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Comparación de topologías de SAI: interactivo vs. Online vs. Offline

Actualizado el 23 de diciembre de 2022 por
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Un Sistema de Alimentación Ininterrumpida (SAI) es un sistema de alimentación que suministra energía de emergencia a una carga cuando falla la fuente de alimentación de entrada o la red eléctrica, lo que se considera una protección casi instantánea frente a las interrupciones de la alimentación de entrada. Las tres categorías generales de sistemas SAI modernos son SAI de línea interactiva, SAI Online y SAI Offline, los cuáles se explicarán detalladamente a continuación.

SAI interactivo vs. SAI Online vs. SAI Offline: Principios de funcionamiento

SAI offline: Protección eléctrica de nivel básico

En un sistema SAI Offline ("standby"), la carga se alimenta directamente de la potencia de entrada, y el circuito de alimentación de reserva sólo se activa cuando falla la red eléctrica.

En concreto, la carga se alimenta directamente de la energía bruta de la red y no de la salida del inversor. Los componentes de almacenamiento de energía, cargador de batería, batería e inversor están offline en lo que respecta a la carga, aunque el cargador y la batería siguen conectados a la red eléctrica para garantizar que la batería esté siempre completamente cargada. Cuando la tensión de red falla o supera los límites, el switch conecta inmediatamente la salida del inversor a la carga crítica.

Offline UPS Working Principle

SAI interactivo: Protección eléctrica de nivel intermedio

Un SAI interactivo mantiene el inversor en línea y redirige la trayectoria de la corriente continua de la batería del modo de carga normal al de suministro de corriente cuando se pierde la alimentación.

En este diseño inteligente, el inversor de potencia de batería a CA siempre está conectado a la salida del SAI. Cuando la alimentación de CA de entrada es normal, el inversor del SAI está en funcionamiento inverso y proporciona carga a la batería. Cuando falla la alimentación de entrada, el interruptor de transferencia se abre y la alimentación pasa de la batería a la salida del SAI. Este diseño ofrece un filtrado adicional y reduce los transitorios de conmutación, ya que el inversor está siempre encendido y conectado a la salida.

Line-interactive UPS Working Principle

SAI Online: lo último en protección eléctrica

Un SAI Online utiliza un método de "doble conversión" para aceptar la entrada de CA, rectificar a CC para que pase a través de la batería recargable (o cadenas de baterías) y, a continuación, volver a convertirlo a CA de 120 V/230 V para alimentar el equipo protegido.

En un SAI Online (también conocido como de doble conversión), la CA de entrada está cargando la fuente de batería de reserva que suministra energía al inversor de salida, por lo que el fallo de la CA de entrada no provocará la activación del interruptor de transferencia. Es decir, si se produce una pérdida de potencia, el rectificador simplemente saldrá del circuito y las baterías mantendrán la potencia estable y sin cambios. No hay tiempo de transferencia durante el fallo. Cuando se restablezca la alimentación, el rectificador volverá a soportar la mayor parte de la carga y comenzará a cargar las baterías, aunque la corriente de carga puede estar limitada para evitar que el rectificador de alta potencia sobrecaliente las baterías y haga hervir el electrolito.

Online UPS Working Principle

SAI interactivo, SAI Online y SAI Offline: Funciones

Las tres categorías mencionadas se han inventado para proteger el hardware y los equipos eléctricos en caso de que se produzca una interrupción inesperada del suministro eléctrico. Sin embargo, influenciados por varios principios de funcionamiento, sus capacidades inherentes son diferentes.

Protección contra sobretensiones/ruido

Los tres sistemas SAI disponen de funciones de supresión de sobretensiones y filtrado de ruido de línea para proteger los equipos de los daños causados por rayos, sobretensiones y ruido de línea electromagnético (EMI/RFI). En particular, el sistema SAI Online ofrece una protección superior gracias al funcionamiento de doble conversión que aísla el equipo de los problemas de la línea de CA.

Tiempo de transferencia a la batería

Cuando se produce un corte, el tiempo de transferencia varía:

  • En los sistemas SAI offline/standby, es inevitable que se produzca una interrupción de la alimentación de la carga de entre 2 y 10 milisegundos.

  • Los sistemas SAI de línea interactiva suelen transferir de la alimentación de línea a la alimentación derivada de la batería en un plazo de 2 a 4 milisegundos, lo suficientemente rápido como para mantener en funcionamiento sin interrupción los equipos más sensibles a la alimentación.

  • El sistema SAI Online no tiene tiempo de transferencia, porque el inversor ya está suministrando la carga del equipo conectado cuando se produce un corte.

Regulación de la tensión

La regulación de la tensión es crucial, especialmente en condiciones de baja tensión:

  • Los sistemas SAI interactivos utilizan la regulación automática de la tensión (AVR) para corregir tensiones anómalas sin recurrir a la batería. Cuando la tensión sobrepasa un umbral preestablecido, este tipo de SAI detecta y utiliza transformadores para aumentar o reducir la tensión en una cantidad determinada y devolverla a un valor aceptable.

  • Los sistemas SAI Online adoptan un método más preciso de regulación de la tensión: el funcionamiento continuo de "doble conversión", que aísla los equipos conectados de los problemas de la línea de CA, incluidos apagones, caídas de tensión, sobretensiones, distorsión armónica, impulsos eléctricos y variaciones de frecuencia.

  • Cuando no funcionan con la batería, los sistemas SAI interactivos suelen regular la salida dentro de un margen de ±8-15% de la tensión nominal (por ejemplo, 120, 208, 230 o 240 voltios), mientras que los sistemas SAI online suelen regular la tensión dentro de un margen de ±2-3%.

