Alimentación de Potencia PDF
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Este documento describe los conceptos básicos de la potencia eléctrica, incluyendo la generación, transporte, transformadores y rectificadores. Se detallan las diferentes técnicas para generar, transportar y condicionar la energía eléctrica. Se presentan ejemplos e ilustraciones para comprender estos temas.
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CURSO GATI : ALIMENTACIÓN DE POTENCIA Hagaclicparamodificarelestilodetítulodelpatrón 1 Generación de energía eléctrica Existen diferentes métodos de generación de energía eléctrica. Centrales térmicas. Centrales hidraúlicas....
CURSO GATI : ALIMENTACIÓN DE POTENCIA Hagaclicparamodificarelestilodetítulodelpatrón 1 Generación de energía eléctrica Existen diferentes métodos de generación de energía eléctrica. Centrales térmicas. Centrales hidraúlicas. Centrales eólicas. Conversión gas. Centrales nucleares. Centrales fotovoltaicas, solares. Alimentación de Potencia 2 Transporte de energía eléctrica Una vez generada la energía eléctrica, esta se transporta hacia las viviendas y fabricas. Este transporte se hace en alta tensión (280KV) De forma trifásica. Por que se hace en alta tensión? ¿Por qué de forma trifásica? Alimentación de Potencia 3 Generación de energía eléctrica La base de la generación de corriente alterna es el uso de alternadores (espiras cuadradas metálicas que giran en un campo magnético producido por un imán). Alimentación de Potencia 4 Transporte de energía eléctrica. Circuito equivalente Un sistema trifásico es una combinación de tres sistemas de una fase o monofásicos. En un sistema trifásico balanceado, la potencia proviene de un generador de corriente alterna que produce tres voltajes iguales en magnitud, pero desfasados 120º entre sí. Alimentación de Potencia 5 Transporte de energía eléctrica. Circuito equivalente Un sistema trifásico es una combinación de tres sistemas de una fase o í. 1= )=V-0 v3 v2=Vcos(wt-120º)=Vcos(wt-2π/3)=V120 v1 V3=Vcos(wt-240º)= Vcos(wt-4π/3)=V240 v2 Representación fasorial Alimentación de Potencia 6 Transporte de energía eléctrica. Circuito equivalente Si las tres terminales comunes de cada fase, se conectan entre si a una sola, y las otras tres terminales se conectan a la línea de 3 fases, el sistema está conectado en “Y” o “estrella”. El terminal común (tanto para la fuente o carga trifásica) puede o no estar conectado a tierra, si está conectado a tierra se dice que el neutro esta aterrizado, de lo contrario, se dice que el es neutro flotante. Si las tres fases se conectan en serie para formar un circuito cerrado, el sistema está conectado en triangulo o delta. Alimentación de Potencia 7 Transporte de energía eléctrica. Circuito equivalente Conexión en estrella. Z: impedancias Vab , Vac Vbc tensiones de línea, Van Vbn, Vcn tensiones de fase Alimentación de Potencia 8 Transporte de energía eléctrica. Circuito equivalente Conexión en delta o triángulo Alimentación de Potencia 9 Transporte de energía eléctrica. Circuito equivalente En las líneas de transporte eléctrico hay que distinguir dos magnitudes de voltajes y corrientes: magnitudes de línea y magnitudes de fase. Magnitudes de línea: son voltajes que se miden entre 2 fases y las corrientes de línea son corrientes que se miden en una línea que va desde la fuente hasta una carga trifásica. Las magnitudes de línea pueden encontrarse tanto en conexiones estrella como triangulo. Magnitudes de fase: Son voltajes que se miden entre una fase y el neutro y las corrientes de fase son corrientes que pasan por una carga monofásica y van desde una línea hasta el neutro. Las magnitudes de fase pueden encontrarse en conexiones en estrella. Alimentación de Potencia 10 Transporte de energía eléctrica. Circuito equivalente En las líneas de transporte eléctrico hay que distinguir dos magnitudes de voltajes y corrientes: magnitudes de línea y magnitudes de fase. La Tensión de línea VL es la tensión entre dos fases. La Tensión de fase Vf es la tensión de una fase con respecto al neutro. La corriente de línea es la corriente que circula en el circuito formado por la fuente y la carga. La corriente de fase son las corrientes que pasan por una carga y van desde una línea al neutro. Conexión en estrella: IL=If ; VL=RAIZ(3)*Vf Conexión en delta o triangulo: IL= RAIZ(3)*If ; VL=Vf Alimentación de Potencia 11 Potencia aparente activa y reactiva En circuitos eléctricos la potencia es el producto entre la tensión o voltaje y la corriente. p(t)=v(t)*i(t). Si en los circuitos tenemos capacidades y bobinas las tensiones y corrientes del circuito serán números complejos y se podrán representar de acuerdo a su equivalente fasorial. La potencia será también un numero complejo. Potencia aparente S=V*I se mide en VoltioAmperios (VA, KVAs) Potencia activa P=parte real [S] se mide en vatios Potencia reactiva Q = parte imaginaria [S]. Se mide en VAs reactivos En trifásica