presentación de equipamiento eléctrico para data center

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EQUIPAMIENTO ELÉCTRICO PARA DISEÑO DE DATA CENTER

César Inga Zapata

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Según el estándar TIA-942, la infraestructura de soporte de un datacenter debe estar compuesto por cuatro subsitemas como lo son telecomunicaciones, arquitectura, sistema eléctrico y sistema mecánico.

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Martes 9 de abril del 2013 GESTIÓN

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TEMARIO

1. FUNDAMENTOS DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

2. SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

3. SISTEMA DE PUESTA A TIERRA PARA DATA CENTER

4. EQUIPOS DE PROTECCIÓN ELÉCTRICA DPS

5. TRANSFORMADORES DE AISLAMIENTO

6. SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN ININTERRUMPIDA

7. SISTEMAS DE TRANSFERENCIA AUTOMÁTICA Y GEN SET

8. GESTIÓN DE MONITOREO

7. RESUMEN

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La energía eléctrica

H Y D R O

F O S S I L

N U C L E A R

Generación

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La Energía Eléctrica

Transmisión

H Y D R O

F O S S I L

N U C L E A R

Generación

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Transmisión

H Y D R O

F O S S I L

N U C L E A R

Generación

Distribución

Subestaciones


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Transmisión

H Y D R O

F O S S I L

N U C L E A R

Generación

Distribución

Subestaciones FABRICAS

Utilización


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1. FUNDAMENTOS DE LA CALIDAD DE LA ENERGÍA

www.ie.com.pe Fuente: Rittal

La temperatura y vida útil de los equipos

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Automatic Transfer Switch

Precision Cooling

Extreme Density Precision Cooling

Uninterruptible Power Systems & Batteries

Power Distribution Units

Fire Pump Controller

Integrated Racks

DPS/TVSS Surge Suppression

Rack Monitoring

UPS

33 U

U U

4 U

2 U

2 U

KVM

Power Distribution

Unit

Rack Cooling

Cable Management

U

8 U

1 U

8 U

1 U

2 U

2 U

1 U

2 U

4 U

4 U

4 U

2 U

1 U2 U

RACK

El data center

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Corte de Energía Microcortes de Tensión Huecos de Tensión (DIPS, SAGS) Sobretensiones transitorias Subtensión Ruido Eléctrico Variación de Frecuencia Interrupciones de tensión Distorsión Armónica

Calidad de energía y confiabilidad

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Pirámide de la calidad de energía

Introducción a Soluciones de Protección Eléctrica

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Ley de ohm

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SISTEMA DE PUESTA A TIERRA PARA EQUIPOS ELECTRÓNICOS SENSIBLES

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Seguridad de las personas

Protección de las instalaciones

Compatibilidad electromagnética

EL OBJETIVO PRINCIPAL DE LOS SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA ES GARANTIZAR SEGURIDAD AL PERSONAL DURANTE FALLAS ELÉCTRICAS O DESCARGAS.

EN ESTADO ESTACIONARIO, LAS PUESTAS A TIERRA DISMINUYEN LAS TENSIONES DE OBJETOS METÁLICOS QUE SE ENCUENTRAN INFLUENCIADOS POR INDUCCIONES DE

OBJETOS ENERGIZADOS O POR ESTÁTICA.

CUANDO SE PRESENTAN LAS DESCARGAS ATMOSFÉRICAS, PROPORCIONAN UN CAMINO SEGURO PARA LA CORRIENTE ELÉCTRICA DEL RAYO, MANTENIENDO LA

EQUIPOTENCIALIDAD DE TODA LA INSTALACIÓN.

Objetivos de la puesta a tierra

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Estudio de resistividad

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Puesta a tierra

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Sistema de puesta a tierra

Para un mismo edificio quedan expresamente prohibidos los sistemas de puesta a tierra que aparecen en la Figura, según criterio adoptado de la IEC 61000-5-2.

Tierra Sensible Data Center

Tierra de Potencia

Pararrayos o terminales de captación

Puesta a Tierra

Suelo

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Tierra de Potencia


Puesta a Tierra

Suelo

Para un mismo edificio quedan expresamente prohibidos los sistemas de puesta a tierra que aparece en la Figura, según criterio adoptado de la IEC 61000-5-2


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Para un mismo edificio los sistemas de puesta a tierra tendrán que aparecen como en la Figura, según criterio adoptado de la IEC 61000-5-2.


