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 SALIDA

Retroalimentación

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

DIAGRAMA SISTEMA DE ENERGIA DC

MEDICION

ALARMA

Y

CONTROL

RECTIFICADORES

BATERIAS

SHUNT

PDB

A OTRAS

CARGAS

INVERSOR

N+1

LVD

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

•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.

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

COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCTECNOLOGIAS DE RECTIFICADORESSCR –TIRISTOR CONTROLADO

100 A / -48 VDC

COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCTECNOLOGIAS DE RECTIFICADORESSCR –TIRISTOR CONTROLADO

200A / 48VDC

COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCTECNOLOGIAS DE RECTIFICADORESCONTROL FERRORESONANTE

•Banco de Capacitores (tanque Ferroresonante)•Ventajas: Alta eficiencia, muy robusto.•Desventajas: Alto Ruido , tamaño y peso

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.

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.

COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCTECNOLOGIAS DE RECTIFICADORESALTA FRECUENCIA:

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

COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCTECNOLOGIAS DE RECTIFICADORESALTA FRECUENCIA:

COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCTECNOLOGIAS DE RECTIFICADORES

COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCINVERSORES

INVERSOR-48VDC 120VAC

COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCINVERSORES

INVERSOR-48VDC 120VAC

COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCINVERSORES

INVERSOR-48VDC 120VAC

Arquitectura convencial conStatic Transfer Switch

Nueva arquitectura

AC comercial

240 Vca

N

120 Vca

L 1

L 2

L 3

COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCCONVERTIDORES

CONVERTIDOR DC/DC-48VDC +24VDC

COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCCONVERTIDORES

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

COMPONENTES SISTEMA DE ENERGIA DCSHUNT

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

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. .

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 Nominalen AH @ 8 hr @ 1,75 Vfpc@ 25ºC

CURVA TIPICA DE DESCARGA DE BATERIA

Autonomía

Voltaje

-54V

-42V LVD

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

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 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

Modos de Operación de un Sistema de Energía DC

• Flotación

• Descarga

• Recarga o Igualación

• Redundancia– N+1

– Batería

Modo de Flotación

CARGA

Red comercial AC

RectificadoresBastidor de Distribución

Bancos de Baterías

Vf

Modo de Descarga

CARGA

Red comercial AC

RectificadoresBastidor de Distribución

Bancos de Baterías

Modo de Recarga

CARGA

Red comercial AC

RectificadoresBastidor de Distribución

Bancos de Baterías

Redundancia N+1

CARGA75 Amp

Red comercial AC

Rectificadores50 Amp

Bastidor de Distribución

Bancos de Baterías

25 Amp

25 Amp

25 Amp

Redundancia N+1

CARGA75 Amp

Red comercial AC

Rectificadores50 Amp

Bastidor de Distribución

Bancos de Baterías

37,5 Amp

37,5 Amp

Redundancia de Batería

CARGA75 Amp

Red comercial AC

Rectificadores50 Amp

Bastidor de Distribución

Bancos de Baterías

50 Amp

OTRAS CONSIDERACIONESA LA HORA DE DIMENSIONARSISTEMAS DE ENERGIA DC

Tablero de Transferencia

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

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

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

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

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

¿ Dónde se encuentra instalado un Sistema de Energía DC ?

En el exterior en un Gabinete tipo shelter

En el interior de unaCentral Telefónica

¿ Dónde se encuentra ubicado el Edificio de la CT ?

EdificioCentral Telefónica

Expuesto al medio que lo rodea PERTURBACIONES

Perturbaciones externas al Sistema de Energía DC

• Sobretensiones Transitorias: Descargas Eléctricas (Rayo)

Supresores desobretensiones Transitorias

Sistema de Puesta a Tierra

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 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.

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 !!