Qué es el BYPASS ELÉCTRICO ? - Para qué sirve? BYPASS o Circuito de DERIVACION, Operación en Modo Bypass.

Hola amigos, en esta entrada hablaremos a cerca del sistema de "BYPASS" o "DERIVACIÓN" en los sistemas UPS (fuentes de alimentación ininterrumpida).

Explicaremos ampliamente las funciones que tiene a cargo este "sistema" interno o externo en un UPS.

 

BYPASS ELÉCTRICO

 

Como ya hemos visto anteriormente a lo largo de este blog, los sistemas UPS proveen de una fuente de energía eléctrica pura, constante libre de distorsión e interrupciones hacia la carga crítica o equipo electrónico sensitivo. Así como también un respaldo de energía en caso de apagones, mediante el uso de baterías de características específicas.

Esto brinda Seguridad y Disponibilidad en las operaciones y aplicaciones que dependen de equipo sensible, electrónico, llámese Equipo de Cómputo, Telecomunicaciones, almacenamiento de datos, equipo médico, radares, Audio, TV, etc.

Sin embargo, también hemos hablado a cerca de las fallas de los sistemas UPS, y cómo prevenirlas.

Un UPS no está exento de fallas y esto puede provocar interrupción indeseada hacia la carga crítica.

Es aquí donde entra en juego el sistema de "Derivación" o "Bypass Eléctrico", el cual provee de un camino alterno de la energía eléctrica desde la fuente principal de alimentación, hacia la carga crítica, sin pasar por los principales componentes del sistema UPS, todo esto cuando el UPS falla o requiere mantenimiento.

Es decir, que si el equipo UPS llegara a fallar, éste comanda una conmutación de manera automática hacia la carga, sin interrupción; brindando al usuario una notificación de falla, y dando oportunidad a tomar medidas de reparación, mantenimiento o apagado ordenado.

Esto significa que, a pesar de que el UPS se vea involucrado en una falla interna, o situación extraordinaria, su carga crítica, es decir, todo lo que está conectado a este UPS, continuará funcionando sin haber sufrido una interrupción por esta falla, y la energía seguirá fluyendo hacia la carga crítica. 

NOTA IMPORTANTE: Para operar el modo BYPASS de un equipo UPS se debe estar consiente de que en este modo, no hay regulación de voltaje y no hay respaldo de baterías hacia la carga crítica. Si hubiera un apagón o transitorio eléctrico severo, es muy posible que la carga crítica se vea afectada de manera negativa. 

Existen condiciones que se deben tomar en cuenta para que el sistema de BYPASS actúe, tales como:

• Que la fuente principal de alimentación esté dentro de los parámetros +/-10% de la tensión nominal de operación de la carga crítica.  Es decir, si su computadora trabaja a un voltaje de 120 volts, pero el voltaje de la calle está en 300 volts, el UPS nunca permitirá la transferencia a BYPASS, para proteger a su carga crítica.
• Que la frecuencia de la fuente principal de alimentación sea igual o esté dentro de los parámetros de operación de la carga crítica (p.e. 60 hz +/-3hz). En este caso, el UPS podría estar operando en la modalidad de "conversión de frecuencia", por ejemplo: A la entrada existen 60 hz, PERO su carga crítica opera a 50hz. Si el equipo llegara a fallar, éste nunca permitirá la transferencia a modo BYPASS, protegiendo siempre a la carga crítica.

Si alguna de las anteriores condiciones no se cumple, el UPS NO transferirá a modo BYPASS. 

DUAL INPUT.- Cuando el UPS tiene una "doble entrada de alimentación" , es decir dos fuentes de alimentación redundantes, o dos sub-estaciones eléctricas.

a) primaria o línea preferencial: alimenta al rectificador y al resto del sistema.

b) secundaria o de reserva: alimenta al Bypass .

      

Diagrama de entrada dual -click para ampliar y ver mejor la imágen.

Cabe señalar que el sistema de BYPASS está presente de forma interna, en los UPS de topología "ON-LINE" o "DOBLE CONVERSIÓN" los cuales están explicados en la entrada Tipos de UPS, siendo un componente crítico e importante en los diseños de infraestructura eléctrica para Centros de Datos modernos, y un requisito para la certificación en cuanto a Disponibilidad de la carga crítica.