Tierra de Potencia


Bajantes

Conexiones

Puesta a Tierra Suelo

Conductores Equipotenciales sugeridas para edificios altos


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Representación esquemática tridimensional de un SPT

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Malla de puesta a tierra

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2. CIRCUITO ELÉCTRICO PARA EQUIPOS ELECTRÓNICOS SENSIBLES

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Malla de alta frecuencia

MALLA DE ALTA FRECUENCIA: Amortigua interferencias por propagación aérea hasta una determinada frecuencia: -Para operar no requiere PT -Baja impedancia del loop (bucle)

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Las señales de interferencia en equipos en altas frecuencias

SIN MALLA

CON MALLA

XL10MHz = 2πƒL = 62,832,000 L

XL5MHz = 2πƒL = 31,416.000 L

XL60Hz = 2πƒL = 377 L

L: Reactancia inductiva

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SPT para equipamiento electrónico

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Acometida eléctrica, cuarto de energía de distribución

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Aterramiento data center sin piso técnico

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Aterramiento data center con piso técnico

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Aterramiento de gabinetes

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TGB

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Aterramiento de gabinetes

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3. PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIONES TRANSITORIAS

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Sobretensión de origen Atmosférico

Sobretensión de maniobra

Tiempo

Tens

ión

¿Qué son las sobretensiones transitorias?

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UNDERWRITERS LABORATORIES Determina que la naturaleza imprevisible de las fluctuaciones hace que sea difícil suprimirlos; nunca se sabe cuándo, cuánto tiempo o cuán poderosos serán estos.

NEMA Los Picos de Tensión o Transitorios son breves picos de sobretensión o perturbaciones en una onda de energía que pueden dañar, degradar y hasta destruir los equipos eléctricos y electrónicos dentro de cualquier casa, edificio comercial o instalaciones de una fabrica.

IEEE (Emerald Book) Las sobretensiones pueden tener muchos efectos sobre los equipos que van desde efectos indetectables hasta sacar de servicio cualquier equipo.

¿Qué son las Sobretensiones Transitorias?

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Línea Telefónica

Línea distribución en Media Tensión

Fuentes de Inducción

Líneas de Control

Sub distribución

Potencial a Tierra Buena Condición de

sistema de Puesta a Tierra

Baja Impedancia del Sistema a Tierra

aplicando Cemento Conductivo

Puesta a Tierra de Potencia

Sub Estación de Transformación

Protección y Captura de Rayos

Disipación correcta de la energía de falla en el Sistema a Tierra

Captura de fallas provenientes de lado de fuerza

Protección de fallas entrantes través de las líneas de Distribución

Diseño de Conductores equipotenciales

Tablero de Distribución

Central Telefónica

UPS, Estabilizadores, Baterías

Sala de Impresoras

Sala de Servidores

Equipos de Computo

Unidad de Computo

Remota

Equipos de Computo y Comunicaciones

Multiaterramiento de las Tierras

Dispositivo de Protección TVSS Dispositivos de Protección para Comunicación. Electrodos de Puesta a Tierras

Las perturvaciones y fallas pueden tener un origen externo o como sucede más a menudo puede ser de origen interno (perturvaciones generadas por nuestros propios equipos)

Las soluciones ante estos problemas varian dependiendo de un análisis previo

Una mayor confiabilidad en nuestra infraestructura, estará acompañado en saber identificar de forma oportuna todos

estos posibles problemas

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Porcentaje de eventos que afectan al suministro eléctrico

88.5%

11.0% 0.5%

Cortes y Apagones Variación de Tensión

Ruido y Sobretensiones Transitorias

Fuente: IBM

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Efecto de Sobretensiones Transitorias en Infraestructura Electrónica y Equipos

Informáticos

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Daño Acumulativo

Falla Catastrófica

Integrado de Tarjeta Electrónica de PLC

Fuente: Fuerza aérea de los estados Unidos

Daño o quiebre de aislamiento

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¿Qué causa el daño en los semiconductores?

