Fuente de alimentación ininterrumpida: propósito y especificidades del funcionamiento de un SAI doméstico

Para mantener los aparatos en funcionamiento durante fallos de red se utiliza un sistema de alimentación ininterrumpida. Dependiendo del tipo de consumidores a los que da servicio y de los parámetros de la energía eléctrica, es necesario elegir diferentes modelos. Estos dispositivos tienen demanda, por lo que adquirir el ejemplar adecuado según las características no es difícil.

Pero antes de comprarlo, debe informarse por sí mismo sobre sus características, y no confiar este asunto a los gerentes interesados en las ventas.

En este material, examinaremos la estructura y las características de funcionamiento de un SAI, y también le explicaremos las reglas para su uso.

Esquemas de los SAI de corriente alterna

Para uso doméstico se utilizan dispositivos de alimentación ininterrumpida conectados a una red monofásica de 220 V, que pueden alimentar durante un tiempo a consumidores que requieran la misma tensión en caso de falta de electricidad.

También existen SAI que se conectan a una red trifásica y proporcionan a la salida 380 V o 220 V. Sin embargo, son caros y se utilizan cuando se necesita obtener una potencia autónoma de 10 kVA, lo cual no es necesario para uso doméstico.

Los SAI de corriente alterna domésticos se dividen en los siguientes tipos según su esquema de funcionamiento:

• de respaldo (offline);
• interactivos (lineal-interactivos);
• de doble conversión (online).

Se diferencian por la calidad de la tensión suministrada y el precio. Los más baratos son los de respaldo, y los más caros, los de doble conversión.

El esquema de alimentación de respaldo más simple en su ejecución incluye un relé de conmutación y filtrado pasivo para suprimir interferencias.

Para convertir corriente alterna en continua en el cargador se utiliza un rectificador. Y la transformación inversa se realiza mediante un inversor.

En los SAI, para conmutar el circuito de la red a la batería, se suelen instalar relés electromecánicos comunes. Si esta pieza es de calidad, su vida útil es suficiente para toda la vida útil del SAI. Pero la mayoría de las veces, cuando el equipo se avería, el problema radica precisamente en este elemento de la construcción.

El esquema interactivo se diferencia del de reserva por la presencia de un estabilizador de voltaje. Está fabricado como un autotransformador típico con devanados conectados directamente.

La estabilización de voltaje también está presente en muchos electrodomésticos, por lo que si las desviaciones son insignificantes, no tiene sentido adquirir un modelo lineal-interactivo más costoso.

La presencia de un transformador a menudo obliga al fabricante a utilizar refrigeración forzada, por lo que estos SAI se equipan con ventiladores. Emiten un ruido comparable en intensidad al funcionamiento de la unidad del sistema de una computadora.

La alimentación del inversor en el esquema en línea se realiza de forma continua desde las baterías. Por lo tanto, cuando ocurren fallos en la red eléctrica, el tiempo de conmutación a la alimentación de respaldo es cero.

Los dispositivos de doble conversión más complejos y costosos tienen además el menor rendimiento. La energía eléctrica se pierde en forma de calor que irradia el dispositivo. Por lo tanto, su uso debe justificarse.

La ventaja más significativa de este tipo de SAI es la respuesta instantánea a un corte de electricidad. Pero para la mayoría de los electrodomésticos, esto no es tan importante. Los mismos ordenadores suelen estar equipados con SAI de reserva o interactivos.

Parámetros más importantes

Actualmente, hay muchas ofertas en el mercado de fuentes de alimentación ininterrumpida domésticas. Para determinar correctamente su propósito y no equivocarse en la elección, es necesario comprender qué parámetros se deben tener en cuenta en primer lugar.

Características técnicas principales

La potencia de salida del dispositivo determina el valor máximo admisible que la unidad puede proporcionar de manera fiable al consumidor. Se mide en voltiamperios (VA). Para comodidad del usuario, a menudo se indica este valor y en vatios.

Para medir la carga de los dispositivos, se puede utilizar un amperímetro o calcularla utilizando las lecturas del contador instalado en el apartamento.

Se puede medir la energía eléctrica consumida mediante un amperímetro (vatímetro) doméstico con enchufe. El dispositivo conectado debe ponerse en modo de consumo máximo.

Al determinar la potencia real de un ordenador, no se debe guiar por la clasificación de la fuente de alimentación, ya que siempre se compra con margen.

Si no hay amperímetro, entonces se deben realizar los siguientes pasos:

1. Desconectar todos los circuitos en el cuadro excepto aquel del que se alimenta el ordenador.
2. Desconectar todos los dispositivos en ese circuito.
3. Encender el ordenador y ejecutar en él un programa típico (por ejemplo, un video de YouTube).
4. Esperar hasta que en el contador se produzca un cambio del valor de una décima de kilovatio.
5. Registrar el tiempo hasta el siguiente cambio.

