Antes de empezar a explicar las diferencias entre las diferentes configuraciones de Bypass, debemos de entender las ventajas e inconvenientes que presenta un sistema de SAIs conectados en paralelo.
Cuando conectamos un SAI en paralelo lo que buscamos básicamente pueden ser 2 cosas, aumentar la potencia del sistema o tener un sistema de respaldo ante un posible fallo del SAI (Sistema redundante) que continue manteniendo la energía en las cargas críticas durante los fallos de red que pueda tener la compañía eléctrica tales como: Cortes, Microcortes, Sobrecarga, Sobretensiones, Subtensiones, Armónicos, frecuencia fuera de rango, etc…
La necesidad de instalar un SAI en paralelo es debido a que dependiendo de la importancia que el cliente o la norma defina de la carga crítica, se debe evitar algún punto único de fallo que haga que estas cargas queden desprotegidas en algún momento. Si el inversor del SAI debe pararse, por alguna razón, el SAI cambiará la ruta de energía a una alternativa (Bypass Estático), quedando las cargas críticas sin protección hasta que el SAI vuelva a estar encendido.
La arquitectura de un sistema de protección de energía debe estar diseñada para evitar la pérdida de información electrónica valiosa, minimizar el tiempo de inactividad de los equipos, y minimizar el efecto adverso en el equipamiento de producción debido a problemas de energía inesperados.
Organizaciones como grandes data centers, hospitales, bancos, infraestructuras aeroportuarias, ferroviarias, etc… están encontrando cada vez más riesgo en el uso de la red de energía, incluso si se utiliza por períodos cortos de tiempo. Debido a que el coste de inactividad y el riesgo de pérdida de datos son demasiado altos, por lo que están decidiendo implementar sistemas SAI redundantes para asegurar el suministro eléctrico, incluso en los casos en que un SAI deja de funcionar.
Dentro de este espectro de escenarios, los SAIs con conexión en paralelo han tomado fuerza, ya que mejoran la fiabilidad del sistema. Cuando se conectan en paralelo, dos o más SAIs eléctricamente y mecánicamente para formar un sistema unificado con una única salida, ya sea por aumento de potencia o por redundancia. En una configuración redundante N+1, se tendría al menos un módulo SAI más para soportar la carga. Cuando se usa un SAI en paralelo cada SAI está listo para asumir la carga de otro SAI siempre que sea necesario, sin interrumpir la protección de las cargas.
En el sistema paralelo redundante, el fallo eléctrico de cualquier módulo SAI da como resultado sólo el aislamiento instantáneo del módulo afectado, sin cerrar todo el sistema. Los módulos SAI restantes continuarán apoyando la carga crítica, con una potencia condicionada, y por lo tanto la fiabilidad de la aplicación es mayor.
El beneficio de fiabilidad es debido a la redundancia en la alimentación protegida. Si el sistema funciona correctamente, es muy poco probable que el usuario tenga que operar directamente desde la energía de la red. Cualquier fallo en el equipo es gestionado por la redundancia del sistema, por el aislamiento del módulo que ha fallado, con lo que la transferencia al Bypass sólo se usa como último recurso. En esencia, la energía de la red eléctrica Bypass sólo se utilizaría, debido a factores externos al SAI como la sobrecarga, el sobrecalentamiento o cortocircuito.
Comprensión del sistema Bypass centralizado y el sistema Bypass distribuido
Los SAIS disponen principalmente de un bypass electrónico o estático que sirve como camino alternativo ante un fallo del SAI o ante una anomalía que este fuera de los parámetros admisibles por el SAI, por ejemplo, una sobrecarga, sobrecalentamiento, etc… en estos casos el SAI pasa automáticamente al modo bypass evitando así el paso por el rectificador y el inversor, en este momento las cargas estarán desprotegidas.
Después dependiendo del modelo nos encontramos con el bypass de mantenimiento o bypass manual, que es un interruptor integrado en el propio SAI que permite provocar manualmente el paso a bypass, suele emplearse para labores de mantenimiento en el que se requiere hacer algún tipo de trabajo en el SAI, por ejemplo, un cambio de baterías en el que se necesita no tener alimentación en el rectificador ni en el inversor pero si mantener la alimentación de las cargas, aunque sea directamente de la red. Es en este tipo de bypass donde centraremos la explicación.
Por último, en las instalaciones se recomienda poner un bypass externo, este bypass, aunque no es obligatorio tenerlo es muy necesario, ya que nos permite hacer un bypass antes de la entrada del SAI y directamente a la salida de este. Este bypass se usa para casos en el que se deba hacer un cambio del SAI, por ejemplo, o haya algún tipo de trabajo externo que requiera desconectar de la red el SAI, por lo que para evitar la desconexión de las cargas se debe pasar a bypass.