Voltaje Ruptura o quiebre dieléctrico

Corriente (I2T) Calentamiento excesivo

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Se recomienda tanto el circuito de entrada del UPS y los circuitos de derivación (incluyendo el bypass de mantenimiento) deberían estar equipados con dispositivos de protección contra Sobretensiones.

DPS

DPS

DPS

SECTION 8.6.5 UPS Protección contra sobretensiones

Protección de UPS no incluye DPS

www.ie.com.pe Fuente: Pacifico Seguros

Protección de UPS no incluye DPS

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4. DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIONES TRANSITORIAS

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Funcionamiento de dispositivos de protección

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IEEE Emerald Book Recomienda una protección en cascada

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10,000V 10,000V 10,000V 10,000V 10,000V

10,000V

Celda Principal Tablero de Distribución

Tablero IT

10,000V


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20,000V 2,300V 2,300V 1,000V 1,000V

0V

I.T. System Shield

Celda Principal Tablero de Distribución

I.T. System Shield

Tablero IT

I.T. System Shield

0V


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Instalación Instalación de los DPS

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IEEE C62.72-2002/2003

Sección 14.1 - "... La destrucción de los MOV podría expulsar fragmentos de metal calientes, conductores, gases ionizados, y humo denso (conductor eléctrico) y hollín. Además de los riesgos inmediatos, la intrusión de tales elementos en el interior de los equipos de distribución eléctrica puede dañar o comprometer un sistema de Data Center y el resultado en cascada efecto y serios daños al equipo.

Instalación de DPS

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UL 1449 Tercera Edición

Vigente desde el 29 de Setiembre de 2009

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ANSI - UL1449 3rd edition - cambios importantes 1. Voltaje Suprimido (SVR) contra Voltaje de Protección (VPR)

Este es probablemente el cambio de prueba más importante que convierte a los equipos antiguos en obsoletos. Las pruebas anteriores eran de 500A / 6000 V. Las Nuevas pruebas son a 3000 A / 6.000V. Esto es seis veces más energía por evento, que da lugar a mayores tensiones de falla.

2. Corriente Nominal de Descarga(In) de hasta 20kA, se incluirá en las especificaciones y las etiquetas del supresor. Ejemplo: Tipo 1 puede ser probado a 10kA y 20kA, Tipo 2 de 3kA, 5kA, 10kA y 20kA. Según CBMA mayoría de los eventos son superiores 3kA.

3. Categorías de Supresor El nuevo estándar clasifica los supresores en cuatro tipos, según sean o no un componente, y según dónde se instalen en el sistema de distribución eléctrica.

4. TVSS ahora se conoce como SPD El término en inglés para los supresores de sobretensiones ya no será “Transient Voltage Surge Suppressor (TVSS)”, sino “Surge Protective Device (SPD)”.

5. Ampliar su alcance La 3ra Edición de UL ahora regula los productos supresión diseñados para proteger circuitos eléctricos de hasta 1000A.

1. Voltaje Suprimido (SVR) contra Voltaje de Protección (VPR)

Este es probablemente el cambio de prueba más importante que convierte a los equipos antiguos en obsoletos. Las pruebas anteriores eran de 500A / 6000 V. Las Nuevas pruebas son a 3000 A / 6.000V. Esto es seis veces más energía por evento, que da lugar a mayores tensiones de falla.

2. Corriente Nominal de Descarga(In) de hasta 20kA, se incluirá en las especificaciones y las etiquetas del supresor. Ejemplo: Tipo 1 puede ser probado a 10kA y 20kA, Tipo 2 de 3kA, 5kA, 10kA y 20kA. Según CBMA mayoría de los eventos son superiores 3kA.

3. Categorías de Supresor El nuevo estándar clasifica los supresores en cuatro tipos, según sean o no un componente, y según dónde se instalen en el sistema de distribución eléctrica.

4. TVSS ahora se conoce como SPD El término en inglés para los supresores de sobretensiones ya no será “Transient Voltage Surge Suppressor (TVSS)”, sino “Surge Protective Device (SPD)”.