La potencia media de consumo (P, vatios) durante este periodo (t, minutos) se puede calcular mediante la fórmula:

P = 100 * (60 / t)

La siguiente característica importante es el período de funcionamiento autónomo. Este indicador depende de la carga que soporta el SAI en ese momento. A la potencia máxima permitida, las baterías de un dispositivo doméstico funcionan de 1 a 3 minutos. Y a la mitad, mucho más (hasta 10 minutos).

Según el gráfico de dependencia del tiempo de funcionamiento autónomo de las baterías respecto a la carga media, se observa que esta dependencia no es lineal. Esto se debe a la forma de descarga de las baterías.

De aquí se derivan dos conclusiones:

• al cortarse el suministro eléctrico, es necesario reducir al máximo la carga que consumen los dispositivos;
• es recomendable adquirir un SAI con una potencia que supere la calculada al menos en un 30%.

El rango de tensión de entrada muestra el voltaje mínimo y máximo admisible de la red, en el cual no se producirá la conmutación de alimentación a las baterías. Por lo general, todos los SAI soportan un intervalo de 180-260 V.

En algunos fabricantes se pueden encontrar valores muy buenos (publicitarios), por ejemplo, el valor inferior de 110 V. Aquí hay que asegurarse de que esas cifras corresponden a la carga máxima, no a la mitad.

Otro importante indicador técnico es el nivel de ruido. Los SAI de tecnología lineal-interactiva o en línea generan mucho calor, por lo que los fabricantes instalan ventiladores en ellos. Si los ventiladores son baratos, con el tiempo emitirán un zumbido, lo cual no es deseable para una vivienda.

Interfaz y realización de la configuración

La apariencia de las unidades puede ser muy variada. Por lo general, tienen una forma rectangular clásica, con indicadores o pantalla en la parte frontal y conectores de alimentación en la parte posterior. Su cantidad no es tan importante, ya que a la salida se puede conectar un alargador con un trío. Esto no contradice en absoluto el concepto del SAI.

El modelo puede tener una pantalla LCD, en la que se mostrará la situación del suministro de los dispositivos conectados: presencia de alimentación, cantidad de consumidores, carga de la batería, etc.

El sistema de indicación reduce el costo del equipo. Además, es más práctico. Si es necesario conocer algún parámetro, en muchos modelos se ha implementado la función de conexión a un ordenador.

Para conocer los parámetros del suministro eléctrico, el estado de las baterías del SAI y cómo funciona, se puede conectar a un ordenador. Para muchos modelos se ha implementado esta función y se ha desarrollado un software.

Existen tres tipos principales de interfaz:

• USB. La conexión más común entre el ordenador y el SAI.
• RS-232 (puerto COM). Rara vez está presente en modelos domésticos.
• Ethernet 10/100. Se utiliza para la gestión remota del SAI.

El software para obtener las características del UPS y su control no solo se ha desarrollado para varias versiones de Windows. Por ejemplo, el conocido fabricante Powercom tiene una versión del software para Android que permite monitorear de forma remota el estado de la alimentación y, si es necesario, ajustar el funcionamiento del UPS.

El software permite monitorear las características principales de la red eléctrica, como el voltaje de entrada y salida, la frecuencia. También se puede conocer la carga de las baterías y la temperatura del dispositivo.

Los UPS se colocan muy cerca de los consumidores de energía protegidos. Generalmente se ponen en el suelo o en estantes. Algunos modelos cuentan con soportes que permiten montarlos en las paredes.

Calidad de la corriente suministrada

Las fuentes de alimentación ininterrumpida deben proporcionar corriente de calidad adecuada. Cuando funcionan con baterías, el inversor es el responsable, y cuando se alimentan de la red, los filtros y el estabilizador deben suavizar los problemas. Las interferencias que surgen en el circuito eléctrico tienen diferentes orígenes y consecuencias para la electrónica. Por lo tanto, también es necesario analizar este aspecto cuidadosamente.

Interferencias de red y protección

Todos los UPS modernos cuentan con protección contra problemas relacionados con los equipos conectados. Si la carga total supera la máxima permitida o se produce un cortocircuito, el UPS desconectará la alimentación de inmediato.

Las interferencias en la red se pueden dividir aproximadamente en de frecuencia y de impulsos. Las primeras no son tan peligrosas, especialmente para las fuentes de alimentación de computadoras o televisores, que convierten la corriente alterna en continua. Las segundas pueden causar problemas en cualquier equipo electrónico.

Por lo tanto, la mayoría de los UPS están equipados con protección contra impulsos y armónicos mediante varistores y filtros de alta frecuencia.

La eliminación de interferencias en la línea ocurre en dos etapas. Primero, los varistores cortan los impulsos de alta frecuencia, luego el filtro suaviza las pequeñas fluctuaciones.

