrupción se define como la pérdida total de la tensión o corriente de suministro. Dependiendo de la duración de la interrupción, estas se pueden clasificar como instantáneas (de 0,5 a 30 ciclos), momentáneas (de 30 ciclos a 2 segundos), temporales (de 2 segundos a 2 minutos) o sostenidas (más de 2 minutos).
Sag y subtensión
Una caída es esencialmente una reducción del voltaje de CA a una frecuencia determinada durante 0,5 ciclos a 1 minuto. Suelen ser causados por fallos del sistema o por el arranque de equipos con fuertes corrientes de arranque, como una gran unidad de aire acondicionado.
Una subtensión es el resultado de problemas a largo plazo que crean caídas. El término caída de tensión se usa comúnmente para describir esto y las subtensiones provocarán la falla de cargas no lineales (como la fuente de alimentación de una computadora) y pueden sobrecalentar los motores.
Oleajes y Sobretensiones
Una subida es lo opuesto a una caída: tiene un aumento en el voltaje de CA durante una duración de 0,5 ciclos a 1 minuto. Las causas comunes de esto están representadas por una enorme reducción repentina de carga y fallas monofásicas en un sistema trifásico.
Al igual que con la subtensión, una sobretensión es el resultado de problemas a largo plazo que crean oleajes. Las condiciones de sobretensión continua pueden aumentar la producción de calor de los dispositivos debido al estrés del voltaje adicional y, por lo tanto, algo muy perjudicial para el espacio del centro de datos.
Distorsión de forma de onda
Esta categoría incluye todas las distorsiones presentes en la onda sinusoidal y se clasifica además de la siguiente manera:
- Compensación de CC: esto ocurre cuando se induce corriente CC en un sistema de distribución de CA; la mayoría de las veces se debe a un rectificador defectuoso dentro de los sistemas actuales de conversión de CA a CC que utilizarán la mayoría de los centros de datos.
- Armónicos: esto representa la distorsión de la onda sinusoidal fundamental en frecuencias que son múltiplos de la fundamental (120 Hz es el segundo armónico de una fundamental de 60 Hz). Los efectos de esto incluyen el sobrecalentamiento de los transformadores, el disparo de los disyuntores y la pérdida de sincronización.
Fluctuaciones de voltaje
Una fluctuación de voltaje es esencialmente un cambio sistemático de la forma de onda del voltaje, de pequeñas dimensiones: alrededor del 95 al 105 por ciento del voltaje nominal a baja frecuencia, generalmente por debajo de 25 Hz.
Variaciones de frecuencia
Esto representa la ocurrencia más rara de problemas de calidad de la energía en sistemas de energía estables de servicios públicos. Plantea un problema para los centros de datos que tienen una infraestructura eléctrica deficiente y un generador muy cargado.
Dicho esto, los equipos de TI son tolerantes a la frecuencia y no se ven afectados por pequeños cambios en la frecuencia del tren motriz al que están conectados. Sin embargo, las variaciones de frecuencia pueden hacer que un motor gire más rápido o más lento dependiendo de la potencia de entrada; esto afectará su vida útil y su rendimiento.
La solución a todos los problemas detallados anteriormente está representada por el sistema de alimentación ininterrumpida, que toma energía CA de la empresa de servicios públicos, la utiliza para cargar su dispositivo de almacenamiento de energía y luego proporciona una onda sinusoidal limpia y energía de alta calidad hacia la sala de TI.
A través de un mecanismo de conmutación, el UPS mantiene las baterías cargadas y listas para funcionar, incluso en caso de un corte prolongado de la red sin impacto en la carga de TI o el equipo de TI.
Redundancia, criticidad y "N"
Ahora entendemos cómo una instalación evita un corte de servicios públicos, pero ¿qué pasa si el equipo de la instalación falla? Aquí es donde entra en juego la redundancia del sistema UPS.
Un sistema UPS que puede proporcionar la carga completa que necesita la carga de TI, y nada más, se representa como "N", en el que la energía es proporcionada por N subsistemas o componentes.
Un sistema “N+1” tiene un componente adicional diseñado para soportar una falla única o el mantenimiento requerido de cualquier otro componente. 2N representa un sistema duplicado totalmente redundante con dos sistemas de distribución completos e independientes.
Estos están completamente separados y no dependen uno del otro y esto se traduce en el hecho de que incluso si un sistema falla, el otro puede manejar la carga con seguridad. El UPS representa la primera línea de defensa contra interrupciones y tiempos de inactividad. En primer lugar, regula, convierte y limpia la corriente de CA de la red pública en energía de CC lista para ser suministrada a los equipos de TI y, en segundo lugar, corrige la serie de problemas de calidad que afectan a cualquier red eléctrica.
No existe un diseño de UPS único para todos: los propietarios y operadores deben considerar cuidadosamente sus requisitos midiendo factores como la carga y el entorno de TI, los objetivos comerciales y los presupuestos.