En los sais de formato Torre/rack o stand alone tienen bypass centralizado, y las diferencias las encontramos en las arquitecturas modulares, donde normalmente nos podemos encontrar con dos tipos diferentes de Sistemas de Bypass (centralizado y distribuido).
Sistemas de Bypass centralizado
- En estos Sistemas hay un gran conmutador estático común, también conocido como módulo de Bypass, en esta configuración todo el conjunto de módulos tendrás un único Bypass, y en caso de que uno de ellos falle, todo el sistema pasará a dicho modo, lo que puede entenderse como punto único de fallo, al disponer de un único camino alternativo para el paso de corriente, en el caso de que este falle, el sistema se apagará, provocando que el sistema no esté disponible.
- En el sistema de Bypass centralizado, la línea del conmutador estático de Bypass está dimensionada para soportar toda la carga del sistema SAI, ya sea momentáneamente o de forma continua. Por lo que el interruptor debe ser lo suficientemente grande para soportar por una única línea el total de la carga.
Sistemas de Bypass Distribuido
Sistemas de Bypass Distribuido
- En el sistema Bypass distribuido, cada módulo dispone de su propio bypass estático interno, clasificado según el tamaño del SAI, al igual que en un solo SAI. En este caso cada módulo controla su propia salida, y si todo el sistema necesita transferirse al Bypass, con transferir uno de ellos el sistema completo cambia a dicho modo, al disponer cada módulo de su propio bypass otorga al sistema diferentes caminos alternativos para el paso de corriente, es decir que, si uno de los conmutadores estáticos (bypass estático) dejara de funcionar, el sistema automáticamente inhibiría ese modulo, haciendo que el resto asuman la carga de este. De esta manera no se tendría punto único de fallo, y se mejoraría la fiabilidad del Sistema, ya que no es dependiente de que funcione un conmutador estático clave.
- En este sistema existe la necesidad de múltiples interruptores de bypass uno por cada módulo de potencia, estos interruptores estarán dimensionados para la carga admisible de cada módulo de potencia.
- El sistema Bypass distribuido dará una mayor flexibilidad para el dimensionamiento del sistema, ya que podría ser ampliado por módulos en paralelo con potencia nominal similar para agregar redundancia o capacidad, ya que cada módulo tiene su interruptor dimensionado para la potencia nominal que soporta, a diferencia de los sistemas de Bypass centralizado, que están limitados a la potencia nominal del armario, ya que el interruptor está dimensionado para el total de módulos que se puedan escalar verticalmente.
Como se activan varios conmutadores estáticos simultáneamente bajo condiciones de fallo
Una preocupación común en los sistemas de Bypass distribuido, es el no lograr que todos los conmutadores cambien de manera simultánea en caso de fallo, y pudiendo quedar el sistema inutilizable. Esto crea ciertas dudas a los expertos sobre el uso de un sistema de Bypass distribuido en sus diseños para data centers. Para entender cómo actúa el sistema de Bypass distribuido en situaciones de fallo, vamos a ver dos casos: una transferencia normal a Bypass y paso a Bypass, por fallo.
- Una transferencia manual (o planificada) se lleva a cabo cuando el técnico ordena al sistema conmutar a modo bypass desde el panel frontal del SAI, por una señal externa el sistema detecta la orden de conmutar a bypass. En este caso, uno de los módulos recibe la señal de transferir y comienza a alimentar su propio conmutador estático. Al mismo tiempo el sistema transmite la señal a los otros módulos que están comunicados, donde estos al recibir la orden conmutan a modo bypass igualmente. Debido a la complejidad y importancia de la maniobra, la señal que se deben enviar y recibir no deben de tener un retardo máximo de más de 2 milisegundos en el tiempo de encendido del conmutador estático.
- Conmutación de emergencia a Bypass, se produce cuando ocurre una situación de fallo en el SAI, los dispositivos de protección se deben de activar y llevar la línea a bypass, si el sistema no es lo suficientemente rápido para pasar todos los módulos a bypass al mismo tiempo, puede generar que en la salida del inversor haya desequilibrio, provocando el fallo del sistema. Por esta razón es muy importante que todos los conmutadores estáticos se activen simultáneamente y compartan la corriente entre ellos, por lo que, en sistemas de Bypass distribuido, cada SAI monitorizará de forma individual su propia salida, si un módulo falla, el sistema inhibe el módulo haciendo que el resto asuman su carga, siempre que el sistema sea redundante no habría transferencia a bypass.
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