En el último número de la revista (#50), exploramos cómo los centros de datos utilizan sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) para alimentarse durante cortes de red.
En este artículo, exploraremos los dos tipos principales de sistemas de alimentación ininterrumpida (sistemas UPS estáticos y rotativos), cuándo se implementa mejor cada tipo y las condiciones en las que estos sistemas funcionan mejor.
El diseño de un sistema de energía dentro de un centro de datos depende completamente de los requisitos de continuidad de la carga de TI. Si el cliente puede vivir con el cierre de todos los servicios de TIC, ya sea por mantenimiento o por falla, entonces el diseño general del sistema puede ser bastante simplista y de bajo costo.
Sin embargo, para la mayoría de los centros de datos, el cierre de los servicios de TIC no es esencialmente una opción. En tales casos, la energía debe tener dos rutas de energía diferentes para cada servidor; esto se conoce como mantenibilidad concurrente. Cuanto más estricto sea el requisito de continuidad para la carga de TI, más complejo y costoso será el diseño del sistema de energía. Para que la carga de TI sobreviva al peor de los casos, se necesita otro nivel de resiliencia, también conocido como tolerancia a fallos.
Como hemos visto en el artículo anterior, el estándar IEC clasifica los sistemas UPS a través de tres métricas: dependencia de entrada, forma de onda de voltaje de salida y rendimiento de salida dinámica, lo que garantiza convenciones de nomenclatura comunes entre fabricantes.
Cuando se analizan estos sistemas a través de la lente de un centro de datos, las cosas tienden a volverse más simples: UPS estáticos y UPS rotativos.
El UPS estático
El UPS estático se llama “estático” porque, a lo largo de su ruta de energía, no hay partes móviles primarias. Un UPS estático típico utilizado en el espacio del centro de datos generalmente consta de un rectificador, un inversor y un conjunto de baterías. En la figura 1 se puede ver una representación típica de un SAI estático.
Dentro de un centro de datos, el tipo más frecuente de UPS estático es una topología de doble conversión, en la que el rectificador convierte la corriente eléctrica entrante de la red pública de CA a CC.
Esto mantiene las baterías cargadas y luego se convierte nuevamente en una onda sinusoidal de CA limpia. Esta onda sinusoidal es limpia debido a la salida de corriente eléctrica constante y continua del conjunto de baterías.
Independientemente de cómo esté configurada la topología interna, habrá un punto en el que la corriente CC interactúa con las baterías, es decir, mantiene las baterías cargadas. Cuando se corta la alimentación de entrada (fallo del servicio público), la carga de TI agota el conjunto de baterías cargadas, lo que da tiempo suficiente para que el generador del sitio arranque y se caliente.
Un UPS estático trifásico generalmente tiene un tiempo de ejecución de entre cinco y 30 minutos. Este tiempo de ejecución se calcula en función del tamaño y el requisito de criticidad de la carga y la capacidad de las baterías. La capacidad del sistema de almacenamiento de energía generalmente se calcula para permitir suficiente tiempo para que el generador arranque y al mismo tiempo mantener la disponibilidad de la carga de TI.
Si el generador no se conecta, el UPS se configurará para apagar correctamente la carga en lugar de simplemente cortarle la energía.
Los sistemas UPS estáticos se caracterizan por su escalabilidad y confiabilidad. Con menos piezas móviles por diseño, el tiempo medio antes de fallar para cada componente es mayor que con los sistemas rotativos. Además, el sistema UPS estático es escalable con módulos agregados o eliminados para tener en cuenta los cambios en la carga.
Esto no quiere decir que no tengan desventajas, que en su mayoría surgen de la dependencia del sistema de almacenamiento de energía de las baterías. Debido a que las baterías mantienen viva toda la carga de TI, la huella general del sistema es relativamente grande. El mantenimiento y el reemplazo son una tarea continua con múltiples juegos de baterías. El sistema también puede ser bastante pesado, lo que plantea más desafíos de instalación y mantenimiento.
El SAI rotativo
En un UPS rotativo, la onda sinusoidal de salida es el resultado de una generación giratoria, como una dinamo o un volante, a diferencia del UPS estático, donde la onda sinusoidal de salida se genera directamente desde el sistema de almacenamiento de energía.
En el UPS rotativo representado en la figura 2, un motor se alimenta directamente desde la red eléctrica, que a su vez proporciona energía mecánica al componente del generador para generar efectivamente una onda sinusoidal de CA limpia que se alimenta directamente a la carga de TI.
Cuando el UPS detecta que los parámetros de frecuencia y voltaje de la red pública están fuera de los límites requeridos, el rectificador y el inversor proporcionan energía controlada al motor, que está acoplado al generador que alimenta la carga de TI.
En caso de un apagón total, un conjunto de baterías proporciona energía al motor, lo que proporcionará suficiente tiempo de funcionamiento para que el generador de reserva (fuera del UPS) alcance su máxima velocidad y proporcione energía a las instalaciones.
A diferencia de los UPS estáticos, los sistemas UPS rotativos no son modulares y, por lo tanto, deben sobredimensionarse para adaptarse a cualquier aumento futuro de la carga. También requieren ventilación adicional, ya que los motogeneradores llenarán las áreas de trabajo con humos durante el tiempo de funcionamiento. En la mayoría de los casos, se colocan en una dependencia especial o en una habitación hecha a medida.
Tanto los sistemas UPS estáticos como los rotativos se consideran altamente confiables. Debido a que no dependen de baterías de gran capacidad para alimentar toda la carga de TI y en su lugar tienen un motor, los UPS rotativos pueden tener una vida útil más larga si se les da un mantenimiento adecuado y frecuente.
Debido a su naturaleza, los sistemas UPS rotativos son más adecuados para un enfoque de arquitectura de energía centralizada para el centro de datos, mientras que los sistemas UPS estáticos pueden prestarse a una solución más distribuida. Los sistemas UPS rotativos también son ideales para entornos donde se esperan múltiples corrientes de entrada cortas de energía, como estaciones satelitales o estaciones de transmisión donde amplificadores que consumen mucha energía se encienden o apagan aleatoriamente.
Dentro del espacio de los centros de datos, los sistemas UPS rotativos representan un nicho de mercado y se encuentran principalmente en Europa. Los sistemas UPS estáticos dominan el espacio de los centros de datos, pero a medida que aumentan los requisitos de disponibilidad de carga, se puede encontrar una combinación de tipos de UPS en los centros de datos con cargas de megavatios.
Como ocurre con todo dentro del espacio del centro de datos, no existe un enfoque único para todos y esto es especialmente cierto al diseñar su tren de potencia. Cada tipo de sistema tiene sus propias ventajas y desventajas, y se debe considerar cuidadosamente la selección de uno.
En la siguiente parte de esta serie, profundizaremos en los tipos más comunes de sistemas UPS reales implementados actualmente en los centros de datos.