El problema de la aparición de impulsos de alto voltaje no es exclusivo de los cables de alimentación, sino también de las redes de transmisión de datos, ya sean informáticas o telefónicas. Pueden ocurrir debido a la electricidad atmosférica, descargas en el cableado cercano, interferencias eléctricas y otras causas.

Muchos fabricantes producen modelos con capacidad de protección de la red local. Para ello, el SAI tiene dos conectores RJ-45 – uno de entrada y uno de salida. La señal pasa a través de un filtro que suprime los picos de tensión. Para las líneas telefónicas, el sistema es el mismo, solo que los conectores tienen formato RJ-11.

Tensión baja y alta

El ajuste del voltaje se realiza mediante un regulador automático de voltaje (AVR), cuyo elemento principal es un autotransformador. Su principio de funcionamiento se basa en el cambio del número de vueltas de uno de los devanados, lo que resulta en un aumento o disminución del voltaje.

La presencia de AVR en el SAI permite no activar cada vez el modo autónomo ante una desviación leve del voltaje respecto a los valores normativos. Esto aumenta significativamente la vida útil de las baterías.

Los multímetros profesionales, como el CEM DT 9909, pueden registrar el valor del voltaje durante un largo período de tiempo. El uso de dicho instrumento puede ayudar en la elección de un estabilizador o un SAI.

Según GOST 29322-2014, se permite una desviación del 10% del voltaje respecto al valor de referencia durante no más de 1 hora. Todos los SAI modernos con reguladores manejan estas fluctuaciones.

Pureza de la señal de salida

El tipo de señal de salida depende del modelo de inversor instalado en el SAI. Idealmente, la curva de voltaje de corriente alterna debería ser una sinusoide. Pero después de la conversión a través del inversor, adquiere una forma escalonada.

Cuanto mayor sea el número de escalones en la curva de la dependencia del voltaje instantáneo con el tiempo, mejor será la calidad de la corriente alterna. Esto es importante para algunos dispositivos.

Para equipos que contienen motores eléctricos asíncronos (refrigerador, aire acondicionado), fuentes de alimentación con transformador (equipos de audio de alta calidad), fuentes de alimentación APFC (servidores y potentes computadoras de cálculo), se necesita una sinusoide pura o bien aproximada.

Ningún inversor, y por lo tanto ningún SAI, produce una sinusoide pura, independientemente de lo que escriban en los folletos publicitarios los fabricantes de equipos. La aproximación de la señal de salida a una sinusoide se evalúa mediante el factor de distorsión armónica total (THD).

La señal que sale del dispositivo puede considerarse sinusoidal cuando THD<5%. En algunos modelos, como el IMV NetPro 2000, este valor es de solo 2%.

Reglas de uso del SAI

Al adquirir un SAI para organizar la alimentación de respaldo, es necesario entender con qué dispositivos se puede utilizar. A veces no es suficiente solo con un SAI y entonces se deben tomar medidas adicionales para suministrar electricidad al hogar.

Conexión de electrodomésticos

Computadoras, módems, enrutadores, equipos de video y audio son dispositivos domésticos o de oficina típicos a los que se conectan los SAI. Si estos equipos contienen fuentes de alimentación conmutadas comunes, será suficiente adquirir modelos relativamente económicos que no emiten una sinusoide pura.

Los modelos modernos son compactos y tienen un diseño atractivo que se integra armoniosamente junto con otros electrodomésticos en el interior de una sala de estar.

Para la iluminación tampoco es necesario adquirir productos caros. Aquí lo principal es calcular correctamente la potencia máxima y el tiempo de funcionamiento autónomo.

Ante cortes frecuentes, es relevante el problema de la descongelación no planificada de refrigeradores y el deterioro de alimentos. Para proteger equipos con motores asíncronos, se necesitarán SAI de disposición más compleja, ya que se requerirá una señal senoidal “pura”.

Además, es necesario considerar la presencia de corrientes de arranque que ocurren al poner en marcha el motor. De forma simplificada, para equipos de refrigeración su magnitud se puede determinar multiplicando el valor de la potencia por 5.

Si, por ejemplo, en la cocina hay un refrigerador con una potencia total de 300 W (al arrancar – 1500 W) y un congelador de 200 W (al arrancar – 1000 W), entonces se necesita una unidad de alimentación con onda senoidal pura y una potencia máxima no inferior a 1700 W. Este valor se obtuvo para el caso en que el congelador esté funcionando y en ese momento se encienda el refrigerador. Es poco probable que ambos motores arranquen simultáneamente, y además un SAI así soportará un pico de un segundo de 2,7 kW.

