INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE ENERGIA DC EN

INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE
ENERGIA DC EN
TELECOMUNICACIONES
Conceptos Básicos.
Claudio Muñoz V.
IEEE Costa Rica
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
INTRODUCCION
DEFINICION DE SISTEMA
¿ Qué es un Sistema ?
DEFINICION DE SISTEMA
ENTRADA
PROCESO
Retroalimentación
SALIDA
SISTEMA DE ENERGIA DC CON
RESPALDO DE AC
Sistema de
Energía DC con
Respaldo AC
Sistema de Energía DC
Convertidor DC/DC
Rectificadores
Red
AC
STA
Cargas
TE
Distribución
-48 VDC
+24 VDC
-48 VDC
Switch
120 VAC
Inversor DC/AC
Baterías
Motogenerador
-48 VDC
DIAGRAMA SISTEMA DE ENERGIA DC
RECTIFICADORES
SHUNT
LVD
PDB
A OTRAS
CARGAS
BATERIAS
INVERSOR
N+1
MEDICION
ALARMA
Y
CONTROL
COMPONENTES SISTEMA
DE ENERGIA DC
Equaliz
-56.0V
-54.48V
RECTIFICADOR
Flotación
-53.52V
+
Filtrado
Entrada
AC
Salida DC
-
Salida del Rectificador en Voltios y Amperios
Potencia Salida = V x A = P <watts>
Carga
Primer rectificador: El Ignitrón
•Un ignitrón es un tipo de
rectificador controlado que data de
la década de 1930.
•Fue inventado por Joseph Slepian
mientras trabajaba para
Westinghouse.
•Westinghouse fue el fabricante
original y posee los derechos de la
marca "Ignitron".
1) Anodo, (2) Cátodo, (3) Ignitor, (4) Mercurio,
(5) Aislante cerámico, (6) Fluido refrigerante
.
COMPONENTES SISTEMA
DE ENERGIA DC
TECNOLOGIAS DE RECTIFICADORES
SCR –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
COMPONENTES SISTEMA
DE ENERGIA DC
TECNOLOGIAS DE RECTIFICADORES
SCR –TIRISTOR CONTROLADO
100 A / -48 VDC
COMPONENTES SISTEMA
DE ENERGIA DC
TECNOLOGIAS DE RECTIFICADORES
SCR –TIRISTOR CONTROLADO
200A / 48VDC
COMPONENTES SISTEMA
DE ENERGIA DC
TECNOLOGIAS DE RECTIFICADORES
CONTROL FERRORESONANTE
•Banco de Capacitores (tanque Ferroresonante)
•Ventajas: Alta eficiencia, muy robusto.
•Desventajas: Alto Ruido , tamaño y peso
COMPONENTES SISTEMA
DE ENERGIA DC
TECNOLOGIAS DE RECTIFICADORES
CONTROL 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.
COMPONENTES SISTEMA
DE ENERGIA DC
TECNOLOGIAS DE RECTIFICADORES
ALTA FRECUENCIA:
Alta Frecuencia
• Ventajas: Tamaño, peso, alta eficiencia (93% y los
nuevos 97%), buen filtrado, ruido muy bajo.
• Desventajas: alta susceptibilidad a transientes.
COMPONENTES SISTEMA
DE ENERGIA DC
TECNOLOGIAS DE RECTIFICADORES
ALTA FRECUENCIA:
Rectifier Efficiency @ Nominal Vin, 25C
Nuevas
Eficiencias:
98.0%
96.0%
94.0%
Efficiency (%)
92.0%
90.0%
88.0%
1Ph HE
86.0%
84.0%
NE050AC48
82.0%
80.0%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
Load (%)
60%
70%
80%
90%
100%
COMPONENTES SISTEMA
DE ENERGIA DC
TECNOLOGIAS DE RECTIFICADORES
ALTA FRECUENCIA:
COMPONENTES SISTEMA
DE ENERGIA DC
TECNOLOGIAS DE RECTIFICADORES
COMPONENTES SISTEMA
DE ENERGIA DC
INVERSORES
-48VDC
INVERSOR
120VAC
COMPONENTES SISTEMA
DE ENERGIA DC
INVERSORES
-48VDC
INVERSOR
120VAC
COMPONENTES SISTEMA
DE ENERGIA DC
INVERSORES
-48VDC
INVERSOR
120VAC
Arquitectura convencial con
Static Transfer Switch
Nueva arquitectura
L
1
AC
comercial
120 Vca
N
240 Vca
L
2
L
3
COMPONENTES SISTEMA
DE ENERGIA DC
CONVERTIDORES
-48VDC
CONVERTIDOR DC/DC
+24VDC
COMPONENTES SISTEMA
DE ENERGIA DC
CONVERTIDORES
COMPONENTES SISTEMA
DE ENERGIA DC
SHUNT DE MEDICIÓN
Resistencia de precisión de bajo valor utilizada para medir
corriente. 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
12mV
150 Amp
i Amp
i = 12 x 150 = 36 Amp
50
COMPONENTES SISTEMA
DE ENERGIA DC
SHUNT
COMPONENTES SISTEMA
DE ENERGIA DC
Dispositivo de desconexión por bajo voltaje LVD
LVD = Low Voltage Disconnect
Contacto electro-mecánico que se abre cuando el valor de
la tensión es muy bajo para la operación de la carga.
Protege a la batería de una descarga profunda durante una
falla del AC, conservando la vida útil de la batería.
Barra
Carga
Barra
descarga
Shunt
LVBD
LVLD
A las cargas
COMPONENTES SISTEMA
DE ENERGIA DC
DISTRIBUCION 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..
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.
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.
CONFIGURACION DE BATERIAS
Capacidad Nominal
en AH @ 8 hr @ 1,75 Vfpc
@ 25ºC
CURVA TIPICA DE DESCARGA DE
BATERIA
Voltaje
-54V
LVD
-42V
Autonomía
CONSIDERACIONES DE APLICACION
TEMPERATURA vs VIDA DE LA BATERIA
% Vida diseño
120
100
80
60
40
20
0
25
25.8
27.5
29.2
Temperatura (ºC)
30.6
33.3
36
39.4
43.8
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.
CALCULO PARA
CAPACIDAD DE RECTIFICACION
 1.15 x Hrs respaldo Bat