De hecho, hay algunos problemas de alimentación comunes que pueden ocurrir en las operaciones diarias. La tabla siguiente presentará si el sistema SAI mencionado protegerá contra las anomalías:

  Offline Línea interactiva Online
Fallo de alimentación (Power Failure)
Caída de tensión (Power Sag)
Subida de tensión (Power Surge)
Subtensión (Under-Voltage)  
Sobretensión (Over-Voltage)  
Ruido en la línea eléctrica (Electrical Line Noise)    
Variación de frecuencia (Frequency Variation)    
Transitorios de conmutación (Switching Transient)    
Distorsión armónica (Harmonic Distortion)    

SAI interactivo, SAI Online y SAI Offline: Ventajas e inconvenientes

SAI Offline

Ventajas Limitaciones
  • Alta eficiencia (el cargador no está constantemente encendido).

  • Manejo sencillo.

  • Precio asequible.

  • Utiliza la batería durante las caídas de tensión, con protección limitada o nula contra las irregularidades del suministro eléctrico.

  • La carga está continuamente expuesta a puntos, transitorios y cualquier otra anomalía procedente de la línea eléctrica, con el consiguiente riesgo de pérdida o daño de equipos y datos sensibles.

  • Tiempo de transferencia finito de la red eléctrica al inversor cuando falla la alimentación de red.

SAI interactivo

Ventajas Limitaciones
  • Alta fiabilidad.

  • Alto rendimiento.

  • Acondicionamiento de tensión razonable.

  • Menor consumo eléctrico.

  • Menor número de componentes.

  • Temperaturas de funcionamiento más bajas.

  • Poco práctico por encima de 5kVA.

  • No protegen contra todas las formas de irregularidades de potencia.

  • No proporcionan corrección del factor de potencia ni regulación de frecuencia.

  • Requieren el uso frecuente de baterías en zonas de distorsión de tensión extrema.

SAI Online

Ventajas Limitaciones
  • Mejor regulación de la tensión.

  • El tiempo de conversión de CC a CA es insignificante, sin lagunas en la cobertura.

  • No hay fluctuaciones en la tensión, lo que indica una calidad de tensión estable.

  • La calidad de la tensión de carga está libre de distorsiones

  • Salida eléctrica casi ideal, máxima protección contra todas las irregularidades de la alimentación.

 

  • Diseños complejos que requieren un gran disipador de calor.

  • Mayor disipación de potencia.

  • Se reduce la eficiencia global del SAI (el inversor está siempre encendido).

  • Aumenta la potencia del rectificador (tiene que suministrar energía al inversor y cargar la batería).

  • Es más caro que otros sistemas SAI.

SAI interactivo, SAI Online y SAI Offline: Aplicaciones

Las aplicaciones de estas tres topologías con diferentes principios de funcionamiento varían desde pequeños hogares hasta centros de datos a gran escala.

Debido a su mayor eficiencia energética y a su naturaleza económica, el SAI Offline es el más utilizado en hogares, pequeñas oficinas con presupuestos bajos para diseños de alimentación y algunos campos con requisitos relativamente bajos en cuanto a la calidad del suministro eléctrico. Es el más adecuado para ordenadores personales, y también para impresoras, escáneres, fuentes de alimentación de emergencia y EPABX.

Como una de las principales opciones, el SAI interactivo que satisface las demandas de alta fiabilidad energética es ideal para servidores departamentales, hogares, pequeños negocios y medianas empresas. En algunas zonas con problemas de infraestructura en las que la tensión de la línea de CA es inestable, fluctúa mucho o está muy distorsionada, es posible que un SAI interactivo tenga que cargar la batería una o dos veces al día, o incluso con más frecuencia.

El sistema SAI Online más inteligente, considerado una solución por defecto para proporcionar energía de reserva y protección a equipos y servidores de misión crítica en centros de datos, también puede aplicarse en campos como la informática, el transporte, la banca, los valores, las comunicaciones y la medicina que requieren un suministro eléctrico de larga duración. En concreto, para algunos accionamientos de motores de inducción y otras aplicaciones similares de control de motores, unidades de cuidados intensivos, equipos médicos y aparatos eléctricos sensibles.

SAI interactivo vs. SAI Online vs. SAI Offline: Aplicaciones

SAI interactivo vs. SAI Online vs. SAI Offline: ¿Cuál elegir?

La siguiente tabla resume algunos de los puntos clave antes comentados entre los tres diseños.

  Offline Línea interactiva Online
Tamaño Compacto Normalmente grande y pesado Normalmente pequeños y ligeros
Rango de potencia práctica (kVA) 0-0.5 0.5-5 5-5000
Acondicionamiento de tensión Bajo Depende del diseño Alto
Coste por VA Bajo Medio Medio
Eficiencia Alto
(normalmente 95-98%)
Alto
(normalmente 90-96%)
Medio-Bajo
(normalmente 80-90%)
Coste Bajo Medio Alto
Campos típicos de aplicación Viviendas; Pequeñas oficinas Pequeñas y medianas empresas Telecomunicaciones; Comunicaciones; Banca; Transporte; Entornos industriales

Al considerar una solución SAI, tenga en cuenta el tipo de SAI y el nivel de protección correspondiente. La diferencia clave entre los SAI Online, Offline e interactivos reside en sus principios de funcionamiento, que se reflejan en la diversidad de sus características, funcionalidades, ventajas y limitaciones. Además, el diseño interno de la topología de un SAI afectará aún más a su funcionamiento en distintos entornos de aplicación.

 

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