Aquí se muestra en color rojo, la trayectoria de la corriente,
 en modo DERIVACIÓN o BYPASS

Para que esto ocurra, el UPS monitorea y supervisa constantemente los parámetros de funcionamiento del propio equipo mediante un sistema de control basado en microprocesador. Si algún parámetro está fuera de rango en algún sistema vital del equipo; entonces se ejecuta la acción de pasar a modo "bypass" y se emite una alarma.

Existen dos maneras que el UPS puede quedar operando en modo BYPASS:

1.- Automáticamente, cuando el propio equipo detecta una falla interna, o bien existe una condición de Sobre Carga a la Salida (>100%).

2.- Manualmente, cuando el usuario le pide al equipo UPS que opere en  modo BYPASS, para realizar alguna labor de Mantenimiento.

MODO AUTOMÁTICO.- 

El UPS comanda una acción de pasar a modo BYPASS debido a:

Falla interna de componentes del INVERSOR, del RECTIFICADOR, o fuentes de poder internas, fusibles, y/o elementos de potencia.

Sobre carga a la salida: El usuario a provocado un exceso de carga a la salida lo cual ha sobre-cargado el equipo UPS y éste a decidido pasar a modo BYPASS, por protección misma. En esta situación, cuando la condición de sobre carga se extingue, el UPS debe ser capaz de regresar a modo NORMAL de forma automática sin ninguna interrupción hacia la carga crítica.

Un UPS debe ser capaz de tolerar cierto nivel de sobre carga a la salida, desde el 100% hasta el 150% durante un muy breve tiempo, antes de ir o pasar a modo bypass de forma automática.

Aquí vemos un ejemplo en las especificaciones del fabricante que

menciona la capacidad de manejo de sobre carga el UPS antes de 

transferir a modo Bypass por una sobre carga de salida. Así también 

observamos que en modo BYPASS o DERIVACIÓN, aumenta la

eficiencia del equipo, claro, toda la corriente de la carga crítica pasa

por la DERIVACIÓN e inclusive los módulos RECTIFICACOR e INVERSOR

pudieran estar apagados.

click para aumentar y mejorar la imágen.

El bypass automático es un sistema electrónico de conmutación, cuya duración de conmutación oscila en el órden de 2 a 4 milisegundos o 1/4 de ciclo. Suficiente como  para que la carga crítica o su equipo de cómputo no se apague durante esta transferencia.

Está constituido de elementos de potencia SCR o TRIACs de alta velocidad, comandados por un control electrónico.

Viene construido de forma interna en el UPS, y actualmente constituye un módulo intercambiable por mantenimiento.

El UPS es capaz de manejar el sistema de BYPASS para transferir o retransferir modo NORMAL a BYPASS, o de BYPASS  a NORMAL, ya sea automáticamente o manualmente.

Simbología de un Switch Estático, de Bypass

MODO MANUAL.-

Es cuando el usuario comanda un modo BYPASS voluntario debido a una situación de mantenimiento.

En esta condición, el módulo INVERSOR y RECTIFICADOR pueden ser apagados y las baterías pueden ser desconectadas.

También existe el modo BYPASS DE MANTENIMIENTO o DE SERVICIO, el cual aísla totalmente al UPS incluso a su propio BYPASS interno, de tal forma que la carga queda alimentada desde la fuente principal sin pasar por el UPS. 

Normalmente se trata de un juego de interruptores externos y mecánicos destinados para este propósito.

Los gabinetes de BYPASS externos, se calculan de acuerdo
a la capacidad máxima del sistema UPS.

NOTA IMPORTANTE:

Cuando el sistema UPS está funcionando en modo "conversión de frecuencia" el bypass automático se deshabilita. El modo "conversión de frecuencia" es cuando la frecuencia de alimentación hacia el UPS es distinta a la frecuencia de salida del inversor. Por ejemplo, la frecuencia de entrada puede ser 60hz, pero el inversor la convierte a 50hz hacia la carga crítica; en este caso no será posible pasar a modo bypass de ninguna manera pues pudiéramos dañar la carga crítica.

El modo conversión de frecuencia se usa cuando algún aparato conectado al UPS opera a una frecuencia diferente a la alimentación de entrada. Cabe mencionar que no todos los sistemas UPS poseen esta modalidad, por lo que es importante la selección adecuada del equipo UPS a instalar.

Tampoco se deberá transferir a bypass mecánico o manual cuando las frecuencias operación de la carga crítica y la frecuencia de entrada hacia el UPS son distintas. Un daño pudiera ocurrir en sus equipos de cómputo o electrónica sensitiva.