CR = Consumo Amp + 
x Consumo Amp 
Hrs recarga Bat


CR
N=
Cap. Nominal Rectif.
RECORDAR EL CRITERIO DE REDUNDANCIA
N+1
CR: Capacidad de Rectificación
N: Número de rectificadores
Hrs: Horas
Amp: Amperios
Modos de Operación de un Sistema
de Energía DC
• Flotación
• Descarga
• Recarga o
Igualación
• Redundancia
– N+1
– Batería
Modo de Flotación
Red comercial
AC
Rectificadores
Bastidor de Distribución
CARGA
Vf
Bancos de Baterías
Modo de Descarga
Red comercial
AC
Rectificadores
Bastidor de Distribución
CARGA
Bancos de Baterías
Modo de Recarga
Red comercial
AC
Rectificadores
Bastidor de Distribución
CARGA
Bancos de Baterías
Redundancia N+1
Red comercial
AC
Rectificadores
50 Amp
Bastidor de Distribución
25 Amp
25 Amp
25 Amp
Bancos de Baterías
CARGA
75 Amp
Redundancia N+1
Red comercial
AC
Rectificadores
50 Amp
Bastidor de Distribución
37,5 Amp
37,5 Amp
Bancos de Baterías
CARGA
75 Amp
Redundancia de Batería
Red comercial
AC
Rectificadores
50 Amp
Bastidor de Distribución
50 Amp
CARGA
75 Amp
Bancos de Baterías
Tablero de Transferencia
OTRAS CONSIDERACIONES
A LA HORA DE DIMENSIONAR
SISTEMAS DE ENERGIA DC
CABLEADO
¿Cuál de los conductores tiene la resistencia mas alta?
A
B
Repuesta:
El conductor del cable
identificado como “B”
La resistencia será igual a:
Ro = ρ(L / Area) = ohms
CABLEADO
¿Cuál de los conductores tiene la resistencia mas alta?
A
B
Repuesta:
El conductor del cable
Identificado como “A”
La resistencia será igual a:
Ro = ρ(L / Area) = ohms
CAIDA DE TENSION
Sistema de Energía
con Distribución
- 42.0Vmin
1.75V/Celda
- 41.0Vmin
Banco de Baterías
Carga
0.75V
0.25V
1.0V
Caída de tensión del lazo
Norma GTE E-SW-POWER 795-000-074
CAIDA DE TENSION
Sistema de Energía
con Distribución
- 42.0Vmin
1.75V/Celda
Distribución
Remota
- 41.0Vmin
Carga
Banco de Baterías
0.25V
0.50V
0.25V
1.0V
Caída de tensión del lazo
Norma GTE E-SW-POWER 795-000-074
CAIDA DE TENSION
Sistema de Energía
con Distribución
- 42.0Vmin
1.75V/Celda
Distribución
Remota
- 41.0Vmin
Carga
Banco de Baterías
0.25V
0.50V
0.25V
1.0V
Caída de tensión del lazo
Norma GTE E-SW-POWER 795-000-074
¿ Dónde se encuentra instalado un
Sistema de Energía DC ?
En el exterior en un
Gabinete tipo shelter
En el interior de una
Central Telefónica
¿ Dónde se encuentra ubicado el Edificio
de la CT ?
Expuesto al medio que lo rodea
PERTURBACIONES
Edificio
Central Telefónica
Perturbaciones externas al Sistema de
Energía DC
• Sobretensiones Transitorias:
Descargas Eléctricas (Rayo)
Sistema de Puesta a Tierra
Supresores de
sobretensiones
Transitorias
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.
SUPRESORES DE SOBRETENSIONES
TRANSITORIAS
ANSI/IEEE C62.41 (1991)
ACOMETIDA
CATEGORIA
CATEGORIA C
CATEGORIA B
• Sub -Tableros
EJEMPLO
CARACTERISTICA
SOBRETENSION
• Acometida
• Barras y alimentadores
• Equipos alimentados
desde sub -tableros
• 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)
CATEGORIA A
• Tomacorrientes
• Cicuitos ramales
largos
• 6.000 Volts
• 200 Amp por aprox.
20 µs.
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.
P
A
N
I
MUCHAS GRACIAS !!