Un bloque de tipo en línea con una potencia máxima de 2000 W podrá funcionar aproximadamente media hora con un consumo total de 500 W. Dado que el modo de refrigeración dura unos 5 minutos, el SAI garantizará suficiente para 6 arranques de ambos dispositivos.

En casas particulares y chalets también es relevante el uso de SAI para respaldar el sistema de calefacción con circulación forzada. Las bombas también necesitan senoidal pura.

Los SAI también se utilizan activamente para el funcionamiento de calderas de gas. Considerando el costo del equipo conectado, no se debe ahorrar en la calidad del SAI en este caso.

Alimentación de respaldo y adicional

Para muchos electrodomésticos es imposible encontrar un SAI económico, ya que se necesitará una potencia máxima considerable durante un largo período de funcionamiento autónomo. Lavadoras, hornos eléctricos, sistemas de aire acondicionado distribuido consumen mucha electricidad.

Se puede, por supuesto, prescindir de estos dispositivos durante un corte de energía. Esto es conveniente en caso de que tales interrupciones ocurran raramente y por poco tiempo. Pero si se decide proporcionar alimentación autónoma a consumidores potentes, entonces es mejor usar un generador de gasolina o diésel. Para su arranque rápido en ausencia de tensión, se utiliza un sistema de conmutación automática de respaldo (ATS).

Al disponer de una fuente de alimentación adicional, aún así vale la pena usar un SAI, al menos para las computadoras. Es imposible lograr un arranque instantáneo del generador y la restauración del suministro eléctrico.

Estabilización de tensión reducida

El problema de la baja tensión es relevante para instalaciones conectadas a redes eléctricas antiguas o de baja potencia. Si esta situación se presenta constantemente, es mejor utilizar un estabilizador de entrada.

Con un estabilizador, el voltaje de la red interna se ajustará a los valores normativos. Esto afectará también a los dispositivos que no están conectados al SAI.

Con voltaje bajo, aumenta la intensidad de corriente que circula por la red interna. Por ejemplo, supongamos que la potencia total de los consumidores conectados al SAI es de 1,5 kW y el voltaje suministrado es de 190 V.

Entonces, según la ley de Ohm:

• I₁ = 1500 / 190 = 7,9 A – intensidad de corriente en el circuito antes del SAI sin estabilizador;
• I₂ = 1500 / 220 = 6,8 A – intensidad de corriente en el circuito antes del SAI con estabilizador.

Por lo tanto, la red interna sin estabilizador experimentará una carga mayor, lo que podría no haberse tenido en cuenta al elegir la sección del cableado.

Por eso, con voltaje constantemente bajo, es mejor instalar un estabilizador. En este caso, la carga en el autotransformador del SAI será menor, lo que prolongará su vida útil. Además, al nivelar el voltaje, se pueden adquirir SAI más económicos.

Alimentación ininterrumpida de consumidores de corriente continua

Para algunos dispositivos es necesario garantizar una alimentación ininterrumpida con corriente continua de 12, 24 o 48 V. También hay SAI de este tipo a la venta. En su etiquetado aparece la abreviatura “DC”. Existen también unidades con suministro de voltaje de 60, 110 o 220 V, pero se utilizan en la industria o el sector energético.

La diferencia de los SAI de corriente continua en el diseño interno respecto a los modelos clásicos radica en la ausencia de inversor. Las baterías se conectan directamente a la salida a través de un contactor con una derivación de medición limitadora de corriente para evitar una descarga excesivamente profunda de las baterías.

A veces, a la salida puede haber un convertidor estabilizador si los dispositivos alimentados por el SAI son sensibles a pequeñas fluctuaciones de voltaje.

Junto con convertidores de voltaje, un SAI de corriente continua de 48 W es capaz de alimentar un sistema de videovigilancia con un perímetro de hasta 1 km

Estas fuentes de alimentación de respaldo se utilizan para proteger los siguientes equipos domésticos que funcionan con corriente continua:

• sistemas de videovigilancia y seguridad;
• todo tipo de sensores (de fugas, humo, fuego, movimiento, etc.);
• sistemas de iluminación;
• dispositivos de telecomunicaciones;
• sistemas de comunicación;
• componentes del sistema de gestión “hogar inteligente”.

Muchos SAI de corriente continua tienen la opción de conectar baterías externas. En este caso, el funcionamiento autónomo de los dispositivos que alimentan puede ser muy prolongado.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Brevemente sobre las características principales de los UPS domésticos:

La diversidad de tipos de UPS y sus características es consecuencia de las diferentes condiciones de uso: la potencia y el tipo de dispositivos conectados, los parámetros y los problemas típicos de una red eléctrica en particular. El UPS generalmente no es el elemento más costoso del sistema, pero de él depende la estabilidad de su funcionamiento. Por lo tanto, es necesario determinar las condiciones de operación y seleccionar cuidadosamente el modelo.

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