BYPASS DE MANTENIMIENTO BREAK BEFORE MAKE (BBM)- Este modelo o tipo de sistema de BYPASS de Mantenimiento, corta la salida de energía hacia la carga, y luego conecta el BYPASS. Normalmente se trata de un juego de interruptores externos operados manualmente por  el usuario.

BYPASS DE MANTENIMIENTO MAKE BEFORE BREAK (MBB)- Este tipo de sistema de BYPASS conecta la salida del UPS con el BYPASS y luego libera al INVERSOR de la carga.

Durante esta maniobra no hay interrupción hacia la carga crítica. Normalmente se trata de un juego de interruptores de alta velocidad, mecánicos, operados por el usuario.

Recuerde que en cualquier sistema de BYPASS, es importante que el voltaje que se vá a entregar a la carga crítica esté dentro de sus parámetros de operación, de voltaje y frecuencia. De otra forma, usted pudiera dañar su equipo crítico.

BYPASS MBB

 

BYPASS BBM

BYPASS DE MANTENIMIENTO / SERVICIO integrado en el mismo UPS EATON 9355

UPS EATON 9355 40KVA con Switch de BYPASS de Mantenimiento integrado

BYPASS externo para UPS APC-Schneider Symmetra PX

Símbolo esquemático de un módulo de Bypass estático

BYPASS de mantenimiento UPS TRIPPLITE 10KVA, parte de atrás.

Para operar el modo BYPASS de un equipo UPS se debe estar consiente de que en este modo, no hay regulación de voltaje y no hay respaldo de baterías. Es decir, si ocurriese un apagón durante el modo BYPASS, habría un corte de energía hacia la carga crítica.

Por lo tanto, operar el modo bypass, conlleva a una responsabilidad por parte del usuario. 

El sistema de BYPASS es únicamente un modo de emergencia, por falla o por sobre-carga.

En sistemas UPS de arreglo  en PARALELO, inclusive en algunos diseños, ya no existe el BYPASS interno de cada UPS, y se instala un Gabinete de Bypass externo. Ya que en modo PARALELO, los UPS comparten la misma carga y no fuera posible que uno esté en modo BYPASS y el otro ON-LINE.

Por lo tanto, existe una gran diversidad de sistemas de DERIVACION o de BYPASS, tanto para UPS monolíticos como para arreglos PARALELO REDUNDANTE, PARALELO POR CAPACIDAD Y SISTEMAS AISLADOS. 

Todos estos arreglos los explicaremos ampliamente en las siguientes entradas.

En la actualidad los sistemas de suministro eléctrico cuentan con circuitos
de Derivación o de Bypass para aumentar la disponibilidad de las cargas críticas.

Ahora bien, cabe señalar que un sistema eléctrico de Derviación o de Bypass, no es exclusivo de equipos UPS. También se aplica en una amplia gama de aplicaciones eléctricas y electrónicas, Reguladores de voltaje, sub estaciones eléctricas, Plantas de emergencia, etc.

STATIC TRANSFER SWITCH - Switch estático de transferencia.

Es un dispositivo eléctrico-electrónico que conmuta entre dos fuentes de alimentación. Si una no está disponible, conmuta de manera automática y electrónicamente a la segunda fuente redundante.

Es una manera de aumentar la disponibilidad de la carga crítica. Le decimos ESTÁTICO pues es de componentes de  estado sólido.

Los hay en diversas capacidades de potencia, desde pequeños 3KVA, hasta equipos de 300KVA o superiores en todos los voltajes 220 a 600VCA.

Por ejemplo, un arreglo de varios UPS en paralelo, puede tener un STS, de tal forma que si el fallara el arreglo completo, el STS conmuta hacia una fuente secundaria, la cual puede estar o no estar regulada o acondicionada en voltaje, o bien tener un segundo arreglo de UPS de reserva. Todo lo anterior en cuestión de milisegundos.

Diagrama Esquemático de un STS

Ciertamente existe una gran variedad de opciones de DERIVACIÓN o BYPASS; todos con la finalidad de proveer un camino alterno de energía eléctrica hacia la carga crítica en casos de falla o mantenimiento a los equipos UPS.  Eso incrementa la disponibilidad de la carga crítica aplicada. Mientras más redundancia tengamos en el sistema eléctrico, más disponibilidad tendremos, también.

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