5. Ampliar su alcance La 3ra Edición de UL ahora regula los productos supresión diseñados para proteger circuitos eléctricos de hasta 1000A.

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Underwriters Laboratories Inc. (UL) - establece que los equipamientos eléctricos y electrónicos tienen de 35% a 40% mayor tiempo de vida si se eliminan

las Sobretensiones Transitorias.

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Verifying at www.UL.com

Click Certifications

Category Code #’s: XUHT for TVSS (<Oct 09) OWHX for Arrestors (<Oct 09) VZCA for SPDs

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DPS vs Fusible y Breaker (Interruptor )

Breaker & Fusible Dispositivo de protección contra Sobre corriente Protege equipos y personas frente a Sobre corriente

DPS (TVSS) Dispositivo de protección contra Sobre Tensiones Protege equipos frente a Sobre Tensiones

Breaker & Fusible Dispositivo de protección contra Sobre corriente Protege equipos y personas frente a Sobre corriente

DPS (TVSS) Dispositivo de protección contra Sobre Tensiones Protege equipos frente a Sobre Tensiones

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30 años de experiencia ISO 9001-2000 Quality Management System ISO 17025 UL evaluación Power Quality Assurance Magazine – PQ 50 Compañía Frost & Sullivan nombró a APT – Proveedor Líder de aparatos trifásicos Market Engineering Customer Focus Awards Participamos con grupos UL, IEEE, NEMA

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XAS XAL

Type 1 Surge Protective Device/SPD/TVSS With surge current levels of 100kA, 150kA, 200kA, 250kA, 300kA, 400kA and 500kA per phase, our XAS Series is the SPD that covers most current SPD needs. With one replaceable module per unit containing Large Block 50kA Thermal Protected MOV’s, this units low cost, reliability, flexibility and robustness is the best solution for any environment; large or small!

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XBS XBL

Type 1 Surge Protective Device/SPD/TVSS Our largest, highest kA SPD, the XBS Series utilizes two separate, dual redundant replaceable modules that work in parallel. With Large Block 50kA Thermal Protected MOV’s with surge current levels of 600kA, 800kA and 1000kA per phase, this unit is for those “Mission Critical” environments.

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HP

Un módulo reemplazable individual por fase y niveles de corriente de 160kA y de 120kA por fase, con luces indicadoras redundantes para cada fase y alarma audible con botones del silencio y de prueba.

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XDS The XDS Series utilizes large Block 50kA Thermal Protected MOV’s with surge current levels of 100kA, 150kA and 200kA per phase. With line or load side installation flexibility, this unit is a great fit from the service entrance all the way down to each distribution and/or branch panel.

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XCS Type 1 Surge Protective Device/SPD/TVSS The XCS Series utilizes large Block 50kA Thermal Protected MOV’s with surge current levels of 100kA per phase. With a compact economical design and line or load side installation flexibility, this unit can be installed anywhere in any electrical distribution system.

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SPDEE

Type 1 Surge Protective Device/SPD/TVSS The SPDEE Series utilizes large Block 50kA Thermal Protected MOV’s with surge current levels of 50kA per mode. The unit is a perfect replacement to the obsolete surge arrestors. With a small, compact design and line or load side installation flexibility, this unit can be installed anywhere in any electrical distribution system.

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TRANSFORMADORES DE AISLAMIENTO

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220V

220V

¿?V

380V 220V

¿SPT?

Sistemas eléctricos

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Transformador de aislamiento

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Efecto de armónicos en los transformadores

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Cálculo del factor K para los transformadores

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UPS (UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY ) TIPOS Y TECNOLOGÍA

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UPS (uninterruptible power supply) tipos y tecnología

• Monofásicos – Off Line – Interactive – True On Line

Trifásicos

– True On Line

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Frequency Variations Sags Surges Outage Noise Spikes

Waveform Distortion

50% 50% 90% 80% 80% 0% 0%

Battery

+ -

Inverter

D C

A C

Battery Charger

AC/DC

Load Transfer Switch

Filter

Off line UPS

Effectiveness = 55%

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Sags Surges Outage Noise Spikes Waveform Distortion

