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La importancia de evitar fallos en el condensador AC en sistemas SAI grandes

En contra de lo que se creía hasta el momento, la mayoría de fallos que ocurren en los condensadores de alimentación de corriente alterna instalados en grandes sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) se pueden evitar. Cuando ocurren, estos fallos pueden ocasionar problemas graves en el SAI y en algunos casos también en la carga crítica. Históricamente se han atribuido los fallos del condensador de AC a motivos inevitables. Sin embargo, gracias a los avances en las tecnologías analíticas, hoy sabemos con fiabilidad que los fallos de los condensadores pueden ser controlados a través del diseño de sistemas, evitando los fallos más comunes y las consecuencias que comportan.

La vida útil de un condensador en uso es estadísticamente predecible, ya que depende de la tensión, corriente y temperatura a la que se lo somete. Por lo tanto, el diseño del SAI tiene un impacto fundamental en la frecuencia de fallos de los condensadores. Entendiendo los mecanismos que inducen al fallo, los diseñadores de SAI pueden predecir la vida de un condensador y disminuir su tasa de incidencias.

Básicamente, hay dos aplicaciones principales por las que se utiliza un condensador de potencia AC en la mayoría de SAI:

  • Condensadores AC de entrada, cuya función es filtrar los armónicos de entrada y controlar el factor de potencia.
  • Condensadores AC de salida, que filtran la salida del conmutador de inversión de frecuencia y de distorsión armónica, y también suministran la potencia reactiva para cargas no lineales.

Desde la incorporación de los condensadores de potencia en los SAI su tasa de fallos ha sido elevada, lo que se atribuía a unos problemas de calidad en los materiales dieléctricos o electrodos, así como a los restos de contaminantes acumulados durante la construcción. Sin embargo, aunque estos factores han ido mejorando constantemente a lo largo de los años,  los  niveles de fallos de los condensadores se mantienen.

Ahora bien, gracias a los avances tecnológicos, los proveedores de condensadores son capaces de crear modelos con una fiabilidad matemática, con los que se puede predecir estadísticamente las tasas de fallo en base a causas como el voltaje, la corriente o la temperatura. Esto, unido a la concienciación sobre la necesidad de diseñar correctamente el SAI teniendo en cuenta las especificaciones de los condensadores, posibilita que hoy en día se pueda reducir al mínimo o incluso eliminar los errores que pueden darse en un condensador. De esta forma, se alarga la vida del condensador y se minimizan los riesgos que pueden afectar a todo el sistema de alimentación ininterrumpida.

¿Por qué falla un condensador?, podríamos preguntarnos. Pues existen varios motivos que pueden provocar problemas con el rendimiento y el comportamiento de este tipo de componente. Un condensador AC tiene una película que actúa para separar la carga positiva de la negativa, permitiendo el almacenamiento de energía. Si aumenta el voltaje que atraviesa los dieléctricos de la película, también aumenta la energía acumulada, hasta que se alcanza el límite de la capacidad de almacenamiento  de energía. Cuando se supera la tensión de resistencia dieléctrica de la película (los voltios por micra de espesor), ésta ya no es capaz de soportar la tensión aplicada. Las características de auto-regulación del condensador se vuelven ineficaces y se producen cortocircuitos entre las líneas.

Además de la tensión, la temperatura es otro de los factores que provocan la degradación de la película del condensador, aunque en menor medida. La corriente también puede dar lugar a fallos si se produce una falta de terminación o de ruptura dieléctrica. Todas estas variables y sus efectos pueden ser calculadas usando un modelo matemático que normalmente proporciona el propio fabricante del condensador.

A pesar de que ningún diseño de SAI puede prevenir completamente los fallos del condensador de  potencia, sí puede prolongar  su vida, simplemente reduciendo la tensión y la temperatura aplicada a  dichos condensadores.

Después de todas estas observaciones, la pregunta clave es ¿cómo diseñar correctamente un SAI para mejorar el rendimiento de los condensadores de corriente alterna? La respuesta es simple: un diseño conservador, basado en directrices cuantificables, nos ayudará a determinar qué puntos debemos tener en cuenta y cómo deben ser aplicados. A continuación os ofrecemos varios puntos que ayudarán al diseñador a tomar decisiones respecto a la fiabilidad de una batería de condensadores:

  • Subdimensionar la tensión del condensador de AC en un 30% por lo menos, para aumentar su vida en un factor de 17,3. Reducir la tensión en la película del condensador es un método similar de reducción de potencia. Los condensadores deben ser sometidos a menos de 45 voltios por micra de espesor de película. Hay que tener en cuenta que una tensión de estado estable a través de los condensadores de AC es completamente independiente de la carga del SAI.
  • Colocar la UPS de manera que los condensadores estén bien ventilados, lo que nos ayudará a reducir la temperatura unos 10ºC para aumentar su vida útil.
  • Limitar el voltaje y las corrientes transitorias a las especificadas en el condensador de AC.

Si seguimos estas recomendaciones a la hora de diseñar un sistema de alimentación ininterrumpida, podremos reducir, o incluso eliminar, la frecuencia de las sustituciones de condensadores. Además de los beneficios directos que esto comporta, se le añade la ventaja de que se reducen los riesgos relacionados con el proceso de sustitución de  los condensadores y con el tiempo de inactividad que dicha intervención puede generar.

Según varios estudios, más del 50% de los fallos en la infraestructura de un centro de datos se debe a errores humanos. Por lo tanto, cuando nos dispongamos a diseñar el SAI deberemos tener en cuenta también el factor humano, sobre todo para facilitar el papel de los equipos de servicio y mantenimiento. Un SAI debe tener componentes de fácil acceso, estandarizados y modulares, que ayuden a disminuir la probabilidad de error humano durante el servicio. Por ejemplo, los condensadores deben estar diseñados de manera que el técnico tenga suficiente espacio para trabajar, y deben ser de fácil acceso para evitar el contacto con otros componentes del SAI.

Siguiendo estos razonamientos, el lugar ideal de los condensadores sería en módulos enchufables intercambiables que eliminen todos los procesos de cableado y fijación durante el servicio. De esta forma, si diseñamos el SAI teniendo en cuenta los factores técnicos y humanos, nos garantizamos un mejor funcionamiento de los condensadores de corriente alterna, así como un aumento de su vida útil y una reducción de fallos de los propios condensadores y, consecuentemente, del resto del sistema. Para más información, podéis consultar nuestro White Paper, “Avoiding AC Capacitor Failures in Large UPS Systems”.


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