la potencia total es 3 veces la potencia en cada fase. Alimentación de Potencia 12 Potencia aparente activa y reactiva Factor de potencia: cosφ donde φ es el angulo que forman los fasores V e I. Factor de potencia inductivo: fasor tensión adelantado respecto a fasor corriente. Factor de potencia capacitivo: fasor tensión retrasado respecto a fasor corriente S=P+jQ Q S P=S* cosϕ Q=S*senϕ P |S|= + V ϕ ϕ I I Alimentación de Potencia V 13 Transformadores Son elementos que cambian la tensión y corriente manteniendo la potencia. Se basan en el principio de inducción de campo magnético. La entrada se denomina primario y la salida secundarios La relación entre tensión en el primario yen el secundario depende de la relación entre el número de espiras. I2 = I1 * (N1/N2) m es la relación de transformación. Alimentación de Potencia 14 Rectificadores Hemos visto que el suministro électrico llega a las industrias en corriente alterna, sin embargo los equipos funcionan en corriente continua. Es necesario el uso de rectificadores de onda o fuentes de alimentación. El rectificador de onda completa se realiza mediante un puente de diodos Alimentación de Potencia 15 Rectificadores Tensión antes del puente de Tensión después del puente diodos de diodos Filtrado circuito RC Salida después del filtro Alimentación de Potencia 16 Rectificadores Alimentación de Potencia 17 SAIs SAI es un acrónimo de Sistema de Alimentación Ininterrumpida (en inglés UPS, uninterruptible power supply), y lo que se consigue con ello es asegurar el funcionamiento de un equipo aun cuando deja de haber suministro eléctrico. Esto se consigue gracias al empleo de una batería que se activa en el momento que se detecta la caída de tensión, asegurando que no tendremos pérdida de datos y teniendo el tiempo necesario para asegurar nuestros archivos mientras se soluciona el problema. Un problema que puede tener diversas patologías, como son: Corte de suministro: es algo que suele ser común por obras en los alrededores o en el propio edificio, aunque lo normal es que sea comunicada con previo aviso, salvo fallo total de la red. Subidas o bajadas de tensión: subida o bajada sostenida por encima del 110% u 85% respectivamente. Picos de tensión o bajadas momentáneas: subidas o bajadas puntuales pero de mayor amplitud por irregularidades en el voltaje. Ruido eléctrico: Variación en el voltaje de poca amplitud que puede afectar al hardware del ordenador. Alimentación de Potencia 18 SAIs Componentes principales de un SAI Rectificador / Cargador: Transforma la corriente alterna a continua y carga las baterías. Baterias: Generalmente son Baterías de Plomo ? Acido que permiten almacenar energ?a recuperarla de forma instantánea. Ondulador / Inversor: Convierten esta tensi?n continua en alterna que es perfectamente filtrada en t?rminos de tensi?n y/o frecuencia. By-Pass: Para el caso de sobrecarga o fallo del SAI, hace lo que ser?a un puente directo a la corriente de la red el?ctrica. Alimentación de Potencia 19 SAIs Componentes principales de un SAI Rectificador / Cargador: Transforma la corriente alterna a continua y carga las baterías. Baterias: Generalmente son Baterías de Plomo ? Acido que permiten almacenar energ?a recuperarla de forma instantánea. Ondulador / Inversor: Convierten esta tensi?n continua en alterna que es perfectamente filtrada en t?rminos de tensi?n y/o frecuencia. By-Pass: Para el caso de sobrecarga o fallo del SAI, hace lo que ser?a un puente directo a la corriente de la red el?ctrica. Los principales componentes de un SAI son: - Rectificador: Este elemento es el encargado de realizar la conversión de tensión alterna (CA) en tensión continua (CC) que es la que permitirá la carga de las baterías. - Regulador: El regulador, como su propio nombre indica, tiene la función de regular la tensión de carga de las baterías impidiendo que se carguen a tensiones superiores a las permitidas. - Filtro de armónicos: Su tarea es la de filtrar todos los armónicos provenientes de la red eléctrica los cuales pueden provocar sobrecargas en los conductores neutros, disparos intempestivos en los interruptores diferenciales, calentamiento anormal de transformadores, etc. - Inversor: Es el dispositivo que permite la conversión de tensión continua (CC) proveniente de las baterías en tensión alterna (CA) y que será la tensión que suministre a los equipos conectados a través del mismo. - Baterías: Son los encargados de almacenar la tensión continua (CC), las cuales suelen poseer una tensión nominal de 12V y cuya capacidad en Amperios-Hora (Ah) vendrá en función del consumo de la carga y del tiempo de duración del suministro. - Bypass: El bypass se caracteriza por ser un selector, el cual permite que a la carga le suministre la tensión el inversor o, bien, directamente desde la red eléctrica. El bypass se suele emplear para realizar tareas de mantenimiento en el SAI y evitar que la carga se quede sin tensión de alimentación o cuando se