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Protección con UPSs para Plantas Enteras Una Solución Práctica para Densidades de Potencia en Centros de Datos Clase A Por Brad Roberts, IP (Nota del Editor: Este documento ha sido revisado y aprobado por su mérito técnico, exactitud y utilidad para los administradores de los centros de datos y las salas de informática y para los profesionistas en sistemas de infraestructura por parte del equipo técnico del Instituto Uptime. Este documento se elaboró para ser incluido en la primera edición de la Revista Electrónica Trimestral sobre Informática de Alta Densidad: El Camino Hacia Adelante 2006 Los Documentos y los Trabajos del 1er Simposio sobre Alta Densidad, celebrado en abril de 2006, la publicación oficial de la Comunidad Virtual de la Profesión sobre Informática de Alta Densidad del Instituto). El crecimiento exponencial de la densidad de potencia en las salas de informática ha traído como consecuencia cambios importantes en los criterios del diseño mecánico y eléctrico de los centros de datos. Al tiempo que las densidades de potencia se acercan a los 200 a 300 vatios por pie cuadrado, hacer que el sistema de enfriamiento de una planta funcione de manera ininterrumpida es una tarea de gran magnitud. Este reto puede resultar aún más difícil en una situación de remodelación. La manera más lógica de lograr tener enfriamiento continuo es protegiendo las cargas de los sistemas mecánicos con energía ininterrumpida. Esto crea el reto nuevo de mantener el uso general de la energía a la mayor eficiencia posible sin poner en riesgo la operación activa y confiable de la planta, controlando, al mismo tiempo, los costos totales de la planta. Este documento:
Lecciones de un Fabricante de Semiconductores Las crecientes dificultades por la densidad de potencia que hoy día impactan el diseño y las operaciones de los centros de datos son un problema que los fabricantes de chips han enfrentado durante muchos años. Al acelerarse la densidad y la complejidad de los diseños de los chips para computadora, explotaron las exigencias de energía y enfriamiento de la fabricación de semiconductores. Un fabricante de semiconductores tiene herramientas con alto nivel de carga calorífica que son muy sensibles a las perturbaciones de energía. En la última década, los principales fabricantes de chips han aplicado grandes sistemas UPS de medio voltaje para proteger todas las cargas eléctricas y mecánicas. Debido a que se trata de plantas muy grandes con cargas de hasta 20,000 kVA o más, era de suma importancia aplicar protección con UPS con la máxima eficiencia operativa. Se descartó el uso de UPS convencionales de bajo voltaje y doble conversión. Se han aplicado grandes sistemas UPS giratorios, y, más recientemente, se han utilizado sistemas UPS estáticos fuera de línea de medio voltaje. UPS Estático de Medio Voltaje El método más efectivo para proteger una carga eléctrica de gran tamaño con energía ininterrumpida son los UPS fuera de línea que usen inversores de bajo voltaje elevados a medio voltaje (normalmente 15,000 V en una configuración de respuesta de ¼ de ciclo. La Figura 1 muestra un diagrama unifilar de un UPS fuera de línea típico con capacidad de 5,000 kVA a medio voltaje. La rápida respuesta de ¼ de ciclo se logra con un interruptor electrónico de potencia (PES) que proporciona una desconexión rápida de la fuente de energía de la empresa suministradora cuando sucede una perturbación.
Este método ofrece un flujo de energía parejo hacia la carga crítica y alcanza eficiencias operativas de 99 por ciento o más. Los UPSs convencionales en un diseño con doble redundancia pueden tener eficiencias de mucho menos del 90 por ciento, en la mayoría de los casos. Este método simplemente no es práctico para abastecer cargas mecánicas. La altísima eficiencia de estos sistemas UPS de gran potencia a medio voltaje es una solución simple para proteger enfriadores, bombas de aguas refrigerada y ventiladores en las unidades de aire acondicionado de las salas de informática (CRAC). Las buenas prácticas de diseño eléctrico dictan que los enfriadores con motores mayores de 500 hp se deben especificar a capacidades de 5 kV. Emparejar las cargas mecánicas principales con un UPS de 5 kV es mucho más práctico que utilizar sistemas UPS de bajo voltaje con transformadores elevadores. Redundancia con UPSs en Serie vs. en Paralelo Una vez que se toma la decisión de agregar protección con energía ininterrumpida a las cargas mecánicas para lograr enfriamiento continuo Nivel A o B, el uso generalizado de la energía ininterrumpida en un centro de datos se puede impulsar para mejorar la confiabilidad global del sistema eléctrico y ser potencialmente más rentable. La Figura 2 muestra un diagrama unifilar simplificado de un sistema eléctrico para el ambiente crítico típico de un centro de datos diseñado para una confiabilidad Tier III o IV.
El método de redundancia en serie (de la figura 3) ofrece varias ventajas además de la adición de la protección con UPS para los sistemas mecánicos. Las ventajas adicionales son:
Conclusión El método de redundancia en serie que se describe en este documento ofrece una flexibilidad y confiabilidad máximas en el sistema de potencia para manejar las mayores densidades que se experimentan en los entornos críticos actuales de los centros de datos y de cómputo. La adaptación de cargas de potencia de gran magnitud ahora se puede resolver con más flexibilidad para las instalaciones de los centros de datos y para los diseñadores de sistemas de infraestructura. La adición de sistemas UPS de medio voltaje, que pueden abastecer sistemas mecánicos en edificios completos y también ofrecer eficiencias operativas muy altas, se puede hacer y ya está probada en campo.
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Acerca del Autor: Brad Roberts es director del área de Sistemas para Calidad de la Energía en S&C Electric Company (