100% 50% 95% 95% 90% 0% 0%

Frequency Variations

Load

Battery

+ -

Inverter

D C AC

Battery Charger

AC/DC

Filter AVR

Filter

Transfer Switch

Line-interactive UPS

Effectiveness = 85%

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Características de UPS

• New Ratings 20, 45, and 80kVA

• Online Double Conversion

• THDi <3%, Input PF ≥0,99

• Parallelable up to 6 units

• Dual bus compatible

ON-LINE TRIFÁSICOS • 3 Intellislots + 1 serial port

• SNMP + WEB, Modbus/Jbus

• Ability to support 100% unbalanced loads

• Extremely wide Input V: 205V @<72% load

• Compact Footprint (DxW = 600 x 700 mm)

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True on line (normal power flow)

Unregulated power Utility or Genset

Regenerated UPS Power

Rectifier ON Inverter ON

Battery Float

Static Switch Off

Power Flow, from Utility to inverter regulated power

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True on line (battery discharging)


Regenerated UPS Power

Rectifier OFF Inverter ON

Static Switch Off

Battery Discharge

From battery to INV to Load

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True on line (UPS on static bypass)


Rectifier Inverter off

Battery

Static Switch On

Utility Power

TVSS only!!!

Power flow from utility to the load.

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True on line (con bypass interno y externo)

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Sistema con redundancia aislada

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Sistema con redundancia en paralelo

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Sistema SMARTONLINE KX2 – Tripp Lite

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Racks PDU para aplicaciones de TI

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Reducción de puntos únicos de falla

Rack 4 Electrical

Dist. Panel Rack 1 Rack 2 Rack 3

UPS A

Single UPS Single electrical distribution panel Single cable per computer device Single power supply per server

= Single Point Failure

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UPS A

Rack 4 Electrical


Single UPS Single electrical distribution panel Single cable per computer device Dual power supply per server eliminates single point of failure but increases cabling under the floor.


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UPS A

Rack 4 Electrical


Single UPS Single electrical distribution panel Smart power strips eliminate excess cabling & improve air flow under the floor.


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UPS A

Electrical Dist. Panel

Electrical Dist. Panel Rack 4

Electrical Dist. Panel Rack 1 Rack 2 Rack 3

Single UPS Redundant electrical distribution panel and smart power strips.


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UPS A

Electrical Dist. Panel

Electrical Dist. Panel Rack 4

Electrical Dist. Panel Rack 1 Rack 2 Rack 3

UPS B

Redundant UPS


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TIA-942 TIERS OF PROTECTION

Confiabilidad en diseño de data centers

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Tipo de sistemas TIER

TIER 1 HW Protection

LOAD

Utility Source

DPS and / or Conditioner

PDU

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TIER 2 Preserve Data

LOAD

UPS

PDU

Utility Source


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TIER 3: Increase Uptime

Parallel Redundant

UPS 1

Utility Source w/ ATS & Generator

UPS 2

SCC

PDU

LOAD

1 + 1 Redundant

LOAD

PDU

Utility Source w/ ATS & Generator

UPS 2 UPS 1


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TIER 4: No Downtime Distributed Redundant

DUAL INPUT PDU

LBS UPS 1

LOAD

Utility Source / Generator #2


UPS 2


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LBS UPS 1

STS

LOAD



UPS 2

PDU


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LBS UPS 1

STS

LOAD



UPS 2

PDU PDU


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LBS UPS 1

DUAL INPUT LOAD



UPS 2

PDU PDU


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DUAL INPUT PDU

LBS UPS 1

LOAD

STS

LOAD

STS

LOAD

DUAL INPUT LOAD



UPS 2

PDU

PDU PDU

PDU PDU


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LOAD BUS SYNC (LBS)

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1+1 paralelo redundante - dual bus

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SISTEMAS DE TRANSFERENCIA AUTOMÁTICA

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Definición de un tablero de transferencia

124

RED COMERCIAL GRUPO ELECTROGENO

TRANSFER SYSTEM

Load

Servicio Eléctrico Idóneo.

Grupo Idóneo, en potencia y tipo de uso y además

correctamente instalado.

Falla debida a un sistema de transferencia no confiable.

Pérdidas económicas e incluso humanas.