produce cualquier tipo de problemas en el SAI (fallos en el rectificador, inversor, etc.). Alimentación de Potencia 20 SAIs Componentes principales de un SAI Rectificador / Cargador: Transforma la corriente alterna a continua y carga las baterías. Baterias: Generalmente son Baterías de Plomo ? Acido que permiten almacenar energ?a recuperarla de formael rectificador, inversor, etc.). Alimentación de Potencia 21 Tipos de SAIs ¿Qué clases de SAI existen? SAI offline: Es el modelo más sencillo, ya que no posee ningún tipo de protección frente a variaciones de tensión, por lo que solo protege ante los cortes de suministro eléctrico, es decir no regula la tensión entregada (no evita picos). SAI interactivo: Este modelo además de ofrecer el backup de la batería cuando no tengamos corriente incorpora un filtro para reducir en gran parte los problemas con origen en subidas o bajadas, así como ruido, de manera que gran parte de los problemas que puedan surgir están cubiertos. SAI online: Este es el más completo de todos, ya que convierte la energía entrante en energía completamente limpia a través de un proceso de transformación donde la energía entrante alterna es transformada en continua, para luego volver a ser ya alterna, pero totalmente filtrada. Es un modelo pensado para servidores que estén funcionando 24/7, que necesitan la máxima estabilidad y seguridad posible, es mas caro que los otros modelos. Alimentación de Potencia 22 Tipos de SAIs ¿Qué tipo de SAI UPS debo elegir? Sais Off-Line : zonas estables, con pocas perturbaciones y red eléctrica de buena calidad. Orientado a pequeñas instalaciones. Sais Interactivos : Ordenadores gama media y baja, consolas de juegos, pequeños servidores de redes, equipos de oficina. Recomendado para la mayoría de dispositivos. Sais On-Line : Servidores, clusters de equipos, y en general instalaciones informáticas críticas o imprescindible (redes de datos, servidores,telecomunicaciones, industria…). Alimentación de Potencia 23 Tipos de SAIs SAI Offline SAI Interactivo Alimentación de Potencia 24 Tipos de SAIs SAI Online Alimentación de Potencia 25 SAI. Tiempo de autonomía ¿Cuanto tiempo puedo mantener mis equipos encendidos con un SAI? este tiempo se denomina "Tiempo de autonomía de un SAI" y depende del sistema de baterias del SAI y de la carga que se le conecte. EN la ficha técnica del SAI debe venir una estimación de este tiempo. Es una buena práctica cuando existe un apagón eléctrico es aprovechar el tiempo que nos brindan los SAIS para grabar, ordenar y apagar adecuadamente los dispositivos conectados, intenta no "exprimir" al máximo el tiempo de autonomía de tu SAI, ya que si terminas por agotar la energía de las baterías podrías acabar sufriendo también un apagón del SAI. Alimentación de Potencia 26 SAI. Modelos SAI en Rack SAI en Torre SAI offline Alimentación de Potencia 27 Grupos electrógenos Cuando tenemos instalaciones sin suministro eléctrico de compañía o cuando es necesario tener una alimentación de back up por si falla el suministro de compañía se recurre a los grupos electrógenos. La generación de electricidad de un grupo electrógeno se basa en la transformación de energía mecánica de un motor alimentado por diesel en energía eléctrica. El movimiento del motor mueve un alternador que es el que genera la corriente eléctrica. Existen grupos monofásicos y grupos trifásicos. Debe elegirse el grupo de la potencia requerida en función de la carga que se vaya a conectar. Alimentación de Potencia 28 Grupos electrógenos Cuando tenemos instalaciones sin suministro eléctrico de compañía o cuando es necesario tener una alimentación de back up por si falla el suministro de compañía se recurre a los grupos electrógenos. La generación de electricidad de un grupo electrógeno se basa en la transformación de energía mecánica de un motor alimentado por diesel en energía eléctrica. El movimiento del motor mueve un alternador que es el que genera la corriente eléctrica. Existen grupos monofásicos y grupos trifásicos. Debe elegirse el grupo de la potencia requerida en función de la carga que se vaya a conectar. Alimentación de Potencia 29 Grupos electrógenos. Componetes Motor Diesel. El motor Diesel es el mecanismo de transformación de energía mecánica en eléctrica. Es la fuente de potencia. Sistema de refrigeración. Es necesario enfriar el grupo, este proceso puede hacerse por medio de agua aceite o aire, mediante ventiladores y radiadores. Alternador. La energía eléctrica de salida se produce por medio del alternador que contiene espiras metálicas que al girar generan la corriente. Sistema de control. Sirve para controlar el funcionamiento y salida del grupo y para protegerlo contra posibles fallos en el funcionamiento. https://www.youtube.com/watch?v=Tbr0wOK37EM Alimentación de Potencia 30 Grupos electrogenos Grupo móvil Grupo trasportable Alimentación de Potencia 31 Grupos electrógenos Grupo trasportable Grupo fijo Alimentación de Potencia 32