Un sistema de emergencia, debe ser totalmente confiable, debe operar incluso en el peor momento.

Carga Eléctrica sin atención.

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Transferencia confiable <> TTA certificado

• TTA: Equipo que transfiere cargas eléctricas de dos fuentes similares mediante un control automático o manual.

• Certificaciones necesarias: ISO 9001:2000, UL 1008, IEC, IBC, etc. • Criterio de elección: El principio de operación y el diseño del equipo debe ser

100% enfocado a los sistemas de trasferencias. • Contingencia: Posibilidad de accionamiento mecánico manualmente operado,

ubicado a primera vista y de mínima complejidad de operación.

125 COMERC. CARGA GRUPO

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UL1008 : Equipo para transferencia Automática

• El mayor objetivo de la certificación es la

Seguridad: • Aislamiento total entre 2 fuentes diferentes

vivas. • Debe prevenir que en cualquier

circunstancia no se interconecte la Energia Comercial y la del Grupo Electrógeno(Transferencia Abierta).

• Construcción & Performance

• El diseño del tablero debe permitir mantener una temperatura idónea dentro del gabinete y en los contactos.

• Debe tener gran robustez de operación. • Debe ser capaz de soportar sobrecorrientes

sin dejar de conducir energia a la Carga. • Debe tener alta resistencia dieléctrica hacia

fuera del mecanismo de transferencia.

UL 1008 Estándar de Seguridad - ¿Porqué es Importante?

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Métodos de transferencia

• Transferencia en Transición Abierta • Transferencia en Transición Cerrada • Transferencia en Carga suave (Soft Load)

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Transferencia en transición Abierta

N E

L

Load onNormal

N E

L

Load NotConnected

N E

L

Load onEmergency

Aplicada de forma estándar en las aplicaciones estándares y con carga poco sensible.

Características:

“Abrir antes de Conectar” switching

La carga se encontrará desconectada por un período corto de tiempo.

Ambas fuentes nunca se encuentran conectadas a la vez.

UTILITY GENERATOR

LOAD

Generator is Block Loaded

Steady State

Automatic Transfer Switch: ATS

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Transferencia en transición Cerrada

Requiere mecanismo de operación dual en el Sistema de Transferencia. Requiere que las fuentes “esten en sincronía”

+/- 5% diferencia de V(v). +/- 0.2 Hz diferencia en F(hz) +/- 5 grados de diferencia de fase.

129

Load onNormal

SourcesParalleled

Load onEmergency

N

L

E

N

L

E

N

L

E

Después de 100msec de Paralelismo, se desconecta la fuente insegura o no preferente.

UTILITY GENERATOR

LOAD

Usando un Sistema de Sincronización Pasiva

Filosofía de Funcionamiento: “Conectar antes de abrir”.

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Transferencia en carga suave

UTILITY GENERATOR

LOAD

Tablero de transferencia en transición suave

Sensado del Voltaje en la carga.

Similar a la cerrada – Mas el uso de control activo del Generador

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• Hace posible que ante un test de transferencia o un mantenimiento no se desconecte la carga.

BP BP

IS IS IS

E L N

ATS

^ ^ ^

Loads

Emergency Source

Normal Source

Bypass

Transferencia By pass

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Tableros de Transferencia “Respaldo”

Red - a - Red

Red - a - Grupo Electrógeno

Grupo Electrógeno - a - Grupo. Electrógeno

N Circuitos - N Prioriades

Baja Tensión

Diseño Estándar “ U.L. 1008 “

Serie 300 T.A.

30 – 3.000 A

Serie 7000 T.A./T.C./T.R.

c/s ByPass Opción Extraíble

30 – 4.000 A

Serie 7000 T.S./Int.

c/s ByPass 200 – 4.000 A

Serie 4000 T.A. / T.C. / T.R.

30 – 4.000 A

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Soluciones típicas

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GESTIÓN DE MONITOREO

Software para la Administración de Energía en

la red Power Alert

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Software para la administración de energía en la red PowerAlert

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GESTIÓN DE MONITOREO ENERGÉTICO INTEGRAL

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Gestión de monitoreo energético integral

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Monitor web

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Auditorías de infraestructura eléctrica

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GRACIAS!!!

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